紀 偉 吳樺林 謝 鵬 陳俊峰

(1.中鐵二院工程集團有限責任公司， 成都 610031；2.中國鐵道科學研究院科學技術(shù)信息研究所， 北京 100081)

作為泛亞鐵路中線的重要組成部分，中老鐵路是第一個以中方為主投資建設并運營，采用中國技術(shù)標準，與中國鐵路網(wǎng)直接連通的境外鐵路項目。信息化系統(tǒng)作為現(xiàn)代化鐵路的重要標志，在中老鐵路建設及運營中發(fā)揮了重要作用。

1 國內(nèi)外鐵路信息化發(fā)展現(xiàn)狀

目前，以數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化為標志的信息技術(shù)革命正深刻改變著世界戰(zhàn)略格局，世界主要國家紛紛研究和提出了適應自身特點的信息化智能化發(fā)展戰(zhàn)略和舉措[1]。美國、日本與歐洲等國家和地區(qū)在本世紀初就開始了智能鐵路信息化的研究，美國提出了Smarter Railroad，利用智能化網(wǎng)絡化的信息系統(tǒng)，提高鐵路運營效率，節(jié)約運營成本。日本的CyberRail通過提供強大的信息功能，實現(xiàn)鐵路與其他各類運輸方式的無障礙銜接，力爭做到無縫銜接。歐洲的InteGRail以實現(xiàn)更高效、更高服務標準的鐵路運輸組織為目標，提出了歐盟范圍內(nèi)的鐵路資源一體化和信息共享使用技術(shù)方案。雖然以上智能鐵路信息化系統(tǒng)的重點與思路存在一定差異，但其共同點都是利用計算機及信息技術(shù)，實現(xiàn)信息資源的互聯(lián)、集成與共享，通過信息資源的優(yōu)化利用，提升鐵路系統(tǒng)的效率與服務水平。

與此同時，中國鐵路也向著信息化和智能化的方向快速邁進，鐵路工程建設、運輸服務、多元化經(jīng)營、協(xié)同服務保障等企業(yè)核心業(yè)務發(fā)展對信息化智能化建設提出了新的更高需求。2017年原鐵路總公司發(fā)布了《鐵路信息化總體規(guī)劃》(簡稱“總體規(guī)劃”)，提出了信息化發(fā)展的基本原則、主要目標、總體架構(gòu)、工作任務等。在總體規(guī)劃的指引下，我國全面開展智能鐵路的規(guī)劃和建設，形成了具有中國特色、全面擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)裝備和技術(shù)體系，為智能鐵路建設發(fā)展提供了強有力的技術(shù)支撐。智能京張以全力打造“精品工程、智能京張”及服務奧運為目標，廣泛應用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)、人工智能、北斗導航、BIM等新技術(shù)，綜合高效利用資源，初步實現(xiàn)了涵蓋智能建造、智能裝備、智能運營的新一代智能化高速鐵路系統(tǒng)[2]。智能浩吉示范工程以智能浩吉大腦平臺為基礎支撐，以基于LKJ的機車自動駕駛、基于北斗的單線CTC、智能牽引供電、智能調(diào)度、基礎設施智能運維、綜合安全大數(shù)據(jù)等為主要的智能化應用，初步探索了貨運鐵路智能化的創(chuàng)新實踐[3-4]。

云計算技術(shù)從誕生至今取得了飛速的發(fā)展，被業(yè)界喻為第三次互聯(lián)網(wǎng)革命。云計算技術(shù)的應用，使社會的工作方式和商業(yè)模式發(fā)生了巨大的改變，國內(nèi)外大型互聯(lián)網(wǎng)公司都推出了自己的云平臺產(chǎn)品[5]。目前阿里云的市場份額已經(jīng)位居中國第一位，世界第三位。中國鐵路12306采用了阿里云技術(shù)經(jīng)受了多個春運的考驗，給廣大旅客帶來了更加便捷的體驗和服務。中國第一條完全采用云平臺技術(shù)建設信息系統(tǒng)的浩吉鐵路，充分發(fā)揮了云平臺的優(yōu)勢，沒有因為系統(tǒng)升級或者設備維修而進行過停機“要點”，既保證了業(yè)務的連續(xù)性，也給運維帶來極大的便利。因此，云計算是技術(shù)發(fā)展的主流，且具備廣泛應用的潛力，與鐵路業(yè)務結(jié)合也具有很好的成功先例，具備在中老鐵路使用的條件。

2 必要性分析

信息技術(shù)是當今經(jīng)濟與社會發(fā)展的重要驅(qū)動力，信息化智能化代表新的生產(chǎn)力和發(fā)展方向，已成為引領創(chuàng)新驅(qū)動的先導力量和衡量國家及行業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。2020年5月，國鐵集團對中老鐵路運營管理事項進行了正式批復(鐵運函〔2020〕197)，明確了中老鐵路磨萬段運營管理模式采用扁平化組織架構(gòu)，并統(tǒng)籌考慮開通初期委托運營管理和老中鐵路公司自主運營管理兩個階段的銜接，優(yōu)化崗位及人員設置[6]。充分借鑒浩吉、京張等國內(nèi)近期投產(chǎn)運營鐵路信息化建設經(jīng)驗，以系統(tǒng)整合、輕量化應用的設計理念，按符合老撾國情、路情與軌道交通發(fā)展實際情況的原則完成中老鐵路磨萬段信息系統(tǒng)設計。

(1)作為云計算未來的發(fā)展方向，云原生技術(shù)是基于分布部署和統(tǒng)一運管的分布式云，是基于云計算技術(shù)的一套云技術(shù)產(chǎn)品體系。作為一種新型技術(shù)體系，云原生技術(shù)與鐵路業(yè)務結(jié)合具備廣泛的應用潛力。

(2)云平臺是未來數(shù)據(jù)中心建設的大勢所趨，已經(jīng)作為下一代計算模式全面進入實踐應用階段。各國政府紛紛推動主要廠商圍繞云計算重新布局，創(chuàng)新平臺、產(chǎn)品與應用不斷涌現(xiàn)，越來越多的數(shù)據(jù)和應用在向云平臺遷移。

(3)云平臺有利于大大降低企業(yè)運營成本。云平臺可讓所有計算資源得到充分利用，其中包括服務器、存儲以及各種網(wǎng)絡設備，工作人員的共享使用成本降低，特別是小到中等規(guī)模的應用和原型。同時，具備反應迅速準確，動態(tài)可擴展，維護簡化等優(yōu)勢，節(jié)約企業(yè)二次開發(fā)的投入，減低維護難度及維護人員成本。

(4)云平臺有利于資源共享。采用云平臺一體化方案統(tǒng)一規(guī)劃中老鐵路信息化整體架構(gòu)，集中建設企業(yè)級信息系統(tǒng)，構(gòu)建統(tǒng)一公共技術(shù)平臺，可以避免分散建設和出現(xiàn)新的“信息孤島”，從而實現(xiàn)信息跨區(qū)域、跨部門、跨業(yè)務綜合應用[7-8]。同時為國內(nèi)外互聯(lián)互通奠定了良好的基礎，是實現(xiàn)“一帶一路”“五通”目標的必要手段。

(5)基于云平臺的信息系統(tǒng)有利于業(yè)務流程再造，實現(xiàn)面向運輸組織全過程的一體化。結(jié)合中老鐵路的特點，以簡化作業(yè)模式、提升作業(yè)效率為目標，面向整個運輸組織過程，進行一體化設計。一是能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)度一體化；二是能夠?qū)崿F(xiàn)“局站”一體化；三是能夠?qū)崿F(xiàn)站內(nèi)各工種作業(yè)一體化。

(6)云平臺有利于提升系統(tǒng)的可重塑性與可操作性。云平臺一體化方案充分利用了微服務、云平臺、大數(shù)據(jù)、中臺等技術(shù)，對傳統(tǒng)應用改造進行深入的探索。一是采用基于微服務架構(gòu)的一體化云原生技術(shù)；二是從傳統(tǒng)CS模式跨代到基于微服務架構(gòu)的B/S結(jié)構(gòu)。三是采用大數(shù)據(jù)應用技術(shù)，支撐后期基于大數(shù)據(jù)的綜合應用開發(fā)。

3 系統(tǒng)方案

中老鐵路磨萬段信息系統(tǒng)通過采用云平臺(IaaS/PaaS)構(gòu)建信息化體系，實現(xiàn)了集約化、精細化管理軟、硬件資源；采用微服務架構(gòu)設計“平臺+模塊”的一體化應用架構(gòu)，可靈活配置系統(tǒng)功能、實現(xiàn)崗位的動態(tài)調(diào)整，支持多崗合一；通過整合調(diào)度、辦公網(wǎng)絡資源，減少因網(wǎng)絡架構(gòu)帶來的數(shù)據(jù)壁壘問題，為國內(nèi)外互聯(lián)互通奠定良好基礎；通過使用云平臺、微服務架構(gòu)，可以帶來更高的服務質(zhì)量、更低的開發(fā)運維成本，實現(xiàn)業(yè)務的快速迭代，最終實現(xiàn)一個中心、一個平臺、一套系統(tǒng)，調(diào)度一體、局(公司級)站一體、站內(nèi)作業(yè)一體，提高作業(yè)效率，節(jié)省人員成本。

3.1 系統(tǒng)功能

信息系統(tǒng)云平臺的建設以需求為導向，以運輸能力為基礎，以安全有序為原則，以提質(zhì)增效為目標，實現(xiàn)高效精準調(diào)度和運輸組織過程深度融合。通過業(yè)務流程的再造，實現(xiàn)局站一體的扁平化運輸組織和生產(chǎn)指揮模式，覆蓋了TDMS調(diào)度系統(tǒng)、現(xiàn)車系統(tǒng)、95306營銷系統(tǒng)、貨票系統(tǒng)、貨運站系統(tǒng)、集裝箱管理，口岸站系統(tǒng)等國鐵既有系統(tǒng)的功能，基于“調(diào)度指揮一體化、調(diào)度車站一體化、車站作業(yè)一體化”，主要實現(xiàn)以下功能和目標：

(1)基于“全程調(diào)度”的理念，將運輸計劃貫通供應鏈全程，精準銜接上下游企業(yè)作業(yè)，將鐵路調(diào)度指揮范圍延伸到整個運輸過程，更好規(guī)范行車秩序，提高作業(yè)效率。

(2)優(yōu)化既有的調(diào)度計劃編制模式，實現(xiàn)基本計劃、日班計劃、作業(yè)計劃一體化編制，構(gòu)建綜合調(diào)度計劃協(xié)同編制平臺，構(gòu)建計劃優(yōu)先級調(diào)整和沖突檢測模型，做到綜合計劃協(xié)同編制、聯(lián)動卡控、預警提示，結(jié)合效率效益綜合評價。

(3)貨運作業(yè)全過程管理，包含需求收集、配空排空、裝卸安排、貨運編組、技檢作業(yè)等全過程。通過構(gòu)建動態(tài)現(xiàn)車庫和車流推算，預測車流去向，動態(tài)調(diào)整貨運工作計劃。結(jié)合區(qū)段通過能力、裝車能力、卸車能力等能力管理，提示預警，自動停限裝卡控。

(4)動態(tài)調(diào)整客運開行方案；建立統(tǒng)一的客運編組管理庫、車底交路管理庫，動態(tài)調(diào)整車底交路計劃。

(5)基于一體化計劃，實現(xiàn)機車工作計劃、車輛工作計劃與列車工作計劃的一體化，機務和車站作業(yè)的協(xié)同聯(lián)動，實現(xiàn)對機車車輛的智能運用和全程監(jiān)理、動態(tài)調(diào)整，并動態(tài)生成機車日產(chǎn)量、機車日車公里、運用車輛公里、空車走行率等運用指標。

(6)施工綜合管理。實現(xiàn)施工維修月計劃、日計劃、作業(yè)計劃、登銷記全過程管理，提供施工過程巡檢、進度盯控、現(xiàn)場復示手段，加強施工安全防護。

(7)車站作業(yè)智能管控。實現(xiàn)局站銜接、車機銜接，提高車站作業(yè)計劃智能編制、自動調(diào)整水平，提高作業(yè)效率和計劃兌現(xiàn)率。

(8)調(diào)度命令智能一體化管理。調(diào)度命令錄入方式多樣化、內(nèi)容標準化、格式化、傳輸過程透明化，調(diào)度命令與調(diào)度綜合計劃協(xié)同編制，關聯(lián)卡控，著重沖突檢測、安全檢查。

(9)構(gòu)建運輸調(diào)度數(shù)據(jù)處理中心，實現(xiàn)橫向各相關專業(yè)、縱向各級機構(gòu)數(shù)據(jù)全面融合，加工挖掘，形成客貨運數(shù)據(jù)集市，提供個性化、定制化數(shù)據(jù)服務，提供多維度的追蹤服務。實現(xiàn)貨物定位追蹤、車輛軌跡跟蹤、列車全程追蹤，掌握實際動態(tài)。

(10)提供正晚點預測和推送服務。對內(nèi)建立正晚點信息聯(lián)動推送機制，對外實現(xiàn)客運列車的正晚點信息全程主動即時推送。

3.2 系統(tǒng)架構(gòu)

(1)總體架構(gòu)

中老鐵路磨萬段信息系統(tǒng)云平臺基于云計算平臺架構(gòu)開展設計，部署于萬象調(diào)度中心通信信息機房。中老鐵路信息系統(tǒng)云平臺總體架構(gòu)如圖1所示，其中IaaS層提供基礎資源保障；PaaS層為整個信息化體系提供便捷靈活的資源調(diào)度；SaaS層部署辦公系統(tǒng)、貨物運輸管理信息系統(tǒng)、口岸站管理信息系統(tǒng)和綜合調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)各應用系統(tǒng)功能。

圖1 中老鐵路信息系統(tǒng)云平臺總體架構(gòu)圖

(2)網(wǎng)絡架構(gòu)

信息系統(tǒng)云平臺配置服務器、存儲、網(wǎng)絡及安全設備，組建基于云計算的運行環(huán)境，使用云管理平臺統(tǒng)一進行管理及資源分配。信息中心系統(tǒng)承載鐵路信息系統(tǒng)核心業(yè)務，在中心設置內(nèi)網(wǎng)計算資源，主要運行運輸生產(chǎn)和經(jīng)營管理應用。通過核心防火墻與CTC、旅客服務信息系統(tǒng)進行互連，完成必要的數(shù)據(jù)交換。各車站級信息系統(tǒng)通過通信IP數(shù)據(jù)網(wǎng)提供的主備通道接入萬象調(diào)度中心信息系統(tǒng)云平臺。中老鐵路信息系統(tǒng)云平臺組網(wǎng)如圖2所示。

圖2 中老鐵路信息系統(tǒng)云平臺組網(wǎng)示意圖

(3)主要設備配置方案

①數(shù)據(jù)庫服務器配置方案

整體硬件建構(gòu)同時為后臺Oracle數(shù)據(jù)庫提供高可用的安全架構(gòu)支撐。系統(tǒng)配置2臺unix小型機、2臺光纖存儲交換機，3臺存儲、2臺高速心跳交換機。2臺小型機搭建Oracle RAC集群，可實現(xiàn)實時并行對外提供服務，任何一臺出現(xiàn)故障，另一臺可繼續(xù)工作，并不影響業(yè)務，且無需切換數(shù)據(jù)庫，業(yè)務中斷時間為零。

②云平臺服務器配置方案

云平臺服務器配置20臺2路的x86服務器構(gòu)成基礎資源池，另外由相同的3臺服務器構(gòu)成管理集群，云平臺服務器通過光纖連接共享存儲作為存儲資源池，基礎資源與管理集群分別連接不同的存儲資源池。每臺資源服務器配置為32核心處理器和256 GB內(nèi)存，20臺資源服務器構(gòu)成的資源池可以提供 1 200 vCPU和5 TB以上內(nèi)存用來部署虛擬機。同時設置單獨的管理群集，將云平臺管理系統(tǒng)獨立于計算資源之外，計算資源故障時不會影響云平臺管理系統(tǒng)。

③存儲設備配置方案

系統(tǒng)共配置3臺存儲設備：主存儲A、主存儲B和仲裁存儲。使用存儲資源池A和存儲資源池B分別創(chuàng)建兩個文件組，保證其中任何一臺存儲出現(xiàn)故障，還有一份數(shù)據(jù)可用。另外設置一臺仲裁存儲，與存儲資源池A、存儲資源池B一起組成表決磁盤組，并保證3份表決文件存放在3臺不同的存儲上，其中任何一臺存儲故障，可保證還有半數(shù)以上的表決文件可訪問，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不會宕機。

④系統(tǒng)安全防護方案

信息安全設備參照中國信息安全技術(shù)網(wǎng)絡安全等級保護的相關要求配置。系統(tǒng)制定了明確的網(wǎng)絡安全方針、策略，建立了完整的網(wǎng)絡安全框架，可實現(xiàn)對信息系統(tǒng)全生命周期安全管控，對業(yè)務應用安全穩(wěn)定運行形成有力支撐。信息安全設備包括防火墻、入侵檢測系統(tǒng)、防病毒系統(tǒng)和日志審計系統(tǒng)。

4 建設效果分析

通過基于云原生的中老鐵路信息系統(tǒng)一體化方案的應用，實現(xiàn)了調(diào)度指揮智能化和運行生產(chǎn)精準化，提高了站段運輸安全生產(chǎn)水平和運輸調(diào)度指揮效率。在縮短貨車周轉(zhuǎn)時間和降低能源消耗等方面發(fā)揮重要作用，達到減員增效的目標。

(1)通過云平臺一體化信息系統(tǒng)合并各調(diào)度工種，實現(xiàn)一崗多人到一人多崗的轉(zhuǎn)變；通過設置綜合臺，大幅減少調(diào)度員數(shù)量；通過車站作業(yè)集中化可實現(xiàn)車站無人或者少人管理。

(2)通過云平臺一體化信息系統(tǒng)的應用，統(tǒng)一提供接入數(shù)據(jù)的匯集、治理功能，減少數(shù)據(jù)治理人員；系統(tǒng)提供統(tǒng)一的系統(tǒng)接口，各業(yè)務系統(tǒng)無需再專門開發(fā)接口，減少接口開放和接口維護人員。

(3)通過云平臺一體化信息系統(tǒng)的應用，讓所有計算資源得到充分利用，包括服務器、存儲以及各種網(wǎng)絡設備，減少設備維護周期及設備維護費用。

5 結(jié)束語

中老鐵路信息化建設中充分考慮中老兩國國情，制定適合中老鐵路發(fā)展的信息化建設方案，主要目的是能夠適應中老鐵路整體發(fā)展戰(zhàn)略目標要求，全面滿足中老鐵路核心業(yè)務需求，保證信息化戰(zhàn)略目標與業(yè)務戰(zhàn)略目標相互關聯(lián)、相互促進、協(xié)調(diào)發(fā)展[9-10]。研究業(yè)務功能齊全、技術(shù)架構(gòu)先進、系統(tǒng)運行高效、安全保障全面的信息系統(tǒng)建設體系，可以全面提升國際鐵路的信息化水平，創(chuàng)造新的經(jīng)濟增長點，實現(xiàn)更多的社會效益。我們始終堅信中老鐵路這條綠色發(fā)展之路將會開花結(jié)果，造福沿線國家人民，帶動經(jīng)濟文化高速發(fā)展。