铁路超限超重货物运输管理应用功能设计与研发关键技术

刘 松，刘伟斌，侯云娇，张佳欢

(1.中国铁道科学研究院集团有限公司 北京经纬信息技术有限公司，北京 100081；2.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)

铁路超限超重货物运输作为一种特殊的运输方式，运输货物往往具长、大、重、外形复杂、价值高的特点[1]，与其他货物在运输组织等方面差异较大。超限超重货物运输在安全方面具有特别的要求，特别在运输组织、运输管理、运输方案上要求严格[2-3]。为了保证超限超重货物的运输安全，铁路部门在超限超重货物运输管理制度和理论研究方面不断完善，运输安全管理水平有了显著提高。但是在具体实践中信息化程度不够、理论研究成果应用较少，缺乏有效的管理信息系统支持等问题日渐突出。借助铁路货运生产作业与管控平台(以下简称“管控平台”)的实施，打通了铁路货运各个环节的信息共享壁垒，统一了技术标准，为实现超限超重货物运输管理应用研发提供了必要的条件和技术支撑。

1 超限超重货物运输管理现状分析

1.1 管理制度和理论研究现状

铁路超限超重货物运输经过多年的发展，已经形成了统一规范的管理制度和丰富的理论研究。铁路部门针对超限超重货物运输制定了相应管理制度和规范，明确了一系列管理要求和标准。例如《铁路超限超重货物运输规则》中明确了超限超重定义及等级划分、超限超重车运行规定、长大货物车的运用管理等[4]。同时在超限超重货物运输技术条件安全评估分析、运输管理方案、运输组织、装载加固、超限判定方法、限界管理及限界安全检算等方面的研究已经具备丰富的理论成果[5-6]。

1.2 信息系统发展水平及应用现状

当前铁路超限超重货物运输管理尚缺乏有效的信息化管理系统，信息化应用尚不成体系，具体体现在以下3个方面。

（1）超限运输相关参数计算困难。超限超重货物运输涉及到的许多参数主要依靠人工计算确定，如货物的超限等级、超重等级、重车重心高、偏差量、附加偏差量等数据，其中很多参数人工计算相对复杂，计算结果准确度不高，计算速度相对较慢，容易影响超限超重货物运输判断，无法满足日常运输要求。

（2）路径选择和限界核查困难。超限超重货物运输中路线方案的确定主要依靠过往运输经验判断和人工核查限界，通过人工将超限货物装后轮廓和所选路线方案沿途区间、车站股道最小综合限界数据进行比对。人工核算过程中涉及的限界数据量庞大，耗时长，无法保证限界核算的全面性和准确性，且核算结果数据不可回溯，无法满足超限货物运输时效性要求[7]。

（3）超限电报无法自动生成且依靠纸质流转。超限电报是超限超重货物运输中重要的一环，但目前的报文仍然需要手动编写，并且依赖于纸质流转，由于整体流程和操作规程相对复杂，导致超限超重货物运输审批周期较长[8]，容易出现信息传输不及时或人为误差导致错误的情况，且纸质电报无法长时间保存，难以通过纸质电报进行统计分析。

2 超限超重货物运输管理应用体系设计

2.1 设计要求

超限超重货物运输管理应用是管控平台中的一个重要业务模块，与管控平台采用统一的技术架构和研发标准，包括统一的前后端架构、编码规范、原型设计规范、数据库设计规范、测试规范及文档规范等。以微服务的形式集成到管控平台，通过RPC接口的形式与管控平台其他服务进行数据交换。应用的设计应满足以下要求。

（1）安全性和稳定性。在应用建设过程中，需要加强模块的安全性和稳定性，重要数据采用高强度的加密技术，确保数据的安全性和完整性，避免数据泄露和应用崩溃等问题。

（2）扩展性和升级性。应用需要具备一定的扩展性和升级性，以满足未来的需求和发展。可以采用模块化的设计思想，方便后续功能的扩展和升级。

（3）实时性和响应速度。应用需要保证数据的实时性和响应速度，可以采用数据缓存技术，保证数据的实时性和响应速度。

2.2 流程设计

超限超重货物运输管理涉及车站、站段、铁路局集团公司、国铁集团4级，主要业务流程为超限超重电报生成及流转流程，车站负责数据填报、申请电报生成；站段负责对下属车站申请电报内容进行审核；铁路局集团公司负责车站申请电报、外局转送电报、国铁集团转送电报处理，根据情况生成确认电报或申请电报；国铁集团负责铁路局集团公司申请电报处理，生成确认电报批复等，各级相互协作共同完成超限超重货物运输管理流程。超限超重货物运输管理流程如图1所示。

图1 超限超重货物运输管理流程Fig.1 Management process of over-limit and overweight cargo transportation

2.3 技术架构设计

超限超重货物运输管理应用采用B/S模式进行设计，使用SpringBoot、SpringCloud微服务架构体系。采用前后端分离的模式，前端代码负责展示层，与后端服务通过API进行数据交互，提升了整个系统的可扩展性和可维护性。在技术架构上分为前端展示层、后台服务层、基础服务层、数据存储层4层结构，技术架构如图2所示。

图2 技术架构Fig.2 Technical architecture

（1）前台展示层。使用轻量级前端框架Vue作为前端开发框架，可以实现代码简单、易读、易维护等优点。另外，配合基于Vue2.0的Element UI组件库，提供高质量的UI组件和交互式文档，可大大提高前端开发效率[9]。ES6是JavaScript的下一代标准，支持许多新特性，使用ES6语法使前端代码编写更加简洁、易读、易维护。

（2）后台服务层。采用SpringBoot、SpringCloud微服务开发框架来构建基础服务微服务和核心业务处理微服务，为展示层应用提供全面、可靠的服务支持，并具有独立、高效的服务拓展能力[10]；使用Redis内存数据库来进行缓存数据，减少数据库的访问压力和网络延迟；JdbcTemplate是Spring框架中的一个模块，用于简化JDBC编程，使用JdbcTemplate进行数据库访问，提高数据访问的效率和可读性。

（3）基础服务层。提供SpringCloud框架下服务注册与发现、认证与鉴权、网关、负载均衡、服务调用等能力，并提供文件服务、日志服务等基础服务。

（4）数据存储层。通过使用Oracle 12c来进行结构化数据存储，提高应用的数据存储和查询效率。Druid连接池是一个高性能的JDBC连接池，有着高度的可扩展性和可配置性，通过使用Druid连接池来保证JDBC连接的高速、高可靠性和高度可定制性。

3 超限超重货物运输管理应用功能设计

铁路超限超重货物运输管理应用功能设计应满足超限超重货物日常管理需求，着重解决现阶段存在的问题，主要功能包括货物数据填报、装载方式车型选择、超限计算、路线方案选择、限界核查检算、超限电报流转等。

3.1 货物数据填报

实现对超限超重货物运输基本信息的录入功能，包括发运信息、货物品名、重量、长度、重心高、尺寸轮廓等信息的录入，提供多种类货物一次性填报、一键计算功能，货物数据填报图如图3所示，支持最多20种货物数据填报，每种货物提供最多20个外形高度录入，支持复杂外形货物轮廓录入，能够进行直线部分和圆弧部分数据处理，并能通过货物的尺寸轮廓数据自动生成图形化展示。

图3 货物数据填报图Fig.3 Cargo data filling chart

3.2 装载方式车型选择

实现对超限超重货物运输车型的合理选择，提供高效、自动化的解决方案，用于解决超限货物运输中不同装载方式下车型选择问题。通过提供17种常用的装载方式，满足一车负重、两车跨装、不同条件下加挂游车等运输场景，支持平车、敞车、长大货车等不同种类车型选择。能根据不同装载方式、货物的重量和长度等信息自动匹配筛选出可供选择的车型。此外，还支持模拟不同车型选择时货物超限超重等级计算，并生成装后轮廓尺寸图和超限等级标准对比图，货物轮廓及限界等级轮廓图如图4所示。通过这种方式，可以更好地筛选货物的装载方式和车型选择，直观地展示确认超限等级等。

图4 货物轮廓及限界等级轮廓图Fig.4 Outlines of cargo and limit class

3.3 超限参数计算

通过将超限货物运输相关算法进行集成，根据录入货物参数及所选装载方式车型参数，一键便能自动计算货物装车后在超限运输时所需的各项参数。包括货物计算宽度、内偏差量、外偏差量、附加偏差量、重车重心高、超限等级、超重等级等。借助应用中的集成算法，无需长时间等待即可自动完成全部计算，并展示对应的计算过程方便核查，减少以往人工计算所产生的误差，同时提高计算效率和准确性。超限参数计算功能的集成使得超限货物运输变得更加智能化和高效化，在一定程度上提高了超限运输的安全性，同时也符合现代物流行业数字化转型的要求。

3.4 路线方案选择

根据超限超重货物的常用发站、到站、经由分界口等信息，超限运输管理人员可以提前规划和维护局管内多种不同的路线方案，包括发站到分界口、分界口到分界口、分界口到到站等不同类型的常用路线方案。超限超重货物运输时，分别选择发局路线方案、途经局路线方案、到局路线方案形成完整的超限运输路径，并由各局最终确定各局管内路线方案，解决了现阶段超限运输路径选择困难的问题。同时，还可以结合历史运输数据信息，实现快速路线方案选择，以及对既有运输路线进行优化和调整，确保货物的快速、安全运输。

3.5 限界核查检算

通过接入铁路限界管理系统，使得限界核查检算变得更加自动化和高效。能够根据货物的装后尺寸和路线方案等信息，自动进行限界核查检算，确定所选路线方案对应的区间、车站股道能否通过。将货物装后轮廓和区间、车站股道的最小综合建筑限界进行对比，确定不同区间、车站股道下的运行限制条件，给出对应的限速等级信息，解决了以往手工核算限界时遇到的一系列问题。在限界检算功能的支持下不仅可以实现快速核算，并且能自动生成货物装后轮廓和限界尺寸轮廓对比图以及在不同高度下的计算过程，可以直观地显示不同区间、车站股道的限界对比信息，大大提高了限界核算的准确性和全面性。

3.6 超限电报流转

实现对超限超重货物运输电报全流程的管理功能，包括从车站申请电报提报、铁路局集团公司对车站申请电报自动判断拆分为铁路局集团公司申请或确认电报、国铁集团确认电报批复、途经铁路局集团公司和途经车站电报流转等。系统能够根据货物信息、运输车型、路线方案、限界检算结果等自动生成各级超限运输申请和确认电报报文，自动生成确认电报装运办法等，解决了现阶段超限运输纸质电报流转信息传递不及时、纸质电报无法长期保存的问题，推动了超限运输的信息化进程。

4 结束语

超限超重货物运输管理作为管控平台的重要组成部分，基本实现了超限超重货物运输的系统化管理，弥补了多年来超限超重货物运输缺乏信息系统支持的问题，极大程度提高超限超重货物的运输安全和运输效率。未来，铁路超限超重货物运输的信息化建设是提高运输效率、降低运输成本、保障货物安全的关键。通过信息化技术的应用，可以进一步实现对铁路超限货物运输的管理和控制，为铁路运输部门、货主等提供便捷和高效的服务。铁路运输部门将不断推广信息化技术的应用，加强基础设施建设，优化管理机制，建立多方协同合作机制，提升铁路超限超重货物运输管理水平。