浩吉铁路运输信息化系统总体架构研究

谢鹏， 张雅琴， 张楠， 屈平

（1. 中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所，北京 100081；2. 北京经纬信息技术有限公司，北京 100081；3. 浩吉铁路股份有限公司，北京 100073）

0 引言

信息化在我国铁路运输组织、安全生产、经营管理、客货服务、营销宣传和建设管理等工作中发挥着非常重要的作用，是铁路安全保障、效率提升、成本管控和效益提升的重要途径［1-3]。铁路运输信息化以铁路运输生产过程中的大量运营生产数据为基础，从而保障高效、自动化地完成铁路运输生产。铁路运输信息化能够解决铁路数据信息传输更新滞后所导致的调度指挥、运营生产和安全管理等问题，使得铁路运输生产的参与者和组织者及时掌握运输系统信息。我国铁路运输信息化的主要内容包含3个方面：运输调度组织、运输生产组织和列车运行控制［4-5]。

我国重载铁路信息化实践较为成功的有大秦铁路、神华铁路和瓦日铁路，此外，山西中鼎智慧物流云平台（简称中鼎云平台）是现代智慧物流领先实践的代表。中鼎云平台以线下铁路干线网络和实体物流园区为基础，线上互联网平台为核心，通过大数据分析和研究，重构、优化物流服务流程和产业链相关关系，有效整合物流产业实体资源、创新构建“物流+互联网+大数据”相融合的一体化产业生态平台。

1 浩吉铁路运输信息化系统需求分析

浩吉铁路是国家《中长期铁路网规划》项目、国家铁路投融资体制改革示范项目，也是国家“北煤南运”战略新通道。途经蒙、陕、晋、豫、鄂、湘、赣7 省区，全线正线长1814 km。规划运输能力为2 亿t/年以上，是我国规模最大的运煤专线和“北煤南运”新的国家战略运输通道，是衔接京沪、京九、京广、焦枝等多条铁路运输线和沿海、长江和京杭运河水路运输线的集疏线路，也是一次性建成的世界上最长的重载铁路。

作为铁路快速发展的重要保障，重载铁路信息化是实现铁路货运现代化的重要手段之一。智能化引领、适应业务发展战略、满足业务应用需要是信息化建设的主要目标。业务应用系统是信息化体系的核心，准确定位业务应用需求是规划信息系统的关键。浩吉铁路信息化总体架构是建立在“大平台+微模块”基础上的创新企业级应用系统，着力创新传统运营管理模式，以营销、生产、安全、管理等业务协同发展需求为驱动，打造从计划为核心转向需求为核心的运营管理新模式［6-7]。

1.1 业务需求

浩吉铁路运输信息化系统的业务需求主要包含：营销服务需求、运输组织需求、综合安全保障需求、经营管理需求和浩吉铁路大脑需求5个方面。

（1）营销服务需求。充分利用互联网、电子商务、电子支付等信息化新技术，搭建浩吉铁路物流信息平台，实现浩吉铁路从商贸到交付的物流全过程信息化管理，建设现代物流铁路货运模式。

（2）运输组织需求。打造智能化浩吉铁路运输组织模式、打造科学的浩吉铁路货运组织、打造高水平浩吉铁路物流服务。通过运输生产组织信息化建设，构建智能化铁路生产作业和运输管理模式。

（3）综合安全保障需求。采用物联网、大数据、视频监控等现代技术，建设可进行状态监测并具有自感知、自诊断、自决策能力的设备设施，实现设备设施状态即时分析及早期故障诊断。

（4）经营管理需求。应用大数据、数据挖掘、商业智能等技术，为制定企业长期发展规划、编制生产经营计划提供依据，实现浩吉铁路在生产、经营、管理等各方面的科学决策。

（5）浩吉铁路大脑需求。充分利用大数据、人工智能、北斗卫星等现代技术，为运输组织、营销服务、经营管理、综合安全提供数据经营分析、市场预测、安全管控、时空数据等方面的数据存储、管理与应用。

1.2 数据需求

浩吉铁路运输信息化系统的数据需求是描述业务信息在应用系统中的具体需求，其主要数据需求内容包括：

（1）与铁路局集团公司数据需求。浩吉铁路与铁路局集团公司之间数据需求主要有：分界口的货车出入列数、车数，车种的重空车辆数及重车的去向信息；分界口列车计划和实际的日班计划；列车编组信息、机车信息。

（2）与铁路局集团公司车站数据需求。针对浩吉铁路在局间分界口对于跨线列车应该进行站一级的信息交换，如果跨线列车到站跨越了铁路局集团公司所辖车站，需要与国铁集团级的车号自动识别系统（ATIS）数据、运单数据等进行数据交互。

（3）与地方运输行业数据需求。与内陆港、水运港、物流园、专用线等地方运输行业交换货运数据。

1.3 网络需求

浩吉铁路运输信息化系统对网络的需求主要有4个方面：（1）高可靠性、高稳定性和高扩展性的网络需求，易于业务集中化；（2）高传输能力和高敏捷性的网络需求，易于新技术应用；（3）无线移动网络覆盖需求；（4）实现全面覆盖的网络需求，易于生产智能化和管理信息化。

1.4 安全需求

浩吉铁路运输信息化系统的安全需求是在浩吉铁路网络安全方针、策略的基础上，构建完整的网络安全框架，实现对信息系统全生命周期的安全管控，实现对业务应用安全稳定运行的有力支撑，从而满足浩吉铁路信息化发展安全保障的需求，其安全需求包括：（1）建设完善的网络安全管理保障体系，支撑各类业务应用高效、稳定、安全运营；（2）建设完善的网络安全技术保障体系；（3）建设完善的网络安全运维保障体系。

1.5 平台需求

信息化集成平台是构建一体化、集中化、集成化信息系统的关键，是建立信息系统沟通桥梁，实现互联互通、信息共享的重要手段。浩吉铁路运输信息化系统具有交互服务、集成服务和数据服务的技术平台方面的需求。

1.6 新技术应用

浩吉铁路运输信息化系统需要广泛应用云计算、大数据、物联网等新技术以实现浩吉铁路移动装备、固定基础设施及内外部环境信息的全面感知、泛在互联、融合处理、科学决策和主动学习，从而打造全生命周期一体化管理的新一代货运铁路示范线，实现货运的物流化、经营的市场化、管理的一体化、生产的智能化［8-9]。浩吉铁路运输信息化系统的新兴技术需求如下：

（1）云计算技术应用。需要采用云计算技术，建设资源共享的信息基础设施，提高信息化效益。

（2）大数据技术应用。需要采用大数据技术，深度挖掘数据价值，为企业的管理创新与业务创新提供更多的可能。

（3）物联网技术应用。构建可感知、可控制、可预测的铁路物联网，完成自动化数据采集，实现智能化铁路运输管理。

（4）移动互联技术应用。一方面需要为铁路客户提供移动互联的信息服务方式，快捷化货主业务办理流程；另一方面要为企业的决策层、管理层以及生产作业层提供不同方式的移动接入手段，制定高效的企业管理策略。

（5）BIM技术应用。需要深入开展BIM、3D GIS等技术在铁路建设、运维等方面的应用研究。

2 系统总体架构

系统总体架构设计沿袭分层设计的思想，将整个信息化体系按照功能划分成不同的层次，每一层次的系统都是运行在下层的系统或设备基础之上，并向上层系统提供服务［10]。整个浩吉铁路信息化系统按其职能划分为5个层次，从下到上依次为：

（1）智能感知层。智能感知层主要完成基础数据采集与操作指令执行，通过各类智能传感设备实时、准确、可靠地获取各类关键设备运行状态，同时智能执行单元根据指令进行现场作业，为业务应用、智能决策提供基础。

（2）智能传输层。智能传输层作为整个信息化体系的“神经系统”，直接影响着业务系统的运行及生产作业的开展，通过光纤、卫星及各类无线传输通道将智能感知层获取的数据上传到各类业务系统，同时将各类操作指令传送到作业现场。

（3）业务应用层。业务应用层是系统架构中体现核心价值的部分，其关注点主要集中在业务规则的制定、业务流程的实现等与业务需求有关的系统设计。

（4）智能决策层。智能决策层包括大数据服务平台、人工智能平台、北斗服务平台，运用数据挖掘、交互分析、机器学习、时空感知等技术，融合营销服务、运输生产、综合安全、经营管理等领域业务知识，通过逻辑推理来帮助解决复杂的决策问题，形成了浩吉铁路大脑。

（5）智能应用层。智能应用层基于智能决策层提供的数据分析、逻辑推理结果，结合生产实际，解决传统信息化业务系统难于解决的综合性、复杂性、不确定性问题，为生产实际提供指导，从而实现浩吉铁路货运物流化、经营市场化、管理一体化、生产智能化。

3 系统应用平台架构

遵循微服务的技术架构和“平台+模块”的应用架构模式，分离页面与后台服务，快速应对业务变化，信息化系统应用详细化设计见图1。采用服务集成平台实现与外部合作伙伴及内部系统快速对接，并避免单点故障。

根据浩吉铁路的业务需求，按照“互联网+”理念，依托云计算、大数据、物联网等新型信息技术，将建设智慧浩吉信息化体系，构建浩吉铁路的营销服务平台、运输生产平台、综合安全平台、经营管理平台，其系统应用平台架构见图2。依托统一共享数据平台，构建集营销、调度、生产作业、设备运营维护管理、综合安全监控和公司办公系统为一体的综合信息化管理系统，统一平台、统一用户、统一架构，实现全品类办理、全业务集成，实现融合多种运输模式的全程物流，实现资源共享、信息综合管理，为创建现代物流企业提供信息化支持。

浩吉铁路运输信息化系统采用数据中心的建设模式，按照集中部署方式，将全线运输生产有关的系统进行统一建设、统一管理，资源统一分配。数据中心采用一级存储、三级应用架构，承载各平台的大量数据，充分实现数据共享。

图1 浩吉铁路信息化系统应用详细化设计

图2 浩吉铁路信息化系统应用平台架构

4 结束语

在介绍我国货运铁路信息化发展现状和浩吉铁路概况的基础上，从业务、数据、网络、安全、平台和新技术应用等方面对浩吉铁路运输信息化系统需求进行分析，提出包含智能感知层、智能传输层、业务应用层、智能决策层和智能应用层的浩吉铁路信息化发展的总体构架。浩吉铁路以货运示范线的战略思维为引领，提出浩吉铁路信息化总体架构，着力创新传统运营管理模式，研究高效运输组织模式，基于信息充分共享再造业务流程，提高运输质量，对智能货运铁路发展迈出坚实的第一步具有重要战略意义。随着大数据、云计算等信息技术的快速发展和日臻成熟，浩吉铁路作为新建重载铁路货运线，将以“智能浩吉、绿色浩吉”的信息化发展理念，打造中国货运铁路标准示范线。