基于多活性代理的鐵道綜合業務管理平臺研究

鄭德勇，熊開宏

(1.北京國鐵華晨通信信息技術有限公司，北京100070；2.方正國際軟件有限公司，北京100080)

隨著我國鐵路建設的快速發展，特別是高鐵的迅猛發展，鐵道的日常管理越來越依賴于信息化手段，鐵道系統的日常運營對信息化系統的實效性、穩定性、安全性等各方面的要求也越來越高。

隨著物聯網、云計算、新一代移動通訊技術等新技術的發展和普及，鐵道系統的信息化建設也面臨著新的發展機遇和挑戰。如何提高鐵路系統的運營管理水平，減少各種意外故障導致的各種事故，提高鐵路運輸的效率和安全性，特別是提高面向廣大人民群眾的服務水平，是鐵道信息化在新時代需要思考的問題。

鐵路信息化中的信息系統由于面臨大規模的海量數據、巨大的用戶規模、復雜的應用環境和不同的服務對象等多種因素帶來的挑戰，其中的信息系統將是一個高度自治、分布、協同的復雜巨系統。這樣的信息系統的建設，從建設思路、設計理念、技術實現，到系統運維等諸多方面都應該有所改變和突破。本文將系統工程領域最新的針對復雜信息系統研究的多活性代理思想引入到鐵路信息化領域，并通過設計一種新的虛擬運營中心（VOC）的體系架構，探討提高鐵道信息化中系統的集成度和靈活性的可能性，希望能對鐵路信息化的發展起到一定的促進作用。

1 鐵道信息化的現狀和問題

由于網絡和通訊等信息技術的不斷擴展應用，鐵道的信息系統的結構和功能變得越來越復雜，系統規模越來越龐大，涉及的時間和空間范圍越來越廣。特別是以物聯網為代表的下一代網絡應用，將互通互聯并相互感知協調的概念延伸至鐵道各個產業鏈的全程和物理設備終端，在帶來巨大技術進步和社會經濟效益的同時，將形成前所未有的巨大復雜信息系統[1]。

目前鐵道系統內已經建設了很多管理系統、調度指揮系統、售檢票系統等，有些也建設了好多年。但不同系統之間基本都是相互獨立的，在鐵道系統內形成了一個個的信息孤島，這些孤立的信息系統已經越來越不能滿足新時期鐵道部門對管理效率和服務水平的更高的業務需求。在物聯網時代，很多系統都面臨著升級改造和重新建設等問題，如何利用系統工程的理論，在整體規劃、統一設計和分步實施的原則指導下，通過基于信息資源規劃的細化頂層設計，是新一代鐵道信息化（或智慧鐵道）建設首先要考慮的、直接關系到鐵道信息化后續發展的核心問題。

2 多活性代理設計方法

多活性代理 MLA（Multi-Living Agent）[2]復雜信息系統理論是近年新提出的一種主要針對人工設計系統的復雜信息系統研究理論，可用于指導復雜信息系統的體系結構設計。該理論建立起一套框架理論，提供橋梁來連接基本系統原理和人工系統架構設計理論之間的空隙。其基本要點是：首先，將人工系統的組成采用有層次的活性代理來表述。多代理理論在系統建模和仿真領域已經有成功應用，多活性代理復雜信息系統理論借用這一模型來刻畫系統的基本組成結構。為了表現系統的耗散和自組織特性，該理論引入活性這一概念。所謂“活性”體現出人工系統的特點：人為設計并服務于特定的設計目的，即系統的功能性，系統（或代理）發揮其設計功能的能力和程度就是活性[2]。活性概念為系統的架構設計引入一個核心的、基礎的目標，統一了諸如穩定性、可靠性、可擴展性等傳統系統設計中的質量屬性，為進一步深入構建人工系統架構設計理論奠定了基礎。其次，為抽象系統自組織特性的設計目標，提出了活性自組織的概念，并建議用條件集合映射到自組織機理集合的兩集合模型來描述活性自組織機理。第三，為便于指導工程應用，該理論提出了多活性代理復雜信息系統的功能模型及代理間的協商協調機制。

信息系統設計技術由面向過程（任務）發展到面向對象，之后又發展到面向服務、面向代理、面向多代理。多活性代理方法概念，為鏈接復雜系統理論和工程應用提供了手段。該方法立足于系統的本質特征，具有定性與定量相結合、分析與綜合相結合、人機結合、軟硬件相結合、獨立與嵌入生存相結合等優點，適合于復雜系統動態構建及功能的技術設計發展研究。

3 基于多活性代理的鐵道綜合業務管理平臺

在多活性代理理論框架下，對活性代理本體和活性代理之間的協商協調機制建模，用以刻畫復雜信息系統的本質特征，真實反映實際信息系統組分（穩定運行系統的最小單元）對信息的處理特征。

考慮強約束、高對抗環境對復雜信息系統的影響，如信息的準確性、保密性、完整性、時效性等在集成系統中的演變；考慮強約束、高對抗環境對系統組分的影響，如物理約束、維護約束如何分解到異構組分上。

在建立復雜信息系統的結構之后，要研究系統動態運行的特征，建立反映復雜信息系統本質特點的多代理模型，在現代計算科學支持下，用建模和仿真技術對系統關鍵性態進行定量考察，形成一套面向鐵道應用領域的復雜信息系統理論體系和技術體系。

利用多活性代理的理論，針對鐵路信息系統中的典型應用進行模型抽象和設計，基于企業服務總線（ESB）建立鐵道復雜網絡之間、復雜業務流程系統之間的多活性代理服務，集成鐵道實時智能信息平臺、空間實體可視化服務平臺、智能視頻監控服務平臺和業務流程服務，實現面向空間數據、結構化數據、非結構化數據、實時數據進行統一管理和建模的BPM智能協同服務平臺，滿足鐵道各單位、各部門業務流程互聯、協同服務，為快速開發復雜信息系統提供強有力的技術支撐。提高智慧鐵道中應用系統建設的效率和成功率。

基于多活性的鐵道綜合業務管理平臺的體系架構如圖1所示。

基于多活性代理的鐵道綜合業務管理平臺是在多活性代理理論和設計方法的指導下，針對鐵道行業的應用特點，提煉和抽象出一系列的代理模型，結合GIS和BPM等技術在鐵道行業的應用和實踐經驗，設計和開發新一代面向代理的綜合業務智能開發平臺。通過平臺自動完成多活性代理在穩定性、可靠性、安全性、靈活性、可擴展性等體現活性的技術實現，讓開發人員把主要精力放在業務邏輯的實現上，從而使得通過綜合業務職能開發平臺開發的應用系統比以往的系統具有更開放、更穩定、更安全、更靈活等特性，大大降低復雜信息系統建設的難度和工作量。并且，復雜系統的開發不再依賴某些技術水平比較高的開發人員才能保證系統質量，而是普通的開發人員利用這個智能開發平臺也可以開發出高質量的復雜應用系統，從而降低了復雜信息系統建設的難度和成本，提高復雜信息系統建設的效率和成功率。

4 虛擬運營中心（VOC）體系架構

在新一代的鐵道信息化系統建設中，要在利用多活性代理的綜合業務管理平臺快速構建新系統的基礎上，利用信息資源規劃的理論對業務進行梳理，并利用開放的體系架構實現對現有系統的平滑升級和無縫整合。

新一代的鐵道信息化整體架構建議采用遵循開放的SOA技術標準的虛擬運營中心（VOC）體系架構。通過信息資源規劃、數據環境重建、業務流程重構等分析和設計方法，利用 ESB、BPM、BI、門戶等技術實現數據集成、業務集成和界面集成。如圖2所示。通過高度集成化的、個性化的、多終端、多形式的統一信息展現，在單一界面中瀏覽和操作所有系統的信息，讓用戶在最短的時間內得到需要的信息和服務，發現隱藏在各個不同部門的不同應用系統中的關鍵信息。并利用系統的預測分析功能，將反應性決策改變為前瞻性決策，讓信息化建設的應用效果逐步達到期望的智慧化的程度，從而提高工作效率、管理水平和服務水平。

在多活性代理的復雜信息系統理論指導下，結合鐵道行業應用的特點和面臨的問題，設計和開發基于多活性代理的綜合業務管理平臺，并搭建一個開放的虛擬運營中心（VOC）基礎架構，為物聯網時代的鐵道行業信息化提供了一個新的建設思路和強有力的技術支撐。

[1]王越.復雜信息系統構建的新方法-多活性代理方法[J].中國工程科學，2006，8（5）：30-34.

[2]錢學森，戴汝為，于景元.一個科學新領域-開放的復雜巨系統及其方法[J].自然雜志，1990，13（1）：3-10.