中老铁路旅客服务系统架构优化设计与应用

近年来，随着“一带一路”倡议以及铁路“走出去”战略的逐步实施，我国企业承建的海外铁路项目也越来越多，信息化、自动化程度也越来越高。中老昆万铁路(昆明—万象，以下简称“中老铁路”)为“一带一路”标志性工程之一，是第一个以中方为主投资建设、共同运营并与我国铁路网直接连通的跨国铁路[1-2]。其中，中老铁路旅客服务系统建设是整个中老铁路客服信息系统专业建设的重要环节，也是中老铁路信息化建设的重要组成部分，采用我国高速铁路客服信息系统建设通用标准[3-4]进行设计。中老铁路旅客服务系统是结合国内最新的旅客服务与生产管控平台架构设计思路，对设计单位批复的既有旅客服务系统架构进行改造与优化，通过分析中老铁路旅客服务系统架构优化和应用效果，为今后铁路“走出去”信息化建设提供技术和经验借鉴。

1 中老铁路旅客服务系统需求特点

按照原铁道部文件《铁路客运专线客运服务系统总体技术方案(暂行)》[5]，铁路旅客服务系统是一个以信息自动采集为基础，以提供全方位信息服务为目标，实现客运车站信息自动广播、导向揭示等多种途径的信息服务的集成系统。目前我国国内铁路旅客服务系统的系统架构采用“中心—车站”2 级架构设计，同时预留中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)级数据平台接口，中心与车站通过铁路客运专线数据通信网互联。铁路旅客服务系统结构如图1 所示。其中在车站，铁路旅客服务系统主要设置接口服务器、旅服集成平台以及子系统控制器，负责与车站外部系统的数据交互以及车站终端子系统控制。在客运调度中心，铁路旅客服务系统配置数据库服务器、接口服务器、编辑服务器以及中心级旅服集成平台，主要负责核心数据存储、数据计算、与外部数据平台数据交互以及对各车站服务的监控与管理。2018 年以京张高速铁路工程为依托，对旅客服务与生产管控平台(以下简称“管控平台”)进行研制，铁路旅客服务系统进一步融合旅客服务、客运管理、客运设备管理、应急管理4 大业务系统，形成“1+4+N”架构体系[6-7]，实现车站一体化运营管理。

图1 铁路旅客服务系统结构Fig.1 Architecture of passenger service system

相比国内既有的铁路旅客服务系统，中老铁路旅客服务系统具有以下3 个方面的需求特点：①中老铁路旅客服务系统架构需要实现未来万象客运调度中心与国内的客运调度中心间数据交互，以更好服务于跨国直通列车开行；②中老铁路未来将成为“中国-中南半岛”经济走廊国家铁路规划的重要组成部分[8]，中老铁路旅客服务系统需要考虑在整个中南半岛铁路网的建设过程中，具备良好的先进性与高可扩展性，为未来旅客服务系统向客运枢纽车站[9]全面提供旅客服务、生产作业、设备环境管理和应急管理的功能建设提供基础；③中老铁路旅客服务系统需能根据不同场景适应多语言的交互、管理配置等功能，增加能够灵活配置的多语言服务单元，从而满足未来本地化运营管理的需求。综上所述，中老铁路旅客服务系统需在国内已有的管控平台整体架构与功能基础上，充分利用现有设计批复的铁路旅客服务系统设备，进一步定制化改造研发，从而满足中老铁路的业务需求与未来发展的要求。

2 中老铁路旅客服务系统架构优化设计

2.1 系统总体架构优化

中老铁路旅客服务系统总体架构如图2 所示，系统整体仿照管控平台构建信息物理系统(Cyber-Physical Systems，CPS)架构体系[10-11]，采用云边结合的模式进行搭建，即在客运调度中心利用既有设计批复的硬件资源环境，采用开源虚拟化技术，搭建满足承载全线路数据与应用的虚拟化云服务平台，同时通过构建数据预处理平台配合数据通信骨干网的通信能力，实现车站与中心的实时信息交互处理；在车站综控室搭建旅客服务集成管理平台以及各子系统设备接口服务器，结合视频监控与广播监听功能，实现对车站环境要素的感知、反馈与实时控制。

图2 中老铁路旅客服务系统总体架构Fig.2 Overall architecture of passenger service system for China-Laos Railway

客运调度中心系统架构可主要划分为中心级公共数据资源域、业务数据资源域、应用服务域以及数据预处理服务域；车站系统架构可划分为旅服集成管理平台、旅服应急平台以及各子系统终端控制设备。

（1）中心级公共数据资源域。包括面向基础数据与接口数据的数据库实例，接口数据库主要负责将客票、调度系统接口数据接入与存储；基础服务库负责存储整个系统的基础配置信息、扩展新增面向跨国列车时区转换、多语言切换的时区字典、多语言展示字典等。

（2）业务数据资源域。根据旅客服务系统业务分类将旅客服务系统数据资源划分为计划数据、业务管理数据和系统参数数据库3 部分。其中，计划库存储管理系统运行核心的到发计划、广播计划、引导计划等计划驱动数据；业务管理库存储管理多语言业务版式、多语言音库、业务命令等业务模板数据；系统参数库存储管理系统运行的消息触发节点、日志等系统参数数据。

（3）应用服务域。采用微服务架构模式进行搭建，包括平台业务应用、接口业务应用、数据服务应用、跨国列车业务应用、微服务注册中心、消息中间件、业务网关(API)、外部公共接口应用。其中，微服务注册中心、API、消息中间件共同组成业务应用服务的支撑框架，实现应用服务的注册、发布与消息通信功能；平台业务应用和接口业务应用负责根据各子系统计划编制、平台控制命令处理等功能；外部公共接口应用负责客票、调度接口数据的计算处理；数据服务应用负责标准化的数据库的读写访问；跨国列车业务应用负责结合时区字典、多语言字典实现旅客服务系统多语言切换的展示、播报和平台操作功能以及到发时间的统一转化功能。

（4）数据预处理服务域。采用消息代理(Ngnix)、微服务与数据缓存(Radis)融合技术实现终端业务数据的预处理、访问控制等功能，以保证客运调度中心对业务数据处理的高效性与安全性。

（5）旅服集成平台。按照CPS 架构理念可分为旅客服务、生产管理、设备控制、系统监控等终端模块，为综控人员提供列车到发管理、中英老多语言广播与引导管理、设备控制管理以及音视频的监听功能。同时，系统支持根据业务需求后续扩展面向生产管理的手持终端、面向环境参数监控的传感器单元等智能化应用接入。

（6）旅服应急平台。负责在网络异常情况下应急接管车站旅服设备，保障系统的稳定运行。

（7）子系统终端控制设备。负责根据旅服集成平台的作业指令，接入、控制各类终端设备，并获取数据反馈。

2.2 系统技术架构优化

中老铁路旅客服务系统技术架构如图3 所示，其技术架构主要分为基础服务层、应用服务层、发布与控制层以及展示层。

图3 中老铁路旅客服务系统技术架构Fig.3 Technical architecture of passenger service system for China-Laos Railway

（1）基础服务层。主要承载整个系统运行的基础资源，包括硬件资源、数据资源、虚拟化平台、消息代理平台和系统环境。其中硬件资源包含最底层支撑整个系统的虚拟化资源组件和X86服务器资源；在硬件资源基础上构建了数据资源，包括Mysql 集群主数据库、Mysql 集群应急数据库、数据缓存；虚拟化平台采用国产开源虚拟化软件(XenServer)进行搭建，承载系统全部应用层业务部署；消息代理平台采用Ngnix 和持久化软件(Keeplive)进行高可用集成部署，承载前端展示层与应用层、控制层的访问代理；系统环境采用.Netcore，Netframework，Windows 或Linux 搭建，支撑旅客服务系统的正常运行。

（2）应用服务层。主要包括业务与数据管理类的应用、微服务注册中心、消息中间件。其中业务与数据管理类的应用主要包含旅客服务系统业务、接口以及数据类的应用，采用标准WEB 服务或WinService 服务模式发布；微服务注册中心采用开源服务Consul 构建多节点的高可用服务注册中心，实现各类服务的注册与调用接口发布；消息中间件基于socket 通信技术，采用自主研发的消息交互服务实现内部服务之间的消息通信。

（3）发布与控制层。主要包括微服务发布的业务网关与业务追踪服务。其中，业务网关配套Consul，发布WEB 注册服务，可支持Reset 接口规范、ODBC/JDBC 数据库连接以及自定义TCP/UDP 接口协议访问调用，用于支撑展示层与应用层的数据交互；业务服务追踪采用路由追踪软件(Skywalking)搭建，可实现业务访问路由的追踪记录，监控系统的运行情况。

（4）展示层。主要包括旅服集成平台服务模块、广播系统管理模块、引导系统管理模块、视频监控管理模块等，实现面向客运综控人员和终端设备管理与控制服务。

3 中老铁路旅客服务系统实际应用

3.1 应用部署

中老铁路旅客服务系统目前已经在中老铁路磨万段部署应用，系统采用“万象客运调度中心—车站”2 级部署，以万象中心站代管其他小站模式进行管理，建设范围包括万象客运调度中心，以及被代管的噶西站、琅勃拉邦站、孟阿站、孟赛站、磨丁站、纳堆站、纳磨站、蓬洪站、万荣站共10 个车站。中老铁路旅客服务系统部署架构如图4 所示。

图4 中老铁路旅客服务系统部署架构Fig.4 Deployment architecture of passenger service system for China-Laos Railway

在万象客运调度中心，部署整套虚拟化云服务平台，容纳旅客服务系统相关的数据库、应用服务与接口服务，从而满足被代管各车站的数据与业务服务；同时，在云服务资源池基础上部署多节点的微服务注册集群，实现应用后台的注册并通过多节点消息代理集群，实现服务的发布与消息访问管理。整个部署架构可根据云服务平台增加的计算与存储单元进行动态的扩展，从而可满足未来其他线路的快速接入。

在车站端，万象中心站与代管站分别部署中老英多语言服务、管理、视频等客户端软件，支持站内客运工作人员日常的生产指挥、服务管理以及监控反馈作业。

3.2 系统应用优势

中老铁路旅客服务系统通过对客运调度中心系统应用的部署架构进行改造优化，与我国铁路既有旅客服务系统相比，其在实际应用中具有如下优势。

（1）提升系统整体先进性。中老铁路旅客服务系统是国内最新研究成果，即在原有管控平台的架构基础上，进行适应性改造，采用云边结合的部署模式，极大程度上规范中心级资源应用。同时，中老铁路旅客服务系统保留管控平台CPS 架构体系，为未来进一步扩展升级客运作业指挥、环境舒适度监控以及应急管理等业务模块提供了基础。

（2）优化系统可扩展性。中老铁路旅客服务系统采用虚拟化与云服务技术设计，在未来老挝以及整个中南半岛新线建设与中心接入过程中，可以通过较少的组件扩容，在不停机状态下实现新线资源的分配和扩展。

（3）便于中心联网。中老铁路旅客服务系统架构、数据结构等方面与管控平台保持基本一致，对未来国内外各级中心联网，实现站车一体化指挥提供基础条件。

（4）加固完善系统稳定性与易维护性。在系统稳定性与易维护性方面，中心数据与应用部署环境均采用多节点高可用方式部署，当单个节点出现故障，系统节点可进行自动故障转移，保障系统的稳定运行，节点故障的软硬件产品均可随时人工进行下线与维护，易维护性强；在业务软件方面，包括多语言展示、跨国列车业务处理的各项功能均可采用自定义配置方式实现，便于本地根据实际运行环境实时维护调整，且客运调度中心与车站实时保持核心业务数据同步，在出现故障情况下，可实时进行应急切换，保障系统稳定性。

4 结束语

中老铁路旅客服务系统建设是基于其实际特点与需求，结合国内客运站信息化建设的研究成果，对其架构进行全面的优化设计，优化后的系统架构在保障原有业务需求的同时，极大程度提升了旅客服务系统的先进性、可扩展性、稳定性以及易维护性。未来随着“中国-中南半岛”高速铁路网络的不断扩展与完善，系统将为整个中南半岛区域客运调度中心联网交互以及与中国铁路昆明局集团有限公司、中国铁路南宁局集团有限公司客运调度中心的内外联网交互与信息共享提供支撑与服务，实现面向中南半岛内部以及中国至中南半岛各车站一体化站车旅客智能服务与管理。