王瑞斌

（中國鐵路總公司 調(diào)度部，北京 100844）

1 鐵路運輸信息集成平臺需求分析

1.1 現(xiàn)狀分析

在鐵路運輸組織過程中，調(diào)度部門擔負著確保運輸安全、組織客貨運輸、保證國家重點運輸、滿足客貨運輸需求的重要責任?，F(xiàn)有運輸組織和調(diào)度指揮主要數(shù)據(jù)是通過“逐級匯總上報”方式來獲得，數(shù)據(jù)顆粒度粗、時效性較差、準確度較低已經(jīng)不適應鐵路運輸發(fā)展的需要，迫切需要采用信息技術手段實現(xiàn)運輸調(diào)度的透明化指揮與精細化管理，全面提升運輸組織的整體水平。為此，按照“強化數(shù)據(jù)采集、提升數(shù)據(jù)質(zhì)量、實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中、現(xiàn)場實時展示”的思路[1]，建立基于“事件”的信息采集方式與數(shù)據(jù)集中機制的信息技術手段，替代“逐級匯總上報”的信息采集方式，建設鐵路運輸信息集成平臺，實現(xiàn)對列車、車輛、貨物、機車、機車乘務員位置和狀態(tài)的實時掌握與動態(tài)追蹤及變化趨勢的推算與預測，從而為實現(xiàn)精確調(diào)度指揮奠定基礎，同時為貨運電子商務和貨運組織改革提供技術支持。

國外發(fā)達國家的鐵路一般采用面向市場營銷服務的“精確運營方式”，根據(jù)客戶訂單和鐵路運輸能力明確貨物的行程計劃，匯總客戶的行程計劃制定列車運行計劃，按列車運行計劃組織內(nèi)部生產(chǎn)，實現(xiàn)對客戶承諾。例如，北美鐵路建立動態(tài)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)實時采集報告有40多種，覆蓋了列車、車輛、貨物、機車的運行、檢修和安全管理，通過集中數(shù)據(jù)庫可以實時掌握所屬各鐵路公司的運輸設備和作業(yè)情況，實現(xiàn)精確管理和公司間的清算。而我國鐵路于1994年引進北美的貨車動態(tài)追蹤技術，建立起集中的列車、車輛、貨物、機車、集裝箱數(shù)據(jù)庫，車站作為信息源點，將運輸設備狀態(tài)變化信息及時采集發(fā)送到原鐵道部集中數(shù)據(jù)庫，形成列車、車輛、貨物的全生命周期管理[2]。但是，由于我國鐵路受到點多面廣、信息基礎薄弱、網(wǎng)絡條件不佳等制約因素影響，車站作業(yè)人員錄入信息后，還不能提供面向車站的增值功能服務，從而不能按照鐵路運輸信息系統(tǒng)的設計目標全面推廣實施。因此，在歷史局限性、客觀環(huán)境和技術條件的限制下，目前鐵路運輸組織領域信息化主要存在以下問題[3]。

（1）信息孤島現(xiàn)象普遍。調(diào)度指揮相關的列車、車輛、貨物、機車、機車乘務員等位置和狀態(tài)信息分布在多個應用系統(tǒng)中，各系統(tǒng)分階段建設形成信息孤島，而且由于各系統(tǒng)數(shù)據(jù)編碼、信息標準及基礎數(shù)據(jù)字典未實現(xiàn)統(tǒng)一，使得數(shù)據(jù)缺少一致性和必要的關聯(lián)性，不便于數(shù)據(jù)共享應用。

（2）數(shù)據(jù)采集手段有待加強。站段運輸生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的自動化手段不充分，主要以人工為主，缺乏相應卡控、校驗手段，信息的時效性和準確性難以保障；數(shù)據(jù)質(zhì)量管理機制不健全，造成信息系統(tǒng)中數(shù)據(jù)與現(xiàn)場實際不符。

（3）數(shù)據(jù)集中化程度不夠。缺乏全域的綜合數(shù)據(jù)支撐環(huán)境，不便于整體把握、宏觀分析?，F(xiàn)有調(diào)度生產(chǎn)報表依托站段人工報告，缺少預警、分析、統(tǒng)計等技術手段。

（4）跨網(wǎng)跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享機制與質(zhì)量有待提高。部分鐵路局集團公司通過T/D結(jié)合方式共享出的列車運行數(shù)據(jù)延時，數(shù)據(jù)中機車號信息與實際機車號不一致等情況依然存在。

（5）相關管理規(guī)章修訂滯后。原有作業(yè)流程標準大部分是基于手工作業(yè)條件提出的，應用計算機系統(tǒng)后應同步修改規(guī)章。

綜上分析，需要通過鐵路運輸信息集成平臺的建設，加快實現(xiàn)列車、車輛、貨物、機車、機車乘務員的實時追蹤，使調(diào)度人員能夠準確掌握車輛的分布及各條線路的車流量，監(jiān)控分界口通過車流；通過建立號碼制的車流推算，為中國鐵路總公司(以下簡稱“總公司”)和鐵路局集團公司提供車流預報及超過線路運輸能力預警，為精確調(diào)度指揮奠定基礎；通過貨運電子商務平臺與鐵路運輸信息集成平臺的銜接，實現(xiàn)運輸生產(chǎn)作業(yè)過程實時反饋，貨物在途信息實時可查，為貨主提供貨物追蹤的增值服務，提高貨運電子商務的服務水平；通過鐵路運輸信息集成平臺實現(xiàn)對車輛運行軌跡的詳細記錄，實時計算車輛的運用指標，分析車輛的運用效率，合理安排車輛的檢修，提高車輛運用管理水平。

1.2 需求分析

構建鐵路運輸信息集成平臺的主要思路：以數(shù)據(jù)管理為中心，集成現(xiàn)有各系統(tǒng)運輸組織相關信息，面向運輸業(yè)務對象組織整合數(shù)據(jù)，建立一個全面、完整、真實、實時的鐵路運輸信息集成平臺；深入開發(fā)和綜合利用運輸生產(chǎn)各類信息，形成完善的信息共享機制，統(tǒng)一系統(tǒng)接口標準，從而為鐵路運輸組織管理和調(diào)度指揮精細化管理提供更加有力的技術支撐。

由于運輸生產(chǎn)車流動態(tài)及其變化趨勢是運輸組織的核心依據(jù)之一，車流動態(tài)信息的準確性、完整性、實時性，直接影響運輸組織精細化的程度與運輸整體效率。因而鐵路運輸信息集成平臺以實現(xiàn)車流動態(tài)管理為主要內(nèi)容和標志[4]。車流動態(tài)信息包括以下方面：一是區(qū)域內(nèi)所有在站車輛的信息，包括位置、狀態(tài)、去向、車種等，掌握車輛的運用趨勢，包括重車是否待發(fā)、待解，空車運用、特種需求等；二是區(qū)域內(nèi)所有在途車輛的信息，包括列車車次、運行徑路、運行區(qū)段、區(qū)段運行時間、到達技術站時間、分界口列車交出時間與列車預計接入時間，以及列車編組，車輛的到站、車種、裝載內(nèi)容等，車輛的在站和在途信息隨著列車的運行動態(tài)變化和相互轉(zhuǎn)換。由此可見，運輸生產(chǎn)業(yè)務流程全信息采集主要包括列車作業(yè)流程、車輛作業(yè)流程及機車與司機作業(yè)流程等主要環(huán)節(jié)。運輸生產(chǎn)業(yè)務流程示意圖如圖1所示。

由圖1可見，列車作業(yè)流程包括：編組、出發(fā)(始發(fā))、到達(終到)、解體，進區(qū)段、出區(qū)段，進分界口、出分界口。車輛作業(yè)流程包括：送車、卸車、裝車、取車，編組、出發(fā)、途中、到達、解體，送車、維修、取車，新車加入、車輛報廢。機車作業(yè)流程包括：出段、入段，機車(掛運列車)出站、機車運行、機車(掛運列車)到站，單機運行，機車維修，新機車加入、機車報廢。機車乘務員流程包括：出勤、退勤，出乘(機車出段)，值乘(列車出發(fā))。

通過對運輸生產(chǎn)業(yè)務流程的全信息采集，調(diào)度部門不僅可以按號碼制掌握全路所有貨車實時狀態(tài)和作業(yè)全過程，實現(xiàn)運輸調(diào)度的透明指揮，而且可以全面掌握列車、機車、機車乘務員的分布、位置與狀態(tài)，旅客列車(含動車組列車)車底的分布、位置與狀態(tài)，實現(xiàn)對現(xiàn)車的精細管理，自動生成現(xiàn)在車總體情況(總量、分布、車種、空重、狀態(tài))與現(xiàn)在車結(jié)構情況(重車、空車、移交重車)的相關臺賬報表，為車流推算提供準確的數(shù)據(jù)，以及輔助計劃的自動編制。

圖1 運輸生產(chǎn)業(yè)務流程示意圖Fig.1 Transportation production business process

2 鐵路運輸信息集成平臺技術方案構建

按照“一點采集、兩級建庫、三級應用”的思路，鐵路運輸信息集成平臺在總公司與鐵路局集團公司兩級部署，滿足總公司、鐵路局集團公司、站段三級應用需求。

2.1 系統(tǒng)架構

鐵路運輸信息集成平臺采用面向服務(SOA)的理念和技術，主要體現(xiàn)鐵路運輸信息集成平臺主要構成及與外部系統(tǒng)之間的關系。鐵路運輸信息集成平臺系統(tǒng)架構示意圖如圖2所示。

鐵路運輸信息集成平臺主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)集中、數(shù)據(jù)服務3個部分。①數(shù)據(jù)采集：將分散在不同應用系統(tǒng)中的相關數(shù)據(jù)，匯集形成面向領域的集中數(shù)據(jù)支撐環(huán)境[5]。相關的信息系統(tǒng)包括TDCS/CTC (列車調(diào)度指揮系統(tǒng)/列車調(diào)度集中指揮控制系統(tǒng))、確報系統(tǒng)、ATIS（鐵路車號自動識別）系統(tǒng)、車站系統(tǒng)、車務段信息、機務段系統(tǒng)、車輛段系統(tǒng)等。②數(shù)據(jù)集中：建立集中的靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫。靜態(tài)數(shù)據(jù)主要包括基于運輸能力模型的統(tǒng)一基礎字典、技術資料、運輸規(guī)則(基本運行圖、編組計劃、車流徑路）；動態(tài)數(shù)據(jù)主要包括列車、車輛、貨物、機車、機車乘務員等主要運輸管理對象的實時位置、狀態(tài)，以及軌跡信息。③數(shù)據(jù)服務：通過應用服務器對外提供數(shù)據(jù)服務調(diào)用接口。提供服務的系統(tǒng)包括車流推算系統(tǒng)、運輸調(diào)度管理系統(tǒng)(TDMS)、18點統(tǒng)計系統(tǒng)、貨運電子商務系統(tǒng)、機務管理系統(tǒng)、車輛管理系統(tǒng)等。

圖2 鐵路運輸信息集成平臺系統(tǒng)架構示意圖Fig.2 System architecture of railway transportation information integration platform

2.2 邏輯架構

鐵路運輸信息集成平臺在總公司和鐵路局集團公司兩級部署，鐵路運輸信息集成平臺邏輯架構如圖3所示。

2.2.1 總公司級

（1）數(shù)據(jù)采集模塊基于MQserver中間件實現(xiàn)，主要負責接收來自各鐵路局級平臺轉(zhuǎn)發(fā)的站段上報的列車事件、車輛(貨車)事件、機車事件、機車乘務員事件的報告報文，經(jīng)過校驗處理，交給事件處理模塊[6]。同時還負責接收同級相關系統(tǒng)交換過來的數(shù)據(jù)，主要包括T/D結(jié)合轉(zhuǎn)發(fā)過來的TDCS系統(tǒng)產(chǎn)生的列車運行實際和階段計劃數(shù)據(jù)，確報系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)過來的列車編組數(shù)據(jù)，ATIS系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)過來的車輛數(shù)據(jù)等。

（2）事件處理模塊負責處理事件報告報文，首先對報文嚴格按業(yè)務流程進行整合，并和完成列車串線的運行線進行匹配。列車串線的目的是保證列車車次的惟一性，由于TDCS系統(tǒng)各個調(diào)度臺獨立作業(yè)，形成的運行線不惟一，所以平臺通過建立TDCS運行線標識(id)進行列車運行數(shù)據(jù)銜接，形成完整的列車實際運行軌跡數(shù)據(jù)。

圖3 鐵路運輸信息集成平臺邏輯架構Fig.3 Logical architecture of railway transportation information integration platform

（3）入庫模塊負責將集成的數(shù)據(jù)分別寫入列車、車輛(貨車)、機車、機車乘務員的動態(tài)庫和軌跡庫，并同步進行車流推算及將車流推算結(jié)果寫入車流推算數(shù)據(jù)庫。運輸信息平臺中的各業(yè)務對象主題數(shù)據(jù)庫存放的是當前到歷史的數(shù)據(jù)[7]，包括統(tǒng)計分析使用的中間表，主要用于查詢、統(tǒng)計、分析；車流推算數(shù)據(jù)庫存放的是當前到將來的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)車流預測、預報、預警及支持車流調(diào)整決策。

（4）數(shù)據(jù)服務(總線)主要提供列車、車輛(貨車)、機車、機車乘務員的實時、準確位置、狀態(tài)及其變化趨勢的信息查詢服務，同時提供基礎性的即席統(tǒng)計與分析信息查詢服務。

2.2.2 鐵路局集團公司級

（1）鐵路局集團公司級鐵路運輸信息集成平臺各模塊作用和實現(xiàn)功能與總公司級鐵路運輸信息集成平臺相應模塊一致，目前已經(jīng)實施集中式“全局現(xiàn)在車系統(tǒng)”的鐵路局集團公司可將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫與鐵路局集團公司級鐵路運輸信息集成平臺部署在同一數(shù)據(jù)庫服務集群，簡化站段事件報告的數(shù)據(jù)處理過程，直接實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享使用，并在后臺自動生成各類事件報告報文，上報傳送到總公司級鐵路運輸信息集成平臺中歸檔存儲。

（2）車務段和中小車站依托“全局現(xiàn)在車系統(tǒng)”實現(xiàn)對車站作業(yè)精細管理的技術支撐。

2.3 技術架構

2.3.1 總公司級

總公司系統(tǒng)技術架構如圖4所示。

（1）數(shù)據(jù)傳輸層。由統(tǒng)一傳輸平臺接收來自鐵路局集團公司和站段的各類數(shù)據(jù)報告，對各類數(shù)據(jù)進行邏輯處理、統(tǒng)計分析，并存入數(shù)據(jù)庫或者轉(zhuǎn)發(fā)到鐵路局集團公司系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)支撐層。數(shù)據(jù)庫平臺采用高可靠的服務器集群，安裝Oracle數(shù)據(jù)庫軟件，存放列車、車輛、機車的動態(tài)數(shù)據(jù)；后臺開發(fā)用C#語言，前臺開發(fā)用JAVA語言，通過框架模式實現(xiàn)數(shù)據(jù)模型的建立和數(shù)據(jù)模型訪問。

（3）應用支持層。采用成熟的報表管理、地理信息、車流算法等技術，構建中間介平臺，對內(nèi)提供數(shù)據(jù)庫訪問，對外提供平臺的各種服務。

（4）應用層。全面實現(xiàn)對機車、車輛和列車的動態(tài)追蹤，為實現(xiàn)鐵路運力資源的合理配置提供數(shù)據(jù)支持。對車流進行推算，為日班計劃的編制提供依據(jù)。實現(xiàn)貨物實時位置查詢，滿足客戶需求。實現(xiàn)各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，為考核提供支持。

（5）用戶訪問層。①為用戶提供2種方式接入系統(tǒng)，一是通過個人終端方式訪問，二是通過無線終端的方式接入；②為維護人員提供客戶端方式接入，方便進行系統(tǒng)的維護；③為其他系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口。

2.3.2 鐵路局集團公司級

鐵路局集團公司級系統(tǒng)技術架構如圖5所示。

（1）數(shù)據(jù)傳輸層?；诮y(tǒng)一傳輸平臺，實現(xiàn)與車站系統(tǒng)和確報系統(tǒng)交互；由事件處理中間件，處理統(tǒng)一傳輸平臺采集的事件，對各類數(shù)據(jù)進行邏輯處理、統(tǒng)計分析，按業(yè)務流程入庫并轉(zhuǎn)發(fā)到總公司系統(tǒng)。

圖4 總公司級系統(tǒng)技術架構Fig.4 System technical architecture at China Railway level

（2）系統(tǒng)支撐層。采用多種方式，整合調(diào)度、TDCS、確報、ATIS、FMOS (貨運營銷及生產(chǎn)管理系統(tǒng))、貨票、車站等多個業(yè)務系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，建立鐵路局集團公司級的運輸組織模型，對現(xiàn)在車、列車和機車等數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，形成鐵路局集團公司運輸組織數(shù)據(jù)平臺。

圖5 鐵路局集團公司級系統(tǒng)技術架構Fig.5 System technical architecture at Railway Group level

（3）應用支持層。采用成熟的報表管理、地理信息、車流算法等技術，構建中間介平臺，對內(nèi)提供數(shù)據(jù)庫訪問，對外提供平臺的各種服務。

（4）應用層。分為車站應用系統(tǒng)和鐵路局集團公司應用系統(tǒng)兩級：一是車站應用系統(tǒng)對車站現(xiàn)在車、裝卸車、確報和機務等信息進行全面采集，為車站生產(chǎn)業(yè)務提供數(shù)據(jù)支持，為編制車站階段和日班計劃提供依據(jù)。二是鐵路局集團公司應用系統(tǒng)實現(xiàn)對本局機車、車輛和列車的動態(tài)追蹤，為實現(xiàn)鐵路局集團公司內(nèi)運力資源的合理配置提供數(shù)據(jù)支持。對車流進行推算，為本局日班計劃的編制提供依據(jù)。實現(xiàn)各類生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，為考核提供支持。

（5）用戶訪問層。為用戶提供2種方式接入系統(tǒng)：一是通過個人終端方式訪問，車站、鐵路局集團公司和車務段可以采用瀏覽器方式訪問；二是通過無線終端的方式接入，對鐵路局集團公司應用系統(tǒng)開放無線終端方式接入。

圖6 鐵路運輸信息集成平臺信息處理流程Fig.6 Information processing flow of railway transportation information integration platform

2.4 信息接口

鐵路運輸信息集成平臺信息處理流程包括總公司、鐵路局集團公司、站段3部分。鐵路運輸信息集成平臺信息處理流程如圖6所示。

由圖6可以看出，鐵路運輸信息集成平臺主要的數(shù)據(jù)接口包括列車數(shù)據(jù)接口、貨車數(shù)據(jù)接口和機車數(shù)據(jù)接口[8]。①列車數(shù)據(jù)接口的動態(tài)數(shù)據(jù)源包括TDCS接口、ATIS接口、確報接口、分界口接入、列車到達接口、保留車接口、解除保留車接口、列車出發(fā)接口、交出接口。②貨車數(shù)據(jù)接口的動態(tài)數(shù)據(jù)源包括現(xiàn)車復示、裝車/卸車報告、運非轉(zhuǎn)換報告、甩掛車報告、新車加入/報廢車剔除報告。由于車站產(chǎn)生甩掛車報告有一定難度，所以常用出發(fā)報告和到達報告比較代替甩掛報告；對于車站現(xiàn)車復示報告，應注意車站現(xiàn)在車的準確性問題。③機車數(shù)據(jù)接口的動態(tài)數(shù)據(jù)源包括機車出段報告、掛運列車報告、機車換掛報告、機車解掛報告、機車入段報告、乘務員出勤報告、乘務員退勤報告，由于機車換掛報告是由多個報告產(chǎn)生，因而實施中將由解掛和掛運報告推算。

3 研究結(jié)論

鐵路運輸信息集成平臺基于“一點采集、多點應用”的原則進行設計，將分布在不同應用中的數(shù)據(jù)進行有機的整合，大大提高了數(shù)據(jù)的效用。

（1）形成運輸數(shù)據(jù)整合與共享。目前總公司的鐵路運輸數(shù)據(jù)均分布在各個應用系統(tǒng)中，鐵路運輸信息集成平臺對分布在不同應用系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)按照鐵路運輸生產(chǎn)業(yè)務流程對數(shù)據(jù)進行有機地整合，形成實時、準確的共享數(shù)據(jù)源。

（2）實現(xiàn)基礎數(shù)據(jù)平臺的統(tǒng)一。鐵路眾多信息系統(tǒng)，每個系統(tǒng)使用不同來源的基礎數(shù)據(jù)，造成了數(shù)據(jù)重復維護及難以共享，通過鐵路運輸信息集成平臺將基礎數(shù)據(jù)集中統(tǒng)一維護，減少數(shù)據(jù)維護工作量，為信息共享打下堅實基礎。

（3）提供貨車和機車的精確追蹤。提供精確的貨車、貨物和機車的動態(tài)追蹤，貨主通過追蹤系統(tǒng)在家中就可以準確查詢貨物的位置、狀態(tài)、到達等信息，調(diào)度可以準確地查詢重車、空車和機車的車流分布，企業(yè)可以查詢自備車的位置和使用信息，極大提高生產(chǎn)效率。

（4）優(yōu)化運輸組織數(shù)據(jù)依據(jù)。鐵路運輸信息集成平臺為運輸組織的指揮者、管理者和決策者提供詳盡、及時、準確的運輸生產(chǎn)信息，宏觀分析運輸組織情況，微觀了解所有車站運輸組織細節(jié)，管理人員可以及時發(fā)現(xiàn)運輸各環(huán)節(jié)存在問題，利用信息技術實現(xiàn)內(nèi)涵擴大再生產(chǎn)，提高運輸組織生產(chǎn)效率。

（5）奠定智能化調(diào)度指揮基礎。系統(tǒng)建立預測數(shù)據(jù)庫，根據(jù)現(xiàn)在的數(shù)據(jù)，推算將來車流分布，為智能預警、日班/階段計劃自動編制的智能化建立良好的基礎。