廣鐵集團運輸與安全大數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建研究

易志勇

（廣州北羊信息技術(shù)有限公司，廣東 廣州 510000）

目前，中國鐵路廣州局集團有限公司(以下簡稱“廣鐵集團”)按照“精確運營方式”及“安全高效與優(yōu)質(zhì)服務(wù)”運輸模式進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)對客貨運輸全過程的精細(xì)化管理。廣鐵集團的運輸系統(tǒng)已經(jīng)形成了幾十套生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)，主要應(yīng)用運輸調(diào)度管理信息系統(tǒng)(TDMS)、行車調(diào)度指揮系統(tǒng)、調(diào)度集中系統(tǒng)(TDCS/CTC)、車站系統(tǒng)、客貨票預(yù)訂系統(tǒng)和設(shè)備管理系統(tǒng)(車輛5T、機務(wù)6A、供電6C、電務(wù)8D、工務(wù)8M)[1]，這些系統(tǒng)具有相對獨立性，有些僅實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接口對接，大部分系統(tǒng)之間還無法進(jìn)行數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，各業(yè)務(wù)部門沒有形成統(tǒng)一的業(yè)務(wù)處理方式，導(dǎo)致大量信息孤島的存在。隨著市場化改革的深入，對運輸管理提出了更高的要求，在運輸與安全業(yè)務(wù)需求和管理精益要求逐漸提升的情況下，需要將這些應(yīng)用系統(tǒng)也從簡單的信息化應(yīng)用管理向平臺化、智能化的應(yīng)用系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，形成一個高度融合的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

1 廣鐵集團運輸與安全大數(shù)據(jù)系統(tǒng)需求分析

1.1 構(gòu)建因素分析

推動廣鐵集團運輸與安全系統(tǒng)朝數(shù)字化戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型的核心，是打通各個部門之間使用運輸系統(tǒng)的壁壘，形成統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺，以數(shù)據(jù)驅(qū)動業(yè)務(wù)，建立運輸與安全大數(shù)據(jù)為一體的系統(tǒng)。一方面，對廣鐵集團管內(nèi)的路網(wǎng)列車開行方案演變過程、客流輸送能力利用、列車停站方案、不同時段通過能力利用、區(qū)段通過能力利用等方面進(jìn)行分析，提供合理的運輸組織方案；另一方面，對廣鐵集團運輸與安全問題進(jìn)行分析，針對性地提出預(yù)防對策和運輸組織措施，提升安全風(fēng)險超前管控能力。廣鐵集團運輸與安全大數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建主要考慮以下因素。

（1）構(gòu)建運輸與安全大數(shù)據(jù)平臺。以提升運輸計劃編制質(zhì)量為核心，智能化編制為前提，提高效益與安全和減少運輸成本為目的，對影響運輸過程的全部環(huán)節(jié)實現(xiàn)信息化，對計劃編制、過程執(zhí)行、實際反饋等環(huán)節(jié)實現(xiàn)“信息聯(lián)鎖”。

（2）規(guī)劃運輸過程信息化系統(tǒng)。廣鐵集團的信息系統(tǒng)是一個整體，按照功能進(jìn)行劃分，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效融合，搭建運輸信息化過程總體框架。

（3）構(gòu)建協(xié)同運輸生產(chǎn)應(yīng)用平臺。面向參與運輸生產(chǎn)管理部門和各基層業(yè)務(wù)人員，建立一個能夠適應(yīng)運輸調(diào)度、安全管理、乘降組織、協(xié)同生產(chǎn)、數(shù)據(jù)分析、分布式計算和各項業(yè)務(wù)應(yīng)用的平臺。

（4）構(gòu)建全面應(yīng)用運輸與安全系統(tǒng)。經(jīng)過需求分析，在運輸信息化過程總體框架上，通過標(biāo)準(zhǔn)化基礎(chǔ)建設(shè)，以裝卸車需求為驅(qū)動，以貨流、車流、客流為基礎(chǔ)，以綜合動態(tài)運行圖為展示平臺，通過部門運輸工作計劃的集中編制和運輸信息的流程共享，發(fā)揮計劃管理和運輸集中指揮的優(yōu)勢，不斷提高鐵路各運輸部門的協(xié)同工作能力。

1.2 需求分析

廣鐵集團運輸與安全大數(shù)據(jù)平臺總體目標(biāo)是以運輸組織、客貨營銷和經(jīng)營管理為信息化建設(shè)重點，加強基礎(chǔ)建設(shè)，整合既有資源，創(chuàng)建大數(shù)據(jù)平臺。由于廣鐵集團信息化基礎(chǔ)相對較好，有條件在2020年內(nèi)，全面建成技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)合理、功能完善、管理科學(xué)、經(jīng)濟適用、安全可靠的運輸與安全大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，其總體水平躍居全路前列。實現(xiàn)廣鐵集團調(diào)度指揮智能化、客貨營銷社會化、經(jīng)營管理現(xiàn)代化，在提高運輸效率、擴大運輸能力、優(yōu)化資源配置、保障運輸安全、提高服務(wù)質(zhì)量、提升管理水平、實現(xiàn)增收節(jié)支、提高經(jīng)濟效益和逐步提升公共服務(wù)水平等方面發(fā)揮明顯作用，為廣鐵集團發(fā)展提供技術(shù)支撐與保障。

1.2.1 總體需求

廣鐵集團運輸與安全大數(shù)據(jù)平臺建設(shè)根據(jù)運輸及安全的業(yè)務(wù)需求，形成上下關(guān)聯(lián)、信息共享、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用，即增強宏觀管理指揮能力的示范應(yīng)用、增強部門之間協(xié)同能力的應(yīng)用、推動各級部門之間信息交換的應(yīng)用、充分發(fā)揮運輸與安全過程應(yīng)用，為運輸與安全大數(shù)據(jù)的綜合決策提供依據(jù)。因此，在協(xié)同編制“流—線—機—輛”集成的運輸計劃、人員使用計劃和軌道等固定設(shè)備運行維護保養(yǎng)計劃等條件下，實現(xiàn)廣鐵集團內(nèi)運輸資源的統(tǒng)一調(diào)度和整體利益最大化。

運輸生產(chǎn)過程主要圍繞著日班計劃、階段計劃的編制和執(zhí)行展開工作。主要包括列車工作計劃、貨運工作計劃、機車工作計劃、施工維修作業(yè)計劃等。系統(tǒng)需要建設(shè)作業(yè)包括調(diào)度各工種(行車調(diào)度、計劃調(diào)度、機車、貨運調(diào)度、客運調(diào)度、施工調(diào)度、特運調(diào)度、快運調(diào)度)[2]；電力專業(yè)、電務(wù)專業(yè)、機務(wù)專業(yè)、車輛專業(yè)、供電專業(yè)等，建立鐵路運輸與安全大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)高度融合，圍繞防溜、施工、天窗、調(diào)車作業(yè)、軌道車運行、設(shè)備故障、保留列車、故障車處理、設(shè)備養(yǎng)護等重點工作，按照“過程控制”基本思路，對各作業(yè)流程進(jìn)行嚴(yán)格卡控。

1.2.2 應(yīng)用需求

①業(yè)務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)全程共享。建立業(yè)務(wù)信息資源目錄體系和信息交換體系，制定業(yè)務(wù)信息采集、登記、維護、交換、公開制度；實現(xiàn)鐵路局集團公司內(nèi)部各部門共享信息的及時交換和集中管理，提供協(xié)同生產(chǎn)能力。開展數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化等基礎(chǔ)工作，保證數(shù)據(jù)和信息的完整性、一致性。在此基礎(chǔ)上，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫平臺和全局的數(shù)據(jù)模型。

②業(yè)務(wù)流程管理。通過系統(tǒng)的建設(shè)實現(xiàn)鐵路局集團公司生產(chǎn)過程信息化，并結(jié)合統(tǒng)計分析系統(tǒng)為領(lǐng)導(dǎo)決策提供科學(xué)的輔助支持。

③生產(chǎn)安全監(jiān)控。通過生產(chǎn)過程的管理，將作業(yè)的軌跡全程記錄，關(guān)鍵崗位進(jìn)行同步錄音錄像，拉近管理層和現(xiàn)場作業(yè)點的距離?，F(xiàn)場的每一項關(guān)鍵作業(yè)流程、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)質(zhì)量，都能做到全過程追蹤、全方位卡控、全方位監(jiān)控。

④設(shè)備質(zhì)量管理。通過狀態(tài)監(jiān)測和診斷技術(shù)，判斷設(shè)備的異常、預(yù)知設(shè)備的故障，從而保證設(shè)備質(zhì)量，減少對行車的影響，最大限度地避免安全隱患。

2 廣鐵集團運輸信息系統(tǒng)總體框架

2.1 數(shù)據(jù)銜接

廣鐵集團經(jīng)過30多年的信息化建設(shè)，積累了海量的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)不僅規(guī)模巨大、類型多樣，同時具有快速流動和價值密度低的特點[3]。因此，必須要打破原有站段之間和各專業(yè)之間的信息壁壘，實現(xiàn)各個子系統(tǒng)之間的無縫銜接。在統(tǒng)一平臺的框架內(nèi)，對各個業(yè)務(wù)單位的系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，保證信息在平臺內(nèi)自由流動，各個子系統(tǒng)的模塊采取“低耦合高內(nèi)聚”的設(shè)計原則，通過統(tǒng)一的接口進(jìn)行信息交互，消除信息孤島，減少重復(fù)建設(shè)。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

架構(gòu)是一類系統(tǒng)在其所處環(huán)境下最高層次的概念，包括各種框架組件及其相互關(guān)系的定義，應(yīng)符合系統(tǒng)完整性、經(jīng)濟性和審美性等[4]。系統(tǒng)架構(gòu)研究主要關(guān)注于應(yīng)用功能，廣鐵集團運輸信息系統(tǒng)應(yīng)用的提升空間主要表現(xiàn)在：打破信息壁壘，實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的橫向整合；在完善以實時追蹤為核心的運輸數(shù)據(jù)管理基礎(chǔ)上，圍繞三大主題建立相關(guān)應(yīng)用；改變目前以模擬手工操作為主的應(yīng)用現(xiàn)狀，以信息技術(shù)引領(lǐng)業(yè)務(wù)的變革等。廣鐵集團運輸信息系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.3 主要業(yè)務(wù)流程

（1）計劃-實績閉環(huán)流程。運輸過程系統(tǒng)將功能分散配置為運輸計劃、行車管理、貨運裝卸進(jìn)度管理、機車運用管理、車輛管理、客運服務(wù)管理、施工維修管理、特運信息管理、站場編組作業(yè)管理及控制、設(shè)備故障管理等多個子系統(tǒng)。多個子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息共享，根據(jù)各子系統(tǒng)的功能特點，系統(tǒng)總體通過計劃→執(zhí)行→實績業(yè)務(wù)等一系列連續(xù)流程形成，對現(xiàn)有的崗位進(jìn)行優(yōu)化，形成計劃崗位和車站執(zhí)行層崗位作業(yè)流程重組。計劃-實績閉環(huán)流程圖如圖2所示。

（2）智能化計劃編制流程。通過計劃智能化編制、計劃執(zhí)行自動控制，實績自動采集的反饋閉環(huán)管理，確保業(yè)務(wù)連續(xù)性的功能分擔(dān)的智能化工作流程，智能計劃編制平臺包括運行實績、裝卸作業(yè)進(jìn)度實績、施工和維修作業(yè)進(jìn)度實績、調(diào)車作業(yè)進(jìn)度實績、解體進(jìn)度實績、應(yīng)急處置實績、移動設(shè)備狀態(tài)和固定設(shè)備利用率等。

圖2 計劃-實績閉環(huán)流程圖Fig.2 Plan-performance closed-loop fl owchart

（3）信息共享流程。目前，運輸各過程系統(tǒng)間存在信息源分散，信息共享不充分，信息傳遞不精確、不及時，信息交互方式自動化程度不高、信息互動不足等問題，以及部分生產(chǎn)流程存在作業(yè)繁瑣的情況。運輸信息管理不能統(tǒng)一，使得運輸生產(chǎn)控制出現(xiàn)斷鏈，不能精確提供運輸決策依據(jù)，必須利用業(yè)務(wù)流程，充分利用企業(yè)總線，實現(xiàn)信息共享。

3 廣鐵集團運輸與安全大數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建分析

廣鐵集團運輸與安全大數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建主要是解決各應(yīng)用系統(tǒng)和軟件不能互連互通的問題，由于統(tǒng)一開發(fā)語言和應(yīng)用服務(wù)器，甚至統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫，都不能真正解決不同應(yīng)用系統(tǒng)的信息孤島問題，只有依賴于統(tǒng)一的應(yīng)用基礎(chǔ)平臺的應(yīng)用系統(tǒng)才能有效地進(jìn)行信息交互。

3.1 基本信息庫

基本信息庫定位為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模型，包括運輸固定設(shè)備信息、移動設(shè)備信息、運行時刻表、設(shè)備材料信息庫、車站站場、線路資料庫信息庫、人員信息庫、地理空間信息庫等。對基本信息庫的版本進(jìn)行管理，分為當(dāng)前使用版本，未來日期使用版本，以及歷史版本。

所有跟運輸有關(guān)的設(shè)備進(jìn)行惟一ID編號管理，所有系統(tǒng)統(tǒng)一ID編號，擁有ID編號的設(shè)備錄入出廠日期、使用壽命、主要技術(shù)參數(shù)、檢修履歷、故障履歷等信息。具體設(shè)備有工務(wù)設(shè)備(軌枕、鋼軌等)、電務(wù)設(shè)備(信號機、扼流變壓器、道岔轉(zhuǎn)折機)、供電設(shè)備(電網(wǎng)、供電臂)、機務(wù)設(shè)備(機車型號、機車庫)、車輛(車輛編組、吸污設(shè)備、整備機具、動車)及房建(站臺)等。

3.2 基礎(chǔ)平臺

“標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)鍵，數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用是根本，整合成平臺”是實現(xiàn)信息共享基礎(chǔ)能力建設(shè)的有力保證，即以業(yè)務(wù)軟件數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)規(guī)范化貫穿整個工程，以業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，以需求為導(dǎo)向，切實將應(yīng)用實踐作為廣鐵集團內(nèi)生產(chǎn)過程業(yè)務(wù)信息化的根本和未來，一切面向應(yīng)用，實現(xiàn)物理資源與信息資源的整合，為安全監(jiān)控搭建基礎(chǔ)平臺。

（1）業(yè)務(wù)支撐平臺。包含有信息收集、信息處理、信息發(fā)布、信息流轉(zhuǎn)、可定制工作流系統(tǒng)、統(tǒng)一的報表處理、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口、統(tǒng)一權(quán)限管理、支持協(xié)同生產(chǎn)計劃的編制、應(yīng)用統(tǒng)一部署、快速開發(fā)框架、組件復(fù)用機制以及信息安全保障等功能，實現(xiàn)各生產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，提高應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率。

（2）數(shù)據(jù)交換平臺。從技術(shù)角度保障各業(yè)務(wù)子系統(tǒng)和決策子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，需要實現(xiàn)建設(shè)中心數(shù)據(jù)庫、綜合信息(數(shù)據(jù)庫)模型及建設(shè)、數(shù)據(jù)挖掘與決策支持、建設(shè)數(shù)據(jù)交換與共享體制、現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫的整合與改造、數(shù)據(jù)安全等。

（3）現(xiàn)場監(jiān)控平臺。包括圖像監(jiān)控、語音監(jiān)控、定位監(jiān)控、業(yè)務(wù)流程監(jiān)控和故障預(yù)警監(jiān)控等內(nèi)容。

（4）決策支持平臺。包括信息收集、信息處理、業(yè)務(wù)建模、決策建議和決策評估等內(nèi)容。

3.3 大數(shù)據(jù)分析與挖掘

在互聯(lián)網(wǎng)時代，運輸與安全大數(shù)據(jù)平臺是各種離散的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中、梳理、處理的平臺，數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、圖數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)等[5]。運輸大數(shù)據(jù)分析與挖掘主要功能如圖3所示。

圖3 運輸大數(shù)據(jù)分析與挖掘主要功能圖Fig.3 Functional diagram of railway transportation big data analysis and mining

4 廣鐵集團運輸與安全大數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計

4.1 業(yè)務(wù)分析

（1）技術(shù)上的可行性。使用統(tǒng)一技術(shù)平臺，構(gòu)建一個完整的系統(tǒng)，在功能、數(shù)據(jù)、信息、系統(tǒng)軟件和系統(tǒng)硬件等各個層次上實現(xiàn)統(tǒng)一與協(xié)調(diào)，以及信息共享與聯(lián)動，提高運輸過程的自動化程度及安全性。以各個專業(yè)成熟的子系統(tǒng)為基礎(chǔ)，充分挖掘系統(tǒng)的功能及彼此間的聯(lián)系，采用關(guān)鍵子系統(tǒng)的深度集成，支持輔助系統(tǒng)的互聯(lián)集成。

（2）業(yè)務(wù)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的建立。統(tǒng)一內(nèi)部與外部接口，在設(shè)計、開發(fā)過程中遵循統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，以利于系統(tǒng)靈活變更、擴展與升級，滿足近期及遠(yuǎn)期分步實施的需要。采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)體系，一是采用統(tǒng)一時鐘體系，二是采用統(tǒng)一設(shè)備ID標(biāo)號及設(shè)備位置公里表，三是采用統(tǒng)一基本圖運行參數(shù)。依托基礎(chǔ)建設(shè)，在統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)采集和管理機制的基礎(chǔ)上，滿足開發(fā)多層級應(yīng)用的需求。

4.2 功能目標(biāo)

為滿足精細(xì)化調(diào)度指揮和運輸組織的需求，提升信息化在運輸組織和調(diào)度指揮過程中的作用，結(jié)合運輸與安全大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)運輸能力統(tǒng)籌安排，加快機車、車輛周轉(zhuǎn)，不斷提高運輸效率，逐步實現(xiàn)計劃制定過程中的運輸成本和勞動力成本分析[6]。

（1）運輸與安全大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能歸類。以統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，強化智能計劃編制，提前預(yù)判設(shè)備對安全的影響，實現(xiàn)作業(yè)過程卡控，為指揮決策提供更加科學(xué)手段。廣鐵集團運輸與安全大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 廣鐵集團運輸與安全大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)Fig.4 Composition diagram of railway transportation and security big data business system

（2）全方位提高運輸生產(chǎn)能力。通過構(gòu)建運輸與安全大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實現(xiàn)決策、管理、業(yè)務(wù)能力全方位提高。決策能力提高包括安全信息分析、運輸統(tǒng)計分析、運輸成本控制、運力布局分析；管理能力提高包括業(yè)務(wù)過程監(jiān)控、接發(fā)列車監(jiān)控、作業(yè)環(huán)節(jié)的自動檢查、計劃質(zhì)量評價、技術(shù)信息管理、應(yīng)急預(yù)案編制等；業(yè)務(wù)能力提高包括生產(chǎn)計劃制定、站段作業(yè)管理、乘務(wù)人員使用管理、設(shè)備使用檢測、停送電管理、裝卸管理、安全預(yù)警、車流調(diào)整、公共信息發(fā)布等[7]。

5 結(jié)束語

廣鐵集團信息化的建設(shè)總體水平處在發(fā)展階段，由過去分散的各自為政建設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一平臺的階段，強化鐵路局集團公司業(yè)務(wù)系統(tǒng)互聯(lián)互通和信息共享，也是廣鐵集團運輸指揮自動化和智能化不可跨越的階段[8]。建設(shè)適應(yīng)廣鐵集團實際、全路一流的運輸與安全大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，加快廣鐵集團從傳統(tǒng)運輸企業(yè)向現(xiàn)代物流企業(yè)轉(zhuǎn)型，從傳統(tǒng)經(jīng)營模式向精益管理模式轉(zhuǎn)變，促進(jìn)安全管理能力提升。同時，推動鐵路大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步，全面提升廣鐵集團信息化、智能化水平。