中老昆萬鐵路(昆明—萬象,以下簡稱“中老鐵路”)是“一帶一路”面向南亞、東南亞關(guān)鍵的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目之一,是泛亞鐵路的重要組成部分,是首條采用中國技術(shù)標準建設(shè)、與中國鐵路網(wǎng)直接互通的國際鐵路客貨快速通道。中老鐵路是老撾第一條貫穿國土的現(xiàn)代化鐵路,更是中老友誼的標志性工程,對提升老撾客貨運輸能力和水平有著劃時代的意義。為滿足老撾境內(nèi)和中老兩國跨境客貨運輸?shù)男枰瑢⑸疃瓤紤]老撾國內(nèi)情況,以支撐全過程、多元化的運輸需求為牽引,集貨運生產(chǎn)、客貨服務(wù)、調(diào)度指揮、現(xiàn)車管理、國際聯(lián)運于一體,構(gòu)建功能業(yè)務(wù)全面、技術(shù)架構(gòu)領(lǐng)先、穩(wěn)定高效、安全可靠的綜合鐵路運輸信息系統(tǒng),提高業(yè)務(wù)效率和工作質(zhì)量,提升中老鐵路跨國物流運作水平。本研究設(shè)計實現(xiàn)中老鐵路客貨運輸信息化全過程國際化一體化管理和境內(nèi)外數(shù)據(jù)互聯(lián)互通,實現(xiàn)中老鐵路磨萬段(磨丁—萬象南)信息資源從無到有的設(shè)計規(guī)范、建設(shè)、開發(fā)與綜合利用,對提高信息基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)資產(chǎn)、線路、移動裝備等資源利用效率,發(fā)揮信息資源整體效能起到積極作用,從而創(chuàng)造更多的社會效益。
中老鐵路作為“一帶一路”新通道,關(guān)鍵作用的發(fā)揮離不開信息化的支撐,在運輸一體化平臺對磨萬段運營生產(chǎn)的有效支撐下,中老鐵路運輸組織有序開展,運輸服務(wù)得到有效保障。
基于中老鐵路運營管理應用特點及業(yè)務(wù)需求,應著眼于未來技術(shù)發(fā)展方向,系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計基于高內(nèi)聚、低耦合、模塊化的設(shè)計思想。運輸一體化平臺設(shè)計和研究堅持先進性、成熟性、開放性、高可靠性、可擴展性、安全性和高內(nèi)聚低耦合性等原則。
(1)先進性與成熟性。中老鐵路運輸一體化平臺設(shè)計研發(fā)以業(yè)務(wù)需求為基礎(chǔ),同時充分考慮未來發(fā)展需要,既要體現(xiàn)先進性,也要保證成熟性和實用性。
(2)開放性。運輸一體化平臺作為支持中老鐵路運營生產(chǎn)的關(guān)鍵系統(tǒng),其開放性對提高鐵路貨運服務(wù)質(zhì)量和提高客戶滿意度具有重要的意義,設(shè)計時需要充分體現(xiàn)出開放的體系結(jié)構(gòu)、開放的產(chǎn)品選擇、開放的技術(shù)路線和開放的應用設(shè)計。
(3)高可靠性。運輸一體化平臺作為中老鐵路的生產(chǎn)系統(tǒng),提供客貨服務(wù)、7×24 小時不間斷運行的客貨服務(wù)、調(diào)度指揮等,其可靠性至關(guān)重要。系統(tǒng)應在主機、存儲和網(wǎng)絡(luò)等核心層面避免單點故障,加強對外接口的安全監(jiān)控,形成對資源的有效保護。
(4)可擴展性。中老鐵路運輸一體化平臺設(shè)計在確保數(shù)據(jù)量增長、用戶增長以及業(yè)務(wù)增長時需考慮具有良好的可擴展性。
(5)穩(wěn)定性與安全性。中老鐵路運輸一體化平臺需具備高穩(wěn)定性和安全性,應確保系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)不間斷運行,運輸生產(chǎn)核心數(shù)據(jù)不泄密,系統(tǒng)運行效率不降低,系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不被盜取,在綜合考慮投資預算的基礎(chǔ)上采用適度防護策略。
(6)高內(nèi)聚低耦合性。中老鐵路運輸一體化平臺軟件結(jié)構(gòu)各個層次之間要具備低耦合度,每個層次都有獨立功能,減少對其他層次的依賴。當更改功能時,只需更改相應層次,減少對其他層次的影響。
中老鐵路運輸一體化平臺總體設(shè)計架構(gòu)采用分層設(shè)計的思想,按照功能由基礎(chǔ)到業(yè)務(wù)劃分成5 個層級,上一層級的系統(tǒng)依靠于下一層級的系統(tǒng)或基礎(chǔ)設(shè)施之上,下一層級向上一層級系統(tǒng)提供服務(wù)。各系統(tǒng)層次的內(nèi)部是高內(nèi)聚的,而層次與層次之間是松耦合的。這種架構(gòu)有利于實現(xiàn)整個體系的高可靠性、高擴展性以及易維護性。當需要更換、擴容現(xiàn)場采集設(shè)備時,只需要在基礎(chǔ)設(shè)施資源層替換、添加新的設(shè)備即可,而對其他模塊層無需做任何的變動,且對用戶也是完全透明的[1-3]。中老鐵路運輸一體化平臺總體架構(gòu)如圖1 所示。
圖1 中老鐵路運輸一體化平臺總體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture of integrated transportation platform of China-Laos Railway
中老鐵路運輸一體化平臺總體架構(gòu)的5 個層次從下到上依次如下。
(1)基礎(chǔ)設(shè)施資源層?;A(chǔ)設(shè)施資源層主要提供應用運行的硬件,采取信創(chuàng)服務(wù)器和相關(guān)存儲設(shè)備,并通過云計算實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù),構(gòu)建了IaaS 層。通過云原生應用支撐平臺構(gòu)建支撐應用,構(gòu)建了支撐應用運行的PaaS 層。通過各類物聯(lián)網(wǎng)傳感設(shè)備實時、精準、可靠地獲取各類關(guān)鍵過程狀態(tài)數(shù)據(jù)?;A(chǔ)設(shè)施資源層的信息資源為業(yè)務(wù)應用、智能決策提供了基礎(chǔ)[4]。
(2)智能傳輸層。智能傳輸層是連接各層級的樞紐,將采集的數(shù)據(jù)信息通過光纖、5G 及各類無線傳輸介質(zhì)高效、安全地傳輸?shù)缴蠈痈黝悩I(yè)務(wù)系統(tǒng),同時將上層應用產(chǎn)生的操作指令傳遞到生產(chǎn)作業(yè)的現(xiàn)場[5]。
(3)數(shù)據(jù)資源層。數(shù)據(jù)資源層的架構(gòu)設(shè)計結(jié)合中老鐵路實際需求,按照業(yè)務(wù)類型劃分為營銷服務(wù)、綜合運輸生產(chǎn)、旅客服務(wù)、客票管理、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、貨運管理等幾大類數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)融合創(chuàng)新,實現(xiàn)運輸過程各個環(huán)節(jié)作業(yè)數(shù)字化。
(4)共享服務(wù)支持層。共享服務(wù)支持層通過運用數(shù)據(jù)分析、機器學習、關(guān)聯(lián)分析、規(guī)則挖掘、數(shù)據(jù)融合等技術(shù)對上層應用提供定制化的大數(shù)據(jù)服務(wù)與主數(shù)據(jù)服務(wù),在業(yè)務(wù)模型、關(guān)鍵特征等因素組成的數(shù)據(jù)分析算法的支撐下進行趨勢預測、行為分析并指導業(yè)務(wù)決策。
(5)智能應用層。智能應用層實現(xiàn)運輸生產(chǎn)領(lǐng)域最核心功能,結(jié)合生產(chǎn)實際,解決跨專業(yè)的運輸生產(chǎn)協(xié)同問題,開展客貨運輸生產(chǎn)過程精細化管理,為企業(yè)管理和運輸生產(chǎn)提供應用服務(wù),實現(xiàn)中老鐵路管理一體化、生產(chǎn)智能化[6]。
根據(jù)中老鐵路業(yè)務(wù)需求,堅持“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一平臺、統(tǒng)一標準”的信息化建設(shè)總原則,統(tǒng)一規(guī)劃中老鐵路運輸一體化平臺技術(shù)架構(gòu),集中建設(shè)規(guī)劃信息系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施資源,通過虛擬化技術(shù)搭建IaaS 層、PaaS 層,將全線系統(tǒng)進行統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理,資源統(tǒng)一分配。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建微服務(wù)應用運行平臺和微服務(wù)一體化技術(shù)平臺,應用層進行業(yè)務(wù)歸集,通過前、中、后臺服務(wù)的方式,實現(xiàn)業(yè)務(wù)信息跨區(qū)域、跨部門、跨業(yè)務(wù)綜合應用。中老鐵路運輸一體化平臺技術(shù)架構(gòu)如圖2 所示。
圖2 中老鐵路運輸一體化平臺技術(shù)架構(gòu)Fig.2 Technical architecture of integrated transportation platform of China-Laos Railway
根據(jù)中老鐵路跨國客貨混跑、全線采用中國設(shè)備和標準的特點,以“國際聯(lián)運+綜合運輸”為基本出發(fā)點,對跨國鐵路國際聯(lián)運、一體化運輸指揮與組織進行了探索創(chuàng)新和試驗,打造中老國際聯(lián)運“黃金通道”。中老鐵路開通運營10 個月以來,客貨運輸持續(xù)增長,帶動沿線產(chǎn)業(yè)熱潮涌動,截至2022 年9 月30 日,中老鐵路磨萬段累計裝車數(shù)41 461 車,累計貨物發(fā)送量為145 萬t,累計貨運收入33.2 億人民幣,累計發(fā)售客票995 003 張。日高峰貨運收入231.72 萬元人民幣,日高峰裝車數(shù)284車,日高峰卸車數(shù)397 車,日高峰發(fā)送量1.12 萬t,日高峰制貨票數(shù)392 張;日均發(fā)售客票3 294 張,日高峰售票8 000 余張,日高峰銷售額16.45 億基普。2022 年9 月日均裝車數(shù)179 車,日均卸車數(shù)309 車,日均貨運收入131.28 萬元人民幣。面對老撾旺盛的客貨需求,在運輸生產(chǎn)一體化平臺創(chuàng)新的運輸組織和國際聯(lián)運服務(wù)應用模式的助力下,中老鐵路運輸、場站使用、信息服務(wù)能力不斷提升,磨萬段運量持續(xù)增長,跨境貨物列車數(shù)量從開通初期的1 對2 列增加至6 對12 列,最多時可達8 對16 列,日均6 對12 列,周末與節(jié)假日加開2 對臨客,2022 年9 月較2021 年12 月運量增長4 倍左右。
4.1.1 面向國際聯(lián)運全過程業(yè)務(wù)流程創(chuàng)新
(1)再造業(yè)務(wù)流程,實現(xiàn)面向國際聯(lián)運全過程的運輸一體化協(xié)同。運輸一體化平臺是貫通調(diào)度、現(xiàn)車、貨運作業(yè)、國際聯(lián)運的協(xié)同生產(chǎn)作業(yè)信息系統(tǒng)。從宏觀調(diào)度組織角度,實現(xiàn)了以貨運計劃為目標,列車計劃、機輛計劃、施工計劃、車站運轉(zhuǎn)計劃、貨運裝卸計劃一體化的集成計劃編制和調(diào)整體系[7],便于對全線運力資源進行統(tǒng)籌規(guī)劃。
(2)以運輸需求為驅(qū)動,實現(xiàn)鐵路貨運受理交互及生產(chǎn)作業(yè)全程管理。從微觀的貨運生產(chǎn)組織角度,覆蓋了需求受理、貨運工作計劃編制、機車工作計劃滾動編制、集中調(diào)車計劃編制與執(zhí)行、進貨裝車、計費制票、掛運出發(fā)、中途技術(shù)作業(yè)、列車到達、卸車作業(yè)、集裝箱作業(yè)、貨物交付、國際聯(lián)運、口岸站通關(guān)單據(jù)交接等運輸過程中的主體功能,便于貨運、調(diào)度、機務(wù)、車輛等業(yè)務(wù)的一體化運行。
4.1.2 應用示范成效
運輸一體化協(xié)同創(chuàng)新應用實現(xiàn)了運輸過程各個環(huán)節(jié)作業(yè)數(shù)字化,調(diào)度指揮與車站作業(yè)基于一套數(shù)據(jù),各項數(shù)據(jù)互融互通互控,可自動生成列車調(diào)整計劃和機車周轉(zhuǎn)圖,調(diào)度可以實時掌握全線所有車站的現(xiàn)車情況、貨運作業(yè)完成情況,調(diào)度主任在掌握全線運輸整體的前提下,可以方便地查看車站的資源運用和作業(yè)安排,預測運輸風險,消除運輸瓶頸,提高計劃兌現(xiàn)率。
4.2.1 數(shù)據(jù)驅(qū)動運營服務(wù)創(chuàng)新
系統(tǒng)采用一體化的開發(fā)體系,將傳統(tǒng)分散的系統(tǒng)進行了集成設(shè)計,有效清除貨票電子化的接口,高效設(shè)計實現(xiàn)了貨票、裝卸、現(xiàn)車信息的自動關(guān)聯(lián),省略了確報系統(tǒng)建設(shè),但仍然具備確報在各個車站的流轉(zhuǎn)功能。
4.2.2 應用示范成效
站內(nèi)作業(yè)一體化實現(xiàn)了一套系統(tǒng)完成所有作業(yè),不需要進行系統(tǒng)間的來回切換,避免了多系統(tǒng)、多界面、功能重復,實現(xiàn)了車-機-輛-貨的一體化作業(yè),站內(nèi)貨運與車務(wù)高度耦合,極大地提高了操作人員的生產(chǎn)作業(yè)效率。
4.3.1 云平臺的構(gòu)建與管理創(chuàng)新
搭建基于開源架構(gòu)的PaaS 云平臺, IaaS 層提供基礎(chǔ)資源保障,通過虛擬化技術(shù)將計算資源、存儲資源與網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一管理,利用虛擬化管理平臺對虛擬化資源池進行日常管理及運維。PaaS 層實現(xiàn)資源動態(tài)調(diào)配、提供微服務(wù)一體化開發(fā)平臺和統(tǒng)一單元化服務(wù),為整個體系提供便捷靈活的資源調(diào)度[8-9]。采用先進的設(shè)計理念,通過搭建虛擬化資源池,利用PaaS 的平臺管控技術(shù),組建基于云計算的運行環(huán)境,使用云管理平臺統(tǒng)一進行管理及資源分配。中老鐵路基礎(chǔ)設(shè)施云平臺架構(gòu)如圖3所示。
圖3 中老鐵路基礎(chǔ)設(shè)施云平臺架構(gòu)Fig.3 Cloud platform architecture of infrastructure of China-Laos Railway
4.3.2 應用示范成效
云平臺構(gòu)建信息化體系實現(xiàn)了集約化、精細化管理軟硬件資源,利用PaaS 的平臺管控技術(shù),使用云管理平臺統(tǒng)一進行管理及資源分配,依據(jù)業(yè)務(wù)壓力實現(xiàn)資源智能彈性伸縮,同時減少因網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)帶來的數(shù)據(jù)壁壘問題。通過使用云平臺、微服務(wù)架構(gòu),可以帶來更高的服務(wù)質(zhì)量、更低的開發(fā)運維成本,實現(xiàn)業(yè)務(wù)的快速迭代,IT 資源高效管理。
4.4.1 中老跨境運輸互聯(lián)互通新模式創(chuàng)新
突破既有數(shù)字口岸管理模式,探索中老跨境運輸互聯(lián)互通新模式。中老鐵路數(shù)據(jù)互聯(lián)互通在傳統(tǒng)中哈、中蒙、中俄等鐵路跨國互聯(lián)[10]的基礎(chǔ)上,為了滿足中老鐵路玉磨段、磨萬段開行跨國直通列車、口岸站調(diào)度聯(lián)絡(luò)、運輸交接等工作便捷化的需求,搭建了中老鐵路跨國互聯(lián)互通數(shù)據(jù)交換平臺,實現(xiàn)了中老鐵路國際聯(lián)運運單、車輛交接單、貨物交接單、貨運保險、列車編組、計劃調(diào)度、施工日計劃、施工運行揭示命令、貨車檢修運用數(shù)據(jù)、5T 設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)在中老鐵路間的信息共享。
4.4.2 應用示范成效
中老跨境運輸數(shù)據(jù)互聯(lián)互通實現(xiàn)了提前接收來自鄰國的中老鐵路國際聯(lián)運運單、車輛交接單、貨物交接單、貨運保險、列車編組、計劃調(diào)度、施工日計劃、施工運行揭示命令、貨車檢修運用數(shù)據(jù)、5T 設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù),將業(yè)務(wù)邏輯需求與信息共享同步實現(xiàn),提升國內(nèi)外多方協(xié)作下的高效協(xié)同和自動執(zhí)行能力,便于兩國提前安排運輸計劃、進行口岸站作業(yè)準備,有助于實現(xiàn)境內(nèi)境外協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
4.5.1 調(diào)度指揮一體化創(chuàng)新
以滿足客貨運輸需求和運力資源的合理運用為導向,構(gòu)建一體化計劃編制平臺,實現(xiàn)客貨運輸計劃以及機輛運用、施工維修和生產(chǎn)作業(yè)等支撐計劃一體化編制與調(diào)整,提升運輸計劃兌現(xiàn)效率;列車工作計劃編制界面與行車調(diào)度列車運行圖界面共用一張底圖,日班計劃運行線與行調(diào)計劃線保持充分的一致性,使得計劃圖表更能反映出列車的實時運行狀況,更直觀有效。行車調(diào)度的實際線可以實時反映給值班主任,對鐵路行車組織工作提供更可靠的幫助。
4.5.2 應用示范成效
統(tǒng)籌客貨運輸需求和運力資源,實現(xiàn)調(diào)度指揮一體化。通過創(chuàng)新的理念和實現(xiàn)方法,平臺支持各調(diào)度工種的靈活組合拆分,按照老中鐵路有限公司的崗位安排,系統(tǒng)設(shè)計了值班主任、機輛調(diào)度、客貨統(tǒng)調(diào)度3 個模塊,實現(xiàn)了列車、機輛、客運、施工、車站一體化的計劃編制與調(diào)整,實現(xiàn)了區(qū)域一體化現(xiàn)車展示,實現(xiàn)了跨站調(diào)車計劃編制,可以在一個計劃中編制多個車站的調(diào)車計劃,便于實施中老鐵路的集中作業(yè)方式,提高工作效率和安全保障能力,車站不用再設(shè)置專人進行調(diào)車計劃的編制,在萬象調(diào)度中心編制磨萬段所有的調(diào)車計劃,達到減員增效、優(yōu)化作業(yè)流程的目標。
4.6.1 一體化平臺設(shè)計創(chuàng)新
在系統(tǒng)應用架構(gòu)設(shè)計階段對各業(yè)務(wù)模式進行了統(tǒng)籌考慮,通過微服務(wù)架構(gòu),傳統(tǒng)應用被拆分為一系列小粒度的服務(wù)。每個服務(wù)均有良好定義的接口,不再專屬于某一應用系統(tǒng),可以為所有應用系統(tǒng)所共享,從而使傳統(tǒng)應用的邊界不復存在,相關(guān)信息應用融合為一個整體。采用單點登錄的方式,對運輸生產(chǎn)一體化平臺體系下用戶、證書和權(quán)限等進行統(tǒng)一設(shè)計與界面功能設(shè)計,便于軟件開發(fā)管理和效率提升。所有應用集中部署,車站不再單獨設(shè)置服務(wù)器,站段不再設(shè)置服務(wù)器和專職系統(tǒng)維護人員。
4.6.2 應用示范成效
一體化平臺建設(shè)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)一體化、登錄一體化和運維管理一體化,可以通過編排既有服務(wù)、頁面快速建立應用系統(tǒng),極大地簡化了應用開發(fā)和升級的復雜度;構(gòu)建開發(fā)運維一體化(DevOps)體系,有效地解決了開放性和可維護性問題;采用單點登錄的方式,實現(xiàn)崗位功能模塊化靈活配置。采用集中部署,為系統(tǒng)的運維和升級提供了便利,便于生產(chǎn)力布局優(yōu)化調(diào)整,提高了應用運維升級效率。
4.7.1 客票全程多渠道發(fā)售服務(wù)創(chuàng)新
中老鐵路客票系統(tǒng)支持老撾境內(nèi)票、中老跨境票發(fā)售,以建設(shè)安全、穩(wěn)定、高效的旅客服務(wù)系統(tǒng)為核心,以便民利民、減少出行成本、豐富服務(wù)功能、提升用戶體驗為宗旨,支持相同列車不同運行區(qū)間的跨境業(yè)務(wù),支持線下窗口、互聯(lián)網(wǎng)APP 渠道購票,可適應本地短途列車席位的多維度管控,同時滿足跨境長途列車席位管理模式。在設(shè)計中制定了一系列數(shù)據(jù)標準化規(guī)則,確保基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的編碼格式和接口在兩國系統(tǒng)統(tǒng)一,支持國內(nèi)外客票互售,預留了中老鐵路客票系統(tǒng)與中國鐵路客票系統(tǒng)間的互聯(lián)互通和票務(wù)數(shù)據(jù)共享的能力,可有效支撐跨國全程客票與跨境客運業(yè)務(wù)。
4.7.2 應用示范成效
中老客票全程多渠道發(fā)售實現(xiàn)了集票務(wù)服務(wù)、旅客服務(wù)為一體的全程票務(wù)服務(wù)。結(jié)合中國新一代鐵路客票系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)的建設(shè)經(jīng)驗,秉持“互利共贏”原則,設(shè)計了中老鐵路客票管理模塊、窗口交易模塊、互聯(lián)網(wǎng)售票APP,實現(xiàn)了售票、改簽、退票、補票、互聯(lián)網(wǎng)取票、更換票據(jù)、交班結(jié)賬、余票查詢、??空静樵儭⒂唵尾樵?、常用聯(lián)系人管理、切換語種、賬戶管理等功能,支持多種電子支付渠道,不僅能為旅客提供更加便利的票務(wù)服務(wù),減少旅客購票時間,還減輕了車站的服務(wù)壓力。中老鐵路客票發(fā)售界面如圖4所示。
圖4 中老鐵路客票發(fā)售界面Fig.4 Ticket selling interface of China-Laos Railway
充分考慮老撾國情,引進中國經(jīng)驗,結(jié)合中老鐵路運營要求,研究業(yè)務(wù)功能齊全、技術(shù)架構(gòu)先進、系統(tǒng)運行高效、安全保障全面的信息系統(tǒng)建設(shè)體系與架構(gòu)體系,通過理論技術(shù)研究、平臺研發(fā)和應用示范,進一步實現(xiàn)中老鐵路的運輸生產(chǎn)精細化、智能化管理。自中老鐵路開通以來,運量不斷增長,客貨運輸態(tài)勢良好,運輸一體化平臺的國際化應用促進中老鐵路實現(xiàn)了運輸組織效率和運力資源使用效率的穩(wěn)步提升,保證中老鐵路的高質(zhì)量平穩(wěn)運營,促進老撾經(jīng)濟的有序發(fā)展,改善老撾人民的客貨運輸服務(wù)質(zhì)量,造福沿線國家人民,帶動經(jīng)濟文化高速發(fā)展。隨著泛亞鐵路的逐步建設(shè),平臺技術(shù)的不斷優(yōu)化和應用成效的不斷提升,為未來運輸一體化平臺在泛亞鐵路的應用提供國際化應用典范。