铁路运输信息集成平台技术方案研究

王瑞斌

（中国铁路总公司 调度部，北京 100844）

1 铁路运输信息集成平台需求分析

1.1 现状分析

在铁路运输组织过程中，调度部门担负着确保运输安全、组织客货运输、保证国家重点运输、满足客货运输需求的重要责任。现有运输组织和调度指挥主要数据是通过“逐级汇总上报”方式来获得，数据颗粒度粗、时效性较差、准确度较低已经不适应铁路运输发展的需要，迫切需要采用信息技术手段实现运输调度的透明化指挥与精细化管理，全面提升运输组织的整体水平。为此，按照“强化数据采集、提升数据质量、实现数据集中、现场实时展示”的思路[1]，建立基于“事件”的信息采集方式与数据集中机制的信息技术手段，替代“逐级汇总上报”的信息采集方式，建设铁路运输信息集成平台，实现对列车、车辆、货物、机车、机车乘务员位置和状态的实时掌握与动态追踪及变化趋势的推算与预测，从而为实现精确调度指挥奠定基础，同时为货运电子商务和货运组织改革提供技术支持。

国外发达国家的铁路一般采用面向市场营销服务的“精确运营方式”，根据客户订单和铁路运输能力明确货物的行程计划，汇总客户的行程计划制定列车运行计划，按列车运行计划组织内部生产，实现对客户承诺。例如，北美铁路建立动态数据库，数据实时采集报告有40多种，覆盖了列车、车辆、货物、机车的运行、检修和安全管理，通过集中数据库可以实时掌握所属各铁路公司的运输设备和作业情况，实现精确管理和公司间的清算。而我国铁路于1994年引进北美的货车动态追踪技术，建立起集中的列车、车辆、货物、机车、集装箱数据库，车站作为信息源点，将运输设备状态变化信息及时采集发送到原铁道部集中数据库，形成列车、车辆、货物的全生命周期管理[2]。但是，由于我国铁路受到点多面广、信息基础薄弱、网络条件不佳等制约因素影响，车站作业人员录入信息后，还不能提供面向车站的增值功能服务，从而不能按照铁路运输信息系统的设计目标全面推广实施。因此，在历史局限性、客观环境和技术条件的限制下，目前铁路运输组织领域信息化主要存在以下问题[3]。

（1）信息孤岛现象普遍。调度指挥相关的列车、车辆、货物、机车、机车乘务员等位置和状态信息分布在多个应用系统中，各系统分阶段建设形成信息孤岛，而且由于各系统数据编码、信息标准及基础数据字典未实现统一，使得数据缺少一致性和必要的关联性，不便于数据共享应用。

（2）数据采集手段有待加强。站段运输生产数据采集的自动化手段不充分，主要以人工为主，缺乏相应卡控、校验手段，信息的时效性和准确性难以保障；数据质量管理机制不健全，造成信息系统中数据与现场实际不符。

（3）数据集中化程度不够。缺乏全域的综合数据支撑环境，不便于整体把握、宏观分析。现有调度生产报表依托站段人工报告，缺少预警、分析、统计等技术手段。

（4）跨网跨系统数据共享机制与质量有待提高。部分铁路局集团公司通过T/D结合方式共享出的列车运行数据延时，数据中机车号信息与实际机车号不一致等情况依然存在。

（5）相关管理规章修订滞后。原有作业流程标准大部分是基于手工作业条件提出的，应用计算机系统后应同步修改规章。

综上分析，需要通过铁路运输信息集成平台的建设，加快实现列车、车辆、货物、机车、机车乘务员的实时追踪，使调度人员能够准确掌握车辆的分布及各条线路的车流量，监控分界口通过车流；通过建立号码制的车流推算，为中国铁路总公司(以下简称“总公司”)和铁路局集团公司提供车流预报及超过线路运输能力预警，为精确调度指挥奠定基础；通过货运电子商务平台与铁路运输信息集成平台的衔接，实现运输生产作业过程实时反馈，货物在途信息实时可查，为货主提供货物追踪的增值服务，提高货运电子商务的服务水平；通过铁路运输信息集成平台实现对车辆运行轨迹的详细记录，实时计算车辆的运用指标，分析车辆的运用效率，合理安排车辆的检修，提高车辆运用管理水平。

1.2 需求分析

构建铁路运输信息集成平台的主要思路：以数据管理为中心，集成现有各系统运输组织相关信息，面向运输业务对象组织整合数据，建立一个全面、完整、真实、实时的铁路运输信息集成平台；深入开发和综合利用运输生产各类信息，形成完善的信息共享机制，统一系统接口标准，从而为铁路运输组织管理和调度指挥精细化管理提供更加有力的技术支撑。

由于运输生产车流动态及其变化趋势是运输组织的核心依据之一，车流动态信息的准确性、完整性、实时性，直接影响运输组织精细化的程度与运输整体效率。因而铁路运输信息集成平台以实现车流动态管理为主要内容和标志[4]。车流动态信息包括以下方面：一是区域内所有在站车辆的信息，包括位置、状态、去向、车种等，掌握车辆的运用趋势，包括重车是否待发、待解，空车运用、特种需求等；二是区域内所有在途车辆的信息，包括列车车次、运行径路、运行区段、区段运行时间、到达技术站时间、分界口列车交出时间与列车预计接入时间，以及列车编组，车辆的到站、车种、装载内容等，车辆的在站和在途信息随着列车的运行动态变化和相互转换。由此可见，运输生产业务流程全信息采集主要包括列车作业流程、车辆作业流程及机车与司机作业流程等主要环节。运输生产业务流程示意图如图1所示。

由图1可见，列车作业流程包括：编组、出发(始发)、到达(终到)、解体，进区段、出区段，进分界口、出分界口。车辆作业流程包括：送车、卸车、装车、取车，编组、出发、途中、到达、解体，送车、维修、取车，新车加入、车辆报废。机车作业流程包括：出段、入段，机车(挂运列车)出站、机车运行、机车(挂运列车)到站，单机运行，机车维修，新机车加入、机车报废。机车乘务员流程包括：出勤、退勤，出乘(机车出段)，值乘(列车出发)。

通过对运输生产业务流程的全信息采集，调度部门不仅可以按号码制掌握全路所有货车实时状态和作业全过程，实现运输调度的透明指挥，而且可以全面掌握列车、机车、机车乘务员的分布、位置与状态，旅客列车(含动车组列车)车底的分布、位置与状态，实现对现车的精细管理，自动生成现在车总体情况(总量、分布、车种、空重、状态)与现在车结构情况(重车、空车、移交重车)的相关台账报表，为车流推算提供准确的数据，以及辅助计划的自动编制。

图1 运输生产业务流程示意图Fig.1 Transportation production business process

2 铁路运输信息集成平台技术方案构建

按照“一点采集、两级建库、三级应用”的思路，铁路运输信息集成平台在总公司与铁路局集团公司两级部署，满足总公司、铁路局集团公司、站段三级应用需求。

2.1 系统架构

铁路运输信息集成平台采用面向服务(SOA)的理念和技术，主要体现铁路运输信息集成平台主要构成及与外部系统之间的关系。铁路运输信息集成平台系统架构示意图如图2所示。

铁路运输信息集成平台主要包括数据采集、数据集中、数据服务3个部分。①数据采集：将分散在不同应用系统中的相关数据，汇集形成面向领域的集中数据支撑环境[5]。相关的信息系统包括TDCS/CTC (列车调度指挥系统/列车调度集中指挥控制系统)、确报系统、ATIS（铁路车号自动识别）系统、车站系统、车务段信息、机务段系统、车辆段系统等。②数据集中：建立集中的静态数据和动态数据的数据库。静态数据主要包括基于运输能力模型的统一基础字典、技术资料、运输规则(基本运行图、编组计划、车流径路）；动态数据主要包括列车、车辆、货物、机车、机车乘务员等主要运输管理对象的实时位置、状态，以及轨迹信息。③数据服务：通过应用服务器对外提供数据服务调用接口。提供服务的系统包括车流推算系统、运输调度管理系统(TDMS)、18点统计系统、货运电子商务系统、机务管理系统、车辆管理系统等。

图2 铁路运输信息集成平台系统架构示意图Fig.2 System architecture of railway transportation information integration platform

2.2 逻辑架构

铁路运输信息集成平台在总公司和铁路局集团公司两级部署，铁路运输信息集成平台逻辑架构如图3所示。

2.2.1 总公司级

（1）数据采集模块基于MQserver中间件实现，主要负责接收来自各铁路局级平台转发的站段上报的列车事件、车辆(货车)事件、机车事件、机车乘务员事件的报告报文，经过校验处理，交给事件处理模块[6]。同时还负责接收同级相关系统交换过来的数据，主要包括T/D结合转发过来的TDCS系统产生的列车运行实际和阶段计划数据，确报系统转发过来的列车编组数据，ATIS系统转发过来的车辆数据等。

（2）事件处理模块负责处理事件报告报文，首先对报文严格按业务流程进行整合，并和完成列车串线的运行线进行匹配。列车串线的目的是保证列车车次的惟一性，由于TDCS系统各个调度台独立作业，形成的运行线不惟一，所以平台通过建立TDCS运行线标识(id)进行列车运行数据衔接，形成完整的列车实际运行轨迹数据。

图3 铁路运输信息集成平台逻辑架构Fig.3 Logical architecture of railway transportation information integration platform

（3）入库模块负责将集成的数据分别写入列车、车辆(货车)、机车、机车乘务员的动态库和轨迹库，并同步进行车流推算及将车流推算结果写入车流推算数据库。运输信息平台中的各业务对象主题数据库存放的是当前到历史的数据[7]，包括统计分析使用的中间表，主要用于查询、统计、分析；车流推算数据库存放的是当前到将来的数据，实现车流预测、预报、预警及支持车流调整决策。

（4）数据服务(总线)主要提供列车、车辆(货车)、机车、机车乘务员的实时、准确位置、状态及其变化趋势的信息查询服务，同时提供基础性的即席统计与分析信息查询服务。

2.2.2 铁路局集团公司级

（1）铁路局集团公司级铁路运输信息集成平台各模块作用和实现功能与总公司级铁路运输信息集成平台相应模块一致，目前已经实施集中式“全局现在车系统”的铁路局集团公司可将系统的数据库与铁路局集团公司级铁路运输信息集成平台部署在同一数据库服务集群，简化站段事件报告的数据处理过程，直接实现数据共享使用，并在后台自动生成各类事件报告报文，上报传送到总公司级铁路运输信息集成平台中归档存储。

（2）车务段和中小车站依托“全局现在车系统”实现对车站作业精细管理的技术支撑。

2.3 技术架构

2.3.1 总公司级

总公司系统技术架构如图4所示。

（1）数据传输层。由统一传输平台接收来自铁路局集团公司和站段的各类数据报告，对各类数据进行逻辑处理、统计分析，并存入数据库或者转发到铁路局集团公司系统。

（2）系统支撑层。数据库平台采用高可靠的服务器集群，安装Oracle数据库软件，存放列车、车辆、机车的动态数据；后台开发用C#语言，前台开发用JAVA语言，通过框架模式实现数据模型的建立和数据模型访问。

（3）应用支持层。采用成熟的报表管理、地理信息、车流算法等技术，构建中间介平台，对内提供数据库访问，对外提供平台的各种服务。

（4）应用层。全面实现对机车、车辆和列车的动态追踪，为实现铁路运力资源的合理配置提供数据支持。对车流进行推算，为日班计划的编制提供依据。实现货物实时位置查询，满足客户需求。实现各类生产数据的统计分析，为考核提供支持。

（5）用户访问层。①为用户提供2种方式接入系统，一是通过个人终端方式访问，二是通过无线终端的方式接入；②为维护人员提供客户端方式接入，方便进行系统的维护；③为其他系统提供数据接口。

2.3.2 铁路局集团公司级

铁路局集团公司级系统技术架构如图5所示。

（1）数据传输层。基于统一传输平台，实现与车站系统和确报系统交互；由事件处理中间件，处理统一传输平台采集的事件，对各类数据进行逻辑处理、统计分析，按业务流程入库并转发到总公司系统。

图4 总公司级系统技术架构Fig.4 System technical architecture at China Railway level

（2）系统支撑层。采用多种方式，整合调度、TDCS、确报、ATIS、FMOS (货运营销及生产管理系统)、货票、车站等多个业务系统采集的数据，建立铁路局集团公司级的运输组织模型，对现在车、列车和机车等数据进行统一管理，形成铁路局集团公司运输组织数据平台。

图5 铁路局集团公司级系统技术架构Fig.5 System technical architecture at Railway Group level

（3）应用支持层。采用成熟的报表管理、地理信息、车流算法等技术，构建中间介平台，对内提供数据库访问，对外提供平台的各种服务。

（4）应用层。分为车站应用系统和铁路局集团公司应用系统两级：一是车站应用系统对车站现在车、装卸车、确报和机务等信息进行全面采集，为车站生产业务提供数据支持，为编制车站阶段和日班计划提供依据。二是铁路局集团公司应用系统实现对本局机车、车辆和列车的动态追踪，为实现铁路局集团公司内运力资源的合理配置提供数据支持。对车流进行推算，为本局日班计划的编制提供依据。实现各类生产数据的统计分析，为考核提供支持。

（5）用户访问层。为用户提供2种方式接入系统：一是通过个人终端方式访问，车站、铁路局集团公司和车务段可以采用浏览器方式访问；二是通过无线终端的方式接入，对铁路局集团公司应用系统开放无线终端方式接入。

图6 铁路运输信息集成平台信息处理流程Fig.6 Information processing flow of railway transportation information integration platform

2.4 信息接口

铁路运输信息集成平台信息处理流程包括总公司、铁路局集团公司、站段3部分。铁路运输信息集成平台信息处理流程如图6所示。

由图6可以看出，铁路运输信息集成平台主要的数据接口包括列车数据接口、货车数据接口和机车数据接口[8]。①列车数据接口的动态数据源包括TDCS接口、ATIS接口、确报接口、分界口接入、列车到达接口、保留车接口、解除保留车接口、列车出发接口、交出接口。②货车数据接口的动态数据源包括现车复示、装车/卸车报告、运非转换报告、甩挂车报告、新车加入/报废车剔除报告。由于车站产生甩挂车报告有一定难度，所以常用出发报告和到达报告比较代替甩挂报告；对于车站现车复示报告，应注意车站现在车的准确性问题。③机车数据接口的动态数据源包括机车出段报告、挂运列车报告、机车换挂报告、机车解挂报告、机车入段报告、乘务员出勤报告、乘务员退勤报告，由于机车换挂报告是由多个报告产生，因而实施中将由解挂和挂运报告推算。

3 研究结论

铁路运输信息集成平台基于“一点采集、多点应用”的原则进行设计，将分布在不同应用中的数据进行有机的整合，大大提高了数据的效用。

（1）形成运输数据整合与共享。目前总公司的铁路运输数据均分布在各个应用系统中，铁路运输信息集成平台对分布在不同应用系统中的数据按照铁路运输生产业务流程对数据进行有机地整合，形成实时、准确的共享数据源。

（2）实现基础数据平台的统一。铁路众多信息系统，每个系统使用不同来源的基础数据，造成了数据重复维护及难以共享，通过铁路运输信息集成平台将基础数据集中统一维护，减少数据维护工作量，为信息共享打下坚实基础。

（3）提供货车和机车的精确追踪。提供精确的货车、货物和机车的动态追踪，货主通过追踪系统在家中就可以准确查询货物的位置、状态、到达等信息，调度可以准确地查询重车、空车和机车的车流分布，企业可以查询自备车的位置和使用信息，极大提高生产效率。

（4）优化运输组织数据依据。铁路运输信息集成平台为运输组织的指挥者、管理者和决策者提供详尽、及时、准确的运输生产信息，宏观分析运输组织情况，微观了解所有车站运输组织细节，管理人员可以及时发现运输各环节存在问题，利用信息技术实现内涵扩大再生产，提高运输组织生产效率。

（5）奠定智能化调度指挥基础。系统建立预测数据库，根据现在的数据，推算将来车流分布，为智能预警、日班/阶段计划自动编制的智能化建立良好的基础。