鄭德勇，熊開宏

(1.北京國(guó)鐵華晨通信信息技術(shù)有限公司，北京100070；2.方正國(guó)際軟件有限公司，北京100080)

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，特別是高鐵的迅猛發(fā)展，鐵道的日常管理越來(lái)越依賴于信息化手段，鐵道系統(tǒng)的日常運(yùn)營(yíng)對(duì)信息化系統(tǒng)的實(shí)效性、穩(wěn)定性、安全性等各方面的要求也越來(lái)越高。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、新一代移動(dòng)通訊技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展和普及，鐵道系統(tǒng)的信息化建設(shè)也面臨著新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。如何提高鐵路系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)管理水平，減少各種意外故障導(dǎo)致的各種事故，提高鐵路運(yùn)輸?shù)男屎桶踩裕貏e是提高面向廣大人民群眾的服務(wù)水平，是鐵道信息化在新時(shí)代需要思考的問(wèn)題。

鐵路信息化中的信息系統(tǒng)由于面臨大規(guī)模的海量數(shù)據(jù)、巨大的用戶規(guī)模、復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境和不同的服務(wù)對(duì)象等多種因素帶來(lái)的挑戰(zhàn)，其中的信息系統(tǒng)將是一個(gè)高度自治、分布、協(xié)同的復(fù)雜巨系統(tǒng)。這樣的信息系統(tǒng)的建設(shè)，從建設(shè)思路、設(shè)計(jì)理念、技術(shù)實(shí)現(xiàn)，到系統(tǒng)運(yùn)維等諸多方面都應(yīng)該有所改變和突破。本文將系統(tǒng)工程領(lǐng)域最新的針對(duì)復(fù)雜信息系統(tǒng)研究的多活性代理思想引入到鐵路信息化領(lǐng)域，并通過(guò)設(shè)計(jì)一種新的虛擬運(yùn)營(yíng)中心（VOC）的體系架構(gòu)，探討提高鐵道信息化中系統(tǒng)的集成度和靈活性的可能性，希望能對(duì)鐵路信息化的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

1 鐵道信息化的現(xiàn)狀和問(wèn)題

由于網(wǎng)絡(luò)和通訊等信息技術(shù)的不斷擴(kuò)展應(yīng)用，鐵道的信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能變得越來(lái)越復(fù)雜，系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越龐大，涉及的時(shí)間和空間范圍越來(lái)越廣。特別是以物聯(lián)網(wǎng)為代表的下一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，將互通互聯(lián)并相互感知協(xié)調(diào)的概念延伸至鐵道各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的全程和物理設(shè)備終端，在帶來(lái)巨大技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，將形成前所未有的巨大復(fù)雜信息系統(tǒng)[1]。

目前鐵道系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)建設(shè)了很多管理系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)、售檢票系統(tǒng)等，有些也建設(shè)了好多年。但不同系統(tǒng)之間基本都是相互獨(dú)立的，在鐵道系統(tǒng)內(nèi)形成了一個(gè)個(gè)的信息孤島，這些孤立的信息系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越不能滿足新時(shí)期鐵道部門對(duì)管理效率和服務(wù)水平的更高的業(yè)務(wù)需求。在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，很多系統(tǒng)都面臨著升級(jí)改造和重新建設(shè)等問(wèn)題，如何利用系統(tǒng)工程的理論，在整體規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)和分步實(shí)施的原則指導(dǎo)下，通過(guò)基于信息資源規(guī)劃的細(xì)化頂層設(shè)計(jì)，是新一代鐵道信息化（或智慧鐵道）建設(shè)首先要考慮的、直接關(guān)系到鐵道信息化后續(xù)發(fā)展的核心問(wèn)題。

2 多活性代理設(shè)計(jì)方法

多活性代理 MLA（Multi-Living Agent）[2]復(fù)雜信息系統(tǒng)理論是近年新提出的一種主要針對(duì)人工設(shè)計(jì)系統(tǒng)的復(fù)雜信息系統(tǒng)研究理論，可用于指導(dǎo)復(fù)雜信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該理論建立起一套框架理論，提供橋梁來(lái)連接基本系統(tǒng)原理和人工系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)理論之間的空隙。其基本要點(diǎn)是：首先，將人工系統(tǒng)的組成采用有層次的活性代理來(lái)表述。多代理理論在系統(tǒng)建模和仿真領(lǐng)域已經(jīng)有成功應(yīng)用，多活性代理復(fù)雜信息系統(tǒng)理論借用這一模型來(lái)刻畫系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)。為了表現(xiàn)系統(tǒng)的耗散和自組織特性，該理論引入活性這一概念。所謂“活性”體現(xiàn)出人工系統(tǒng)的特點(diǎn)：人為設(shè)計(jì)并服務(wù)于特定的設(shè)計(jì)目的，即系統(tǒng)的功能性，系統(tǒng)（或代理）發(fā)揮其設(shè)計(jì)功能的能力和程度就是活性[2]?；钚愿拍顬橄到y(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)引入一個(gè)核心的、基礎(chǔ)的目標(biāo)，統(tǒng)一了諸如穩(wěn)定性、可靠性、可擴(kuò)展性等傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的質(zhì)量屬性，為進(jìn)一步深入構(gòu)建人工系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)理論奠定了基礎(chǔ)。其次，為抽象系統(tǒng)自組織特性的設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出了活性自組織的概念，并建議用條件集合映射到自組織機(jī)理集合的兩集合模型來(lái)描述活性自組織機(jī)理。第三，為便于指導(dǎo)工程應(yīng)用，該理論提出了多活性代理復(fù)雜信息系統(tǒng)的功能模型及代理間的協(xié)商協(xié)調(diào)機(jī)制。

信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)由面向過(guò)程（任務(wù)）發(fā)展到面向?qū)ο?，之后又發(fā)展到面向服務(wù)、面向代理、面向多代理。多活性代理方法概念，為鏈接復(fù)雜系統(tǒng)理論和工程應(yīng)用提供了手段。該方法立足于系統(tǒng)的本質(zhì)特征，具有定性與定量相結(jié)合、分析與綜合相結(jié)合、人機(jī)結(jié)合、軟硬件相結(jié)合、獨(dú)立與嵌入生存相結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，適合于復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)態(tài)構(gòu)建及功能的技術(shù)設(shè)計(jì)發(fā)展研究。

3 基于多活性代理的鐵道綜合業(yè)務(wù)管理平臺(tái)

在多活性代理理論框架下，對(duì)活性代理本體和活性代理之間的協(xié)商協(xié)調(diào)機(jī)制建模，用以刻畫復(fù)雜信息系統(tǒng)的本質(zhì)特征，真實(shí)反映實(shí)際信息系統(tǒng)組分（穩(wěn)定運(yùn)行系統(tǒng)的最小單元）對(duì)信息的處理特征。

考慮強(qiáng)約束、高對(duì)抗環(huán)境對(duì)復(fù)雜信息系統(tǒng)的影響，如信息的準(zhǔn)確性、保密性、完整性、時(shí)效性等在集成系統(tǒng)中的演變；考慮強(qiáng)約束、高對(duì)抗環(huán)境對(duì)系統(tǒng)組分的影響，如物理約束、維護(hù)約束如何分解到異構(gòu)組分上。

在建立復(fù)雜信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)之后，要研究系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行的特征，建立反映復(fù)雜信息系統(tǒng)本質(zhì)特點(diǎn)的多代理模型，在現(xiàn)代計(jì)算科學(xué)支持下，用建模和仿真技術(shù)對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵性態(tài)進(jìn)行定量考察，形成一套面向鐵道應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)雜信息系統(tǒng)理論體系和技術(shù)體系。

利用多活性代理的理論，針對(duì)鐵路信息系統(tǒng)中的典型應(yīng)用進(jìn)行模型抽象和設(shè)計(jì)，基于企業(yè)服務(wù)總線（ESB）建立鐵道復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)之間、復(fù)雜業(yè)務(wù)流程系統(tǒng)之間的多活性代理服務(wù)，集成鐵道實(shí)時(shí)智能信息平臺(tái)、空間實(shí)體可視化服務(wù)平臺(tái)、智能視頻監(jiān)控服務(wù)平臺(tái)和業(yè)務(wù)流程服務(wù)，實(shí)現(xiàn)面向空間數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和建模的BPM智能協(xié)同服務(wù)平臺(tái)，滿足鐵道各單位、各部門業(yè)務(wù)流程互聯(lián)、協(xié)同服務(wù)，為快速開發(fā)復(fù)雜信息系統(tǒng)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。提高智慧鐵道中應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的效率和成功率。

基于多活性的鐵道綜合業(yè)務(wù)管理平臺(tái)的體系架構(gòu)如圖1所示。

基于多活性代理的鐵道綜合業(yè)務(wù)管理平臺(tái)是在多活性代理理論和設(shè)計(jì)方法的指導(dǎo)下，針對(duì)鐵道行業(yè)的應(yīng)用特點(diǎn)，提煉和抽象出一系列的代理模型，結(jié)合GIS和BPM等技術(shù)在鐵道行業(yè)的應(yīng)用和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)和開發(fā)新一代面向代理的綜合業(yè)務(wù)智能開發(fā)平臺(tái)。通過(guò)平臺(tái)自動(dòng)完成多活性代理在穩(wěn)定性、可靠性、安全性、靈活性、可擴(kuò)展性等體現(xiàn)活性的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，讓開發(fā)人員把主要精力放在業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)上，從而使得通過(guò)綜合業(yè)務(wù)職能開發(fā)平臺(tái)開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)比以往的系統(tǒng)具有更開放、更穩(wěn)定、更安全、更靈活等特性，大大降低復(fù)雜信息系統(tǒng)建設(shè)的難度和工作量。并且，復(fù)雜系統(tǒng)的開發(fā)不再依賴某些技術(shù)水平比較高的開發(fā)人員才能保證系統(tǒng)質(zhì)量，而是普通的開發(fā)人員利用這個(gè)智能開發(fā)平臺(tái)也可以開發(fā)出高質(zhì)量的復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)，從而降低了復(fù)雜信息系統(tǒng)建設(shè)的難度和成本，提高復(fù)雜信息系統(tǒng)建設(shè)的效率和成功率。

4 虛擬運(yùn)營(yíng)中心（VOC）體系架構(gòu)

在新一代的鐵道信息化系統(tǒng)建設(shè)中，要在利用多活性代理的綜合業(yè)務(wù)管理平臺(tái)快速構(gòu)建新系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用信息資源規(guī)劃的理論對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行梳理，并利用開放的體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的平滑升級(jí)和無(wú)縫整合。

新一代的鐵道信息化整體架構(gòu)建議采用遵循開放的SOA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的虛擬運(yùn)營(yíng)中心（VOC）體系架構(gòu)。通過(guò)信息資源規(guī)劃、數(shù)據(jù)環(huán)境重建、業(yè)務(wù)流程重構(gòu)等分析和設(shè)計(jì)方法，利用 ESB、BPM、BI、門戶等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成、業(yè)務(wù)集成和界面集成。如圖2所示。通過(guò)高度集成化的、個(gè)性化的、多終端、多形式的統(tǒng)一信息展現(xiàn)，在單一界面中瀏覽和操作所有系統(tǒng)的信息，讓用戶在最短的時(shí)間內(nèi)得到需要的信息和服務(wù)，發(fā)現(xiàn)隱藏在各個(gè)不同部門的不同應(yīng)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵信息。并利用系統(tǒng)的預(yù)測(cè)分析功能，將反應(yīng)性決策改變?yōu)榍罢靶詻Q策，讓信息化建設(shè)的應(yīng)用效果逐步達(dá)到期望的智慧化的程度，從而提高工作效率、管理水平和服務(wù)水平。

在多活性代理的復(fù)雜信息系統(tǒng)理論指導(dǎo)下，結(jié)合鐵道行業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)和面臨的問(wèn)題，設(shè)計(jì)和開發(fā)基于多活性代理的綜合業(yè)務(wù)管理平臺(tái)，并搭建一個(gè)開放的虛擬運(yùn)營(yíng)中心（VOC）基礎(chǔ)架構(gòu)，為物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的鐵道行業(yè)信息化提供了一個(gè)新的建設(shè)思路和強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

[1]王越.復(fù)雜信息系統(tǒng)構(gòu)建的新方法-多活性代理方法[J].中國(guó)工程科學(xué)，2006，8（5）：30-34.

[2]錢學(xué)森，戴汝為，于景元.一個(gè)科學(xué)新領(lǐng)域-開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)及其方法[J].自然雜志，1990，13（1）：3-10.