基于雙活數(shù)據(jù)架構(gòu)的既有旅客服務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化方案研究

康 妍，吳興華，劉衛(wèi)平，劉 勇，強(qiáng)萬福

（1. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計算技術(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）

印度尼西亞雅加達(dá)—萬隆高速鐵路（簡稱：雅萬高鐵）是對“一帶一路”戰(zhàn)略的貫徹落實(shí)，也是中國高鐵在海外全面建設(shè)的“第一單”[1-2]。其中，鐵路旅客服務(wù)系統(tǒng)（簡稱：旅服系統(tǒng)）是以提供多途徑、全方位信息服務(wù)為目標(biāo)的旅客運(yùn)輸（簡稱：客運(yùn)）車站核心生產(chǎn)系統(tǒng)之一，能夠提供綜合業(yè)務(wù)管控，精準(zhǔn)便捷地引導(dǎo)旅客進(jìn)站、乘降等[3-5]，是雅萬高鐵建設(shè)中的重要組成部分。近年來，信息技術(shù)飛速發(fā)展，隨著鐵路客運(yùn)車站智慧化升級賦能發(fā)展方向的提出[6]，鐵路業(yè)務(wù)領(lǐng)域信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)功能整合與管理、業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)融合與重構(gòu)、信息系統(tǒng)集中部署與高效聯(lián)動被提升到新的高度。

目前，客運(yùn)車站旅服系統(tǒng)是在中國國家鐵路集團(tuán)有限公司（簡稱：國鐵集團(tuán)）統(tǒng)一規(guī)劃下，采用鐵路局集團(tuán)有限公司（簡稱：鐵路局）-車站兩級架構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，缺乏統(tǒng)一的設(shè)計和規(guī)劃，存在以下問題[7-9]：（1）數(shù)據(jù)獨(dú)立存儲和管理不統(tǒng)一，各廠家旅服系統(tǒng)獨(dú)立建設(shè)，缺乏一致性標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、完整性、安全性難以保障，導(dǎo)致數(shù)據(jù)分析困難，難以高效利用數(shù)據(jù)，影響決策支持和業(yè)務(wù)發(fā)展；（2）各類子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口形式多樣，需要針對不同接口進(jìn)行維護(hù)升級，增加了旅服系統(tǒng)維護(hù)成本和工作量；（3）功能設(shè)計與業(yè)務(wù)流程的差異，導(dǎo)致功能冗余，增加了旅服系統(tǒng)復(fù)雜性和升級維護(hù)的難度與成本；（4）用戶界面和交互設(shè)計不一致，導(dǎo)致車站工作人員學(xué)習(xí)成本提高、使用體驗(yàn)和滿意度差。

針對上述問題，本文從既有旅服系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)出發(fā)，提出其優(yōu)化方案。依托由國鐵集團(tuán)統(tǒng)建的旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺，選取雙活數(shù)據(jù)架構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)設(shè)計，研發(fā)旅客服務(wù)功能應(yīng)用，制定標(biāo)準(zhǔn)的接口控制融合策略，實(shí)現(xiàn)針對不同廠家設(shè)備管控的快速接入，從而實(shí)現(xiàn)旅服系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總管理、軟件統(tǒng)一維護(hù)，以及外部系統(tǒng)接口快速統(tǒng)一接入的要求，提供可靠高效的信息基礎(chǔ)服務(wù)并滿足雅萬高鐵信息化建設(shè)要求，全面提升鐵路客運(yùn)服務(wù)水平。

1 優(yōu)化方案

針對既有旅服系統(tǒng)存在的問題，采用全面深度融合的設(shè)計思路，即基于旅服系統(tǒng)主業(yè)務(wù)流程對現(xiàn)有的平臺軟件進(jìn)行全面重構(gòu)優(yōu)化，提高旅服系統(tǒng)在國鐵集團(tuán)主數(shù)據(jù)中心（簡稱：主數(shù)據(jù)中心）部署的可靠性，同時，針對設(shè)備接口進(jìn)行通用化接口控制器設(shè)計，實(shí)現(xiàn)旅服系統(tǒng)在新線建設(shè)與既有站改造時的標(biāo)準(zhǔn)化部署。

1.1 總體架構(gòu)

旅服系統(tǒng)依托管控平臺集中部署，采用三級應(yīng)用的架構(gòu)模式設(shè)計，總體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 旅服系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.1.1 國鐵集團(tuán)級

在主數(shù)據(jù)中心分別部署國鐵集團(tuán)級、鐵路局級及車站/車務(wù)段外部數(shù)據(jù)接口服務(wù)資源、數(shù)據(jù)服務(wù)資源及應(yīng)用資源，為旅服業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲與計算提供服務(wù)。同時，在主數(shù)據(jù)中心部署微服務(wù)框架、微服務(wù)網(wǎng)關(guān)、消息中間件、業(yè)務(wù)負(fù)載均衡等公共服務(wù)資源，為來自各鐵路局的訪問提供高效、安全、及時的數(shù)據(jù)接口。當(dāng)旅服系統(tǒng)實(shí)時接入調(diào)度、客票發(fā)售和預(yù)訂（簡稱：客票）、動車等系統(tǒng)的各類實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)后，旅服系統(tǒng)通過國鐵集團(tuán)層與鐵路局層接口應(yīng)用服務(wù)將數(shù)據(jù)存儲至接口數(shù)據(jù)庫，為其他外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)調(diào)用提供數(shù)據(jù)服務(wù)，同時將數(shù)據(jù)推送至各車站/車務(wù)段業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，旅服各類業(yè)務(wù)控制后臺根據(jù)不同數(shù)據(jù)類型進(jìn)行數(shù)據(jù)計算存儲并通過消息中間件發(fā)布對應(yīng)消息命令，各鐵路局站段在查詢到訂閱的消息推送后根據(jù)需求訪問業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)，獲取實(shí)時業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)或業(yè)務(wù)命令。

1.1.2 鐵路局級

部署前置訪問控制集群、消息中間件及物聯(lián)網(wǎng)平臺，通過消息中間件訂閱消息命令，并通過物聯(lián)網(wǎng)平臺發(fā)布對車站不同設(shè)備控制器的業(yè)務(wù)變更數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)終端業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的預(yù)處理、訪問控制等功能，保證主數(shù)據(jù)中心對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理的高效性和安全性。同時，充分利用旅服系統(tǒng)既有鐵路局服務(wù)器資源進(jìn)行利舊改造，實(shí)現(xiàn)對旅服業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的緩存及與主數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)雙活。

1.1.3 車站級

部署旅服系統(tǒng)客戶端及廣播、導(dǎo)向、查詢、檢票、到發(fā)通告等子系統(tǒng)的設(shè)備控制器。旅服系統(tǒng)客戶端主要為客運(yùn)綜控員提供管控服務(wù)；設(shè)備控制器主要通過旅服平臺業(yè)務(wù)模板與配置數(shù)據(jù)，以及實(shí)時接收到的業(yè)務(wù)變更數(shù)據(jù)，匹配對應(yīng)的模板與配置數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)控制命令執(zhí)行與狀態(tài)反饋。

1.2 雙活數(shù)據(jù)架構(gòu)

分別在主數(shù)據(jù)中心與鐵路局旅服中心服務(wù)器設(shè)置MQ消息中間件，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在寫入主數(shù)據(jù)庫同時，通過消息訂閱同步發(fā)布至從數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對旅服業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的緩存及與主數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)雙活。雙活數(shù)據(jù)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 雙活數(shù)據(jù)架構(gòu)

與此同時，旅服系統(tǒng)通過Ngnix 負(fù)載均衡實(shí)現(xiàn)對不同數(shù)據(jù)源Web 服務(wù)的虛擬負(fù)載服務(wù)，在主數(shù)據(jù)中心與鐵路局網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器及后臺軟件故障時，實(shí)現(xiàn)客戶端業(yè)務(wù)的自動漂移，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理的持續(xù)不停機(jī)。

1.3 技術(shù)架構(gòu)

旅服系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)如圖3 所示。

圖3 旅服系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

1.3.1 基礎(chǔ)資源層

承載系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)資源、網(wǎng)絡(luò)資源、硬件資源、虛擬化平臺資源及框架代碼資源，提供面向整個系統(tǒng)運(yùn)行的支撐服務(wù)。

1.3.2 應(yīng)用服務(wù)層

提供面向旅服系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的各類運(yùn)行計算及數(shù)據(jù)存取服務(wù)，包括：到發(fā)計劃管理與數(shù)據(jù)服務(wù)、廣播計劃管理與數(shù)據(jù)服務(wù)、引導(dǎo)計劃管理與數(shù)據(jù)服務(wù)等。服務(wù)采用微服務(wù)框架設(shè)計并在Nacos 中心注冊，每項服務(wù)可獨(dú)立承擔(dān)一項或多項旅服業(yè)務(wù)，服務(wù)之間采用FeignClient 實(shí)現(xiàn)內(nèi)部訪問調(diào)用。

1.3.3 服務(wù)管理層

支撐微服務(wù)發(fā)布及消息驅(qū)動的各類組件，包括：Nacos 服務(wù)注冊集群、Spring Cloud Gateway 服務(wù)網(wǎng)關(guān)、RabbitMQ 消息中間件、StreamSet/ThingsBoard 物聯(lián)網(wǎng)平臺等。當(dāng)各類子系統(tǒng)提出業(yè)務(wù)服務(wù)請求時，會通過物聯(lián)網(wǎng)平臺進(jìn)行統(tǒng)一的匯總，并通過服務(wù)網(wǎng)關(guān)調(diào)用具體的后臺應(yīng)用進(jìn)行計算與數(shù)據(jù)存取，同時，向消息中間件發(fā)布對應(yīng)的消息，訂閱的后臺服務(wù)會根據(jù)消息核對計算存取后的數(shù)據(jù)，從而形成閉環(huán)。同時，在服務(wù)調(diào)用過程中，Sentinel 提供資源隔離、降級機(jī)制等功能，通過實(shí)現(xiàn)流量控制，避免服務(wù)不可用時產(chǎn)生雪崩效應(yīng)。ELK（Elasticsearch，Logstash，Kibana）提供后臺服務(wù)日志的統(tǒng)一快速、準(zhǔn)確查詢、分析，以及整個平臺的日志收集、分析、展示，從而全面保障服務(wù)框架的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3.4 前臺客戶端層

包括系統(tǒng)軟件客戶端、廣播設(shè)備控制器等終端執(zhí)行軟件，通過標(biāo)準(zhǔn)的接口協(xié)議與應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)平臺、消息中間件相連，收發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

1.4 網(wǎng)絡(luò)及部署架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)方面，對于既有旅服系統(tǒng)融合，在鐵路局采用防護(hù)墻實(shí)現(xiàn)辦公網(wǎng)與旅服網(wǎng)服務(wù)器打通互聯(lián)；對于新建線路，旅服設(shè)備全部部署在安全生產(chǎn)網(wǎng)內(nèi)。

旅服系統(tǒng)部署架構(gòu)采用管控平臺與旅服系統(tǒng)既有融合模式進(jìn)行設(shè)計，部署架構(gòu)如圖4 所示。

圖4 旅服系統(tǒng)部署架構(gòu)

（1）主數(shù)據(jù)中心云平臺：部署管控平臺與旅服應(yīng)用的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、接口服務(wù)器、Web 服務(wù)器、旅服消息服務(wù)器等。采用雙云主備資源的方式進(jìn)行部署，確保系統(tǒng)能夠正常訪問，實(shí)現(xiàn)與調(diào)度系統(tǒng)、動車系統(tǒng)、客票系統(tǒng)（TRS，Ticketing and Reservation System）、檢票系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口與一體化計劃管理。

（2）鐵路局中心端：架設(shè)前置服務(wù)器，在主數(shù)據(jù)中心與鐵路局之間提供安全的前置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)；通過旅服數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、旅服應(yīng)用服務(wù)器、旅服消息服務(wù)器、緩存服務(wù)器等，實(shí)現(xiàn)與車站設(shè)備控制器的相互訪問，為工作人員操作提供界面。

（3）車站端：部署操作客戶端，廣播控制器、導(dǎo)向控制器、查詢機(jī)控制器、求助控制器及其他接口設(shè)備，同時架設(shè)應(yīng)急操作終端、應(yīng)急數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及應(yīng)急應(yīng)用服務(wù)器，為車站提供應(yīng)急服務(wù)。

2 功能設(shè)計

旅服系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖5 所示。

圖5 旅服系統(tǒng)功能架構(gòu)

2.1 到發(fā)管理

負(fù)責(zé)信息的自動發(fā)布，根據(jù)來自客票系統(tǒng)或人工輸入的列車到發(fā)信息及配置好的客運(yùn)信息，自動生成綜合到發(fā)計劃，下發(fā)給廣播、導(dǎo)向顯示、監(jiān)控計劃等子模塊；能靈活地進(jìn)行手動/自動切換綜合到發(fā)計劃。到發(fā)信息變更時，子模塊計劃能及時根據(jù)到發(fā)計劃與業(yè)務(wù)模板進(jìn)行調(diào)整。

2.2 廣播管理

負(fù)責(zé)列車運(yùn)行時刻、票務(wù)、鐵路通告、站內(nèi)設(shè)施說明、站內(nèi)環(huán)境說明、旅客乘車、安全提示及旅行相關(guān)信息的播報及其功能的維護(hù)。

2.3 導(dǎo)向管理

負(fù)責(zé)分類自動讀取旅服管理平臺發(fā)送的信息、指令及列車時刻表、列車到發(fā)通告、票務(wù)信息等相關(guān)信息，實(shí)時調(diào)整綜合顯示屏并回傳屏上數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)接口

負(fù)責(zé)TRS 接口、運(yùn)輸調(diào)度管理系統(tǒng)（TDMS，Transportation Dispatching Management System）接口、調(diào)度日計劃接口等原始數(shù)據(jù)信息的展示，便于問題查找與定位及設(shè)備信息的展示與維護(hù)。

2.5 檢票管理

負(fù)責(zé)配置、展示與檢票系統(tǒng)相關(guān)的信息，包括閘機(jī)信息配置、檢票日計劃、閘機(jī)基本計劃，保證與檢票系統(tǒng)信息的實(shí)時傳遞。

2.6 系統(tǒng)管理

負(fù)責(zé)用戶信息、車站信息與站所在數(shù)據(jù)庫信息、系統(tǒng)運(yùn)行所需要的基礎(chǔ)參數(shù)信息、基礎(chǔ)位置信息的配置、展示與維護(hù)，以及運(yùn)行和維護(hù)日志的查詢。

3 關(guān)鍵設(shè)備

3.1 廣播設(shè)備控制器

廣播設(shè)備控制器是將車站廣播設(shè)備接入管控平臺的核心模塊，融合通用的廣播系統(tǒng)接口應(yīng)用、廣播業(yè)務(wù)規(guī)則執(zhí)行、廣播設(shè)備監(jiān)控及廣播基礎(chǔ)數(shù)據(jù)同步，實(shí)現(xiàn)車站廣播設(shè)備的管理與控制。在車站端部署廣播設(shè)備控制器，負(fù)責(zé)與管控平臺的交互，廣播設(shè)備控制器只從管控平臺直接接收詳細(xì)的指令，將接收到的廣播指令轉(zhuǎn)換為廣播設(shè)備識別的指令，執(zhí)行指令并返回執(zhí)行情況；同時，將基礎(chǔ)及配置數(shù)據(jù)緩存至本地，監(jiān)控并展示廣播子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及業(yè)務(wù)執(zhí)行狀態(tài)。

3.2 導(dǎo)向設(shè)備控制器

導(dǎo)向設(shè)備控制器融合通用的引導(dǎo)接口，引導(dǎo)業(yè)務(wù)規(guī)則執(zhí)行、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)同步，實(shí)現(xiàn)對導(dǎo)向設(shè)備的管理、控制與執(zhí)行狀態(tài)監(jiān)控。在車站端部署導(dǎo)向控制器與管控平臺進(jìn)行交互，負(fù)責(zé)接收管控平臺發(fā)來的車次上屏指令、平臺校時指令及業(yè)務(wù)版式等詳細(xì)控制指令并執(zhí)行，將結(jié)果實(shí)時推送回平臺；讀取管控平臺配置數(shù)據(jù)或者將基礎(chǔ)及配置數(shù)據(jù)緩存至本地；對同一個屏接收到的多個信號進(jìn)行先后順序排隊與優(yōu)先級處理；具備版式預(yù)覽功能。

3.3 檢票子系統(tǒng)接口機(jī)

基于主數(shù)據(jù)中心接口統(tǒng)一管理模式，檢票子系統(tǒng)接口機(jī)接收到調(diào)度、人工下發(fā)的命令后主動觸發(fā)閘機(jī)后臺，閘機(jī)后臺通過鐵路局轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)訪問主數(shù)據(jù)中心網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)通過客票接口服務(wù)命令下發(fā)至負(fù)載均衡服務(wù)，轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)通過安全平臺經(jīng)客票數(shù)據(jù)共享平臺分發(fā)到檢票系統(tǒng)，從而把命令發(fā)送到閘機(jī)設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)旅服業(yè)務(wù)與閘機(jī)的實(shí)時聯(lián)動控制。

4 實(shí)際應(yīng)用

目前，基于雙活數(shù)據(jù)架構(gòu)的旅服系統(tǒng)已在雅萬高鐵Halim，Karawang，Padaralang，Tegalluar 等4個客運(yùn)車站部署應(yīng)用。該系統(tǒng)易于部署，通過性與可維護(hù)性強(qiáng)，主界面如圖6 所示。

圖6 旅服系統(tǒng)主界面

旅服系統(tǒng)依托旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺，采用2 級架構(gòu)，相關(guān)服務(wù)器和存儲利用雅萬高鐵大數(shù)據(jù)云平臺實(shí)現(xiàn)。其中，以Halim 站集中管控其他小站，僅在Halim 站部署應(yīng)急功能，出現(xiàn)中心級系統(tǒng)或車站與中心級網(wǎng)絡(luò)異常情況時，啟動車站應(yīng)急、執(zhí)行站控模式。旅服系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收并解析調(diào)度系統(tǒng)的日計劃、調(diào)度命令等信息，可編制、自動生成并在后臺自動調(diào)整廣播、引導(dǎo)、檢票等計劃信息，提供印尼文、英文和中文播報功能，支持車站工作人員的生產(chǎn)指揮，提供高效便捷的旅客服務(wù)能力。

5 結(jié)束語

本文基于雙活數(shù)據(jù)架構(gòu)對獨(dú)立部署和應(yīng)用的既有旅服系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，提出一套深度融合網(wǎng)絡(luò)互通與網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入、通用化設(shè)備接口控制器、既有旅服設(shè)備利舊、應(yīng)急處置等多方面的優(yōu)化方案，有效提升了旅服系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性、標(biāo)準(zhǔn)性與易維護(hù)性，降低了運(yùn)維的成本。未來可進(jìn)一步探索應(yīng)用智能化監(jiān)控技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)安全信息技術(shù)，提升旅服系統(tǒng)的安全可靠性。