基于SOA架構(gòu)的客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

胥 昊 閆 璐 李 科

近些年，隨著我國(guó)高速鐵路的迅猛發(fā)展，對(duì)調(diào)度指揮業(yè)務(wù)的要求也隨之提高，提出一種適應(yīng)高速鐵路運(yùn)營(yíng)調(diào)度的全新設(shè)計(jì)思想，既要滿(mǎn)足高速鐵路調(diào)度業(yè)務(wù)流程，同時(shí)能夠采用先進(jìn)的IT技術(shù)架構(gòu)，將調(diào)度業(yè)務(wù)流程與調(diào)度指揮系統(tǒng)完美結(jié)合，形成一種高效、安全、全新的高速鐵路調(diào)度指揮與行車(chē)控制一體化系統(tǒng)。客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)作為運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)的重要組成部分，采用基于面向服務(wù)的體系架構(gòu)，實(shí)行調(diào)度所、乘務(wù)段二級(jí)部署，既整合了既有線(xiàn)上客運(yùn)調(diào)度的業(yè)務(wù)功能，也優(yōu)化了客運(yùn)調(diào)度業(yè)務(wù)流程。通過(guò)信息共享平臺(tái)，與地理信息系統(tǒng)、車(chē)輛管理系統(tǒng)、綜合維修系統(tǒng)等其他運(yùn)營(yíng)調(diào)度子系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，促進(jìn)了高速鐵路信息資源的綜合利用，發(fā)揮了信息化整體效益，提高運(yùn)營(yíng)管理和調(diào)度指揮的科學(xué)決策支持水平，對(duì)實(shí)現(xiàn)以旅客為中心服務(wù)的理念具有重要意義。

1 系統(tǒng)及SOA架構(gòu)概述

客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)是高速鐵路運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng) （簡(jiǎn)稱(chēng)運(yùn)調(diào)系統(tǒng)）的重要組成部分，是客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)運(yùn)輸組織指揮的中樞系統(tǒng)之一，能滿(mǎn)足時(shí)速300～350km／h高速列車(chē)按3min追蹤間隔運(yùn)行時(shí)，調(diào)度指揮需要的乘務(wù)計(jì)劃、客流分配及預(yù)測(cè)、行車(chē)建議及客運(yùn)調(diào)度命令的下達(dá)；也可通過(guò)運(yùn)調(diào)系統(tǒng)的信息共享平臺(tái)，對(duì)客運(yùn)調(diào)度員所需要的運(yùn)輸計(jì)劃、設(shè)備維修、牽引供電、機(jī)車(chē)車(chē)輛 （動(dòng)車(chē)組）和乘務(wù)人員等信息進(jìn)行綜合管理，提供科學(xué)、準(zhǔn)確、及時(shí)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及報(bào)表。

面向服務(wù)的架構(gòu)體系 （SOA），是現(xiàn)今IT業(yè)內(nèi)最為流行的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)理念。與傳統(tǒng)IT技術(shù)架構(gòu)相比，SOA涵蓋了更多的思想，能快速響應(yīng)和滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求變化帶來(lái)的系統(tǒng)靈活調(diào)整。服務(wù)（service）是SOA系統(tǒng)的基本功能組成單元，各個(gè)應(yīng)用模塊在統(tǒng)一的服務(wù)工程及服務(wù)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，將業(yè)務(wù)功能進(jìn)行服務(wù)化處理，以應(yīng)用模塊的私有服務(wù)或系統(tǒng)公共服務(wù)的形式與企業(yè)服務(wù)總線(xiàn) （ESB）相接。公共服務(wù)注冊(cè)在服務(wù)目錄上。業(yè)務(wù)流程引擎通過(guò)對(duì)實(shí)際業(yè)務(wù)操作流程的分析及設(shè)計(jì)的流程服務(wù)進(jìn)行組裝及編排，形成業(yè)務(wù)流程服務(wù)。信息訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)、復(fù)合業(yè)務(wù)服務(wù)、表示服務(wù)等對(duì)子服務(wù)進(jìn)行組合或功能重組，形成粒度更大的服務(wù)供應(yīng)用調(diào)用。綜上所述，在基于SOA架構(gòu)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中的服務(wù)化過(guò)程如圖1所示。

在客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及開(kāi)發(fā)過(guò)程中充分借鑒SOA架構(gòu)的思路與特點(diǎn)，將客票信息查詢(xún)、乘務(wù)計(jì)劃查詢(xún)、列車(chē)早晚點(diǎn)信息查詢(xún)、乘務(wù)調(diào)整計(jì)劃下達(dá)等，涉及數(shù)據(jù)交互及信息發(fā)布的基礎(chǔ)功能，封裝成細(xì)顆粒度的業(yè)務(wù)服務(wù)，統(tǒng)一部署在運(yùn)調(diào)系統(tǒng)的ESB中。通過(guò)前端應(yīng)用根據(jù)需要發(fā)出的調(diào)用請(qǐng)求加載對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)服務(wù)，待后端業(yè)務(wù)處理完成后，直接向前端應(yīng)用界面推送運(yùn)行結(jié)果，向系統(tǒng)使用人員顯示相關(guān)數(shù)據(jù)信息。通過(guò)業(yè)務(wù)服務(wù)的封裝部署，充分體現(xiàn)了SOA架構(gòu)的松散耦合性、服務(wù)重用性、業(yè)務(wù)可擴(kuò)展性及各個(gè)功能間的互操作性等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)通過(guò)采用WMB和MQ等中間件產(chǎn)品及基于JAVA SWT圖形化控件開(kāi)發(fā)的客戶(hù)端，最大程度上保證了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及良好的人機(jī)體驗(yàn)。

圖1 業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中服務(wù)化過(guò)程圖

圖2 客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)架構(gòu)及功能

2．1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

針對(duì)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)調(diào)度所客運(yùn)調(diào)度員及乘務(wù)段客運(yùn)調(diào)度值班員，客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)分為調(diào)度所、乘務(wù)段（車(chē)站客運(yùn)終端）二級(jí)部署，上下為垂直系統(tǒng)分布，二層系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)運(yùn)調(diào)系統(tǒng)骨干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)。如圖2所示。

1．前端框架。它是客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)的門(mén)戶(hù)，支持各種設(shè)備的接入，包括調(diào)度臺(tái)相關(guān)的客戶(hù)端、智能移動(dòng)終端的Web訪(fǎng)問(wèn)、決策門(mén)戶(hù)等。

2．業(yè)務(wù)流程服務(wù)。業(yè)務(wù)流程應(yīng)用提供對(duì)共享業(yè)務(wù)服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)編排、組合容器，包括了業(yè)務(wù)流程分析、梳理、建模、整合、開(kāi)發(fā)、運(yùn)行、監(jiān)控等。主要功能是提供業(yè)務(wù)流程引擎、業(yè)務(wù)規(guī)則引擎、業(yè)務(wù)流程管理、服務(wù)總線(xiàn)等多種協(xié)議服務(wù)的支持，以及業(yè)務(wù)流程的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。從客運(yùn)調(diào)度員的視角，最終體驗(yàn)是面向客運(yùn)調(diào)度業(yè)務(wù)的工作桌面提供的用戶(hù)界面、業(yè)務(wù)功能和后臺(tái)數(shù)據(jù)，并不關(guān)心后端是哪個(gè)應(yīng)用或數(shù)據(jù)源；從系統(tǒng)管理人員的視角，其業(yè)務(wù)是通過(guò)企業(yè)級(jí)共享的、基于標(biāo)準(zhǔn)的、可重用的業(yè)務(wù)服務(wù)組合編排實(shí)現(xiàn)。當(dāng)有新的客運(yùn)調(diào)度業(yè)務(wù)需求出現(xiàn)，或者組織管理規(guī)則調(diào)整時(shí)，可以通過(guò)對(duì)細(xì)顆粒服務(wù)的重用和業(yè)務(wù)流程編排，快速靈活地適應(yīng)業(yè)務(wù)的變化，而不會(huì)影響到整體的IT架構(gòu)。

3．通信服務(wù)。實(shí)現(xiàn)乘務(wù)段或車(chē)站客運(yùn)終端對(duì)客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)的訪(fǎng)問(wèn)，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)度所客運(yùn)調(diào)度臺(tái)與乘務(wù)段或車(chē)站客運(yùn)終端的信息聯(lián)動(dòng)，支持多種標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，滿(mǎn)足通信實(shí)時(shí)性、可靠性要求。

4．業(yè)務(wù)共享服務(wù)。按照統(tǒng)一服務(wù)工程框架，從客運(yùn)調(diào)度業(yè)務(wù)需求中分析、發(fā)現(xiàn)的業(yè)務(wù)服務(wù)，代表一定的業(yè)務(wù)單元，具有一定的共享性、敏捷性。如調(diào)度命令下發(fā)服務(wù)、乘務(wù)調(diào)整計(jì)劃下達(dá)服務(wù)、查詢(xún)服務(wù)等。這些業(yè)務(wù)共享服務(wù)由顆粒度更為細(xì)小的服務(wù)予以暴露和組合，部署在ESB上，以便由前端框架進(jìn)行調(diào)用。

5．?dāng)?shù)據(jù)服務(wù)。在客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)的眾多查詢(xún)功能中，大多數(shù)操作從數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)多個(gè)維度或維度的組合，對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行統(tǒng)一或通用的訪(fǎng)問(wèn)。通過(guò)數(shù)據(jù)模型映射建立數(shù)據(jù)模型，通過(guò)數(shù)據(jù)邏輯的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換等，建立數(shù)據(jù)服務(wù)。數(shù)據(jù)服務(wù)包括統(tǒng)一視圖服務(wù)、統(tǒng)一編碼數(shù)據(jù)服務(wù)、數(shù)據(jù)同步服務(wù)等。

2．2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

基于SOA架構(gòu)的客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)的主要功能模塊如圖3所示。

圖3 客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)功能框圖

1．查詢(xún)統(tǒng)計(jì)模塊。它是客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)中的核心模塊之一，根據(jù)客運(yùn)調(diào)度業(yè)務(wù)需求，查詢(xún)功能中包含了列車(chē)早晚點(diǎn)、客票信息、乘務(wù)計(jì)劃、重點(diǎn)列車(chē)的查詢(xún)。統(tǒng)計(jì)功能中包含了列車(chē)正點(diǎn)率及列車(chē)早晚點(diǎn)原因統(tǒng)計(jì)。查詢(xún)方式包括精確查詢(xún)、模糊查詢(xún)、關(guān)鍵字查詢(xún)等。統(tǒng)計(jì)的結(jié)果會(huì)以表格、柱狀圖及餅狀圖進(jìn)行顯示。

2．調(diào)度命令管理模塊。調(diào)度命令是鐵路各工種調(diào)度業(yè)務(wù)的重要環(huán)節(jié)，該模塊包含客運(yùn)調(diào)度員所需調(diào)度命令的編輯、送審、接收、簽收、下達(dá)、查詢(xún)?nèi)^(guò)程操作。

3．應(yīng)急管理模塊。應(yīng)急管理包含了應(yīng)急預(yù)案的制定，并會(huì)將預(yù)案生成不同的方案模版予以保存。在需要進(jìn)行應(yīng)急方案制定時(shí)，自動(dòng)加載同類(lèi)型的預(yù)案模版，幫助調(diào)度員快速便捷完成方案的編輯、送審、下達(dá)、接收等一系列操作。預(yù)警報(bào)警功能在接收到車(chē)站客運(yùn)值班員或其他工種調(diào)度員的消息通知后，會(huì)在該模塊突出顯示，并伴有報(bào)警聲音提示。

4．其他信息管理模塊。該模塊包含調(diào)整建議生成、特殊資訊發(fā)布和列車(chē)信息查看3個(gè)子功能。調(diào)整建議即是在列車(chē)產(chǎn)生大面積晚點(diǎn)或其他原因造成旅客大面積滯留等特殊情況下，由客運(yùn)調(diào)度員起草編寫(xiě)的列車(chē)調(diào)整建議信息，該信息會(huì)由列車(chē)調(diào)度員或值班主任予以審閱和發(fā)布。列車(chē)信息包含該列動(dòng)車(chē)組編組信息，車(chē)輛履歷信息及司乘人員信息等。

本算例結(jié)構(gòu)如圖7所示，該系統(tǒng)含有33個(gè)節(jié)點(diǎn)，37條支路，5個(gè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)[11](圖中虛線(xiàn)所示)，基準(zhǔn)電壓為12.66 kV，網(wǎng)絡(luò)總負(fù)荷為5.084 26+j2.547 32 MVA[12]。

5．系統(tǒng)管理模塊。該模塊包含用戶(hù)管理、日志管理及聯(lián)機(jī)幫助。用戶(hù)管理主要包括用戶(hù)的交接班操作、登錄退出操作等。日志管理提供系統(tǒng)對(duì)當(dāng)班調(diào)度員所做操作的記錄，方便后期的統(tǒng)計(jì)及查詢(xún)。聯(lián)機(jī)幫助中包含對(duì)各工種調(diào)度的調(diào)度職責(zé)、調(diào)度管理?xiàng)l例的在線(xiàn)查詢(xún)，同時(shí)支持用戶(hù)對(duì)經(jīng)常查閱的規(guī)章制度的定制化管理。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程

在客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)中主要的業(yè)務(wù)即為相關(guān)客運(yùn)信息的查詢(xún)管理、調(diào)整建議的生成等。

3．1 列車(chē)早晚點(diǎn)信息處理

1．系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)列車(chē)運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃及實(shí)績(jī)報(bào)點(diǎn)數(shù)據(jù)。在這一環(huán)節(jié)中由實(shí)績(jī)報(bào)點(diǎn)信息的事件驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用部署在企業(yè)服務(wù)總線(xiàn) （ESB）上的運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃?rùn)z測(cè)服務(wù)，完成列車(chē)調(diào)整計(jì)劃同實(shí)績(jī)報(bào)點(diǎn)數(shù)據(jù)的檢測(cè)。

2．系統(tǒng)自動(dòng)生成列車(chē)早晚點(diǎn)信息。在完成列車(chē)調(diào)整計(jì)劃同實(shí)績(jī)報(bào)點(diǎn)信息的檢測(cè)后，系統(tǒng)調(diào)用部署在ESB上的早晚點(diǎn)信息生成服務(wù)，生成列車(chē)早晚點(diǎn)信息。

3．發(fā)送列車(chē)早晚點(diǎn)信息至客運(yùn)調(diào)度員及相關(guān)車(chē)站客運(yùn)終端。生成列車(chē)早晚點(diǎn)信息后，通過(guò)ESB的智能動(dòng)態(tài)路由功能，將消息推送至客運(yùn)調(diào)度臺(tái)，同時(shí)通過(guò)通信服務(wù)，將消息發(fā)送至車(chē)站客運(yùn)終端。

4．客運(yùn)調(diào)度員記錄晚點(diǎn)原因及晚點(diǎn)類(lèi)型。

5．保存列車(chē)晚點(diǎn)原因及晚點(diǎn)類(lèi)型。該步驟會(huì)由前端框架發(fā)起保存數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，ESB解析業(yè)務(wù)要求后調(diào)用對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)相應(yīng)數(shù)據(jù)表格進(jìn)行操作。列車(chē)早晚點(diǎn)信息處理的流程圖如圖4所示。

圖4 列車(chē)早晚點(diǎn)信息處理業(yè)務(wù)流程圖

3．2 調(diào)整建議生成

1．客運(yùn)調(diào)度車(chē)站客運(yùn)終端值班員發(fā)送旅客滯留等特殊資訊信息。在該過(guò)程中系統(tǒng)調(diào)用通信服務(wù)，將消息從車(chē)站客運(yùn)終端發(fā)送至部署在應(yīng)用服務(wù)器之上的ESB。

3．系統(tǒng)發(fā)送信息至客運(yùn)調(diào)度員。該步驟與步驟2同步進(jìn)行，ESB同時(shí)會(huì)根據(jù)解析后的消息類(lèi)型，通過(guò)動(dòng)態(tài)路由功能將消息推送至客運(yùn)調(diào)度臺(tái)的對(duì)應(yīng)功能模塊。

4．客運(yùn)調(diào)度員判斷是否需要增減開(kāi)行列車(chē)。

5．客運(yùn)調(diào)度員制定列車(chē)運(yùn)行調(diào)整建議。

6．保存列車(chē)運(yùn)行調(diào)整建議。該過(guò)程由客運(yùn)調(diào)度臺(tái)前端框架發(fā)起保存業(yè)務(wù)請(qǐng)求，ESB調(diào)用數(shù)據(jù)服務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，完成保存功能。

7．送審列車(chē)調(diào)整建議至值班主任。該步驟與步驟6同步進(jìn)行，ESB同時(shí)將客運(yùn)調(diào)度員制定的列車(chē)運(yùn)行調(diào)整建議經(jīng)由動(dòng)態(tài)路由推送至值班主任臺(tái)對(duì)應(yīng)功能模塊。

8．值班主任審批調(diào)整建議。

9．客運(yùn)調(diào)度員發(fā)送調(diào)整建議至列車(chē)調(diào)度臺(tái)。在客運(yùn)調(diào)度臺(tái)前端框架發(fā)起發(fā)送請(qǐng)求后，ESB會(huì)將審批后調(diào)整建議經(jīng)由動(dòng)態(tài)路由推送至列車(chē)調(diào)度臺(tái)對(duì)應(yīng)功能模塊。調(diào)整建議生成處理流程如圖5所示。

圖5 列車(chē)運(yùn)行調(diào)整建議業(yè)務(wù)流程圖

4 總結(jié)

基于SOA架構(gòu)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)相比較于以前的業(yè)務(wù)系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)。

1．更易維護(hù)。關(guān)鍵業(yè)務(wù)的服務(wù)提供者和服務(wù)使用者的松散耦合關(guān)系確保了該特性的實(shí)現(xiàn)。建立在以SOA基礎(chǔ)上的客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)，當(dāng)需求乃至流程發(fā)生變化的時(shí)候，不需要修改提供業(yè)務(wù)服務(wù)的接口，只需要調(diào)整業(yè)務(wù)服務(wù)流程或者修改操作即可，整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)也更容易被維護(hù)。

2．更高的可用性。關(guān)鍵業(yè)務(wù)的服務(wù)提供者和服務(wù)使用者在松散耦合關(guān)系上得以發(fā)揮與體現(xiàn)。使用者無(wú)須了解提供者的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只需在系統(tǒng)前期將業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換為一個(gè)個(gè)的服務(wù)模塊，方便后期的靈活組合應(yīng)用，并快速形成多樣的流程系統(tǒng)。

3．更好的伸縮性。使服務(wù)提供者可以彼此獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)整，以滿(mǎn)足新的服務(wù)需求。這一特性主要體現(xiàn)在流程中快速增刪的易用性。

隨著我國(guó)客運(yùn)鐵路的跨越式發(fā)展，客運(yùn)調(diào)度業(yè)務(wù)也會(huì)隨之發(fā)生變化，這對(duì)客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)的功能性及適應(yīng)性提出了更高的要求。基于SOA架構(gòu)的客運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)在充分滿(mǎn)足客運(yùn)調(diào)度員日常調(diào)度業(yè)務(wù)的同時(shí)，整合和優(yōu)化了重點(diǎn)業(yè)務(wù)流程，還將客運(yùn)調(diào)度業(yè)務(wù)按照標(biāo)準(zhǔn)Web Service服務(wù)進(jìn)行封裝，最大限度的實(shí)現(xiàn)了服務(wù)重用與共享，為今后的系統(tǒng)升級(jí)改造提供了極為便利的條件。根據(jù)各用戶(hù)的需求，既可以單獨(dú)部署使用，也能夠作為高速鐵路運(yùn)營(yíng)調(diào)度系統(tǒng)的組成部分，形成我國(guó)高速鐵路新一代調(diào)度指揮綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)。

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