列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)方案研究

丁正剛

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

列車編組順序表（簡稱：運統(tǒng)1）是描述列車編組組成的表單，是車站與列車機車乘務員及鐵路局集團公司間交接車列的工作記錄，也是鐵路運輸統(tǒng)計和財務清算的主要原始資料。

目前，貨運列車的運統(tǒng)1表單由始發(fā)站車號長使用鐵路車站綜合管理信息系統(tǒng)[1-2]（簡稱：車站系統(tǒng)）編制完成，車號員使用車站系統(tǒng)打印出紙質運統(tǒng)1表單，在列車出發(fā)前將運統(tǒng)1表單轉交給機車乘務員，機車乘務員依據(jù)運統(tǒng)1表單記錄的相關信息完成發(fā)車前準備工作；列車到達終到站后，終到站車號員從機車乘務員手中取回運統(tǒng)1表單。普速客運列車的運統(tǒng)1表單是在鐵路客運編組統(tǒng)計信息系統(tǒng)[3]（簡稱：客編系統(tǒng)）中編制完成，其傳遞過程與貨車運統(tǒng)1表單一致；高鐵動車組列車因其編組固定，車站與機車乘務員間不傳遞運統(tǒng)1表單。

采用人工傳遞紙質運統(tǒng)1表單的主要問題是：（1）車號員向始發(fā)列車的機車乘務員傳遞表單，或是從終到列車的機車乘務員取回表單時，需要在車站股道間穿行，人身安全風險極大；（2）車站需要設置負責傳遞紙質運統(tǒng)1表單的人員，增加鐵路用工成本，同時還要支出打印、保存表單的成本；（3）人工傳遞表單效率低，容易出錯。

為此，利用計算機和網(wǎng)絡技術，研究和開發(fā)列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)，取消機車乘務員與車站之間運統(tǒng)1表單交接作業(yè)，將運統(tǒng)1信息的傳遞由人工傳遞紙質表單改為網(wǎng)絡傳輸，對促進鐵路安全生產(chǎn)、減員增效、降低運輸成本、作業(yè)方式創(chuàng)新具有重要的現(xiàn)實意義。

1 列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)方案

1.1 系統(tǒng)建設目標

（1）覆蓋全國鐵路（簡稱：全路）客運和貨運車站：系統(tǒng)能夠接收全路客運和貨運車站上報的運統(tǒng)1表單信息，實現(xiàn)全路貨運列車、普速客運列車的運統(tǒng)1表單信息的電子化傳遞，全面取消紙質運統(tǒng)1表單傳遞，車站無需設置負責傳遞運統(tǒng)1表單的車號員。

（2）提供高可用的運統(tǒng)1信息傳遞服務：機車乘務員依據(jù)運統(tǒng)1表單中的相關信息完成發(fā)車前準備工作，一旦列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)的服務中斷或性能下降，造成運統(tǒng)1信息接收不到或接收不及時，將會造成全路列車無法正常發(fā)車。因此，系統(tǒng)提供的運統(tǒng)1信息傳遞服務必須具有高可用性，能夠7×24 h連續(xù)穩(wěn)定運行。

（3）具有良好的可伸縮性：在系統(tǒng)擴展成長過程中，可隨著鐵路網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大和接入列車數(shù)量的增加，僅通過很少的改動，甚至只是硬件設備的添置，就能實現(xiàn)整個系統(tǒng)處理能力的線性增長，滿足高吞吐量和低延遲的高性能要求。

1.2 系統(tǒng)構成

列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)采用集中式雙中心架構[4～6]，由中央子系統(tǒng)、移動作業(yè)子系統(tǒng)和外部信息接口3部分構成，如圖1所示。

圖1 列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)構成示意

（1）中央子系統(tǒng)：設置在中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）主數(shù)據(jù)中心，包括數(shù)據(jù)庫服務器、應用服務器和通信服務器，這些服務器均采用集群配置，確保系統(tǒng)具有高并發(fā)性、高可用性和可伸縮性；全路客、貨列車運統(tǒng)1信息集中存儲在中央子系統(tǒng)的電子運統(tǒng)1數(shù)據(jù)庫中，應用服務器以微服務方式[7]，為全路客、貨列車機車乘務員提供運統(tǒng)1信息查詢服務，為國鐵集團、鐵路局集團公司、車務站段及機務段各級用戶提供運統(tǒng)1查詢、統(tǒng)計分析等應用功能。

（2）移動作業(yè)子系統(tǒng)：為全路客、貨列車機車乘務員配備帶有無線傳輸模塊和定位模塊的移動作業(yè)終端，安裝有運統(tǒng)1 App，工作在移動列車上的機車乘務員通過該App完成運統(tǒng)1信息查詢、簽收等工作。

（3）外部信息接口：主要包括車站運統(tǒng)1信息上報接口和列車運行圖接口；客運站客編系統(tǒng)和貨運站車站系統(tǒng)，通過車站運統(tǒng)1信息上報接口，向中央子系統(tǒng)上報運統(tǒng)1信息；通過列車運行圖接口，中央子系統(tǒng)從鐵路運輸調度管理系統(tǒng)（簡稱：運輸調度系統(tǒng)）中獲取列車運行圖數(shù)據(jù)，輔助機車乘務員運統(tǒng)1信息的正確性檢查，并為系統(tǒng)應用效果評價指標計算提供判別基準。

1.3 車地傳輸網(wǎng)絡構成

目前，鐵路移動4G/5G專網(wǎng)尚未建成，GSM-R雖建成，但覆蓋范圍和帶寬資源有限。為此，借鑒鐵路站車客運信息無線交互系統(tǒng)[8]的成功建設經(jīng)驗，在機車乘務員移動作業(yè)終端上加裝移動物聯(lián)網(wǎng)卡，通過移動無線網(wǎng)絡，將移動作業(yè)終端上的請求接入到國鐵集團外部服務網(wǎng)。

列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)中車地傳輸網(wǎng)絡構成如圖2所示，由移動物聯(lián)網(wǎng)、國鐵集團外部服務網(wǎng)、國鐵集團安全生產(chǎn)網(wǎng)3部分組成。

圖2 列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)車地傳輸網(wǎng)絡構成示意

鑒于編制運統(tǒng)1表單的車站系統(tǒng)、客編系統(tǒng)以及其它相關的鐵路生產(chǎn)系統(tǒng)均部署在國鐵集團安全生產(chǎn)網(wǎng)，考慮到網(wǎng)絡安全等級保護的要求，將該系統(tǒng)中用于完成數(shù)據(jù)匯集、存儲、處理的數(shù)據(jù)庫服務器和應用服務器部署在國鐵集團安全生產(chǎn)網(wǎng)內；通信服務器部署在國鐵集團外部服務網(wǎng)，通過安全隔離設備實現(xiàn)與移動物聯(lián)網(wǎng)連接；通信服務器通過國鐵集團安全平臺，與部署在國鐵集團安全生產(chǎn)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫服務器和應用服務器進行信息交互。

1.4 技術架構

列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)需要接入全路18個鐵路局集團公司約7000個車站、260個車務段以及80個機務段15萬機車乘務員的日常作業(yè)需求，系統(tǒng)技術架構設計應優(yōu)先考慮高可用性。

列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)的應用功能實現(xiàn)采用微服務技術架構，運行于具有高可用性、基于K8s的中國鐵路運輸PaaS云平臺和中國鐵路基礎設施云平臺（即IaaS），如圖3所示。

圖3 列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)技術架構示意

（1）應用層：運統(tǒng)1信息傳遞業(yè)務過程劃分為業(yè)務前臺、業(yè)務中臺和業(yè)務后臺；業(yè)務前臺負責界面展示，如運統(tǒng)1 App、運統(tǒng)1 Web管理系統(tǒng)頁面、站線板、運行線展示、毛玻璃展示等；業(yè)務中臺負責整個系統(tǒng)的核心業(yè)務邏輯，如運統(tǒng)1相關服務，含接收運統(tǒng)1、取運統(tǒng)1、運統(tǒng)1簽收、運統(tǒng)1安全傳輸服務等，查詢服務、機車乘務員出退勤、考核分析、消息等服務，業(yè)務后臺專注于數(shù)據(jù)處理、大數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)持久化等基礎邏輯，如基礎數(shù)據(jù)服務、運行圖服務、人臉識別、定位、穿網(wǎng)服務等。

（2）中國鐵路運輸PaaS云平臺：即基礎PaaS平臺，對運行于其上的容器化微服務提供服務自愈能力，以及負載增大時的動態(tài)橫向調整，并使用消除單點的冗余策略，保證ETCD和Master的高可用性。

（3）中國鐵路基礎設施云平臺：提供應用層及中國鐵路運輸PaaS云平臺所依賴的運行環(huán)境，包括物理設備，如網(wǎng)絡、存儲、服務器、操作系統(tǒng)等，并提供硬件虛擬化服務，隔離硬件設備對上層服務的影響。

2 實現(xiàn)運統(tǒng)1信息的可靠傳輸

2.1 運統(tǒng)1信息構成及表單生成

運統(tǒng)1表單亦稱為列車編組順序表，包括運統(tǒng)1和運統(tǒng)1乙，是一種描述列車編組組成的鐵路運輸作業(yè)表單，包含當前作業(yè)車站的站名、列車運行車次、時間、列車車輛編組順序、車輛基本屬性（如車號、車種、自重、換長等），以及車輛所裝載貨物的屬性（如品名、重量、發(fā)貨人、收貨人、記事等）。

鐵路運輸規(guī)章規(guī)定，客運統(tǒng)1表單在始發(fā)站通過客編系統(tǒng)生成和打印并交給機車乘務員；途經(jīng)各車站僅當有摘掛作業(yè)時，才通過客編系統(tǒng)生成、打印并交給機車乘務員，其它情況如換乘、換掛時不編制、不打印、不傳遞運統(tǒng)1。貨運統(tǒng)1表單在始發(fā)站通過車站系統(tǒng)生成、打印并交給機車乘務員，途經(jīng)各車站有摘掛、組合分解、換乘、換掛等作業(yè)時，都需要通過車站系統(tǒng)生成、打印并交機車乘務員。

為實現(xiàn)電子化運統(tǒng)1信息安全、可靠、正確地傳遞，技術實現(xiàn)上劃分為2個方面：（1）車站系統(tǒng)和客編系統(tǒng)實現(xiàn)安全、可靠的運統(tǒng)1信息上報；（2）為機車乘務員提供安全可靠、準確無誤的運統(tǒng)1信息查詢服務。

2.2 車站系統(tǒng)和客編系統(tǒng)的運統(tǒng)1信息上報

列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)提供接收車站系統(tǒng)和客編系統(tǒng)生成的客貨運統(tǒng)1數(shù)據(jù)上報接口服務。在列車辦理出發(fā)作業(yè)的過程中，車站系統(tǒng)和客編系統(tǒng)可調用該接口，將客貨運統(tǒng)1信息加密后，發(fā)送給列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)。列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)將接收到的客、貨運統(tǒng)1數(shù)據(jù)解密后，存儲到電子運統(tǒng)1數(shù)據(jù)庫。

列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)負責提供接收、存儲、查詢、加密及解密運統(tǒng)1數(shù)據(jù)的服務，不負責運統(tǒng)1數(shù)據(jù)的正確性校驗，由數(shù)據(jù)源（即車站系統(tǒng)、客編系統(tǒng)）保證運統(tǒng)1信息上報的正確性。

2.3 機車乘務員運統(tǒng)1信息查詢

2.3.1 運統(tǒng)1信息車地傳輸安全措施

（1）安全的傳輸通道：機車乘務員移動作業(yè)終端上安裝物聯(lián)網(wǎng)卡，通過無線網(wǎng)絡，經(jīng)運用商開通的專線VPN接入國鐵集團外部服務網(wǎng)，保障移動接入傳輸通道的安全性；此外，從國鐵集團外部服務網(wǎng)到安全生產(chǎn)網(wǎng)之間的運統(tǒng)1信息傳輸，由國鐵集團安全平臺提供安全防護。

（2）信息加密傳輸：接收到機車乘務員移動作業(yè)終端上運統(tǒng)1 App發(fā)出查詢請求后，將查詢到的運統(tǒng)1信息加密，通過國鐵集團安全平臺傳輸?shù)絿F集團外部服務網(wǎng)通信服務器，經(jīng)4G物聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)綑C車乘務員移動作業(yè)終端，運統(tǒng)1 App將信息解密后，生成電子表單供機車乘務員使用。運統(tǒng)1數(shù)據(jù)在機車乘務員的移動作業(yè)終端上不存儲，可防止作業(yè)終端上其它應用程序非法竊取或篡改運統(tǒng)1數(shù)據(jù)。

2.3.2 機車乘務員運統(tǒng)1信息正確性檢查

機車乘務員根據(jù)移動作業(yè)終端自動定位的當前車站、列車計劃開行車次號2個條件，使用運統(tǒng)1 App查詢運統(tǒng)1表單信息，作為列車運行的基本依據(jù)。

由于現(xiàn)場業(yè)務復雜多樣，通過車站和車次號直接查詢運統(tǒng)1信息存在以下問題。

（1）中央子系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中沒有對應的運統(tǒng)1信息：對于客運列車，若在途徑的某車站無摘掛作業(yè)、但有換乘或換掛時，由于該車站客編系統(tǒng)并不會向列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)上報運統(tǒng)1信息，數(shù)據(jù)源頭上就缺失對應的運統(tǒng)1信息；需要追蹤到該列車后方車站最近上報的運統(tǒng)1信息，作為這列車在該車站的運統(tǒng)1信息。

（2）同一車站出現(xiàn)重復車次號列車：客運列車嚴格按圖行車，在同一車站24 h內不會出現(xiàn)相同車次號的列車；但對于貨運列車，在有保留車或調度臨時調整開行計劃等情況下，同一車站在某個時間段內（如6 h內）可能存在2列相同車次號的列車。

為確保機車乘務員查詢到準確的運統(tǒng)1信息，設計了運統(tǒng)1信息正確性檢查算法，具體流程如圖4所示。

圖4 機車乘務員運統(tǒng)1信息正確性檢查算法流程

（1）根據(jù)機車乘務員查詢請求中的查詢條件（當前所在車站、列車車次號），在中央子系統(tǒng)運統(tǒng)1數(shù)據(jù)庫中搜索是否有對應的運統(tǒng)1信息；

（2）若有，跳轉至（5）；若無，搜索列車運行圖，讀取該車次號的列車運行徑路信息；

（3）搜索該列車運行徑路上已途經(jīng)的后方車站是否有摘掛作業(yè)；

（4）若無，系統(tǒng)臨時設置運行徑路上本次列車的始發(fā)車站為當前車站，跳轉至（1）；若有，系統(tǒng)臨時設置運行徑路上本次列車的摘掛車站為當前車站，跳轉至（1）；

（5）讀取搜索到的運統(tǒng)1信息，將查詢結果返回運統(tǒng)1 App；

（6）在運統(tǒng)1 App上，貨運機車乘務員確認當前股道對應的運統(tǒng)1，客運機車乘務員確認本站圖定發(fā)車時間。

3 系統(tǒng)應用效果

列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)已經(jīng)完成開發(fā)和部署上線，在全路試運行，在試運行前通過信息系統(tǒng)網(wǎng)絡安全等保評測。目前，全路除動車組列車外，日均2 808列客車，14 303列貨車，3 198個車站，23 672個機車乘務員通過20 757部終端參與了運統(tǒng)1電子化傳遞系統(tǒng)試用工作。車站日均發(fā)送列車電子運統(tǒng)1表單共計約1.8萬份，其中客車表單約3 000份，貨車表單近1.5萬份，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

在當前全路試運行階段，電子化運統(tǒng)1信息網(wǎng)絡傳輸與紙質表單人工傳遞2種作業(yè)方式并行。為準確掌握列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)的實際應用狀況，有序推進該系統(tǒng)應用的持續(xù)深入，最終達到完全替代紙質表單人工傳遞的目標，選取車站發(fā)送率SC、車站發(fā)送及時率PC、機車乘務員簽收率SJ、機車乘務員簽收及時率PJ共4項指標，對系統(tǒng)應用效果進行評價和監(jiān)測。

其中，R為車站實際發(fā)送的列車運統(tǒng)1表單個數(shù)；Y為車站每日應發(fā)送的列車運統(tǒng)1表單個數(shù)（即列車運行圖中始發(fā)列車數(shù)）。

其中，Y為車站每日應發(fā)送的列車運統(tǒng)1表單個數(shù)；TR為列車實際發(fā)車時間，TS為車站發(fā)送列車運統(tǒng)1表單時的系統(tǒng)時間，TV為發(fā)送時間閾值，暫設置為10 min（可調整）；當TR-TS＞TV時，即車站在某列車實際發(fā)車前10 min發(fā)送該列車運統(tǒng)1表單時，視為發(fā)送及時。

其中，R為車站實際發(fā)送的列車運統(tǒng)1表單個數(shù)；J為機車乘務員實際簽收運統(tǒng)1表單個數(shù)。

其中，R為車站實際發(fā)送的列車運統(tǒng)1表單個數(shù)；TR為該列車的實際發(fā)車時間，TJ為機車乘務員實際簽收某列車運統(tǒng)1表單時的系統(tǒng)時間；當TR-TJ＞0時，即機車乘務員在列車實際發(fā)車前簽收該列車運統(tǒng)1表單為簽收及時。

采用2021年8月3日—12日（統(tǒng)計日定義為前日18：01至當日18：00）期間的數(shù)據(jù)，分別針對客運列車和貨運列車的運統(tǒng)1電子化傳遞應用情況的上述4項指標進行統(tǒng)計，結果如圖5和圖6所示。

圖5 客運列車統(tǒng)1電子化傳遞應用情況的指標統(tǒng)計

圖6 貨運列車統(tǒng)1電子化傳遞應用情況的指標統(tǒng)計

從圖5、圖6可知客、貨車站運統(tǒng)1表單發(fā)送率均在99%上下浮動，發(fā)送及時率均在98.5%上下浮動；客運機車乘務員運統(tǒng)1簽收率在98%上下浮動，貨運機車乘務員運統(tǒng)1簽收率在98%以上；客、貨機車乘務員運統(tǒng)1簽收及時率均在99%以上。表1給出系統(tǒng)全路試運行中發(fā)現(xiàn)問題的原因分析及對策。

表1 系統(tǒng)全路試運行中發(fā)現(xiàn)問題的原因分析及對策

4 結束語

列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)接口，獲取車站系統(tǒng)和客編系統(tǒng)編制的運統(tǒng)1表單信息，并利用移動物聯(lián)網(wǎng)及VPN專線，為機車乘務員移動作業(yè)終端提供安全的信息傳輸通道，實現(xiàn)全路貨運列車、普速客運列車的運統(tǒng)1表單信息的電子化傳遞。該系統(tǒng)采用集中式雙中心集群架構，具有高可用性、高吞吐量、低延遲及良好的可伸縮性。從全路試運行情況來看，該系統(tǒng)能夠覆蓋全路客運和貨運車站的運統(tǒng)1作業(yè)，可靈活適應各種客、貨運輸作業(yè)場景。通過進一步改進系統(tǒng)技術方案，完善系統(tǒng)應用相關管理制度，該系統(tǒng)完全可以替代既有的人工傳遞紙質運統(tǒng)1表單的作業(yè)方式。

下一步，將重點解決試運行期間發(fā)現(xiàn)的幾個問題：部分車站信號弱影響機車乘務員查詢信息，將協(xié)調移動運營商進行實地勘測，采取信號補強或新建移動無線基站等改善車站場強覆蓋；針對列車在站停時短影響車站運統(tǒng)1表單發(fā)送及時率，直通車變更車次號時車站發(fā)送運統(tǒng)1、但運行圖上為始發(fā)作業(yè)影響車站運統(tǒng)1表單發(fā)送率等特殊場景，通過優(yōu)化信息查詢算法和評價指標計算規(guī)則，進一步提高系統(tǒng)應用水平，爭取及早全面替代紙質表單人工傳遞。

隨著鐵路5G網(wǎng)絡的建設，將顯著提高車地無線網(wǎng)絡的承載帶寬和傳輸效率，可利用機車乘務員移動作業(yè)終端實現(xiàn)更多的車地信息傳遞，如應急處置實時視頻傳輸、制動效能證明書電子化傳遞、機車乘務員手帳電子化等，為信息技術賦能鐵路傳統(tǒng)業(yè)務提供更大的發(fā)展空間。