列车编组顺序表电子化传递系统方案研究

丁正刚

（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）

列车编组顺序表（简称：运统1）是描述列车编组组成的表单，是车站与列车机车乘务员及铁路局集团公司间交接车列的工作记录，也是铁路运输统计和财务清算的主要原始资料。

目前，货运列车的运统1表单由始发站车号长使用铁路车站综合管理信息系统[1-2]（简称：车站系统）编制完成，车号员使用车站系统打印出纸质运统1表单，在列车出发前将运统1表单转交给机车乘务员，机车乘务员依据运统1表单记录的相关信息完成发车前准备工作；列车到达终到站后，终到站车号员从机车乘务员手中取回运统1表单。普速客运列车的运统1表单是在铁路客运编组统计信息系统[3]（简称：客编系统）中编制完成，其传递过程与货车运统1表单一致；高铁动车组列车因其编组固定，车站与机车乘务员间不传递运统1表单。

采用人工传递纸质运统1表单的主要问题是：（1）车号员向始发列车的机车乘务员传递表单，或是从终到列车的机车乘务员取回表单时，需要在车站股道间穿行，人身安全风险极大；（2）车站需要设置负责传递纸质运统1表单的人员，增加铁路用工成本，同时还要支出打印、保存表单的成本；（3）人工传递表单效率低，容易出错。

为此，利用计算机和网络技术，研究和开发列车编组顺序表电子化传递系统，取消机车乘务员与车站之间运统1表单交接作业，将运统1信息的传递由人工传递纸质表单改为网络传输，对促进铁路安全生产、减员增效、降低运输成本、作业方式创新具有重要的现实意义。

1 列车编组顺序表电子化传递系统方案

1.1 系统建设目标

（1）覆盖全国铁路（简称：全路）客运和货运车站：系统能够接收全路客运和货运车站上报的运统1表单信息，实现全路货运列车、普速客运列车的运统1表单信息的电子化传递，全面取消纸质运统1表单传递，车站无需设置负责传递运统1表单的车号员。

（2）提供高可用的运统1信息传递服务：机车乘务员依据运统1表单中的相关信息完成发车前准备工作，一旦列车编组顺序表电子化传递系统的服务中断或性能下降，造成运统1信息接收不到或接收不及时，将会造成全路列车无法正常发车。因此，系统提供的运统1信息传递服务必须具有高可用性，能够7×24 h连续稳定运行。

（3）具有良好的可伸缩性：在系统扩展成长过程中，可随着铁路网规模的不断扩大和接入列车数量的增加，仅通过很少的改动，甚至只是硬件设备的添置，就能实现整个系统处理能力的线性增长，满足高吞吐量和低延迟的高性能要求。

1.2 系统构成

列车编组顺序表电子化传递系统采用集中式双中心架构[4～6]，由中央子系统、移动作业子系统和外部信息接口3部分构成，如图1所示。

图1 列车编组顺序表电子化传递系统构成示意

（1）中央子系统：设置在中国国家铁路集团有限公司（简称：国铁集团）主数据中心，包括数据库服务器、应用服务器和通信服务器，这些服务器均采用集群配置，确保系统具有高并发性、高可用性和可伸缩性；全路客、货列车运统1信息集中存储在中央子系统的电子运统1数据库中，应用服务器以微服务方式[7]，为全路客、货列车机车乘务员提供运统1信息查询服务，为国铁集团、铁路局集团公司、车务站段及机务段各级用户提供运统1查询、统计分析等应用功能。

（2）移动作业子系统：为全路客、货列车机车乘务员配备带有无线传输模块和定位模块的移动作业终端，安装有运统1 App，工作在移动列车上的机车乘务员通过该App完成运统1信息查询、签收等工作。

（3）外部信息接口：主要包括车站运统1信息上报接口和列车运行图接口；客运站客编系统和货运站车站系统，通过车站运统1信息上报接口，向中央子系统上报运统1信息；通过列车运行图接口，中央子系统从铁路运输调度管理系统（简称：运输调度系统）中获取列车运行图数据，辅助机车乘务员运统1信息的正确性检查，并为系统应用效果评价指标计算提供判别基准。

1.3 车地传输网络构成

目前，铁路移动4G/5G专网尚未建成，GSM-R虽建成，但覆盖范围和带宽资源有限。为此，借鉴铁路站车客运信息无线交互系统[8]的成功建设经验，在机车乘务员移动作业终端上加装移动物联网卡，通过移动无线网络，将移动作业终端上的请求接入到国铁集团外部服务网。

列车编组顺序表电子化传递系统中车地传输网络构成如图2所示，由移动物联网、国铁集团外部服务网、国铁集团安全生产网3部分组成。

图2 列车编组顺序表电子化传递系统车地传输网络构成示意

鉴于编制运统1表单的车站系统、客编系统以及其它相关的铁路生产系统均部署在国铁集团安全生产网，考虑到网络安全等级保护的要求，将该系统中用于完成数据汇集、存储、处理的数据库服务器和应用服务器部署在国铁集团安全生产网内；通信服务器部署在国铁集团外部服务网，通过安全隔离设备实现与移动物联网连接；通信服务器通过国铁集团安全平台，与部署在国铁集团安全生产网数据库服务器和应用服务器进行信息交互。

1.4 技术架构

列车编组顺序表电子化传递系统需要接入全路18个铁路局集团公司约7000个车站、260个车务段以及80个机务段15万机车乘务员的日常作业需求，系统技术架构设计应优先考虑高可用性。

列车编组顺序表电子化传递系统的应用功能实现采用微服务技术架构，运行于具有高可用性、基于K8s的中国铁路运输PaaS云平台和中国铁路基础设施云平台（即IaaS），如图3所示。

图3 列车编组顺序表电子化传递系统技术架构示意

（1）应用层：运统1信息传递业务过程划分为业务前台、业务中台和业务后台；业务前台负责界面展示，如运统1 App、运统1 Web管理系统页面、站线板、运行线展示、毛玻璃展示等；业务中台负责整个系统的核心业务逻辑，如运统1相关服务，含接收运统1、取运统1、运统1签收、运统1安全传输服务等，查询服务、机车乘务员出退勤、考核分析、消息等服务，业务后台专注于数据处理、大数据分析和数据持久化等基础逻辑，如基础数据服务、运行图服务、人脸识别、定位、穿网服务等。

（2）中国铁路运输PaaS云平台：即基础PaaS平台，对运行于其上的容器化微服务提供服务自愈能力，以及负载增大时的动态横向调整，并使用消除单点的冗余策略，保证ETCD和Master的高可用性。

（3）中国铁路基础设施云平台：提供应用层及中国铁路运输PaaS云平台所依赖的运行环境，包括物理设备，如网络、存储、服务器、操作系统等，并提供硬件虚拟化服务，隔离硬件设备对上层服务的影响。

2 实现运统1信息的可靠传输

2.1 运统1信息构成及表单生成

运统1表单亦称为列车编组顺序表，包括运统1和运统1乙，是一种描述列车编组组成的铁路运输作业表单，包含当前作业车站的站名、列车运行车次、时间、列车车辆编组顺序、车辆基本属性（如车号、车种、自重、换长等），以及车辆所装载货物的属性（如品名、重量、发货人、收货人、记事等）。

铁路运输规章规定，客运统1表单在始发站通过客编系统生成和打印并交给机车乘务员；途经各车站仅当有摘挂作业时，才通过客编系统生成、打印并交给机车乘务员，其它情况如换乘、换挂时不编制、不打印、不传递运统1。货运统1表单在始发站通过车站系统生成、打印并交给机车乘务员，途经各车站有摘挂、组合分解、换乘、换挂等作业时，都需要通过车站系统生成、打印并交机车乘务员。

为实现电子化运统1信息安全、可靠、正确地传递，技术实现上划分为2个方面：（1）车站系统和客编系统实现安全、可靠的运统1信息上报；（2）为机车乘务员提供安全可靠、准确无误的运统1信息查询服务。

2.2 车站系统和客编系统的运统1信息上报

列车编组顺序表电子化传递系统提供接收车站系统和客编系统生成的客货运统1数据上报接口服务。在列车办理出发作业的过程中，车站系统和客编系统可调用该接口，将客货运统1信息加密后，发送给列车编组顺序表电子化传递系统。列车编组顺序表电子化传递系统将接收到的客、货运统1数据解密后，存储到电子运统1数据库。

列车编组顺序表电子化传递系统负责提供接收、存储、查询、加密及解密运统1数据的服务，不负责运统1数据的正确性校验，由数据源（即车站系统、客编系统）保证运统1信息上报的正确性。

2.3 机车乘务员运统1信息查询

2.3.1 运统1信息车地传输安全措施

（1）安全的传输通道：机车乘务员移动作业终端上安装物联网卡，通过无线网络，经运用商开通的专线VPN接入国铁集团外部服务网，保障移动接入传输通道的安全性；此外，从国铁集团外部服务网到安全生产网之间的运统1信息传输，由国铁集团安全平台提供安全防护。

（2）信息加密传输：接收到机车乘务员移动作业终端上运统1 App发出查询请求后，将查询到的运统1信息加密，通过国铁集团安全平台传输到国铁集团外部服务网通信服务器，经4G物联网传输到机车乘务员移动作业终端，运统1 App将信息解密后，生成电子表单供机车乘务员使用。运统1数据在机车乘务员的移动作业终端上不存储，可防止作业终端上其它应用程序非法窃取或篡改运统1数据。

2.3.2 机车乘务员运统1信息正确性检查

机车乘务员根据移动作业终端自动定位的当前车站、列车计划开行车次号2个条件，使用运统1 App查询运统1表单信息，作为列车运行的基本依据。

由于现场业务复杂多样，通过车站和车次号直接查询运统1信息存在以下问题。

（1）中央子系统数据库中没有对应的运统1信息：对于客运列车，若在途径的某车站无摘挂作业、但有换乘或换挂时，由于该车站客编系统并不会向列车编组顺序表电子化传递系统上报运统1信息，数据源头上就缺失对应的运统1信息；需要追踪到该列车后方车站最近上报的运统1信息，作为这列车在该车站的运统1信息。

（2）同一车站出现重复车次号列车：客运列车严格按图行车，在同一车站24 h内不会出现相同车次号的列车；但对于货运列车，在有保留车或调度临时调整开行计划等情况下，同一车站在某个时间段内（如6 h内）可能存在2列相同车次号的列车。

为确保机车乘务员查询到准确的运统1信息，设计了运统1信息正确性检查算法，具体流程如图4所示。

图4 机车乘务员运统1信息正确性检查算法流程

（1）根据机车乘务员查询请求中的查询条件（当前所在车站、列车车次号），在中央子系统运统1数据库中搜索是否有对应的运统1信息；

（2）若有，跳转至（5）；若无，搜索列车运行图，读取该车次号的列车运行径路信息；

（3）搜索该列车运行径路上已途经的后方车站是否有摘挂作业；

（4）若无，系统临时设置运行径路上本次列车的始发车站为当前车站，跳转至（1）；若有，系统临时设置运行径路上本次列车的摘挂车站为当前车站，跳转至（1）；

（5）读取搜索到的运统1信息，将查询结果返回运统1 App；

（6）在运统1 App上，货运机车乘务员确认当前股道对应的运统1，客运机车乘务员确认本站图定发车时间。

3 系统应用效果

列车编组顺序表电子化传递系统已经完成开发和部署上线，在全路试运行，在试运行前通过信息系统网络安全等保评测。目前，全路除动车组列车外，日均2 808列客车，14 303列货车，3 198个车站，23 672个机车乘务员通过20 757部终端参与了运统1电子化传递系统试用工作。车站日均发送列车电子运统1表单共计约1.8万份，其中客车表单约3 000份，货车表单近1.5万份，系统运行稳定。

在当前全路试运行阶段，电子化运统1信息网络传输与纸质表单人工传递2种作业方式并行。为准确掌握列车编组顺序表电子化传递系统的实际应用状况，有序推进该系统应用的持续深入，最终达到完全替代纸质表单人工传递的目标，选取车站发送率SC、车站发送及时率PC、机车乘务员签收率SJ、机车乘务员签收及时率PJ共4项指标，对系统应用效果进行评价和监测。

其中，R为车站实际发送的列车运统1表单个数；Y为车站每日应发送的列车运统1表单个数（即列车运行图中始发列车数）。

其中，Y为车站每日应发送的列车运统1表单个数；TR为列车实际发车时间，TS为车站发送列车运统1表单时的系统时间，TV为发送时间阈值，暂设置为10 min（可调整）；当TR-TS＞TV时，即车站在某列车实际发车前10 min发送该列车运统1表单时，视为发送及时。

其中，R为车站实际发送的列车运统1表单个数；J为机车乘务员实际签收运统1表单个数。

其中，R为车站实际发送的列车运统1表单个数；TR为该列车的实际发车时间，TJ为机车乘务员实际签收某列车运统1表单时的系统时间；当TR-TJ＞0时，即机车乘务员在列车实际发车前签收该列车运统1表单为签收及时。

采用2021年8月3日—12日（统计日定义为前日18：01至当日18：00）期间的数据，分别针对客运列车和货运列车的运统1电子化传递应用情况的上述4项指标进行统计，结果如图5和图6所示。

图5 客运列车统1电子化传递应用情况的指标统计

图6 货运列车统1电子化传递应用情况的指标统计

从图5、图6可知客、货车站运统1表单发送率均在99%上下浮动，发送及时率均在98.5%上下浮动；客运机车乘务员运统1签收率在98%上下浮动，货运机车乘务员运统1签收率在98%以上；客、货机车乘务员运统1签收及时率均在99%以上。表1给出系统全路试运行中发现问题的原因分析及对策。

表1 系统全路试运行中发现问题的原因分析及对策

4 结束语

列车编组顺序表电子化传递系统通过数据接口，获取车站系统和客编系统编制的运统1表单信息，并利用移动物联网及VPN专线，为机车乘务员移动作业终端提供安全的信息传输通道，实现全路货运列车、普速客运列车的运统1表单信息的电子化传递。该系统采用集中式双中心集群架构，具有高可用性、高吞吐量、低延迟及良好的可伸缩性。从全路试运行情况来看，该系统能够覆盖全路客运和货运车站的运统1作业，可灵活适应各种客、货运输作业场景。通过进一步改进系统技术方案，完善系统应用相关管理制度，该系统完全可以替代既有的人工传递纸质运统1表单的作业方式。

下一步，将重点解决试运行期间发现的几个问题：部分车站信号弱影响机车乘务员查询信息，将协调移动运营商进行实地勘测，采取信号补强或新建移动无线基站等改善车站场强覆盖；针对列车在站停时短影响车站运统1表单发送及时率，直通车变更车次号时车站发送运统1、但运行图上为始发作业影响车站运统1表单发送率等特殊场景，通过优化信息查询算法和评价指标计算规则，进一步提高系统应用水平，争取及早全面替代纸质表单人工传递。

随着铁路5G网络的建设，将显著提高车地无线网络的承载带宽和传输效率，可利用机车乘务员移动作业终端实现更多的车地信息传递，如应急处置实时视频传输、制动效能证明书电子化传递、机车乘务员手帐电子化等，为信息技术赋能铁路传统业务提供更大的发展空间。