基于鐵路車務(wù)信息平臺的貨運車務(wù)協(xié)同作業(yè)研究

崔莉，丁正剛，羅常津，胡宸瀚

(中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081)

0 引言

中國國家鐵路集團有限公司(以下簡稱“國鐵集團”)《“十四五”鐵路網(wǎng)絡(luò)安全和信息化規(guī)劃》，明確提出優(yōu)化整合鐵路業(yè)務(wù)領(lǐng)域信息系統(tǒng)和持續(xù)推進一體化信息集成平臺建設(shè)，并在重點推進示范項目中推進運輸生產(chǎn)領(lǐng)域和綜合協(xié)同領(lǐng)域的信息系統(tǒng)建設(shè)，提升車務(wù)作業(yè)數(shù)字化管理與運營水平。車站是鐵路運輸基層生產(chǎn)單位，集中了與運輸有關(guān)的各項技術(shù)設(shè)備，參與運輸過程的主要技術(shù)環(huán)節(jié)，根據(jù)統(tǒng)計，我國鐵路貨物在一次周轉(zhuǎn)過程中有67%的時間消耗在車站，車站工作組織水平在很大程度上影響著鐵路運輸工作的數(shù)量和質(zhì)量指標[1-2]。

隨著近年來信息化技術(shù)的迅猛發(fā)展，鐵路車務(wù)作業(yè)管理的需求也隨之發(fā)生變化，走向一體化、協(xié)同化。2016年新一代編組站綜合自動化(SAM)系統(tǒng)、編組站自動化控制系統(tǒng)(CIPS)拉開編組站綜合自動化建設(shè)的帷幕，不斷推動車站系統(tǒng)的發(fā)展[1]。2018年3月實施貨運票據(jù)電子化是以列車不帶紙質(zhì)票據(jù)為初步目標，從需求受理裝車、承運掛運、在途到達交付等作業(yè)流程，實現(xiàn)電子票據(jù)信息的快速有效流轉(zhuǎn)，涉及貨運作業(yè)、車務(wù)作業(yè)等工作環(huán)節(jié)，作業(yè)信息電子化流轉(zhuǎn)、貨運票據(jù)電子化打通了需求受理、進貨裝車、承運制票、途中作業(yè)、到站卸貨、到達交付等各個環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)鏈，實現(xiàn)票據(jù)信息全程聯(lián)網(wǎng)[3]。

伴隨信息一體化、協(xié)同化的不斷推進，越來越多的系統(tǒng)依賴于貨運車務(wù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如浩吉鐵路運輸生產(chǎn)平臺[4]、列車編組順序表電子化傳遞系統(tǒng)[5]、列車運行追蹤與安全預(yù)警系統(tǒng)[6]、鐵路重車到達預(yù)報與卸車預(yù)警系統(tǒng)[7]、鐵路調(diào)度應(yīng)急指揮系統(tǒng)中的短信通知[8]和車流計劃管理系統(tǒng)[9]等。研究建設(shè)的鐵路車務(wù)信息平臺(以下簡稱“車務(wù)信息平臺”)整合多版本現(xiàn)車系統(tǒng)，不僅與鐵路貨運生產(chǎn)作業(yè)與管控平臺(以下簡稱“貨運管控平臺”)信息交互，還可以為更多鐵路相關(guān)系統(tǒng)提供生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進一步推進多生產(chǎn)領(lǐng)域的綜合協(xié)同作業(yè)。

1 業(yè)務(wù)需求

2022年，國鐵集團研發(fā)面向貨運內(nèi)部生產(chǎn)管理需要的貨運管控平臺，對既有業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行模塊化設(shè)計，對鐵路貨運站安全監(jiān)控與管理系統(tǒng)(以下簡稱“貨運系統(tǒng)”)、鐵路貨檢安全監(jiān)控與管理系統(tǒng)、鐵路集裝箱運輸管理信息系統(tǒng)(以下簡稱“集裝箱系統(tǒng)”)等整體上移重構(gòu)，對鐵路國際聯(lián)運無紙化通關(guān)及數(shù)字口岸系統(tǒng)(以下簡稱“數(shù)字口岸系統(tǒng)”)、95306系統(tǒng)進行改造，形成大集中平臺，鐵路局集團公司及站段不再保留應(yīng)用服務(wù)器[10-11]，對既有車務(wù)系統(tǒng)有一定影響。鐵路運輸信息集成平臺的裝卸報告由既有貨運系統(tǒng)和集裝箱系統(tǒng)上報，鐵路車站綜合管理信息系統(tǒng)(以下簡稱“現(xiàn)車系統(tǒng)”)與貨運各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互方式是站站交互，通過車站對車站調(diào)用服務(wù)完成現(xiàn)車系統(tǒng)與貨運系統(tǒng)、集裝箱系統(tǒng)和數(shù)字口岸系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互。根據(jù)《鐵路貨運生產(chǎn)作業(yè)與管控平臺2022總體技術(shù)方案》(科信信函〔2022〕90號)，為保障貨運管控平臺的順利實施，鐵路運輸信息集成平臺、現(xiàn)車系統(tǒng)等車務(wù)系統(tǒng)進行改造，按照平臺對平臺原則，便于系統(tǒng)的專業(yè)管理、維護和實施，車務(wù)系統(tǒng)與貨運管控平臺的交互通過車務(wù)信息平臺完成。

2 總體設(shè)計

2.1 總體結(jié)構(gòu)

車務(wù)信息平臺的建設(shè)目標是支撐貨運管控平臺的順利實施和穩(wěn)定運行，通過擴容鐵路運輸信息集成平臺和改造現(xiàn)車系統(tǒng)等，同時將車務(wù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)集中上移到車務(wù)信息平臺，促進車務(wù)系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用。

按照貨運管控平臺的總體技術(shù)方案，車務(wù)系統(tǒng)改造工作包括對國鐵集團主數(shù)據(jù)中心的鐵路運輸信息集成平臺與貨運管控平臺相關(guān)交互應(yīng)用所需的虛擬應(yīng)用服務(wù)器資源進行擴容，以滿足貨運管控平臺需求，確保車務(wù)系統(tǒng)對貨運管控平臺的支撐。還有對現(xiàn)車系統(tǒng)、電子運統(tǒng)1信息平臺和鐵路運輸信息集成平臺等系統(tǒng)進行適應(yīng)性功能改造。改造后現(xiàn)車系統(tǒng)和電子運統(tǒng)1信息平臺將通過車務(wù)信息平臺統(tǒng)一與貨運管控平臺進行交互，實現(xiàn)貨運與車務(wù)之間計劃與作業(yè)信息的綜合協(xié)同。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of system

2.2 邏輯結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)，為實現(xiàn)貨運與車務(wù)之間計劃與作業(yè)信息的綜合協(xié)同，貨運管控平臺和車務(wù)信息平臺需要完成對等雙向交互。系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)Fig.2 Logic structure of system

面向車務(wù)專業(yè)與貨運專業(yè)綜合協(xié)同需求，系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)為通過擴容鐵路運輸信息集成平臺，搭建PaaS云平臺，構(gòu)建跨專業(yè)協(xié)同作業(yè)微服務(wù)，實現(xiàn)和貨運管控平臺的數(shù)據(jù)交互。統(tǒng)一現(xiàn)車系統(tǒng)與車務(wù)信息平臺信息交換技術(shù)要求，構(gòu)建邊緣計算服務(wù)，實現(xiàn)各版本現(xiàn)車系統(tǒng)數(shù)據(jù)同車務(wù)信息平臺之間的數(shù)據(jù)交互。為滿足貨運管控平臺對出發(fā)運統(tǒng)1的數(shù)據(jù)需求，構(gòu)建電子運統(tǒng)1服務(wù)包，實現(xiàn)電子運統(tǒng)1信息平臺與車務(wù)信息平臺之間的數(shù)據(jù)共享。

2.3 部署結(jié)構(gòu)

車務(wù)信息平臺的軟硬件配置以滿足貨運管控平臺建設(shè)需要為前提，要確保系統(tǒng)的高可用、高性能、高擴展和高安全。遵循充分利用既有設(shè)備能力的原則，項目設(shè)備配置需求首先將充分利用主數(shù)據(jù)中心設(shè)備環(huán)境以及既有設(shè)備資源能力。

研究重點考慮車務(wù)信息平臺運行需要直接依賴的服務(wù)器、存儲等硬件設(shè)備和配套軟件配置。車務(wù)信息平臺的硬件配置主要包括服務(wù)器及存儲設(shè)備。其中服務(wù)器設(shè)備用于提供系統(tǒng)前后端應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)備份及其他中間件運行所需的計算資源，存儲設(shè)備用于提供系統(tǒng)應(yīng)用運行數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、備份數(shù)據(jù)等的存儲。車務(wù)信息平臺后端應(yīng)用將依托鐵路運輸PaaS平臺運行。配置的服務(wù)器及存儲設(shè)備應(yīng)充分考慮系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性、可靠性、安全性等。系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)部署結(jié)構(gòu)Fig.3 Deployment structure of system

2.4 技術(shù)架構(gòu)

車務(wù)信息平臺整體技術(shù)架構(gòu)采用的是構(gòu)建持續(xù)部署、持續(xù)集成、持續(xù)測試、持續(xù)發(fā)布、持續(xù)改進的自動化交付機制[12]，技術(shù)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 技術(shù)架構(gòu)Fig.4 Technical architecture

（1）微服務(wù)架構(gòu)。車務(wù)信息平臺基于微服務(wù)架構(gòu)實現(xiàn)，保障業(yè)務(wù)功能的高可用，提升對業(yè)務(wù)創(chuàng)新的支撐能力，提高開發(fā)和運維效率，統(tǒng)一開發(fā)、測試和運維的過程，降低新業(yè)務(wù)應(yīng)用的建設(shè)成本和風險。

（2）統(tǒng)一PaaS平臺。車務(wù)信息平臺通過統(tǒng)一的PaaS平臺構(gòu)建所有功能服務(wù)應(yīng)用，提供PaaS平臺分布式服務(wù)管理、容器化技術(shù)、分布式消息隊列、分布式業(yè)務(wù)監(jiān)控等核心技術(shù)組件。

①分布式服務(wù)管理。分布式服務(wù)管理主要提供車務(wù)信息平臺微服務(wù)化業(yè)務(wù)功能的管控和治理體系，包括微服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)、微服務(wù)配置推送、基于RESTful的微服務(wù)框架、限流降級、彈性伸縮、全鏈路監(jiān)控等。

②容器化技術(shù)。車務(wù)信息平臺采用容器化技術(shù)進行微服務(wù)應(yīng)用的封裝和發(fā)布，微服務(wù)應(yīng)用在容器中運行，實現(xiàn)應(yīng)用間運行環(huán)境的隔離；PaaS平臺提供快速打包容器鏡像、容器編排、快速啟動、微服務(wù)持續(xù)部署和持續(xù)交付等能力。

③分布式消息隊列。分布式消息隊列提供車務(wù)信息平臺各業(yè)務(wù)功能中心之間的異步解耦能力，支撐業(yè)務(wù)調(diào)用的解耦和并行處理，提供普通消息、順序消息、延時消息、定時消息等多種消息類型，滿足實際業(yè)務(wù)需求。

④分布式業(yè)務(wù)監(jiān)控。建立車務(wù)信息平臺各業(yè)務(wù)功能、基礎(chǔ)資源、緩存、業(yè)務(wù)調(diào)用等的監(jiān)控預(yù)警體系；提供全鏈路監(jiān)控，實現(xiàn)對一次用戶請求所經(jīng)歷的路徑、服務(wù)、消費時間、是否有錯誤等的準確描繪。

⑤分布式事務(wù)。車務(wù)信息平臺采用分布式事務(wù)，保障微服務(wù)架構(gòu)中多個服務(wù)、消息、數(shù)據(jù)庫組合操作等的事務(wù)一致性。

⑥分布式數(shù)據(jù)庫。車務(wù)信息平臺數(shù)據(jù)庫集中部署在國鐵集團，考慮階段需求、日需求、運單等核心數(shù)據(jù)匯聚需求，采用分布式數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)庫并行操作、分庫分表、讀寫分離、平滑擴容等措施，保障數(shù)據(jù)的操作響應(yīng)性能和橫向擴展能力。

⑦平臺健康及應(yīng)用性能監(jiān)控。通過可視化界面對車務(wù)信息平臺核心組件的運維指標提供展示和預(yù)警。通過集中的應(yīng)用監(jiān)控界面提供應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測和指標信息展示，通過計量數(shù)據(jù)實時獲取應(yīng)用資源及性能情況等。

⑧日志聚合。構(gòu)建車務(wù)信息平臺統(tǒng)一運維管理平臺，通過日志聚合對各種應(yīng)用日志、中間件日志、消息日志、操作系統(tǒng)日志進行聚合、存儲，并進行統(tǒng)一的運維和管理，對日志進行有效分析，提供各種應(yīng)用日志的訪問、異常日志過濾篩選等。

⑨動態(tài)路由。通過動態(tài)路由實現(xiàn)對車務(wù)信息平臺請求訪問的分配與轉(zhuǎn)發(fā)，支持通過IPV4/IPV6對微服務(wù)應(yīng)用進行訪問。按照流量比例處理所有來訪的流量，實現(xiàn)按照權(quán)重分配流量、業(yè)務(wù)無中斷升級等。

⑩應(yīng)用控制臺。通過圖形化的應(yīng)用控制臺為車務(wù)信息平臺運維管理及開發(fā)人員提供友好界面，實現(xiàn)對平臺中應(yīng)用的管理、運維等操作。

?開發(fā)語言構(gòu)建包。通過多開發(fā)語言構(gòu)建包支持車務(wù)信息平臺開發(fā)相關(guān)多語言框架和運行環(huán)境，包括Java、Node.js等語言及其主流框架。業(yè)務(wù)應(yīng)用上傳部署過程中，PaaS平臺檢測業(yè)務(wù)應(yīng)用配置，確定適用的構(gòu)建包。

?高可用和自動彈性伸縮。通過PaaS平臺實現(xiàn)跨可用區(qū)、虛擬機、組件進程和應(yīng)用實例四級全覆蓋，實現(xiàn)車務(wù)信息平臺的高可用，實現(xiàn)應(yīng)用實例的自動彈性伸縮。

?結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析。構(gòu)建結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析服務(wù)，面向平臺中的各類結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)提供多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成能力、數(shù)據(jù)治理能力以及智能分析能力。

?非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析。構(gòu)建基于人工智能的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析服務(wù)，面向平臺中圖像等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，利用深度學(xué)習技術(shù)提供樣本分類、目標檢測、語義分割等分析能力。

?多租戶管理。車務(wù)信息平臺PaaS平臺為租戶分配不同組織和空間，實現(xiàn)不同租戶擁有獨立的工作空間，各自管理和部署自己可視空間中的應(yīng)用。

3 貨運與車務(wù)協(xié)同作業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和業(yè)務(wù)流程

3.1 場站作業(yè)流程

場站作業(yè)計劃協(xié)同流程如圖5所示。①計算預(yù)計到達時間。根據(jù)電子運統(tǒng)1和出發(fā)運統(tǒng)1信息以及預(yù)計到達時間，推算到達本站的空重車數(shù)，并把數(shù)據(jù)推送給貨運管控平臺。②取送車需求。車站貨調(diào)編制取送車需求并推送給現(xiàn)車系統(tǒng)。③取送調(diào)車通知單。車務(wù)作業(yè)人員根據(jù)取送車需求編制取送調(diào)車通知單，并推送至貨運管控平臺。④裝卸派班。車站貨調(diào)根據(jù)取送調(diào)車通知單、貨物堆存信息等，編制裝卸派班信息，并將裝卸車預(yù)計完成情況推送給現(xiàn)車系統(tǒng)。⑤取送調(diào)車作業(yè)。車務(wù)作業(yè)人員完成取送車作業(yè)后，將取送調(diào)車作業(yè)實際執(zhí)行信息推送到貨運管控平臺。⑥裝卸作業(yè)。完成裝卸作業(yè)后，通知取車。⑦出線確認。貨運系統(tǒng)采集出線時間，推送給現(xiàn)車系統(tǒng)。⑧軌道衡數(shù)據(jù)推送。如果出線后采集到軌道衡數(shù)據(jù)，推送給現(xiàn)車系統(tǒng)。⑨現(xiàn)車系統(tǒng)把取送調(diào)車作業(yè)結(jié)束時間推送給貨運管控平臺。

圖5 場站作業(yè)計劃協(xié)同流程Fig.5 Collaborative flow chart of station operation plan

3.2 貨檢作業(yè)流程

貨檢作業(yè)計劃協(xié)同流程如圖6所示。①技檢通知。值班員根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)情況發(fā)送技檢通知給貨運管控平臺。②回執(zhí)。貨檢值班員收到技檢通知后，確認收到。③貨檢作業(yè)計劃。貨檢值班員制定貨檢作業(yè)計劃，安排貨檢員進行作業(yè)。④貨檢核對編組信息。貨檢員在貨檢作業(yè)完畢后，貨運管控平臺將核對過的列車編組信息推送給現(xiàn)車系統(tǒng)。⑤問題車信息。貨檢作業(yè)完畢后會將甩車、在列整理等問題車信息推送給現(xiàn)車系統(tǒng)。

圖6 貨檢作業(yè)計劃協(xié)同流程Fig.6 Collaborative flow chart of cargo inspection operation plan

4 實施效果

車務(wù)信息平臺實施后，通過平臺對平臺數(shù)據(jù)交換，貨運管控平臺及時獲得現(xiàn)車系統(tǒng)中到發(fā)運統(tǒng)1，可以提早完成裝卸派班計劃的編制，到發(fā)運統(tǒng)1中準確的編組信息減少了計劃的變更次數(shù)，使得計劃準確性更高，執(zhí)行性更強；貨運管控平臺提前獲得列車編組信息，可以準確地提報取送車需求，并在此階段自動將股道信息傳送給車務(wù)信息平臺，為現(xiàn)車系統(tǒng)編制鉤計劃增加有效依據(jù)，提高鉤計劃的編制效率；貨運管控平臺提供的防護牌安設(shè)與撤銷信息，為現(xiàn)車系統(tǒng)執(zhí)行鉤計劃提供判斷條件，通過有效卡控，避免車輛貨運作業(yè)未完成就被調(diào)機移動的風險，增加生產(chǎn)安全性；車務(wù)信息平臺通過整合現(xiàn)車系統(tǒng)，對后臺服務(wù)的監(jiān)控與生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)分析，對系統(tǒng)異常及時預(yù)警，保證生產(chǎn)作業(yè)的穩(wěn)定運行，減少故障運維所付出的人力和物力；通過車務(wù)信息平臺與貨運管控平臺的協(xié)同作業(yè)，不僅提高了生產(chǎn)效率，還提高了生產(chǎn)作業(yè)安全，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

車務(wù)信息平臺在全路范圍內(nèi)實施推廣需要與貨運管控平臺生產(chǎn)實施同步進行，主要分3個階段。第一階段在全路范圍內(nèi)選取2個鐵路局集團公司作為試點局，每個鐵路局集團公司選出2個具有代表性的車站，基本覆蓋所有生產(chǎn)作業(yè)進行試點，待平穩(wěn)運行后，進入下一階段；第二階段在全路其他16個鐵路局集團公司各選取2~3個車站進行試點；第三階段全路推廣。目前已經(jīng)進行到第二階段，系統(tǒng)功能穩(wěn)定運行，達到預(yù)期效果。

5 結(jié)束語

車務(wù)信息平臺支撐貨運管控平臺建設(shè)的順利實施和系統(tǒng)穩(wěn)定運行，通過平臺建設(shè)和現(xiàn)車系統(tǒng)改造，實現(xiàn)貨運車務(wù)之間平臺對平臺的數(shù)據(jù)交互和作業(yè)協(xié)同。貨運管控平臺有了車務(wù)信息平臺提供的及時準確的車務(wù)信息，不僅加快了貨運生產(chǎn)作業(yè)，而且在各個作業(yè)環(huán)節(jié)的計劃工作中也起到至關(guān)重要的作用，保證了計劃的準確性，減少了計劃調(diào)整次數(shù)，提高了貨運的作業(yè)效率，提升了貨運管理水平。車務(wù)通過規(guī)范既有現(xiàn)車系統(tǒng)數(shù)據(jù)，將實時、完整的車務(wù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)整合匯集上移到車務(wù)信息平臺，保證全路現(xiàn)車系統(tǒng)數(shù)據(jù)及時性，促進車務(wù)系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，使車務(wù)管理的信息化水平再上新臺階。