基于铁路车务信息平台的货运车务协同作业研究

崔莉，丁正刚，罗常津，胡宸瀚

(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)

0 引言

中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)《“十四五”铁路网络安全和信息化规划》，明确提出优化整合铁路业务领域信息系统和持续推进一体化信息集成平台建设，并在重点推进示范项目中推进运输生产领域和综合协同领域的信息系统建设，提升车务作业数字化管理与运营水平。车站是铁路运输基层生产单位，集中了与运输有关的各项技术设备，参与运输过程的主要技术环节，根据统计，我国铁路货物在一次周转过程中有67%的时间消耗在车站，车站工作组织水平在很大程度上影响着铁路运输工作的数量和质量指标[1-2]。

随着近年来信息化技术的迅猛发展，铁路车务作业管理的需求也随之发生变化，走向一体化、协同化。2016年新一代编组站综合自动化(SAM)系统、编组站自动化控制系统(CIPS)拉开编组站综合自动化建设的帷幕，不断推动车站系统的发展[1]。2018年3月实施货运票据电子化是以列车不带纸质票据为初步目标，从需求受理装车、承运挂运、在途到达交付等作业流程，实现电子票据信息的快速有效流转，涉及货运作业、车务作业等工作环节，作业信息电子化流转、货运票据电子化打通了需求受理、进货装车、承运制票、途中作业、到站卸货、到达交付等各个环节业务链，实现票据信息全程联网[3]。

伴随信息一体化、协同化的不断推进，越来越多的系统依赖于货运车务基础数据，如浩吉铁路运输生产平台[4]、列车编组顺序表电子化传递系统[5]、列车运行追踪与安全预警系统[6]、铁路重车到达预报与卸车预警系统[7]、铁路调度应急指挥系统中的短信通知[8]和车流计划管理系统[9]等。研究建设的铁路车务信息平台(以下简称“车务信息平台”)整合多版本现车系统，不仅与铁路货运生产作业与管控平台(以下简称“货运管控平台”)信息交互，还可以为更多铁路相关系统提供生产基础数据，进一步推进多生产领域的综合协同作业。

1 业务需求

2022年，国铁集团研发面向货运内部生产管理需要的货运管控平台，对既有业务系统进行模块化设计，对铁路货运站安全监控与管理系统(以下简称“货运系统”)、铁路货检安全监控与管理系统、铁路集装箱运输管理信息系统(以下简称“集装箱系统”)等整体上移重构，对铁路国际联运无纸化通关及数字口岸系统(以下简称“数字口岸系统”)、95306系统进行改造，形成大集中平台，铁路局集团公司及站段不再保留应用服务器[10-11]，对既有车务系统有一定影响。铁路运输信息集成平台的装卸报告由既有货运系统和集装箱系统上报，铁路车站综合管理信息系统(以下简称“现车系统”)与货运各系统间数据交互方式是站站交互，通过车站对车站调用服务完成现车系统与货运系统、集装箱系统和数字口岸系统之间的数据交互。根据《铁路货运生产作业与管控平台2022总体技术方案》(科信信函〔2022〕90号)，为保障货运管控平台的顺利实施，铁路运输信息集成平台、现车系统等车务系统进行改造，按照平台对平台原则，便于系统的专业管理、维护和实施，车务系统与货运管控平台的交互通过车务信息平台完成。

2 总体设计

2.1 总体结构

车务信息平台的建设目标是支撑货运管控平台的顺利实施和稳定运行，通过扩容铁路运输信息集成平台和改造现车系统等，同时将车务生产数据集中上移到车务信息平台，促进车务系统的大数据应用。

按照货运管控平台的总体技术方案，车务系统改造工作包括对国铁集团主数据中心的铁路运输信息集成平台与货运管控平台相关交互应用所需的虚拟应用服务器资源进行扩容，以满足货运管控平台需求，确保车务系统对货运管控平台的支撑。还有对现车系统、电子运统1信息平台和铁路运输信息集成平台等系统进行适应性功能改造。改造后现车系统和电子运统1信息平台将通过车务信息平台统一与货运管控平台进行交互，实现货运与车务之间计划与作业信息的综合协同。系统总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构Fig.1 Overall structure of system

2.2 逻辑结构

根据系统总体结构，为实现货运与车务之间计划与作业信息的综合协同，货运管控平台和车务信息平台需要完成对等双向交互。系统逻辑结构如图2所示。

图2 系统逻辑结构Fig.2 Logic structure of system

面向车务专业与货运专业综合协同需求，系统逻辑结构为通过扩容铁路运输信息集成平台，搭建PaaS云平台，构建跨专业协同作业微服务，实现和货运管控平台的数据交互。统一现车系统与车务信息平台信息交换技术要求，构建边缘计算服务，实现各版本现车系统数据同车务信息平台之间的数据交互。为满足货运管控平台对出发运统1的数据需求，构建电子运统1服务包，实现电子运统1信息平台与车务信息平台之间的数据共享。

2.3 部署结构

车务信息平台的软硬件配置以满足货运管控平台建设需要为前提，要确保系统的高可用、高性能、高扩展和高安全。遵循充分利用既有设备能力的原则，项目设备配置需求首先将充分利用主数据中心设备环境以及既有设备资源能力。

研究重点考虑车务信息平台运行需要直接依赖的服务器、存储等硬件设备和配套软件配置。车务信息平台的硬件配置主要包括服务器及存储设备。其中服务器设备用于提供系统前后端应用、数据库、数据备份及其他中间件运行所需的计算资源，存储设备用于提供系统应用运行数据、业务数据、备份数据等的存储。车务信息平台后端应用将依托铁路运输PaaS平台运行。配置的服务器及存储设备应充分考虑系统整体的稳定性、可靠性、安全性等。系统部署结构如图3所示。

图3 系统部署结构Fig.3 Deployment structure of system

2.4 技术架构

车务信息平台整体技术架构采用的是构建持续部署、持续集成、持续测试、持续发布、持续改进的自动化交付机制[12]，技术架构如图4所示。

图4 技术架构Fig.4 Technical architecture

（1）微服务架构。车务信息平台基于微服务架构实现，保障业务功能的高可用，提升对业务创新的支撑能力，提高开发和运维效率，统一开发、测试和运维的过程，降低新业务应用的建设成本和风险。

（2）统一PaaS平台。车务信息平台通过统一的PaaS平台构建所有功能服务应用，提供PaaS平台分布式服务管理、容器化技术、分布式消息队列、分布式业务监控等核心技术组件。

①分布式服务管理。分布式服务管理主要提供车务信息平台微服务化业务功能的管控和治理体系，包括微服务注册与发现、微服务配置推送、基于RESTful的微服务框架、限流降级、弹性伸缩、全链路监控等。

②容器化技术。车务信息平台采用容器化技术进行微服务应用的封装和发布，微服务应用在容器中运行，实现应用间运行环境的隔离；PaaS平台提供快速打包容器镜像、容器编排、快速启动、微服务持续部署和持续交付等能力。

③分布式消息队列。分布式消息队列提供车务信息平台各业务功能中心之间的异步解耦能力，支撑业务调用的解耦和并行处理，提供普通消息、顺序消息、延时消息、定时消息等多种消息类型，满足实际业务需求。

④分布式业务监控。建立车务信息平台各业务功能、基础资源、缓存、业务调用等的监控预警体系；提供全链路监控，实现对一次用户请求所经历的路径、服务、消费时间、是否有错误等的准确描绘。

⑤分布式事务。车务信息平台采用分布式事务，保障微服务架构中多个服务、消息、数据库组合操作等的事务一致性。

⑥分布式数据库。车务信息平台数据库集中部署在国铁集团，考虑阶段需求、日需求、运单等核心数据汇聚需求，采用分布式数据库，通过数据库并行操作、分库分表、读写分离、平滑扩容等措施，保障数据的操作响应性能和横向扩展能力。

⑦平台健康及应用性能监控。通过可视化界面对车务信息平台核心组件的运维指标提供展示和预警。通过集中的应用监控界面提供应用状态监测和指标信息展示，通过计量数据实时获取应用资源及性能情况等。

⑧日志聚合。构建车务信息平台统一运维管理平台，通过日志聚合对各种应用日志、中间件日志、消息日志、操作系统日志进行聚合、存储，并进行统一的运维和管理，对日志进行有效分析，提供各种应用日志的访问、异常日志过滤筛选等。

⑨动态路由。通过动态路由实现对车务信息平台请求访问的分配与转发，支持通过IPV4/IPV6对微服务应用进行访问。按照流量比例处理所有来访的流量，实现按照权重分配流量、业务无中断升级等。

⑩应用控制台。通过图形化的应用控制台为车务信息平台运维管理及开发人员提供友好界面，实现对平台中应用的管理、运维等操作。

⑪开发语言构建包。通过多开发语言构建包支持车务信息平台开发相关多语言框架和运行环境，包括Java、Node.js等语言及其主流框架。业务应用上传部署过程中，PaaS平台检测业务应用配置，确定适用的构建包。

⑫高可用和自动弹性伸缩。通过PaaS平台实现跨可用区、虚拟机、组件进程和应用实例四级全覆盖，实现车务信息平台的高可用，实现应用实例的自动弹性伸缩。

⑬结构化数据分析。构建结构化数据分析服务，面向平台中的各类结构化数据提供多源异构数据集成能力、数据治理能力以及智能分析能力。

⑭非结构化数据分析。构建基于人工智能的结构化数据分析服务，面向平台中图像等非结构化数据，利用深度学习技术提供样本分类、目标检测、语义分割等分析能力。

⑮多租户管理。车务信息平台PaaS平台为租户分配不同组织和空间，实现不同租户拥有独立的工作空间，各自管理和部署自己可视空间中的应用。

3 货运与车务协同作业的关键环节和业务流程

3.1 场站作业流程

场站作业计划协同流程如图5所示。①计算预计到达时间。根据电子运统1和出发运统1信息以及预计到达时间，推算到达本站的空重车数，并把数据推送给货运管控平台。②取送车需求。车站货调编制取送车需求并推送给现车系统。③取送调车通知单。车务作业人员根据取送车需求编制取送调车通知单，并推送至货运管控平台。④装卸派班。车站货调根据取送调车通知单、货物堆存信息等，编制装卸派班信息，并将装卸车预计完成情况推送给现车系统。⑤取送调车作业。车务作业人员完成取送车作业后，将取送调车作业实际执行信息推送到货运管控平台。⑥装卸作业。完成装卸作业后，通知取车。⑦出线确认。货运系统采集出线时间，推送给现车系统。⑧轨道衡数据推送。如果出线后采集到轨道衡数据，推送给现车系统。⑨现车系统把取送调车作业结束时间推送给货运管控平台。

图5 场站作业计划协同流程Fig.5 Collaborative flow chart of station operation plan

3.2 货检作业流程

货检作业计划协同流程如图6所示。①技检通知。值班员根据现场作业情况发送技检通知给货运管控平台。②回执。货检值班员收到技检通知后，确认收到。③货检作业计划。货检值班员制定货检作业计划，安排货检员进行作业。④货检核对编组信息。货检员在货检作业完毕后，货运管控平台将核对过的列车编组信息推送给现车系统。⑤问题车信息。货检作业完毕后会将甩车、在列整理等问题车信息推送给现车系统。

图6 货检作业计划协同流程Fig.6 Collaborative flow chart of cargo inspection operation plan

4 实施效果

车务信息平台实施后，通过平台对平台数据交换，货运管控平台及时获得现车系统中到发运统1，可以提早完成装卸派班计划的编制，到发运统1中准确的编组信息减少了计划的变更次数，使得计划准确性更高，执行性更强；货运管控平台提前获得列车编组信息，可以准确地提报取送车需求，并在此阶段自动将股道信息传送给车务信息平台，为现车系统编制钩计划增加有效依据，提高钩计划的编制效率；货运管控平台提供的防护牌安设与撤销信息，为现车系统执行钩计划提供判断条件，通过有效卡控，避免车辆货运作业未完成就被调机移动的风险，增加生产安全性；车务信息平台通过整合现车系统，对后台服务的监控与生产数据进行大数据分析，对系统异常及时预警，保证生产作业的稳定运行，减少故障运维所付出的人力和物力；通过车务信息平台与货运管控平台的协同作业，不仅提高了生产效率，还提高了生产作业安全，确保系统运行的稳定性。

车务信息平台在全路范围内实施推广需要与货运管控平台生产实施同步进行，主要分3个阶段。第一阶段在全路范围内选取2个铁路局集团公司作为试点局，每个铁路局集团公司选出2个具有代表性的车站，基本覆盖所有生产作业进行试点，待平稳运行后，进入下一阶段；第二阶段在全路其他16个铁路局集团公司各选取2~3个车站进行试点；第三阶段全路推广。目前已经进行到第二阶段，系统功能稳定运行，达到预期效果。

5 结束语

车务信息平台支撑货运管控平台建设的顺利实施和系统稳定运行，通过平台建设和现车系统改造，实现货运车务之间平台对平台的数据交互和作业协同。货运管控平台有了车务信息平台提供的及时准确的车务信息，不仅加快了货运生产作业，而且在各个作业环节的计划工作中也起到至关重要的作用，保证了计划的准确性，减少了计划调整次数，提高了货运的作业效率，提升了货运管理水平。车务通过规范既有现车系统数据，将实时、完整的车务生产数据整合汇集上移到车务信息平台，保证全路现车系统数据及时性，促进车务系统的大数据应用，使车务管理的信息化水平再上新台阶。