楊東盛，王衛(wèi)東，馬小寧，徐貴紅，蘇爾慈，劉 敏

0 引言

近年來，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、5G、區(qū)塊鏈等一系列新興信息技術(shù)在城際軌道交通領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用，城際鐵路智能化水平得到大幅提升，建設(shè)智能化城際鐵路已成為城際間軌道交通發(fā)展的主要方向[1]。基于城際鐵路豐富的數(shù)據(jù)資源，采用“平臺(tái)+應(yīng)用”模式，圍繞城際鐵路全專業(yè)領(lǐng)域，開展智能化典型應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)技術(shù)與智能城際鐵路核心業(yè)務(wù)的深度融合，構(gòu)建城際鐵路數(shù)據(jù)服務(wù)的架構(gòu)體系，成為智能城際鐵路發(fā)展的迫切需求[2]。

數(shù)據(jù)交互是行業(yè)從信息化向智能化發(fā)展的重要基礎(chǔ)性工作，多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域已有一定的探索。在航空領(lǐng)域，《機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)規(guī)范與交互技術(shù)指南》明確規(guī)范智慧機(jī)場(chǎng)數(shù)據(jù)定義和數(shù)據(jù)交互，以數(shù)字平臺(tái)為數(shù)據(jù)交換集中地，提供機(jī)場(chǎng)內(nèi)綜合業(yè)務(wù)所需通用數(shù)據(jù)和服務(wù)，并兼顧機(jī)場(chǎng)與其他運(yùn)行和保障單位的數(shù)據(jù)交互[3]。在道路交通領(lǐng)域，已形成《基于車路協(xié)同的高等級(jí)自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)交互內(nèi)容》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定系統(tǒng)中車輛與車輛、路側(cè)設(shè)施與車輛、云控與第三方平臺(tái)等各類對(duì)象之間的信息交互內(nèi)容和技術(shù)要求[4]。在國(guó)家鐵路層面，智能高速鐵路及鐵路數(shù)據(jù)交互也已形成較多技術(shù)積累[5]。作為鐵路大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，鐵路數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)已先后形成相關(guān)技術(shù)要求及接口規(guī)范，明確提出平臺(tái)應(yīng)能夠支撐各類業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)各類信息資源按需調(diào)取、業(yè)務(wù)應(yīng)用與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的無縫對(duì)接，數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也應(yīng)滿足低耦合、可擴(kuò)展、標(biāo)準(zhǔn)化、兼容性、先進(jìn)性、一致性等原則[6]。目前，鐵路數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)已逐步完成在中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“國(guó)鐵集團(tuán)”)及部分鐵路局集團(tuán)公司的部署，為我國(guó)鐵路各業(yè)務(wù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)交互提供支撐[7-8]。

綜上所述，智能城際鐵路的發(fā)展需要依托軌道交通多領(lǐng)域跨專業(yè)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)智能城際鐵路總體架構(gòu)的設(shè)計(jì)[9]，智能城際鐵路業(yè)務(wù)應(yīng)用設(shè)計(jì)，自上而下可劃分為支持平臺(tái)、板塊、領(lǐng)域、應(yīng)用4個(gè)層面，可概括為“1-6-16-X”的應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計(jì)，城際鐵路云腦平臺(tái)將作統(tǒng)一的云平臺(tái)基礎(chǔ)設(shè)施為各專項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、決策支撐等綜合服務(wù)能力支撐[9]。面向城際鐵路各專業(yè)應(yīng)用的智能化特點(diǎn)，分析形成城際鐵路應(yīng)用的數(shù)據(jù)服務(wù)需求及數(shù)據(jù)交互需求，提出適用于智能城際鐵路的數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)和數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)，并基于此，形成城際鐵路的數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)，最終根據(jù)城際鐵路云腦平臺(tái)構(gòu)建出數(shù)據(jù)交互通道，旨在為城際鐵路的智能化大數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)研究提供借鑒。

1 城際鐵路智能化數(shù)據(jù)需求

在智能城際鐵路的建設(shè)中，數(shù)據(jù)服務(wù)是實(shí)現(xiàn)覆蓋城際鐵路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)全業(yè)務(wù)流程、全價(jià)值鏈條、全生態(tài)體系智能化的必要支撐[10]。當(dāng)前，城際鐵路的系統(tǒng)建設(shè)主要依托業(yè)務(wù)應(yīng)用分散建設(shè)為主，還需要進(jìn)一步對(duì)數(shù)字化與智能化進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)計(jì)規(guī)劃[11-12]。在數(shù)據(jù)方面，需對(duì)城際鐵路信息系統(tǒng)進(jìn)行全面統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)注，形成統(tǒng)一的規(guī)?；臄?shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)共享及數(shù)據(jù)分析應(yīng)用等服務(wù)，其重點(diǎn)解決以下4方面需求。

（1）數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。既有城際鐵路信息系統(tǒng)建設(shè)以分散獨(dú)立建設(shè)模式為主，各系統(tǒng)面向公共字典表及通用數(shù)據(jù)的定義各不相同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)難以互通，即使可以開放共享，也無法使用。

（2）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)清洗服務(wù)。既有城際鐵路信息系統(tǒng)在數(shù)據(jù)開放共享方面由于缺少統(tǒng)一的數(shù)據(jù)清洗與治理手段，大量數(shù)據(jù)匯集到大數(shù)據(jù)平臺(tái)以后，存在許多干擾數(shù)據(jù)、冗余數(shù)據(jù)以及非標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)利用率較低，亟需建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)清洗服務(wù)，將數(shù)據(jù)清洗為可用數(shù)據(jù)。

（3）統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)匯集與共享服務(wù)。既有城際鐵路信息系統(tǒng)在數(shù)據(jù)匯集與共享方面，采取的模式是各業(yè)務(wù)系統(tǒng)單獨(dú)對(duì)接系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，造成數(shù)據(jù)接口的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，維護(hù)難度大，消耗人力過多等問題，亟需建設(shè)統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)服務(wù)，以統(tǒng)一的接口規(guī)范及技術(shù)規(guī)范，提供數(shù)據(jù)接入與共享服務(wù)。同時(shí)，為滿足智能城際鐵路總體架構(gòu)設(shè)計(jì)中提出的6 大板塊和16個(gè)子領(lǐng)域的功能業(yè)務(wù)需求[9]，還需在匯集與共享服務(wù)的基礎(chǔ)上建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)，各個(gè)子系統(tǒng)需根據(jù)自身情況設(shè)定相應(yīng)的管理權(quán)限并明確數(shù)據(jù)開放服務(wù)范圍，并以此設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)交互接口。

（4）統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用服務(wù)。既有城際鐵路信息系統(tǒng)在大數(shù)據(jù)分析及數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，由于缺少統(tǒng)一的平臺(tái)支撐，暫未實(shí)現(xiàn)規(guī)?；⒖鐚I(yè)的數(shù)據(jù)融合分析應(yīng)用?，F(xiàn)有的大數(shù)據(jù)分析功能，主要由單一業(yè)務(wù)主導(dǎo)，數(shù)據(jù)內(nèi)容及應(yīng)用范圍有限，缺乏在可視分析、挖掘算法、預(yù)測(cè)性分析等方面的模型積累，分析結(jié)果的準(zhǔn)確性及可靠性、服務(wù)的響應(yīng)時(shí)間及維護(hù)成本等方面存在不足，使得分析結(jié)果難以直接服務(wù)于生產(chǎn)決策，需結(jié)合城際鐵路的各項(xiàng)專業(yè)智能化應(yīng)用，建設(shè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分析應(yīng)用服務(wù)，實(shí)現(xiàn)跨專業(yè)的數(shù)據(jù)融合分析。

2 智能城際鐵路的數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)

2.1 數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

云腦平臺(tái)是智能城際鐵路的中樞大腦，為各板塊的智能化應(yīng)用提供統(tǒng)一的平臺(tái)支撐服務(wù)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)，并基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的理念為管理部門提供智能決策分析。云腦平臺(tái)由云數(shù)據(jù)中心、人工智能服務(wù)、大數(shù)據(jù)服務(wù)、主數(shù)據(jù)服務(wù)、BIM+GIS 數(shù)據(jù)管理服務(wù)和決策支持服務(wù)構(gòu)成。

遵循業(yè)界領(lǐng)先的“平臺(tái)+應(yīng)用”的技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)理念，智能城際鐵路的數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)主要基于統(tǒng)一的云腦平臺(tái)為智能檢測(cè)監(jiān)測(cè)、智能施工、智能列車、智能運(yùn)維、智能客運(yùn)、智能調(diào)度與列控6 大板塊進(jìn)行智能化賦能。6 大業(yè)務(wù)板塊在統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施層(IaaS)提供物理資源、操作系統(tǒng)資源、計(jì)算存儲(chǔ)資源等的基礎(chǔ)上，以云腦平臺(tái)“云數(shù)據(jù)中心服務(wù)”(數(shù)據(jù)層)和“智能大腦服務(wù)”(支撐服務(wù))2個(gè)層面作為智能化核心，進(jìn)行各數(shù)據(jù)的智能采集、處理、輸出，以可視化、自動(dòng)化等方式展示在用戶應(yīng)用層，如可視化的應(yīng)急指揮大屏、智能客站樞紐的一鍵開關(guān)站管理、智能施工中地基處理樁鉆桿就位引導(dǎo)等，具體的智能城際鐵路數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)如圖1所示?；A(chǔ)設(shè)施層(IaaS)通過云數(shù)據(jù)中心統(tǒng)籌基礎(chǔ)硬件資源，動(dòng)態(tài)調(diào)配基礎(chǔ)資源，提供存儲(chǔ)、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)，安全等服務(wù)；應(yīng)用支撐層(PaaS)，主要可分為負(fù)責(zé)云數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)層及提供智能大腦服務(wù)的支撐服務(wù)部分，數(shù)據(jù)層可以向支撐服務(wù)提供數(shù)據(jù)的傳輸調(diào)用；其中，根據(jù)應(yīng)用支撐層服務(wù)的業(yè)務(wù)方向不同，又可分為通用技術(shù)架構(gòu)的云腦平臺(tái)及專用技術(shù)架構(gòu)的6 大業(yè)務(wù)板塊；通用部分的云腦平臺(tái)可以向?qū)Ｓ貌糠值臉I(yè)務(wù)板塊提供平臺(tái)支撐及數(shù)據(jù)調(diào)用。應(yīng)用支撐層(PaaS)可以通過網(wǎng)關(guān)及負(fù)載均衡配置對(duì)外向用戶提供人工智能、大數(shù)據(jù)、主數(shù)據(jù)、BIM+GIS 數(shù)據(jù)管理和決策支持等智能數(shù)據(jù)服務(wù)，從而可以在用戶應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)無感進(jìn)出站、應(yīng)急指揮大屏等一系列的城際鐵路智能化應(yīng)用。

圖1 智能城際鐵路數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)Fig.1 Intelligent intercity railway data service architecture

2.2 數(shù)據(jù)服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)

智能化城際鐵路的總體數(shù)據(jù)架構(gòu)采用“湖倉一體”的架構(gòu)設(shè)計(jì)，基于云腦平臺(tái)構(gòu)建數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)覆蓋智能城際鐵路的數(shù)據(jù)湖統(tǒng)一規(guī)劃。

2.2.1 “湖倉一體”數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

在智能化及大數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)已有較為成熟的使用經(jīng)驗(yàn)，其主要用于數(shù)據(jù)分析及決策支持相關(guān)業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)的出現(xiàn)及大規(guī)模并行計(jì)算的使用，使得系統(tǒng)可以通過多種服務(wù)器的組合來滿足大規(guī)模數(shù)據(jù)處理的需求[13]。數(shù)據(jù)湖提供了一種可承載多樣化數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的存儲(chǔ)架構(gòu)，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的倉庫化存儲(chǔ)[14]，但其同樣缺少一些關(guān)鍵功能，比如不支持事務(wù)、缺乏一致性、不保證執(zhí)行數(shù)據(jù)質(zhì)量等，不適合承載讀寫訪問、批處理及流作業(yè)。

“湖倉一體”作為一種新的數(shù)據(jù)管理架構(gòu)，逐步獨(dú)立地出現(xiàn)在許多智能化業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景中，其在軌道交通智能化方面也逐步得到普及[15]，且“湖倉一體”數(shù)據(jù)架構(gòu)的提出，很好地解決了數(shù)據(jù)湖及數(shù)據(jù)倉庫的局限性，其是一種新型開放式架構(gòu)，將數(shù)據(jù)湖和數(shù)據(jù)倉庫的優(yōu)勢(shì)充分結(jié)合，構(gòu)建在數(shù)據(jù)湖低成本的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)之上，又繼承了數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)處理和管理功能，適用于城際軌道交通領(lǐng)域海量數(shù)據(jù)分析及業(yè)務(wù)應(yīng)用智能化的發(fā)展方向。

2.2.2 “湖倉一體”技術(shù)在智能城際鐵路的應(yīng)用

智能城際鐵路可利用數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)湖融合技術(shù)，創(chuàng)建湖倉統(tǒng)一封裝的云腦平臺(tái)。云腦平臺(tái)可針對(duì)城際鐵路不同數(shù)據(jù)需求和業(yè)務(wù)場(chǎng)景，集成數(shù)據(jù)湖、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)優(yōu)勢(shì)，制定湖與倉間的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)方案，制定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略，形成數(shù)據(jù)湖倉統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一封裝的一體化存儲(chǔ)方案，滿足智能城際鐵路的數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理、互聯(lián)互通、共享共用、高效存儲(chǔ)、分析的使用需求。

智能城際鐵路“湖倉一體”的數(shù)據(jù)模型如圖2所示，通過多模軌道交通數(shù)據(jù)湖倉統(tǒng)一封裝的設(shè)計(jì)，可支撐智能城際數(shù)據(jù)在湖倉不同的存儲(chǔ)形式之間進(jìn)行流轉(zhuǎn)，云腦平臺(tái)可根據(jù)智能城際鐵路業(yè)務(wù)場(chǎng)景的復(fù)雜性和多樣性，根據(jù)數(shù)據(jù)使用的頻度及數(shù)據(jù)分類層級(jí)，設(shè)計(jì)構(gòu)建基于頻度、層級(jí)的數(shù)據(jù)流批融合存儲(chǔ)模型，并制定不同類型數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)湖和數(shù)據(jù)倉庫之間的遷移策略。進(jìn)一步可支撐跨模態(tài)的數(shù)據(jù)索引及檢索，針對(duì)智能城際鐵路中海量異構(gòu)數(shù)據(jù)檢索及數(shù)據(jù)交互訪問需求，基于大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)計(jì)算分析引擎等數(shù)據(jù)底座，建立數(shù)據(jù)檢索的統(tǒng)一入口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效組織及無感訪問。

圖2 智能城際鐵路“湖倉一體”的數(shù)據(jù)模型Fig.2 Data model of intelligent intercity railway “Data Lakehouse”

具體來說，智能城際鐵路的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要基于數(shù)據(jù)溫度、分級(jí)分域等技術(shù)構(gòu)建分區(qū)分域分級(jí)管理，其主要由云腦平臺(tái)提供湖倉一體的存儲(chǔ)方案。云腦平臺(tái)提供數(shù)據(jù)倉庫(Greenplum)、HBase、Hive等組件對(duì)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。對(duì)于有實(shí)時(shí)共享需求或應(yīng)用查詢需求的溫?cái)?shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)倉庫或HBase 中；對(duì)于歷史全量冷數(shù)據(jù)，則將這些數(shù)據(jù)存放在Hive 中用于離線分析。平臺(tái)針對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)可提供HDFS 文件系統(tǒng)和對(duì)象存儲(chǔ)組件。對(duì)于零碎的中小文件，平臺(tái)將這些數(shù)據(jù)存放在對(duì)象存儲(chǔ)組件中，而數(shù)據(jù)量較多的大文件，平臺(tái)則會(huì)將數(shù)據(jù)存放在HDFS文件系統(tǒng)中。

3 智能城際鐵路數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)

3.1 專業(yè)間的數(shù)據(jù)交互方式

根據(jù)智能城際鐵路的數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，為打破各業(yè)務(wù)間的數(shù)據(jù)孤島，需要通過各類數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)專業(yè)間的數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)交互主要需要考慮交互方式、傳輸協(xié)議及數(shù)據(jù)格式3方面。

在傳統(tǒng)的信息化系統(tǒng)建設(shè)過程中，常見的數(shù)據(jù)交互方式主要有數(shù)據(jù)庫交互共享、文件服務(wù)器交互以及基于一些通用接口協(xié)議(如TCP/IP協(xié)議、HTTP協(xié)議)方式的數(shù)據(jù)交互等。在這種情況下，由于沒有企業(yè)級(jí)的數(shù)據(jù)共享服務(wù)中心的存在，各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間有數(shù)據(jù)交互的需求時(shí)，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)就會(huì)相互協(xié)商，按照業(yè)務(wù)需求，通過FTP 或者數(shù)據(jù)服務(wù)的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，其存在問題主要有：①系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享為按需提供，對(duì)數(shù)據(jù)需求方、提供方而言都會(huì)帶來較多的重復(fù)工作量；②系統(tǒng)間數(shù)據(jù)共享的安全性無法得到保障；③系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)耦合無法得到保障，提供方在系統(tǒng)升級(jí)改造時(shí)，將影響數(shù)據(jù)需求方；④各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。

隨著近年來云計(jì)算及面向服務(wù)技術(shù)架構(gòu)的廣泛應(yīng)用，企業(yè)級(jí)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)多采用分布式方式進(jìn)行設(shè)計(jì)部署。通過基礎(chǔ)設(shè)施、平臺(tái)及軟件的有效整合，建設(shè)統(tǒng)一服務(wù)的數(shù)據(jù)共享中心，可有效提高業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安全性、可靠性、可擴(kuò)展性并兼顧成本及效益。統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享服務(wù)中心通過采用RESTful API 接口、分布式消息隊(duì)列等技術(shù)方式[7]，可實(shí)現(xiàn)更為靈活、便捷、可靠且時(shí)效性更強(qiáng)的數(shù)據(jù)采集與共享，方便業(yè)務(wù)間的數(shù)據(jù)融合，為實(shí)現(xiàn)跨制式、跨層級(jí)、跨區(qū)域的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通提供支撐。

3.2 智能城際鐵路數(shù)據(jù)流向設(shè)計(jì)

在當(dāng)前智能城際鐵路的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，采用云腦平臺(tái)作為整個(gè)企業(yè)的數(shù)據(jù)共享服務(wù)中心；為了更加方便數(shù)據(jù)的共享，提出了包括數(shù)據(jù)目錄等在內(nèi)的云腦數(shù)據(jù)共享方案。

在智能城際鐵路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)中，各個(gè)專業(yè)大類間、業(yè)務(wù)系統(tǒng)間及具體的數(shù)據(jù)表間，均存在著廣泛、復(fù)雜且涵蓋不同層級(jí)的數(shù)據(jù)交互過程。智能城際鐵路專業(yè)間數(shù)據(jù)交互示意圖如圖3 所示，將智能城際鐵路的業(yè)務(wù)應(yīng)用分為旅客服務(wù)類、城際運(yùn)營(yíng)類及城際運(yùn)維類，梳理形成各類別的業(yè)務(wù)應(yīng)用涉及的功能項(xiàng)點(diǎn)，并展開列出智能調(diào)度及工電供運(yùn)維兩專業(yè)間可交互的主要業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，圖3 中用的箭頭表示不同大類的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源端某一專業(yè)的某項(xiàng)應(yīng)用，指向數(shù)據(jù)共享端某一專業(yè)的某項(xiàng)應(yīng)用，箭頭旁邊虛線框中的文字則表示2 項(xiàng)應(yīng)用間交互的具體數(shù)據(jù)內(nèi)容。以城際運(yùn)維大類工電供運(yùn)維專業(yè)中的綜合維修生產(chǎn)管理應(yīng)用和城際運(yùn)營(yíng)大類的智能調(diào)度應(yīng)用為例，它們之間的連接箭頭表示將調(diào)度系統(tǒng)施工管理模塊的天窗計(jì)劃、調(diào)度命令、天窗取消信息等數(shù)據(jù)共享給綜合維修生產(chǎn)管理系統(tǒng)，用于維修作業(yè)編制。同時(shí)，智能檢測(cè)監(jiān)測(cè)也會(huì)將相關(guān)參數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提供給調(diào)度綜合監(jiān)控應(yīng)用中的工電供設(shè)備與動(dòng)車組列車集中監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互。在具體操作層面，專業(yè)應(yīng)用間的數(shù)據(jù)交互以云腦平臺(tái)為數(shù)據(jù)交換中心，以智能城際鐵路主數(shù)據(jù)為功能業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析各板塊和子系統(tǒng)內(nèi)外的原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)等的數(shù)據(jù)流向，制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式編碼規(guī)范和交互處理策略，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)生態(tài)體系，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)外數(shù)據(jù)的深度交互融合和應(yīng)用創(chuàng)新。

圖3 智能城際鐵路專業(yè)間數(shù)據(jù)交互示意圖Fig.3 Data interchange between intelligent intercity railway professions

4 智能城際鐵路典型應(yīng)用間數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)

4.1 基于云腦平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互通道構(gòu)建

智能城際鐵路各專業(yè)間的數(shù)據(jù)交互以云腦平臺(tái)作為數(shù)據(jù)底座支撐，云腦平臺(tái)為大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)、存儲(chǔ)、計(jì)算和分析等能力，其可以將數(shù)據(jù)服務(wù)邊緣計(jì)算和云計(jì)算的價(jià)值最大化，達(dá)到減少時(shí)延、降低能耗以及提高用戶體驗(yàn)質(zhì)量的目的，從而有效地提高平臺(tái)整體的服務(wù)性能及可靠性。云腦平臺(tái)包含4 層，分別為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)中心層、數(shù)據(jù)服務(wù)層以及支撐服務(wù)層。其中基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)及云數(shù)據(jù)中心構(gòu)成“云”，數(shù)據(jù)湖及支撐服務(wù)構(gòu)成“腦”，采取“云存腦算”的模式，全面承載智能軌道交通信息化應(yīng)用并提供數(shù)據(jù)智能分析服務(wù)。

基于云腦平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互通道如圖4 所示，云腦平臺(tái)在專業(yè)間數(shù)據(jù)交互的過程中，提供數(shù)據(jù)的交互通道，如圖4 中橙色箭頭指向所示，源數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)服務(wù)層提供的大數(shù)據(jù)服務(wù)能力，經(jīng)過數(shù)據(jù)登記、數(shù)據(jù)匯聚、元數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)目錄管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)價(jià)值評(píng)估直至數(shù)據(jù)共享等一系列數(shù)據(jù)服務(wù)操作流程，最終將數(shù)據(jù)及相關(guān)服務(wù)能力提供至需求數(shù)據(jù)的用戶應(yīng)用層，這期間平臺(tái)可為數(shù)據(jù)交互提供標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范流程體系、完備的數(shù)據(jù)安全防護(hù)體系以及可靠的運(yùn)行維護(hù)體系，確保數(shù)據(jù)交互傳輸通道的穩(wěn)定、可靠及高效。

圖4 基于云腦平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互通道Fig.4 Data interchange channel based on cloud-brain platform

此外，利用云腦平臺(tái)建設(shè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)體系，將進(jìn)一步利用統(tǒng)一集成的計(jì)算資源及不斷累積的歷史數(shù)據(jù)，對(duì)人工智能算法模型訓(xùn)練、決策支持分析模型的建立等數(shù)據(jù)應(yīng)用需求提供有力支撐。從而以大數(shù)據(jù)云腦平臺(tái)為基礎(chǔ)，構(gòu)建集成智能檢測(cè)監(jiān)測(cè)、智能施工、智能列車、智能運(yùn)維、智能客運(yùn)、智能調(diào)度與列控六大板塊的各項(xiàng)智能化應(yīng)用，為各項(xiàng)城際鐵路業(yè)務(wù)的智能化實(shí)現(xiàn)賦能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)覆蓋城際鐵路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)全業(yè)務(wù)流程、全價(jià)值鏈條、全生態(tài)體系的智能化。

4.2 典型應(yīng)用間數(shù)據(jù)交互共享流程示例

以智能調(diào)度及智能運(yùn)輸組織專業(yè)的數(shù)據(jù)交互為例，其中調(diào)度的計(jì)劃管理中的線路數(shù)據(jù)、施工計(jì)劃數(shù)據(jù)提供給運(yùn)輸組織中的運(yùn)行圖智能編制功能，在云腦平臺(tái)的應(yīng)用間數(shù)據(jù)交互共享流程示意圖如圖5所示，主要流程為：①調(diào)度計(jì)劃管理專業(yè)應(yīng)用在云腦平臺(tái)中進(jìn)行線路及施工計(jì)劃數(shù)據(jù)的登記；②登記后云腦平臺(tái)通過數(shù)據(jù)匯聚接口進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚；③匯聚后的數(shù)據(jù)經(jīng)過元數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)質(zhì)量管理工作，存儲(chǔ)至云腦平臺(tái)的數(shù)據(jù)湖倉；④對(duì)形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)的線路數(shù)據(jù)、施工計(jì)劃數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)目錄中進(jìn)行登記發(fā)布；⑤對(duì)于希望使用線路及施工計(jì)劃數(shù)據(jù)的運(yùn)輸組織專業(yè)中的運(yùn)行圖智能編制應(yīng)用，可以在數(shù)據(jù)目錄中檢索選擇需要的數(shù)據(jù)并提出數(shù)據(jù)使用申請(qǐng)；⑥調(diào)度計(jì)劃管理專業(yè)在收到申請(qǐng)后，可對(duì)申請(qǐng)進(jìn)行審批；⑦審批通過后，云腦平臺(tái)對(duì)線路數(shù)據(jù)、施工計(jì)劃數(shù)據(jù)開放相應(yīng)數(shù)據(jù)共享接口給運(yùn)行圖編制應(yīng)用；⑧運(yùn)行圖智能編制應(yīng)用調(diào)用接口獲取到線路數(shù)據(jù)、施工計(jì)劃數(shù)據(jù)。

圖5 應(yīng)用間數(shù)據(jù)交互共享流程示意圖Fig.5 Data interchange process between applications

5 結(jié)束語

從城際鐵路的智能化數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)展需求出發(fā)，分析得出智能城際鐵路的數(shù)據(jù)需求，并根據(jù)城際鐵路智能化業(yè)務(wù)應(yīng)用的特征，提出了適應(yīng)性的數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)及適用于城際鐵路的數(shù)據(jù)交互設(shè)計(jì)，給出了應(yīng)用間數(shù)據(jù)交互的實(shí)現(xiàn)方案，為軌道交通智能化應(yīng)用間數(shù)據(jù)交互服務(wù)研究提供了新的思路及參考方案。下一步，隨著城際鐵路各業(yè)務(wù)領(lǐng)域智能化應(yīng)用的深入實(shí)踐，大數(shù)據(jù)技術(shù)及數(shù)據(jù)服務(wù)將更全面地融入到城際鐵路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的各個(gè)方面，構(gòu)建一個(gè)高效、可靠且覆蓋全面的數(shù)據(jù)服務(wù)架構(gòu)及數(shù)據(jù)交互機(jī)制，將為智能城際鐵路的發(fā)展提供更加完備的服務(wù)支撐。