楊毅凡， 倪少權(quán)

(1.西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院,四川 成都 610031;2.西南交通大學(xué) 全國(guó)鐵路列車(chē)運(yùn)行圖編制研發(fā)培訓(xùn)中心,四川 成都 610031)

基于模糊聚類(lèi)的RITS貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)邏輯框架設(shè)計(jì)

楊毅凡1,2， 倪少權(quán)1,2

(1.西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院,四川 成都 610031;2.西南交通大學(xué) 全國(guó)鐵路列車(chē)運(yùn)行圖編制研發(fā)培訓(xùn)中心,四川 成都 610031)

基于發(fā)展先進(jìn)的貨物運(yùn)輸服務(wù)系統(tǒng)的迫切要求，在運(yùn)用傳統(tǒng)的面向過(guò)程的體系構(gòu)架開(kāi)發(fā)方法的基礎(chǔ)上，借鑒了企業(yè)架構(gòu)規(guī)劃思想，提出了基于模糊聚類(lèi)的RITS邏輯框架設(shè)計(jì)模型。從系統(tǒng)科學(xué)的思維角度出發(fā)，通過(guò)分析貨物運(yùn)輸整套流程，提出了基于 RITS 面向貨主的貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)需求分析表，并定義了貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)邏輯框架系統(tǒng)要素。運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)相關(guān)概念，定義了過(guò)程和數(shù)據(jù)的模糊關(guān)聯(lián)矩陣，運(yùn)用模糊聚類(lèi)分析的數(shù)學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)了RITS貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)的邏輯框架功能模塊軟化分，并完成貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)頂層邏輯框架DFD圖。

貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)；模糊聚類(lèi)；企業(yè)架構(gòu)規(guī)劃；需求分析；邏輯框架

0 引言

我國(guó)鐵路信息化總體思路成型較早，各系統(tǒng)間存在著大量信息孤島，導(dǎo)致許多信息資源無(wú)法共享，難以進(jìn)行深層次加工等諸多問(wèn)題。鑒于此，急需重新對(duì)貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行需求分析，搭建邏輯框架，為重構(gòu)物理框架奠定基礎(chǔ)。我國(guó)RITS體系結(jié)構(gòu)研究起步較晚，國(guó)內(nèi)目前的研究大都采用面向過(guò)程的方法，對(duì)RITS系統(tǒng)邏輯框架進(jìn)行硬劃分。鑒于RITS邏輯框架內(nèi)部結(jié)構(gòu)耦合關(guān)系的復(fù)雜性，運(yùn)用企業(yè)架構(gòu)規(guī)劃的相關(guān)技術(shù)，并引入模糊聚類(lèi)分析方法，提出基于模糊聚類(lèi)的RITS邏輯框架設(shè)計(jì)模型，并對(duì)基于RITS的貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)邏輯框架進(jìn)行軟劃分。

1 體系框架構(gòu)建的方法概述

圖1 大型復(fù)雜系統(tǒng)體系框架建設(shè)方法

鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)，即RITS(Railway Intelligent Transportation System)是一個(gè)多功能、多任務(wù)的大型復(fù)雜信息系統(tǒng)，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)具有典型的時(shí)空性和階段性。為搭建一個(gè)開(kāi)放的、信息高度共享的、可茁壯發(fā)展的大型系統(tǒng)，體系框架的制定尤為重要[1]。目前，研究大型系統(tǒng)體系框架的方法主要有AMD架構(gòu)開(kāi)發(fā)方法、Architecture Content Framework開(kāi)發(fā)方法、Reference Models架構(gòu)開(kāi)發(fā)模型、DODAF架構(gòu)開(kāi)發(fā)方法、EA總體架構(gòu)設(shè)計(jì)方法、TOGAF架構(gòu)設(shè)計(jì)方法、Zach-man Framework開(kāi)發(fā)方法等等。企業(yè)信息化構(gòu)架規(guī)劃方法的優(yōu)點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)者能宏觀掌握系統(tǒng)的功能特征，傳統(tǒng)的面向?qū)ο笱芯糠椒梢允菇ǔ上到y(tǒng)功能與既有系統(tǒng)特性較好的吻合。本文綜合運(yùn)用傳統(tǒng)的面向過(guò)程的體系框架研究方法和企業(yè)信息化構(gòu)架規(guī)劃方法，提出體系框架搭建的新思路。圖1所示為大型復(fù)雜系統(tǒng)體系框架建設(shè)的方法。

2 基于模糊聚類(lèi)的RITS邏輯框架設(shè)計(jì)模型

圖2 基于模糊聚類(lèi)的RITS邏輯框架設(shè)計(jì)模型

邏輯框架在 RITS 中主要描述功能和功能之間的信息交互關(guān)系[2]。系統(tǒng)的功能之間是互聯(lián)互通的，它既是系統(tǒng)其他部分信息的輸入點(diǎn)，同時(shí)也是其他功能信息的輸出點(diǎn)[3]。邏輯框架實(shí)質(zhì)上是描述功能之間信息交互的工具，是物理系統(tǒng)搭建的理論支持。鑒于RITS邏輯框架內(nèi)部結(jié)構(gòu)耦合關(guān)系的復(fù)雜性，本文結(jié)合大型復(fù)雜系統(tǒng)體系框架規(guī)劃的上述方法，引入了模糊聚類(lèi)分析方法，提出了如圖2所示的基于模糊聚類(lèi)的RITS邏輯框架設(shè)計(jì)模型，并對(duì)基于RITS的貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)邏輯框架進(jìn)行了軟劃分[4]。

3 貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)邏輯框架設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)需求分析

需求分析的任務(wù)是從用戶角度闡述用戶需要什么樣的系統(tǒng)功能和系統(tǒng)特性，采用面向過(guò)程的分析方法，分別從信息提供與決策支持、電子商務(wù)、個(gè)性化與增值服務(wù)3個(gè)方面，按各個(gè)業(yè)務(wù)流程對(duì)貨主需要的服務(wù)進(jìn)行了詳盡的分析[5]。

(1)運(yùn)前。信息提供與決策支持方面，貨主需要的服務(wù)主要是權(quán)限認(rèn)證、運(yùn)力資源信息獲取、托運(yùn)文件信息獲取、運(yùn)輸方案付諸決策、智能化業(yè)務(wù)指導(dǎo)與查詢；電子商務(wù)方面，貨主需求有電子貿(mào)易、電子下單、電子支付；個(gè)性化與增值服務(wù)方面，系統(tǒng)需要進(jìn)行客戶關(guān)系管理(CRM)。

(2)途中。信息提供與決策支持方面，貨主需求有全程跟蹤監(jiān)控、業(yè)務(wù)變更、緊急情況查詢；電子商務(wù)方面，貨主需求主要在于電子貨票；個(gè)性化與增值服務(wù)方面，貨主需求有門(mén)到門(mén)運(yùn)輸服務(wù)、專(zhuān)業(yè)運(yùn)輸服務(wù)、換運(yùn)決策支持。

(3)到站。信息提供與決策支持方面，貨主需求有理賠方案獲取、催領(lǐng)通知、服務(wù)評(píng)價(jià)、倉(cāng)儲(chǔ)信息服務(wù)；電子商務(wù)方面，貨主主要需求理賠支付功能；個(gè)性化與增值服務(wù)方面，系統(tǒng)需建立客戶檔案并進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。

3.2 系統(tǒng)要素分析

本文選擇RITS貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)邏輯框架中的過(guò)程和數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的基本要素。其中，過(guò)程是信息獲取、管理、使用的每個(gè)階段，具有不可再分性。數(shù)據(jù)傳遞的載體是過(guò)程，每個(gè)過(guò)程都要使用相應(yīng)的數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)可以被多個(gè)過(guò)程所使用，過(guò)程之間通過(guò)使用數(shù)據(jù)彼此耦合。RITS貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)模型可表示為由過(guò)程集P和數(shù)據(jù)類(lèi)集D組成的二元組S：S={P,D}，P={pi|i=1,2,…,n}，D={dj|j=1,2,…,m}。其中,pi表示某個(gè)過(guò)程類(lèi)，dj表示與某個(gè)過(guò)程相關(guān)的數(shù)據(jù)類(lèi)。

RITS邏輯框架設(shè)計(jì)的目的是要把S分解為若干個(gè)低耦合，高內(nèi)聚的功能模塊，所以框架設(shè)計(jì)的目標(biāo)可以表示為

(1)

式中,Fi表示邏輯框架中某個(gè)功能模塊，這些功能模塊內(nèi)部高度聚合，而模塊之間具有較低的耦合性[6]。

根據(jù)需求分析，采用面向過(guò)程的研究方法，定義了為實(shí)現(xiàn)貨主的需求所必需的過(guò)程類(lèi)和數(shù)據(jù)類(lèi)等38個(gè)貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)要素。將過(guò)程編碼為：P0為登錄請(qǐng)求、P1為登陸授權(quán)、P2為運(yùn)力資源信息采集、P3為運(yùn)力資源信息發(fā)布、P4為貨運(yùn)服務(wù)信息采集、P5為貨運(yùn)服務(wù)信息發(fā)布、P6為貨票信息采集、P7為貨票信息查詢、P8為托運(yùn)要求參數(shù)采集、P9為托運(yùn)要求參數(shù)管理、P10為聯(lián)運(yùn)部門(mén)信息獲取、P11為貨物信息采集、P12為貨物信息管理、P13為聯(lián)運(yùn)方案輔助決策、P14為裝載加固方案決策、P15為在線業(yè)務(wù)辦理指導(dǎo)、P16為在線下單、P17為受理承運(yùn)通知、P18為保價(jià)保險(xiǎn)辦理、P19為電子貿(mào)易、P20為合同變更、P21為貨物實(shí)時(shí)信息更新、P22為貨物實(shí)時(shí)信息查詢、P23為緊急救援信息更新、P24為緊急救援信息查詢、P25為物流信息采集、P26為物流信息管理、P27為物流信息查詢、P28為換運(yùn)輔助決策、P29為倉(cāng)儲(chǔ)信息采集、P30為倉(cāng)儲(chǔ)信息管理、P31為網(wǎng)上理賠、P32為催領(lǐng)通知、P33為運(yùn)價(jià)核算、P34為電子支付、P35為客戶投訴建議、P36為客戶檔案建立、P37為客戶關(guān)系管理。由于篇幅有限，表1列出了其中部分過(guò)程要素的輸入數(shù)據(jù)流和輸出數(shù)據(jù)流。

表1 RITS貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)要素定義表過(guò)程編號(hào)過(guò)程名稱(chēng)輸入數(shù)據(jù)流輸出數(shù)據(jù)流P1登陸授權(quán)信息核對(duì)證明用戶登陸許可P7貨票信息查詢貨票信息查詢請(qǐng)求貨票信息檢索、徑路里程信息查詢P13聯(lián)運(yùn)方案輔助決策貨主托運(yùn)、聯(lián)運(yùn)部門(mén)優(yōu)化目標(biāo)、運(yùn)力資源信息貨物聯(lián)運(yùn)決策信息P16在線下單貨主在線下單請(qǐng)求貨主在線下單P19電子貿(mào)易在線業(yè)務(wù)辦理請(qǐng)求在線業(yè)務(wù)辦理信息P24緊急救援信息查詢緊急救援信息查詢請(qǐng)求緊急救援實(shí)時(shí)信息P28換運(yùn)輔助決策貨物實(shí)時(shí)信息、運(yùn)力資源信息換運(yùn)決策方案信息P31網(wǎng)上理賠理賠請(qǐng)求理賠方案輸出P32催領(lǐng)通知貨物到達(dá)信息獲取貨物到達(dá)、催領(lǐng)通知P34電子支付運(yùn)費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)信息獲取請(qǐng)求電子退、補(bǔ)款P37客戶關(guān)系管理客戶檔案導(dǎo)出客戶定制信息

3.3 要素間關(guān)系分析

為定量描述RITS貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)要素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，引入模糊數(shù)學(xué)的概念建立模糊關(guān)聯(lián)強(qiáng)度矩陣。

3.3.1 模糊關(guān)聯(lián)關(guān)系確定

過(guò)程使用的是數(shù)據(jù)，所以過(guò)程類(lèi)和數(shù)據(jù)類(lèi)之間存在直接或間接的關(guān)聯(lián)關(guān)系，定義這種關(guān)系為模糊關(guān)聯(lián)關(guān)系。X是直積P×D={(p,d)|p∈P,d∈D}上的模糊集合，且隸屬度函數(shù)uX:X→[0,1]，則過(guò)程類(lèi)和數(shù)據(jù)類(lèi)的關(guān)聯(lián)關(guān)系可以描述為

(2)

3.3.2 隸屬度函數(shù)選擇

過(guò)程類(lèi)與數(shù)據(jù)類(lèi)的隸屬度函數(shù)可以表示為

(3)

通過(guò)專(zhuān)家評(píng)價(jià)加權(quán)平均法采用如下原則進(jìn)行隸屬度函數(shù)賦值：(1)數(shù)據(jù)對(duì)過(guò)程的重要度;(2)過(guò)程利用數(shù)據(jù)的頻率;(3)過(guò)程使用數(shù)據(jù)量大小;(4)過(guò)程間接使用的步驟;(5)數(shù)據(jù)獲取使用的終端。

3.3.3 模糊關(guān)聯(lián)強(qiáng)度矩陣生成

為表示過(guò)程是否使用某數(shù)據(jù)，定義過(guò)程使用數(shù)據(jù)類(lèi)矩陣Q

(4)

則，過(guò)程類(lèi)和數(shù)據(jù)類(lèi)的模糊關(guān)聯(lián)強(qiáng)度矩陣為

(5)

3.4 功能模塊聚合

(6)

選取不同的α(0≤α≤1)截集，會(huì)得到不同的聚類(lèi)結(jié)果，通過(guò)比較各計(jì)算結(jié)果，當(dāng)α=0.4時(shí)，系統(tǒng)取得最佳聚類(lèi)結(jié)果為：{p0,p1,p8,p9,p11,p12,p29,p30},{p2,p3,p4,p5,p6,p7,p25,p26,p27},{p10,p13,p14,p28},{p15,p16,p17,p18,p20,p32},{p21,p22,p23,p24},{p19,p31,p33,p34},{p35,p36,p37}。

根據(jù)聚類(lèi)結(jié)果分別命名為：用戶登錄、基本信息查詢、輔助決策支持、在線業(yè)務(wù)指導(dǎo)辦理、貨物追蹤與監(jiān)控、電子支付、個(gè)性化服務(wù)。

通過(guò)分析RITS其他子系統(tǒng)的邏輯框架，再找出各個(gè)子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)流關(guān)系，得到如圖3所示的貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)邏輯框架DFD圖。

圖3 基于RITS架構(gòu)的貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)邏輯框架

4 結(jié)束語(yǔ)

基于我國(guó) RITS 研究的需要，采用企業(yè)架構(gòu)規(guī)劃方法，對(duì)智能運(yùn)輸系統(tǒng)的框架體系設(shè)計(jì)模型進(jìn)行了研究。采用面向?qū)ο蟮姆椒?，從貨主角度出發(fā)，分析了貨主需求，定義了邏輯框架系統(tǒng)要素。運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)概念，引入了模糊關(guān)聯(lián)矩陣，提出了貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)邏輯框架的最佳結(jié)構(gòu)劃分，得到了基于 RITS 架構(gòu)的貨運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)邏輯框架DFD圖，為物理框架的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

[1]王卓，賈利民.鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[J]. 中國(guó)鐵道科學(xué). 2006，27(2):116-118.

[2]賈利民，李平．鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)——體系框架與標(biāo)準(zhǔn)體系[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社,2004:18-20;46;54.

[3]周曦，李平，賈利民．中國(guó)鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系的研究[J]．交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息,2004，4(4)：41-48.

[4]周立新. 鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)的構(gòu)建方法[J]. 同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào),2003，31(1):27.

[5]賈利民，王卓．鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化理論與方法[M]．北京：中國(guó)鐵道出版社,2006:33-34.

[6]孟燕. 鐵路智能運(yùn)輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究[D]. 北京：鐵道科學(xué)研究院,2005.

[7]高新波. 模糊聚類(lèi)分析及其應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2004:42-43.

(責(zé)任編輯 劉憲福)

Logical Framework of RITS Freight Transportation Service System Based onFuzzy Clustering Analysis

Yang Yifan1,2, Ni Shaoquan1, 2

(1.School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China;2.National Railway Train Diagram Research and Training Center, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China)

In order to develop an advanced Freight Transportation Service System, enterprise architecture planning methods are brought into traditional process oriented approaches. RITS logical framework design model based on Fuzzy Clustering Analysis is raised. Through the analysis of carriage transportation, the requirement of Freight Transportation Service System is put forward from the point of view of system science. According to the requirement table, the system elements of the Freight Transportation Service System are provided. Taking advantage of the fuzzy mathematics, the fuzzy correlation matrix between the processes and data is put forward. By introducing the mathematical method of fuzzy clustering, the logic framework of the freight service system is established and the DFD figure of the logic framework of the freight service system is raised.

freight transportation service system; fuzzy cCluster analysis; enterprise architecture plan; demands analysis; logical framework

10.13319/j.cnki.sjztddxxbzrb.2014.03.21

2013-06-06

楊毅凡 男 1989年出生 碩士研究生

國(guó)家自然科學(xué)基金(61273242);鐵道部科技計(jì)劃項(xiàng)目(2012X012-D 、2012X001-C 、Z2011-016)

U2

A

2095-0373(2014)03-0101-05