張雅琴，馬志強(qiáng)，秦林林

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

伴隨著“一帶一路”倡議，我國與沿線國家基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展，現(xiàn)已形成多點(diǎn)擴(kuò)散的國際鐵路聯(lián)運(yùn)大通道網(wǎng)絡(luò)[1]。中歐班列、中巴伊土等國際運(yùn)輸通道的跨境貨物運(yùn)輸促進(jìn)了多個(gè)國家經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易的交流與發(fā)展[2-4]。作為國際鐵路聯(lián)運(yùn)大通道網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，跨境鐵路是沿線國家實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的重要載體，在國際貨物運(yùn)輸中充當(dāng)著重要角色。

云計(jì)算等信息技術(shù)的快速發(fā)展與融合應(yīng)用，為鐵路的智能化與數(shù)字化建設(shè)提供了重要驅(qū)動(dòng)力[5-6]。為了更好地助力境外鐵路的業(yè)務(wù)發(fā)展，于行建等人[7]結(jié)合國內(nèi)鐵路智能化趨勢(shì)與技術(shù)，從鐵路智能數(shù)字化、裝備智能化等角度出發(fā)，提出了適用于境外鐵路項(xiàng)目的智能化系統(tǒng)；梁志國等人[8]針對(duì)中老（中國—老撾）運(yùn)行需求，開發(fā)了適用于多種語言的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)；秦寧等人[9]設(shè)計(jì)了中老鐵路作業(yè)綜合管控一體化技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)中老鐵路磨萬段設(shè)備、人員、作業(yè)流程等生產(chǎn)要素的管理。為滿足中老鐵路核心業(yè)務(wù)需求，紀(jì)偉等人[10]引入云原生技術(shù)，設(shè)計(jì)了中老鐵路信息系統(tǒng)一體化方案。上述研究給境外鐵路的業(yè)務(wù)運(yùn)營和管理提供了新的技術(shù)手段。然而，伴隨著多種信息系統(tǒng)投入使用，多樣化的數(shù)據(jù)資產(chǎn)快速形成，如何有效利用數(shù)據(jù)資產(chǎn)，挖掘數(shù)據(jù)潛在價(jià)值，促進(jìn)境外鐵路的管理、運(yùn)營和創(chuàng)新，是當(dāng)前需要深入研究的重要課題。

因此，為有效利用多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資產(chǎn)，輔助境外鐵路智能決策，本文設(shè)計(jì)了中老鐵路智能決策支持服務(wù)平臺(tái)，通過在中老鐵路實(shí)踐應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了鐵路運(yùn)輸運(yùn)營決策的智能化。

1 平臺(tái)架構(gòu)

1.1 總體架構(gòu)

中老鐵路智能決策支持服務(wù)平臺(tái)在搭建的過程中，采用了多層架構(gòu)模式，以便于更加靈活的業(yè)務(wù)組成形式和部署，總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺(tái)總體架構(gòu)

1.1.1 數(shù)據(jù)連接層

為了方便各種類型的數(shù)據(jù)接入，該平臺(tái)采用NodeJS動(dòng)態(tài)加載機(jī)制，優(yōu)化了NodeJS底層虛擬機(jī)在加載不同Class時(shí)的性能，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口模式之上的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)綁定機(jī)制，包括本地文件（Excel、XML、JSON）、數(shù)據(jù)庫（MySQL、PostgreSQL、Oracle）及HTTP接口，通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，方便后期接入其他類型的數(shù)據(jù)。

1.1.2 數(shù)據(jù)處理層

在數(shù)據(jù)連接層之上，搭建了數(shù)據(jù)處理層。數(shù)據(jù)成功連接后，連接層會(huì)將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流（無論底層是文件、數(shù)據(jù)庫還是HTTP網(wǎng)絡(luò)接口）打包成最小的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)包，并傳遞給數(shù)據(jù)處理層。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了3種數(shù)據(jù)處理方式，分別是可視化交互（基于用戶交互設(shè)置的數(shù)據(jù)處理邏輯）、類SQL語句（基于SQL擴(kuò)展了數(shù)據(jù)處理邏輯）和JS腳本（通過動(dòng)態(tài)加載JS類實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理邏輯）。數(shù)據(jù)處理層接收到流（Stream）之后，會(huì)重新將數(shù)據(jù)解包并逐個(gè)應(yīng)用3種數(shù)據(jù)處理邏輯，再重新封包交給下一層。

1.1.3 應(yīng)用層

提供運(yùn)營決策、基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)營維護(hù)（簡(jiǎn)稱：運(yùn)維）決策、設(shè)備設(shè)施病害決策、資產(chǎn)管理決策和指標(biāo)分析等功能，封裝了可視化圖表（折線圖、柱形圖、條形圖、玉玨圖、玫瑰圖等）、區(qū)域地圖等一系列組件，可用于組合設(shè)計(jì)出各種風(fēng)格的大屏。同時(shí)，設(shè)計(jì)了動(dòng)畫和交互功能，為組件和大屏提供了靈活的動(dòng)畫設(shè)置和交互邏輯設(shè)置。

1.2 技術(shù)架構(gòu)

中老鐵路智能決策支持服務(wù)平臺(tái)為前端頁面、后臺(tái)分離架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)

1.2.1 前端頁面

采用Vue.js技術(shù)棧并配合使用Element-UI框架搭建前端頁面，通過Node.js為ES6版本標(biāo)準(zhǔn)下的JavaScript提供運(yùn)行環(huán)境，并將ECharts及AntV數(shù)據(jù)可視化組件庫進(jìn)行封裝，便于用戶在數(shù)據(jù)可視化分析時(shí)的拖拽操作和配置，最后通過Webpack工具進(jìn)行打包部署在服務(wù)器中。網(wǎng)關(guān)（Gateway）部分采用Nginx作為代理轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，訪問到對(duì)應(yīng)的后臺(tái)Server。

1.2.2 后臺(tái)Server

后臺(tái)Server為Java項(xiàng)目，主要采用Spring Boot和MyBatis技術(shù)棧，使用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。用戶可以在數(shù)據(jù)源部分配置外部數(shù)據(jù)的連接信息，通過直連模式讀取數(shù)據(jù)，在指標(biāo)管理模塊新建指標(biāo)并綁定數(shù)據(jù)，進(jìn)而根據(jù)需求配置視圖和大屏。此外，用戶也可以在指標(biāo)部分上傳Excel、JSON等靜態(tài)數(shù)據(jù)，通過配置調(diào)度模式實(shí)現(xiàn)調(diào)度Kettle工具執(zhí)行抽取任務(wù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在Apache Doris數(shù)據(jù)庫中，為指標(biāo)提供數(shù)據(jù)分析展示，進(jìn)而根據(jù)需求配置視圖和大屏。

2 功能設(shè)計(jì)

2.1 鐵路運(yùn)輸運(yùn)營決策服務(wù)

鐵路運(yùn)輸運(yùn)營決策服務(wù)通過厘定顯示需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)中老鐵路運(yùn)營、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的統(tǒng)計(jì)分析，以大屏方式直觀呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸整體情況的分析與顯示，包括運(yùn)輸量、列車開行與運(yùn)用情況、當(dāng)日運(yùn)輸情況、技術(shù)站作業(yè)情況、智能提示及運(yùn)輸預(yù)警等。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維決策服務(wù)

基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維決策服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)工、電、供各專業(yè)運(yùn)維情況及安全綜合運(yùn)用的分析與展示，包括天窗計(jì)劃、日計(jì)劃情況、工具及人員派用情況、維修計(jì)劃/應(yīng)急值班信息、工電供聯(lián)合作業(yè)統(tǒng)計(jì)、智能提示及告警等，通過對(duì)運(yùn)維管理中難點(diǎn)問題進(jìn)行趨勢(shì)、突變、供需匹配研判，用數(shù)據(jù)尋求科學(xué)的解決方案，通過輸出報(bào)告、建議等方式，輔助管理者進(jìn)行決策。

2.3 設(shè)備設(shè)施病害決策服務(wù)

設(shè)備設(shè)施病害決策服務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁、接觸網(wǎng)等設(shè)備病害的綜合統(tǒng)計(jì)、追蹤、預(yù)警與展示，包括年度病害分類統(tǒng)計(jì)、病害態(tài)勢(shì)分析、病害數(shù)量及分類統(tǒng)計(jì)、預(yù)警分析等，并挖掘不同專業(yè)檢測(cè)數(shù)據(jù)間的相關(guān)性。通過篩選各專業(yè)動(dòng)靜態(tài)檢測(cè)、檢查和監(jiān)測(cè)病害數(shù)據(jù)，根據(jù)問題嚴(yán)重程度分級(jí)納入設(shè)備問題庫，為各專業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)修計(jì)劃提供編制依據(jù)。

2.4 資產(chǎn)管理決策服務(wù)

資產(chǎn)決策分析主要涉及數(shù)據(jù)資產(chǎn)和物資資產(chǎn)。其中，物資資產(chǎn)指標(biāo)的呈現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了資產(chǎn)設(shè)備、儲(chǔ)備物資的細(xì)化分析，可按照專業(yè)、線別、單位、設(shè)備類別等不同的維度統(tǒng)計(jì)資產(chǎn)設(shè)備數(shù)量、分布及使用情況，包括道岔、橋梁、隧道、涵渠、路基、通信設(shè)備、信號(hào)設(shè)備、供電設(shè)備等；數(shù)字化資產(chǎn)指標(biāo)的呈現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)整體數(shù)據(jù)資產(chǎn)情況的細(xì)化分析，主要包括數(shù)據(jù)資產(chǎn)分類統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)等分析展示。

2.5 指標(biāo)服務(wù)分析

指標(biāo)服務(wù)分析負(fù)責(zé)記錄并以圖形化方式展示指標(biāo)數(shù)據(jù)信息，包含指標(biāo)數(shù)量、指標(biāo)修改次數(shù)、指標(biāo)服務(wù)次數(shù)、累計(jì)指標(biāo)申請(qǐng)量等；提供直連多種類型（數(shù)據(jù)庫類型、API類型、地圖服務(wù)類型）數(shù)據(jù)源的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前指標(biāo)目錄的查詢、篩選和維護(hù)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 海量復(fù)雜數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與挖掘

利用分布式數(shù)據(jù)庫，解決海量工、電、供、車輛、事件視圖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，碰撞難題；解決視頻資源永久性分類保存難題；解決關(guān)鍵數(shù)據(jù)、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫備份難題；解決多源異構(gòu)重要數(shù)據(jù)的檔案式存儲(chǔ)管理難題；解決海量長(zhǎng)周期視頻數(shù)據(jù)概率分析難題；監(jiān)測(cè)重點(diǎn)路段事件趨勢(shì)、事件發(fā)生規(guī)律分析等。

3.2 境外鐵路運(yùn)行指標(biāo)體系構(gòu)建

通過構(gòu)建一套境外鐵路建設(shè)發(fā)展、規(guī)劃落實(shí)監(jiān)測(cè)及運(yùn)行態(tài)勢(shì)的綜合分析框架和指標(biāo)體系，使境外鐵路這一復(fù)雜系統(tǒng)變得可量化、可描述。通過對(duì)象監(jiān)測(cè)、路徑跟蹤、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、實(shí)施結(jié)果、優(yōu)化效果進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)，輔助業(yè)務(wù)人員高效、精準(zhǔn)決策。

3.3 按需彈性擴(kuò)充平臺(tái)

中老鐵路智能決策支持服務(wù)平臺(tái)采用“數(shù)據(jù)插槽式”設(shè)計(jì)，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行特征分析和智能匹配，使得新接入數(shù)據(jù)可快速生成分析展示專題，便于各類應(yīng)用快速集成到智能決策支持服務(wù)框架中，并生成專題應(yīng)用。

3.4 靈活定制可視化展示界面

通過中老鐵路智能決策支持服務(wù)平臺(tái)提供的內(nèi)容制作工具、智能分析工具和應(yīng)用集成工具，運(yùn)維團(tuán)隊(duì)可按需完成推送內(nèi)容、數(shù)據(jù)組織方式、展示界面、功能界面的快速定制，并且支持大屏端、PC端等多類終端智能適配。

4 平臺(tái)應(yīng)用

中老鐵路智能決策支持服務(wù)平臺(tái)已在中老鐵路實(shí)踐應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了多維度的專業(yè)級(jí)鐵路數(shù)據(jù)分析和智能預(yù)警。鐵路運(yùn)輸運(yùn)營決策服務(wù)提供了中老鐵路磨萬（磨丁—萬象南）段運(yùn)營相關(guān)情況分析，通過大屏形式展示了中老鐵路整體運(yùn)輸情況，包括鐵礦石運(yùn)量、非鐵礦石運(yùn)量、列車開行與運(yùn)用情況等，其界面如圖3所示。

圖3 鐵路運(yùn)輸運(yùn)營決策服務(wù)界面

同時(shí)，基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維決策服務(wù)頁面以折線柱形圖、餅圖等方式展示了中老鐵路作業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的情況；設(shè)備設(shè)施病害決策服務(wù)頁面以柱狀圖、趨勢(shì)圖等方式展示了中老鐵路設(shè)備的基本情況，并實(shí)現(xiàn)工務(wù)、電務(wù)、供電專業(yè)的預(yù)警分析；資產(chǎn)管理決策服務(wù)頁面統(tǒng)計(jì)了中老鐵路各專業(yè)資產(chǎn)比例、固定資產(chǎn)數(shù)量、數(shù)據(jù)資產(chǎn)數(shù)量等信息，可對(duì)月物資（道床、軌枕、鋼軌、道岔）出庫情況進(jìn)行預(yù)測(cè)；指標(biāo)服務(wù)分析界面統(tǒng)計(jì)了中老鐵路各專業(yè)指標(biāo)數(shù)量占比、指標(biāo)類別及來源等信息，可支持對(duì)中老鐵路的指標(biāo)數(shù)據(jù)接入、指標(biāo)數(shù)據(jù)集管理與指標(biāo)數(shù)據(jù)維護(hù)等。

5 結(jié)束語

本文依托信息化技術(shù)，挖掘鐵路數(shù)據(jù)內(nèi)在價(jià)值，設(shè)計(jì)了中老鐵路智能決策支持服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了中老鐵路相關(guān)數(shù)據(jù)可視化展示、分析及挖掘等功能，提供了智能決策輔助，對(duì)中老鐵路的實(shí)際運(yùn)營管理具有重要作用。未來，將進(jìn)一步完善該平臺(tái)的建設(shè)，對(duì)接更多業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采用人工智能算法實(shí)現(xiàn)更多專業(yè)維度的預(yù)警與分析。