近年來(lái),隨著“一帶一路”倡議以及鐵路“走出去”戰(zhàn)略的逐步實(shí)施,我國(guó)企業(yè)承建的海外鐵路項(xiàng)目也越來(lái)越多,信息化、自動(dòng)化程度也越來(lái)越高。中老昆萬(wàn)鐵路(昆明—萬(wàn)象,以下簡(jiǎn)稱“中老鐵路”)為“一帶一路”標(biāo)志性工程之一,是第一個(gè)以中方為主投資建設(shè)、共同運(yùn)營(yíng)并與我國(guó)鐵路網(wǎng)直接連通的跨國(guó)鐵路[1-2]。其中,中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)是整個(gè)中老鐵路客服信息系統(tǒng)專業(yè)建設(shè)的重要環(huán)節(jié),也是中老鐵路信息化建設(shè)的重要組成部分,采用我國(guó)高速鐵路客服信息系統(tǒng)建設(shè)通用標(biāo)準(zhǔn)[3-4]進(jìn)行設(shè)計(jì)。中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)是結(jié)合國(guó)內(nèi)最新的旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)思路,對(duì)設(shè)計(jì)單位批復(fù)的既有旅客服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行改造與優(yōu)化,通過(guò)分析中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)優(yōu)化和應(yīng)用效果,為今后鐵路“走出去”信息化建設(shè)提供技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)借鑒。
按照原鐵道部文件《鐵路客運(yùn)專線客運(yùn)服務(wù)系統(tǒng)總體技術(shù)方案(暫行)》[5],鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)是一個(gè)以信息自動(dòng)采集為基礎(chǔ),以提供全方位信息服務(wù)為目標(biāo),實(shí)現(xiàn)客運(yùn)車站信息自動(dòng)廣播、導(dǎo)向揭示等多種途徑的信息服務(wù)的集成系統(tǒng)。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)采用“中心—車站”2 級(jí)架構(gòu)設(shè)計(jì),同時(shí)預(yù)留中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“國(guó)鐵集團(tuán)”)級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)接口,中心與車站通過(guò)鐵路客運(yùn)專線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)互聯(lián)。鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。其中在車站,鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)主要設(shè)置接口服務(wù)器、旅服集成平臺(tái)以及子系統(tǒng)控制器,負(fù)責(zé)與車站外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互以及車站終端子系統(tǒng)控制。在客運(yùn)調(diào)度中心,鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、接口服務(wù)器、編輯服務(wù)器以及中心級(jí)旅服集成平臺(tái),主要負(fù)責(zé)核心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)計(jì)算、與外部數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)交互以及對(duì)各車站服務(wù)的監(jiān)控與管理。2018 年以京張高速鐵路工程為依托,對(duì)旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“管控平臺(tái)”)進(jìn)行研制,鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)一步融合旅客服務(wù)、客運(yùn)管理、客運(yùn)設(shè)備管理、應(yīng)急管理4 大業(yè)務(wù)系統(tǒng),形成“1+4+N”架構(gòu)體系[6-7],實(shí)現(xiàn)車站一體化運(yùn)營(yíng)管理。
圖1 鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Architecture of passenger service system
相比國(guó)內(nèi)既有的鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng),中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)具有以下3 個(gè)方面的需求特點(diǎn):①中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)需要實(shí)現(xiàn)未來(lái)萬(wàn)象客運(yùn)調(diào)度中心與國(guó)內(nèi)的客運(yùn)調(diào)度中心間數(shù)據(jù)交互,以更好服務(wù)于跨國(guó)直通列車開(kāi)行;②中老鐵路未來(lái)將成為“中國(guó)-中南半島”經(jīng)濟(jì)走廊國(guó)家鐵路規(guī)劃的重要組成部分[8],中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)需要考慮在整個(gè)中南半島鐵路網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中,具備良好的先進(jìn)性與高可擴(kuò)展性,為未來(lái)旅客服務(wù)系統(tǒng)向客運(yùn)樞紐車站[9]全面提供旅客服務(wù)、生產(chǎn)作業(yè)、設(shè)備環(huán)境管理和應(yīng)急管理的功能建設(shè)提供基礎(chǔ);③中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)需能根據(jù)不同場(chǎng)景適應(yīng)多語(yǔ)言的交互、管理配置等功能,增加能夠靈活配置的多語(yǔ)言服務(wù)單元,從而滿足未來(lái)本地化運(yùn)營(yíng)管理的需求。綜上所述,中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)需在國(guó)內(nèi)已有的管控平臺(tái)整體架構(gòu)與功能基礎(chǔ)上,充分利用現(xiàn)有設(shè)計(jì)批復(fù)的鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)設(shè)備,進(jìn)一步定制化改造研發(fā),從而滿足中老鐵路的業(yè)務(wù)需求與未來(lái)發(fā)展的要求。
中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2 所示,系統(tǒng)整體仿照管控平臺(tái)構(gòu)建信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical Systems,CPS)架構(gòu)體系[10-11],采用云邊結(jié)合的模式進(jìn)行搭建,即在客運(yùn)調(diào)度中心利用既有設(shè)計(jì)批復(fù)的硬件資源環(huán)境,采用開(kāi)源虛擬化技術(shù),搭建滿足承載全線路數(shù)據(jù)與應(yīng)用的虛擬化云服務(wù)平臺(tái),同時(shí)通過(guò)構(gòu)建數(shù)據(jù)預(yù)處理平臺(tái)配合數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)的通信能力,實(shí)現(xiàn)車站與中心的實(shí)時(shí)信息交互處理;在車站綜控室搭建旅客服務(wù)集成管理平臺(tái)以及各子系統(tǒng)設(shè)備接口服務(wù)器,結(jié)合視頻監(jiān)控與廣播監(jiān)聽(tīng)功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)車站環(huán)境要素的感知、反饋與實(shí)時(shí)控制。
圖2 中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.2 Overall architecture of passenger service system for China-Laos Railway
客運(yùn)調(diào)度中心系統(tǒng)架構(gòu)可主要?jiǎng)澐譃橹行募?jí)公共數(shù)據(jù)資源域、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資源域、應(yīng)用服務(wù)域以及數(shù)據(jù)預(yù)處理服務(wù)域;車站系統(tǒng)架構(gòu)可劃分為旅服集成管理平臺(tái)、旅服應(yīng)急平臺(tái)以及各子系統(tǒng)終端控制設(shè)備。
(1)中心級(jí)公共數(shù)據(jù)資源域。包括面向基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與接口數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例,接口數(shù)據(jù)庫(kù)主要負(fù)責(zé)將客票、調(diào)度系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)接入與存儲(chǔ);基礎(chǔ)服務(wù)庫(kù)負(fù)責(zé)存儲(chǔ)整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)配置信息、擴(kuò)展新增面向跨國(guó)列車時(shí)區(qū)轉(zhuǎn)換、多語(yǔ)言切換的時(shí)區(qū)字典、多語(yǔ)言展示字典等。
(2)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)資源域。根據(jù)旅客服務(wù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)分類將旅客服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源劃分為計(jì)劃數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)和系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)3 部分。其中,計(jì)劃庫(kù)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)運(yùn)行核心的到發(fā)計(jì)劃、廣播計(jì)劃、引導(dǎo)計(jì)劃等計(jì)劃驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù);業(yè)務(wù)管理庫(kù)存儲(chǔ)管理多語(yǔ)言業(yè)務(wù)版式、多語(yǔ)言音庫(kù)、業(yè)務(wù)命令等業(yè)務(wù)模板數(shù)據(jù);系統(tǒng)參數(shù)庫(kù)存儲(chǔ)管理系統(tǒng)運(yùn)行的消息觸發(fā)節(jié)點(diǎn)、日志等系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)。
(3)應(yīng)用服務(wù)域。采用微服務(wù)架構(gòu)模式進(jìn)行搭建,包括平臺(tái)業(yè)務(wù)應(yīng)用、接口業(yè)務(wù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用、跨國(guó)列車業(yè)務(wù)應(yīng)用、微服務(wù)注冊(cè)中心、消息中間件、業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)(API)、外部公共接口應(yīng)用。其中,微服務(wù)注冊(cè)中心、API、消息中間件共同組成業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)的支撐框架,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)的注冊(cè)、發(fā)布與消息通信功能;平臺(tái)業(yè)務(wù)應(yīng)用和接口業(yè)務(wù)應(yīng)用負(fù)責(zé)根據(jù)各子系統(tǒng)計(jì)劃編制、平臺(tái)控制命令處理等功能;外部公共接口應(yīng)用負(fù)責(zé)客票、調(diào)度接口數(shù)據(jù)的計(jì)算處理;數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫訪問(wèn);跨國(guó)列車業(yè)務(wù)應(yīng)用負(fù)責(zé)結(jié)合時(shí)區(qū)字典、多語(yǔ)言字典實(shí)現(xiàn)旅客服務(wù)系統(tǒng)多語(yǔ)言切換的展示、播報(bào)和平臺(tái)操作功能以及到發(fā)時(shí)間的統(tǒng)一轉(zhuǎn)化功能。
(4)數(shù)據(jù)預(yù)處理服務(wù)域。采用消息代理(Ngnix)、微服務(wù)與數(shù)據(jù)緩存(Radis)融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)終端業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的預(yù)處理、訪問(wèn)控制等功能,以保證客運(yùn)調(diào)度中心對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理的高效性與安全性。
(5)旅服集成平臺(tái)。按照CPS 架構(gòu)理念可分為旅客服務(wù)、生產(chǎn)管理、設(shè)備控制、系統(tǒng)監(jiān)控等終端模塊,為綜控人員提供列車到發(fā)管理、中英老多語(yǔ)言廣播與引導(dǎo)管理、設(shè)備控制管理以及音視頻的監(jiān)聽(tīng)功能。同時(shí),系統(tǒng)支持根據(jù)業(yè)務(wù)需求后續(xù)擴(kuò)展面向生產(chǎn)管理的手持終端、面向環(huán)境參數(shù)監(jiān)控的傳感器單元等智能化應(yīng)用接入。
(6)旅服應(yīng)急平臺(tái)。負(fù)責(zé)在網(wǎng)絡(luò)異常情況下應(yīng)急接管車站旅服設(shè)備,保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
(7)子系統(tǒng)終端控制設(shè)備。負(fù)責(zé)根據(jù)旅服集成平臺(tái)的作業(yè)指令,接入、控制各類終端設(shè)備,并獲取數(shù)據(jù)反饋。
中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖3 所示,其技術(shù)架構(gòu)主要分為基礎(chǔ)服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層、發(fā)布與控制層以及展示層。
圖3 中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)Fig.3 Technical architecture of passenger service system for China-Laos Railway
(1)基礎(chǔ)服務(wù)層。主要承載整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)資源,包括硬件資源、數(shù)據(jù)資源、虛擬化平臺(tái)、消息代理平臺(tái)和系統(tǒng)環(huán)境。其中硬件資源包含最底層支撐整個(gè)系統(tǒng)的虛擬化資源組件和X86服務(wù)器資源;在硬件資源基礎(chǔ)上構(gòu)建了數(shù)據(jù)資源,包括Mysql 集群主數(shù)據(jù)庫(kù)、Mysql 集群應(yīng)急數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)緩存;虛擬化平臺(tái)采用國(guó)產(chǎn)開(kāi)源虛擬化軟件(XenServer)進(jìn)行搭建,承載系統(tǒng)全部應(yīng)用層業(yè)務(wù)部署;消息代理平臺(tái)采用Ngnix 和持久化軟件(Keeplive)進(jìn)行高可用集成部署,承載前端展示層與應(yīng)用層、控制層的訪問(wèn)代理;系統(tǒng)環(huán)境采用.Netcore,Netframework,Windows 或Linux 搭建,支撐旅客服務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
(2)應(yīng)用服務(wù)層。主要包括業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)管理類的應(yīng)用、微服務(wù)注冊(cè)中心、消息中間件。其中業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)管理類的應(yīng)用主要包含旅客服務(wù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)、接口以及數(shù)據(jù)類的應(yīng)用,采用標(biāo)準(zhǔn)WEB 服務(wù)或WinService 服務(wù)模式發(fā)布;微服務(wù)注冊(cè)中心采用開(kāi)源服務(wù)Consul 構(gòu)建多節(jié)點(diǎn)的高可用服務(wù)注冊(cè)中心,實(shí)現(xiàn)各類服務(wù)的注冊(cè)與調(diào)用接口發(fā)布;消息中間件基于socket 通信技術(shù),采用自主研發(fā)的消息交互服務(wù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部服務(wù)之間的消息通信。
(3)發(fā)布與控制層。主要包括微服務(wù)發(fā)布的業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)與業(yè)務(wù)追蹤服務(wù)。其中,業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)配套Consul,發(fā)布WEB 注冊(cè)服務(wù),可支持Reset 接口規(guī)范、ODBC/JDBC 數(shù)據(jù)庫(kù)連接以及自定義TCP/UDP 接口協(xié)議訪問(wèn)調(diào)用,用于支撐展示層與應(yīng)用層的數(shù)據(jù)交互;業(yè)務(wù)服務(wù)追蹤采用路由追蹤軟件(Skywalking)搭建,可實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)訪問(wèn)路由的追蹤記錄,監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況。
(4)展示層。主要包括旅服集成平臺(tái)服務(wù)模塊、廣播系統(tǒng)管理模塊、引導(dǎo)系統(tǒng)管理模塊、視頻監(jiān)控管理模塊等,實(shí)現(xiàn)面向客運(yùn)綜控人員和終端設(shè)備管理與控制服務(wù)。
中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)目前已經(jīng)在中老鐵路磨萬(wàn)段部署應(yīng)用,系統(tǒng)采用“萬(wàn)象客運(yùn)調(diào)度中心—車站”2 級(jí)部署,以萬(wàn)象中心站代管其他小站模式進(jìn)行管理,建設(shè)范圍包括萬(wàn)象客運(yùn)調(diào)度中心,以及被代管的噶西站、瑯勃拉邦站、孟阿站、孟賽站、磨丁站、納堆站、納磨站、蓬洪站、萬(wàn)榮站共10 個(gè)車站。中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)部署架構(gòu)如圖4 所示。
圖4 中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)部署架構(gòu)Fig.4 Deployment architecture of passenger service system for China-Laos Railway
在萬(wàn)象客運(yùn)調(diào)度中心,部署整套虛擬化云服務(wù)平臺(tái),容納旅客服務(wù)系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用服務(wù)與接口服務(wù),從而滿足被代管各車站的數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)服務(wù);同時(shí),在云服務(wù)資源池基礎(chǔ)上部署多節(jié)點(diǎn)的微服務(wù)注冊(cè)集群,實(shí)現(xiàn)應(yīng)用后臺(tái)的注冊(cè)并通過(guò)多節(jié)點(diǎn)消息代理集群,實(shí)現(xiàn)服務(wù)的發(fā)布與消息訪問(wèn)管理。整個(gè)部署架構(gòu)可根據(jù)云服務(wù)平臺(tái)增加的計(jì)算與存儲(chǔ)單元進(jìn)行動(dòng)態(tài)的擴(kuò)展,從而可滿足未來(lái)其他線路的快速接入。
在車站端,萬(wàn)象中心站與代管站分別部署中老英多語(yǔ)言服務(wù)、管理、視頻等客戶端軟件,支持站內(nèi)客運(yùn)工作人員日常的生產(chǎn)指揮、服務(wù)管理以及監(jiān)控反饋?zhàn)鳂I(yè)。
中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)客運(yùn)調(diào)度中心系統(tǒng)應(yīng)用的部署架構(gòu)進(jìn)行改造優(yōu)化,與我國(guó)鐵路既有旅客服務(wù)系統(tǒng)相比,其在實(shí)際應(yīng)用中具有如下優(yōu)勢(shì)。
(1)提升系統(tǒng)整體先進(jìn)性。中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)最新研究成果,即在原有管控平臺(tái)的架構(gòu)基礎(chǔ)上,進(jìn)行適應(yīng)性改造,采用云邊結(jié)合的部署模式,極大程度上規(guī)范中心級(jí)資源應(yīng)用。同時(shí),中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)保留管控平臺(tái)CPS 架構(gòu)體系,為未來(lái)進(jìn)一步擴(kuò)展升級(jí)客運(yùn)作業(yè)指揮、環(huán)境舒適度監(jiān)控以及應(yīng)急管理等業(yè)務(wù)模塊提供了基礎(chǔ)。
(2)優(yōu)化系統(tǒng)可擴(kuò)展性。中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)采用虛擬化與云服務(wù)技術(shù)設(shè)計(jì),在未來(lái)老撾以及整個(gè)中南半島新線建設(shè)與中心接入過(guò)程中,可以通過(guò)較少的組件擴(kuò)容,在不停機(jī)狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)新線資源的分配和擴(kuò)展。
(3)便于中心聯(lián)網(wǎng)。中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等方面與管控平臺(tái)保持基本一致,對(duì)未來(lái)國(guó)內(nèi)外各級(jí)中心聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)站車一體化指揮提供基礎(chǔ)條件。
(4)加固完善系統(tǒng)穩(wěn)定性與易維護(hù)性。在系統(tǒng)穩(wěn)定性與易維護(hù)性方面,中心數(shù)據(jù)與應(yīng)用部署環(huán)境均采用多節(jié)點(diǎn)高可用方式部署,當(dāng)單個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障,系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)可進(jìn)行自動(dòng)故障轉(zhuǎn)移,保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,節(jié)點(diǎn)故障的軟硬件產(chǎn)品均可隨時(shí)人工進(jìn)行下線與維護(hù),易維護(hù)性強(qiáng);在業(yè)務(wù)軟件方面,包括多語(yǔ)言展示、跨國(guó)列車業(yè)務(wù)處理的各項(xiàng)功能均可采用自定義配置方式實(shí)現(xiàn),便于本地根據(jù)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境實(shí)時(shí)維護(hù)調(diào)整,且客運(yùn)調(diào)度中心與車站實(shí)時(shí)保持核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)同步,在出現(xiàn)故障情況下,可實(shí)時(shí)進(jìn)行應(yīng)急切換,保障系統(tǒng)穩(wěn)定性。
中老鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)是基于其實(shí)際特點(diǎn)與需求,結(jié)合國(guó)內(nèi)客運(yùn)站信息化建設(shè)的研究成果,對(duì)其架構(gòu)進(jìn)行全面的優(yōu)化設(shè)計(jì),優(yōu)化后的系統(tǒng)架構(gòu)在保障原有業(yè)務(wù)需求的同時(shí),極大程度提升了旅客服務(wù)系統(tǒng)的先進(jìn)性、可擴(kuò)展性、穩(wěn)定性以及易維護(hù)性。未來(lái)隨著“中國(guó)-中南半島”高速鐵路網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)展與完善,系統(tǒng)將為整個(gè)中南半島區(qū)域客運(yùn)調(diào)度中心聯(lián)網(wǎng)交互以及與中國(guó)鐵路昆明局集團(tuán)有限公司、中國(guó)鐵路南寧局集團(tuán)有限公司客運(yùn)調(diào)度中心的內(nèi)外聯(lián)網(wǎng)交互與信息共享提供支撐與服務(wù),實(shí)現(xiàn)面向中南半島內(nèi)部以及中國(guó)至中南半島各車站一體化站車旅客智能服務(wù)與管理。