浩吉鐵路運(yùn)輸信息化系統(tǒng)總體架構(gòu)研究

謝鵬， 張雅琴， 張楠， 屈平

（1. 中國(guó)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；2. 北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081；3. 浩吉鐵路股份有限公司，北京 100073）

0 引言

信息化在我國(guó)鐵路運(yùn)輸組織、安全生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理、客貨服務(wù)、營(yíng)銷宣傳和建設(shè)管理等工作中發(fā)揮著非常重要的作用，是鐵路安全保障、效率提升、成本管控和效益提升的重要途徑［1-3]。鐵路運(yùn)輸信息化以鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程中的大量運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從而保障高效、自動(dòng)化地完成鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)。鐵路運(yùn)輸信息化能夠解決鐵路數(shù)據(jù)信息傳輸更新滯后所導(dǎo)致的調(diào)度指揮、運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)和安全管理等問(wèn)題，使得鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的參與者和組織者及時(shí)掌握運(yùn)輸系統(tǒng)信息。我國(guó)鐵路運(yùn)輸信息化的主要內(nèi)容包含3個(gè)方面：運(yùn)輸調(diào)度組織、運(yùn)輸生產(chǎn)組織和列車運(yùn)行控制［4-5]。

我國(guó)重載鐵路信息化實(shí)踐較為成功的有大秦鐵路、神華鐵路和瓦日鐵路，此外，山西中鼎智慧物流云平臺(tái)（簡(jiǎn)稱中鼎云平臺(tái)）是現(xiàn)代智慧物流領(lǐng)先實(shí)踐的代表。中鼎云平臺(tái)以線下鐵路干線網(wǎng)絡(luò)和實(shí)體物流園區(qū)為基礎(chǔ)，線上互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)為核心，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析和研究，重構(gòu)、優(yōu)化物流服務(wù)流程和產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)關(guān)系，有效整合物流產(chǎn)業(yè)實(shí)體資源、創(chuàng)新構(gòu)建“物流+互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)”相融合的一體化產(chǎn)業(yè)生態(tài)平臺(tái)。

1 浩吉鐵路運(yùn)輸信息化系統(tǒng)需求分析

浩吉鐵路是國(guó)家《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》項(xiàng)目、國(guó)家鐵路投融資體制改革示范項(xiàng)目，也是國(guó)家“北煤南運(yùn)”戰(zhàn)略新通道。途經(jīng)蒙、陜、晉、豫、鄂、湘、贛7 省區(qū)，全線正線長(zhǎng)1814 km。規(guī)劃運(yùn)輸能力為2 億t/年以上，是我國(guó)規(guī)模最大的運(yùn)煤專線和“北煤南運(yùn)”新的國(guó)家戰(zhàn)略運(yùn)輸通道，是銜接京滬、京九、京廣、焦枝等多條鐵路運(yùn)輸線和沿海、長(zhǎng)江和京杭運(yùn)河水路運(yùn)輸線的集疏線路，也是一次性建成的世界上最長(zhǎng)的重載鐵路。

作為鐵路快速發(fā)展的重要保障，重載鐵路信息化是實(shí)現(xiàn)鐵路貨運(yùn)現(xiàn)代化的重要手段之一。智能化引領(lǐng)、適應(yīng)業(yè)務(wù)發(fā)展戰(zhàn)略、滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用需要是信息化建設(shè)的主要目標(biāo)。業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)是信息化體系的核心，準(zhǔn)確定位業(yè)務(wù)應(yīng)用需求是規(guī)劃信息系統(tǒng)的關(guān)鍵。浩吉鐵路信息化總體架構(gòu)是建立在“大平臺(tái)+微模塊”基礎(chǔ)上的創(chuàng)新企業(yè)級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)，著力創(chuàng)新傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理模式，以營(yíng)銷、生產(chǎn)、安全、管理等業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展需求為驅(qū)動(dòng)，打造從計(jì)劃為核心轉(zhuǎn)向需求為核心的運(yùn)營(yíng)管理新模式［6-7]。

1.1 業(yè)務(wù)需求

浩吉鐵路運(yùn)輸信息化系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求主要包含：營(yíng)銷服務(wù)需求、運(yùn)輸組織需求、綜合安全保障需求、經(jīng)營(yíng)管理需求和浩吉鐵路大腦需求5個(gè)方面。

（1）營(yíng)銷服務(wù)需求。充分利用互聯(lián)網(wǎng)、電子商務(wù)、電子支付等信息化新技術(shù)，搭建浩吉鐵路物流信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)浩吉鐵路從商貿(mào)到交付的物流全過(guò)程信息化管理，建設(shè)現(xiàn)代物流鐵路貨運(yùn)模式。

（2）運(yùn)輸組織需求。打造智能化浩吉鐵路運(yùn)輸組織模式、打造科學(xué)的浩吉鐵路貨運(yùn)組織、打造高水平浩吉鐵路物流服務(wù)。通過(guò)運(yùn)輸生產(chǎn)組織信息化建設(shè)，構(gòu)建智能化鐵路生產(chǎn)作業(yè)和運(yùn)輸管理模式。

（3）綜合安全保障需求。采用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控等現(xiàn)代技術(shù)，建設(shè)可進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)并具有自感知、自診斷、自決策能力的設(shè)備設(shè)施，實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施狀態(tài)即時(shí)分析及早期故障診斷。

（4）經(jīng)營(yíng)管理需求。應(yīng)用大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘、商業(yè)智能等技術(shù)，為制定企業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃、編制生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)浩吉鐵路在生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理等各方面的科學(xué)決策。

（5）浩吉鐵路大腦需求。充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能、北斗衛(wèi)星等現(xiàn)代技術(shù)，為運(yùn)輸組織、營(yíng)銷服務(wù)、經(jīng)營(yíng)管理、綜合安全提供數(shù)據(jù)經(jīng)營(yíng)分析、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、安全管控、時(shí)空數(shù)據(jù)等方面的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理與應(yīng)用。

1.2 數(shù)據(jù)需求

浩吉鐵路運(yùn)輸信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)需求是描述業(yè)務(wù)信息在應(yīng)用系統(tǒng)中的具體需求，其主要數(shù)據(jù)需求內(nèi)容包括：

（1）與鐵路局集團(tuán)公司數(shù)據(jù)需求。浩吉鐵路與鐵路局集團(tuán)公司之間數(shù)據(jù)需求主要有：分界口的貨車出入列數(shù)、車數(shù)，車種的重空車輛數(shù)及重車的去向信息；分界口列車計(jì)劃和實(shí)際的日班計(jì)劃；列車編組信息、機(jī)車信息。

（2）與鐵路局集團(tuán)公司車站數(shù)據(jù)需求。針對(duì)浩吉鐵路在局間分界口對(duì)于跨線列車應(yīng)該進(jìn)行站一級(jí)的信息交換，如果跨線列車到站跨越了鐵路局集團(tuán)公司所轄車站，需要與國(guó)鐵集團(tuán)級(jí)的車號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（ATIS）數(shù)據(jù)、運(yùn)單數(shù)據(jù)等進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

（3）與地方運(yùn)輸行業(yè)數(shù)據(jù)需求。與內(nèi)陸港、水運(yùn)港、物流園、專用線等地方運(yùn)輸行業(yè)交換貨運(yùn)數(shù)據(jù)。

1.3 網(wǎng)絡(luò)需求

浩吉鐵路運(yùn)輸信息化系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求主要有4個(gè)方面：（1）高可靠性、高穩(wěn)定性和高擴(kuò)展性的網(wǎng)絡(luò)需求，易于業(yè)務(wù)集中化；（2）高傳輸能力和高敏捷性的網(wǎng)絡(luò)需求，易于新技術(shù)應(yīng)用；（3）無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求；（4）實(shí)現(xiàn)全面覆蓋的網(wǎng)絡(luò)需求，易于生產(chǎn)智能化和管理信息化。

1.4 安全需求

浩吉鐵路運(yùn)輸信息化系統(tǒng)的安全需求是在浩吉鐵路網(wǎng)絡(luò)安全方針、策略的基礎(chǔ)上，構(gòu)建完整的網(wǎng)絡(luò)安全框架，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息系統(tǒng)全生命周期的安全管控，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用安全穩(wěn)定運(yùn)行的有力支撐，從而滿足浩吉鐵路信息化發(fā)展安全保障的需求，其安全需求包括：（1）建設(shè)完善的網(wǎng)絡(luò)安全管理保障體系，支撐各類業(yè)務(wù)應(yīng)用高效、穩(wěn)定、安全運(yùn)營(yíng)；（2）建設(shè)完善的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)保障體系；（3）建設(shè)完善的網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)維保障體系。

1.5 平臺(tái)需求

信息化集成平臺(tái)是構(gòu)建一體化、集中化、集成化信息系統(tǒng)的關(guān)鍵，是建立信息系統(tǒng)溝通橋梁，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通、信息共享的重要手段。浩吉鐵路運(yùn)輸信息化系統(tǒng)具有交互服務(wù)、集成服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)的技術(shù)平臺(tái)方面的需求。

1.6 新技術(shù)應(yīng)用

浩吉鐵路運(yùn)輸信息化系統(tǒng)需要廣泛應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)以實(shí)現(xiàn)浩吉鐵路移動(dòng)裝備、固定基礎(chǔ)設(shè)施及內(nèi)外部環(huán)境信息的全面感知、泛在互聯(lián)、融合處理、科學(xué)決策和主動(dòng)學(xué)習(xí)，從而打造全生命周期一體化管理的新一代貨運(yùn)鐵路示范線，實(shí)現(xiàn)貨運(yùn)的物流化、經(jīng)營(yíng)的市場(chǎng)化、管理的一體化、生產(chǎn)的智能化［8-9]。浩吉鐵路運(yùn)輸信息化系統(tǒng)的新興技術(shù)需求如下：

（1）云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用。需要采用云計(jì)算技術(shù)，建設(shè)資源共享的信息基礎(chǔ)設(shè)施，提高信息化效益。

（2）大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用。需要采用大數(shù)據(jù)技術(shù)，深度挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，為企業(yè)的管理創(chuàng)新與業(yè)務(wù)創(chuàng)新提供更多的可能。

（3）物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。構(gòu)建可感知、可控制、可預(yù)測(cè)的鐵路物聯(lián)網(wǎng)，完成自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)智能化鐵路運(yùn)輸管理。

（4）移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)應(yīng)用。一方面需要為鐵路客戶提供移動(dòng)互聯(lián)的信息服務(wù)方式，快捷化貨主業(yè)務(wù)辦理流程；另一方面要為企業(yè)的決策層、管理層以及生產(chǎn)作業(yè)層提供不同方式的移動(dòng)接入手段，制定高效的企業(yè)管理策略。

（5）BIM技術(shù)應(yīng)用。需要深入開(kāi)展BIM、3D GIS等技術(shù)在鐵路建設(shè)、運(yùn)維等方面的應(yīng)用研究。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)沿襲分層設(shè)計(jì)的思想，將整個(gè)信息化體系按照功能劃分成不同的層次，每一層次的系統(tǒng)都是運(yùn)行在下層的系統(tǒng)或設(shè)備基礎(chǔ)之上，并向上層系統(tǒng)提供服務(wù)［10]。整個(gè)浩吉鐵路信息化系統(tǒng)按其職能劃分為5個(gè)層次，從下到上依次為：

（1）智能感知層。智能感知層主要完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與操作指令執(zhí)行，通過(guò)各類智能傳感設(shè)備實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、可靠地獲取各類關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)智能執(zhí)行單元根據(jù)指令進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，為業(yè)務(wù)應(yīng)用、智能決策提供基礎(chǔ)。

（2）智能傳輸層。智能傳輸層作為整個(gè)信息化體系的“神經(jīng)系統(tǒng)”，直接影響著業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行及生產(chǎn)作業(yè)的開(kāi)展，通過(guò)光纖、衛(wèi)星及各類無(wú)線傳輸通道將智能感知層獲取的數(shù)據(jù)上傳到各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)，同時(shí)將各類操作指令傳送到作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。

（3）業(yè)務(wù)應(yīng)用層。業(yè)務(wù)應(yīng)用層是系統(tǒng)架構(gòu)中體現(xiàn)核心價(jià)值的部分，其關(guān)注點(diǎn)主要集中在業(yè)務(wù)規(guī)則的制定、業(yè)務(wù)流程的實(shí)現(xiàn)等與業(yè)務(wù)需求有關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

（4）智能決策層。智能決策層包括大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)、人工智能平臺(tái)、北斗服務(wù)平臺(tái)，運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘、交互分析、機(jī)器學(xué)習(xí)、時(shí)空感知等技術(shù)，融合營(yíng)銷服務(wù)、運(yùn)輸生產(chǎn)、綜合安全、經(jīng)營(yíng)管理等領(lǐng)域業(yè)務(wù)知識(shí)，通過(guò)邏輯推理來(lái)幫助解決復(fù)雜的決策問(wèn)題，形成了浩吉鐵路大腦。

（5）智能應(yīng)用層。智能應(yīng)用層基于智能決策層提供的數(shù)據(jù)分析、邏輯推理結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，解決傳統(tǒng)信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)難于解決的綜合性、復(fù)雜性、不確定性問(wèn)題，為生產(chǎn)實(shí)際提供指導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)浩吉鐵路貨運(yùn)物流化、經(jīng)營(yíng)市場(chǎng)化、管理一體化、生產(chǎn)智能化。

3 系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)架構(gòu)

遵循微服務(wù)的技術(shù)架構(gòu)和“平臺(tái)+模塊”的應(yīng)用架構(gòu)模式，分離頁(yè)面與后臺(tái)服務(wù)，快速應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)變化，信息化系統(tǒng)應(yīng)用詳細(xì)化設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。采用服務(wù)集成平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與外部合作伙伴及內(nèi)部系統(tǒng)快速對(duì)接，并避免單點(diǎn)故障。

根據(jù)浩吉鐵路的業(yè)務(wù)需求，按照“互聯(lián)網(wǎng)+”理念，依托云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新型信息技術(shù)，將建設(shè)智慧浩吉信息化體系，構(gòu)建浩吉鐵路的營(yíng)銷服務(wù)平臺(tái)、運(yùn)輸生產(chǎn)平臺(tái)、綜合安全平臺(tái)、經(jīng)營(yíng)管理平臺(tái)，其系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)架構(gòu)見(jiàn)圖2。依托統(tǒng)一共享數(shù)據(jù)平臺(tái)，構(gòu)建集營(yíng)銷、調(diào)度、生產(chǎn)作業(yè)、設(shè)備運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理、綜合安全監(jiān)控和公司辦公系統(tǒng)為一體的綜合信息化管理系統(tǒng)，統(tǒng)一平臺(tái)、統(tǒng)一用戶、統(tǒng)一架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全品類辦理、全業(yè)務(wù)集成，實(shí)現(xiàn)融合多種運(yùn)輸模式的全程物流，實(shí)現(xiàn)資源共享、信息綜合管理，為創(chuàng)建現(xiàn)代物流企業(yè)提供信息化支持。

浩吉鐵路運(yùn)輸信息化系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)中心的建設(shè)模式，按照集中部署方式，將全線運(yùn)輸生產(chǎn)有關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理，資源統(tǒng)一分配。數(shù)據(jù)中心采用一級(jí)存儲(chǔ)、三級(jí)應(yīng)用架構(gòu)，承載各平臺(tái)的大量數(shù)據(jù)，充分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

圖1 浩吉鐵路信息化系統(tǒng)應(yīng)用詳細(xì)化設(shè)計(jì)

圖2 浩吉鐵路信息化系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)架構(gòu)

4 結(jié)束語(yǔ)

在介紹我國(guó)貨運(yùn)鐵路信息化發(fā)展現(xiàn)狀和浩吉鐵路概況的基礎(chǔ)上，從業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、安全、平臺(tái)和新技術(shù)應(yīng)用等方面對(duì)浩吉鐵路運(yùn)輸信息化系統(tǒng)需求進(jìn)行分析，提出包含智能感知層、智能傳輸層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、智能決策層和智能應(yīng)用層的浩吉鐵路信息化發(fā)展的總體構(gòu)架。浩吉鐵路以貨運(yùn)示范線的戰(zhàn)略思維為引領(lǐng)，提出浩吉鐵路信息化總體架構(gòu)，著力創(chuàng)新傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理模式，研究高效運(yùn)輸組織模式，基于信息充分共享再造業(yè)務(wù)流程，提高運(yùn)輸質(zhì)量，對(duì)智能貨運(yùn)鐵路發(fā)展邁出堅(jiān)實(shí)的第一步具有重要戰(zhàn)略意義。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)的快速發(fā)展和日臻成熟，浩吉鐵路作為新建重載鐵路貨運(yùn)線，將以“智能浩吉、綠色浩吉”的信息化發(fā)展理念，打造中國(guó)貨運(yùn)鐵路標(biāo)準(zhǔn)示范線。