基于多活性代理的鐵道綜合業(yè)務(wù)管理平臺研究

鄭德勇，熊開宏

(1.北京國鐵華晨通信信息技術(shù)有限公司，北京100070；2.方正國際軟件有限公司，北京100080)

隨著我國鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，特別是高鐵的迅猛發(fā)展，鐵道的日常管理越來越依賴于信息化手段，鐵道系統(tǒng)的日常運營對信息化系統(tǒng)的實效性、穩(wěn)定性、安全性等各方面的要求也越來越高。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、新一代移動通訊技術(shù)等新技術(shù)的發(fā)展和普及，鐵道系統(tǒng)的信息化建設(shè)也面臨著新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。如何提高鐵路系統(tǒng)的運營管理水平，減少各種意外故障導致的各種事故，提高鐵路運輸?shù)男屎桶踩?，特別是提高面向廣大人民群眾的服務(wù)水平，是鐵道信息化在新時代需要思考的問題。

鐵路信息化中的信息系統(tǒng)由于面臨大規(guī)模的海量數(shù)據(jù)、巨大的用戶規(guī)模、復雜的應(yīng)用環(huán)境和不同的服務(wù)對象等多種因素帶來的挑戰(zhàn)，其中的信息系統(tǒng)將是一個高度自治、分布、協(xié)同的復雜巨系統(tǒng)。這樣的信息系統(tǒng)的建設(shè)，從建設(shè)思路、設(shè)計理念、技術(shù)實現(xiàn)，到系統(tǒng)運維等諸多方面都應(yīng)該有所改變和突破。本文將系統(tǒng)工程領(lǐng)域最新的針對復雜信息系統(tǒng)研究的多活性代理思想引入到鐵路信息化領(lǐng)域，并通過設(shè)計一種新的虛擬運營中心（VOC）的體系架構(gòu)，探討提高鐵道信息化中系統(tǒng)的集成度和靈活性的可能性，希望能對鐵路信息化的發(fā)展起到一定的促進作用。

1 鐵道信息化的現(xiàn)狀和問題

由于網(wǎng)絡(luò)和通訊等信息技術(shù)的不斷擴展應(yīng)用，鐵道的信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能變得越來越復雜，系統(tǒng)規(guī)模越來越龐大，涉及的時間和空間范圍越來越廣。特別是以物聯(lián)網(wǎng)為代表的下一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，將互通互聯(lián)并相互感知協(xié)調(diào)的概念延伸至鐵道各個產(chǎn)業(yè)鏈的全程和物理設(shè)備終端，在帶來巨大技術(shù)進步和社會經(jīng)濟效益的同時，將形成前所未有的巨大復雜信息系統(tǒng)[1]。

目前鐵道系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)建設(shè)了很多管理系統(tǒng)、調(diào)度指揮系統(tǒng)、售檢票系統(tǒng)等，有些也建設(shè)了好多年。但不同系統(tǒng)之間基本都是相互獨立的，在鐵道系統(tǒng)內(nèi)形成了一個個的信息孤島，這些孤立的信息系統(tǒng)已經(jīng)越來越不能滿足新時期鐵道部門對管理效率和服務(wù)水平的更高的業(yè)務(wù)需求。在物聯(lián)網(wǎng)時代，很多系統(tǒng)都面臨著升級改造和重新建設(shè)等問題，如何利用系統(tǒng)工程的理論，在整體規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計和分步實施的原則指導下，通過基于信息資源規(guī)劃的細化頂層設(shè)計，是新一代鐵道信息化（或智慧鐵道）建設(shè)首先要考慮的、直接關(guān)系到鐵道信息化后續(xù)發(fā)展的核心問題。

2 多活性代理設(shè)計方法

多活性代理 MLA（Multi-Living Agent）[2]復雜信息系統(tǒng)理論是近年新提出的一種主要針對人工設(shè)計系統(tǒng)的復雜信息系統(tǒng)研究理論，可用于指導復雜信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計。該理論建立起一套框架理論，提供橋梁來連接基本系統(tǒng)原理和人工系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計理論之間的空隙。其基本要點是：首先，將人工系統(tǒng)的組成采用有層次的活性代理來表述。多代理理論在系統(tǒng)建模和仿真領(lǐng)域已經(jīng)有成功應(yīng)用，多活性代理復雜信息系統(tǒng)理論借用這一模型來刻畫系統(tǒng)的基本組成結(jié)構(gòu)。為了表現(xiàn)系統(tǒng)的耗散和自組織特性，該理論引入活性這一概念。所謂“活性”體現(xiàn)出人工系統(tǒng)的特點：人為設(shè)計并服務(wù)于特定的設(shè)計目的，即系統(tǒng)的功能性，系統(tǒng)（或代理）發(fā)揮其設(shè)計功能的能力和程度就是活性[2]。活性概念為系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計引入一個核心的、基礎(chǔ)的目標，統(tǒng)一了諸如穩(wěn)定性、可靠性、可擴展性等傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計中的質(zhì)量屬性，為進一步深入構(gòu)建人工系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計理論奠定了基礎(chǔ)。其次，為抽象系統(tǒng)自組織特性的設(shè)計目標，提出了活性自組織的概念，并建議用條件集合映射到自組織機理集合的兩集合模型來描述活性自組織機理。第三，為便于指導工程應(yīng)用，該理論提出了多活性代理復雜信息系統(tǒng)的功能模型及代理間的協(xié)商協(xié)調(diào)機制。

信息系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)由面向過程（任務(wù)）發(fā)展到面向?qū)ο?，之后又發(fā)展到面向服務(wù)、面向代理、面向多代理。多活性代理方法概念，為鏈接復雜系統(tǒng)理論和工程應(yīng)用提供了手段。該方法立足于系統(tǒng)的本質(zhì)特征，具有定性與定量相結(jié)合、分析與綜合相結(jié)合、人機結(jié)合、軟硬件相結(jié)合、獨立與嵌入生存相結(jié)合等優(yōu)點，適合于復雜系統(tǒng)動態(tài)構(gòu)建及功能的技術(shù)設(shè)計發(fā)展研究。

3 基于多活性代理的鐵道綜合業(yè)務(wù)管理平臺

在多活性代理理論框架下，對活性代理本體和活性代理之間的協(xié)商協(xié)調(diào)機制建模，用以刻畫復雜信息系統(tǒng)的本質(zhì)特征，真實反映實際信息系統(tǒng)組分（穩(wěn)定運行系統(tǒng)的最小單元）對信息的處理特征。

考慮強約束、高對抗環(huán)境對復雜信息系統(tǒng)的影響，如信息的準確性、保密性、完整性、時效性等在集成系統(tǒng)中的演變；考慮強約束、高對抗環(huán)境對系統(tǒng)組分的影響，如物理約束、維護約束如何分解到異構(gòu)組分上。

在建立復雜信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)之后，要研究系統(tǒng)動態(tài)運行的特征，建立反映復雜信息系統(tǒng)本質(zhì)特點的多代理模型，在現(xiàn)代計算科學支持下，用建模和仿真技術(shù)對系統(tǒng)關(guān)鍵性態(tài)進行定量考察，形成一套面向鐵道應(yīng)用領(lǐng)域的復雜信息系統(tǒng)理論體系和技術(shù)體系。

利用多活性代理的理論，針對鐵路信息系統(tǒng)中的典型應(yīng)用進行模型抽象和設(shè)計，基于企業(yè)服務(wù)總線（ESB）建立鐵道復雜網(wǎng)絡(luò)之間、復雜業(yè)務(wù)流程系統(tǒng)之間的多活性代理服務(wù)，集成鐵道實時智能信息平臺、空間實體可視化服務(wù)平臺、智能視頻監(jiān)控服務(wù)平臺和業(yè)務(wù)流程服務(wù)，實現(xiàn)面向空間數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理和建模的BPM智能協(xié)同服務(wù)平臺，滿足鐵道各單位、各部門業(yè)務(wù)流程互聯(lián)、協(xié)同服務(wù)，為快速開發(fā)復雜信息系統(tǒng)提供強有力的技術(shù)支撐。提高智慧鐵道中應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的效率和成功率。

基于多活性的鐵道綜合業(yè)務(wù)管理平臺的體系架構(gòu)如圖1所示。

基于多活性代理的鐵道綜合業(yè)務(wù)管理平臺是在多活性代理理論和設(shè)計方法的指導下，針對鐵道行業(yè)的應(yīng)用特點，提煉和抽象出一系列的代理模型，結(jié)合GIS和BPM等技術(shù)在鐵道行業(yè)的應(yīng)用和實踐經(jīng)驗，設(shè)計和開發(fā)新一代面向代理的綜合業(yè)務(wù)智能開發(fā)平臺。通過平臺自動完成多活性代理在穩(wěn)定性、可靠性、安全性、靈活性、可擴展性等體現(xiàn)活性的技術(shù)實現(xiàn)，讓開發(fā)人員把主要精力放在業(yè)務(wù)邏輯的實現(xiàn)上，從而使得通過綜合業(yè)務(wù)職能開發(fā)平臺開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)比以往的系統(tǒng)具有更開放、更穩(wěn)定、更安全、更靈活等特性，大大降低復雜信息系統(tǒng)建設(shè)的難度和工作量。并且，復雜系統(tǒng)的開發(fā)不再依賴某些技術(shù)水平比較高的開發(fā)人員才能保證系統(tǒng)質(zhì)量，而是普通的開發(fā)人員利用這個智能開發(fā)平臺也可以開發(fā)出高質(zhì)量的復雜應(yīng)用系統(tǒng)，從而降低了復雜信息系統(tǒng)建設(shè)的難度和成本，提高復雜信息系統(tǒng)建設(shè)的效率和成功率。

4 虛擬運營中心（VOC）體系架構(gòu)

在新一代的鐵道信息化系統(tǒng)建設(shè)中，要在利用多活性代理的綜合業(yè)務(wù)管理平臺快速構(gòu)建新系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用信息資源規(guī)劃的理論對業(yè)務(wù)進行梳理，并利用開放的體系架構(gòu)實現(xiàn)對現(xiàn)有系統(tǒng)的平滑升級和無縫整合。

新一代的鐵道信息化整體架構(gòu)建議采用遵循開放的SOA技術(shù)標準的虛擬運營中心（VOC）體系架構(gòu)。通過信息資源規(guī)劃、數(shù)據(jù)環(huán)境重建、業(yè)務(wù)流程重構(gòu)等分析和設(shè)計方法，利用 ESB、BPM、BI、門戶等技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成、業(yè)務(wù)集成和界面集成。如圖2所示。通過高度集成化的、個性化的、多終端、多形式的統(tǒng)一信息展現(xiàn)，在單一界面中瀏覽和操作所有系統(tǒng)的信息，讓用戶在最短的時間內(nèi)得到需要的信息和服務(wù)，發(fā)現(xiàn)隱藏在各個不同部門的不同應(yīng)用系統(tǒng)中的關(guān)鍵信息。并利用系統(tǒng)的預測分析功能，將反應(yīng)性決策改變?yōu)榍罢靶詻Q策，讓信息化建設(shè)的應(yīng)用效果逐步達到期望的智慧化的程度，從而提高工作效率、管理水平和服務(wù)水平。

在多活性代理的復雜信息系統(tǒng)理論指導下，結(jié)合鐵道行業(yè)應(yīng)用的特點和面臨的問題，設(shè)計和開發(fā)基于多活性代理的綜合業(yè)務(wù)管理平臺，并搭建一個開放的虛擬運營中心（VOC）基礎(chǔ)架構(gòu)，為物聯(lián)網(wǎng)時代的鐵道行業(yè)信息化提供了一個新的建設(shè)思路和強有力的技術(shù)支撐。

[1]王越.復雜信息系統(tǒng)構(gòu)建的新方法-多活性代理方法[J].中國工程科學，2006，8（5）：30-34.

[2]錢學森，戴汝為，于景元.一個科學新領(lǐng)域-開放的復雜巨系統(tǒng)及其方法[J].自然雜志，1990，13（1）：3-10.