區(qū)域車流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

畢 誠

(濟(jì)南鐵路局 信息技術(shù)所，濟(jì)南 250001)

鐵路日常運(yùn)輸組織工作中，掌握車流信息的準(zhǔn)確性、完整性、實(shí)時(shí)性，決定著運(yùn)輸組織精細(xì)化的程度和效率的高低。收集掌握車流情況及其變化趨勢(shì)是相關(guān)調(diào)度業(yè)務(wù)人員的核心工作；在鐵路生產(chǎn)力布局調(diào)整之后，管理結(jié)構(gòu)優(yōu)化，層次減少，調(diào)度指揮崗位管理跨度增加，工作量加大，使用傳統(tǒng)手段提高運(yùn)輸組織的精確度、效率和效益，使區(qū)域內(nèi)作業(yè)組織均衡、協(xié)調(diào)，已經(jīng)力不從心。隨著鐵路信息化工作的推進(jìn)，各類信息系統(tǒng)逐漸覆蓋了運(yùn)輸調(diào)度指揮涉及的各個(gè)領(lǐng)域和層面。但由于各系統(tǒng)服務(wù)對(duì)象不同，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)交互、共享不足，調(diào)度人員要面對(duì)多個(gè)遠(yuǎn)程或本地系統(tǒng)去查詢、提取和整合所需要的車流信息，因此需要一個(gè)平臺(tái)將散布于各系統(tǒng)中的車流數(shù)據(jù)集中起來，按照調(diào)度指揮崗位的要求將信息整合、銜接和展示，為車流集中掌握及分析推算提供輔助手段。

1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)源分析

區(qū)域車流數(shù)據(jù)產(chǎn)生于運(yùn)輸生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，按車輛位置可簡單分為在站和在途，在站車流主要來源于區(qū)域內(nèi)各站段運(yùn)行的車站現(xiàn)車管理系統(tǒng)，在途車流來源于列車調(diào)度指揮系統(tǒng)和確報(bào)系統(tǒng)，區(qū)域車流數(shù)據(jù)內(nèi)容與分布見表1。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)外部數(shù)據(jù)源車流數(shù)據(jù)的采集、集成，數(shù)據(jù)更新、轉(zhuǎn)儲(chǔ)，車流數(shù)據(jù)分析展示。系統(tǒng)架構(gòu)及功能組成見圖1。

ETL（Extraction transformation Load）子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將分布、異構(gòu)數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、轉(zhuǎn)換、集成，進(jìn)行數(shù)據(jù)的清洗、拆分、匯總等處理，保證來自不同系統(tǒng)、不同格式數(shù)據(jù)的完整性和一致性，按業(yè)務(wù)要求加載到車流數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)中心子系統(tǒng)負(fù)責(zé)創(chuàng)建、維護(hù)、更新各類車流數(shù)據(jù)表，負(fù)責(zé)按面向主題構(gòu)建的歷史數(shù)據(jù)的生成和維護(hù)。數(shù)據(jù)發(fā)布展示子系統(tǒng)由數(shù)據(jù)查詢和多維分析功能組成，是用戶交互接口，面向鐵路局、站段調(diào)度、管理人員提供實(shí)時(shí)車流數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)分析、決策支持信息等。任務(wù)管理子系統(tǒng)提供元數(shù)據(jù)維護(hù)、數(shù)據(jù)采集、訪問接口管理、任務(wù)調(diào)度、系統(tǒng)監(jiān)控和故障處理等功能。

表1 區(qū)域車流數(shù)據(jù)內(nèi)容與分布

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集

建立區(qū)域車流數(shù)據(jù)中心首先需要確定外部數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)采集方案。由于車流數(shù)據(jù)中心服務(wù)器與列車調(diào)度系統(tǒng)服務(wù)器、確報(bào)系統(tǒng)服務(wù)器共同位于鐵路局調(diào)度系統(tǒng)局域網(wǎng)內(nèi)，因此確定在途車流數(shù)據(jù)采集的技術(shù)方案相對(duì)簡單。在站車流信息散布在管內(nèi)各站段數(shù)據(jù)中心，需要通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集有多個(gè)方案，不同的方案將導(dǎo)致軟件結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)量、影響范圍、維護(hù)方式及運(yùn)用效果的差異，在站數(shù)據(jù)采集方案與特點(diǎn)見表2。

表2 在站數(shù)據(jù)采集方案與特點(diǎn)

1.4 數(shù)據(jù)庫對(duì)象設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的應(yīng)用以查詢?yōu)橹鳎脩魧?duì)數(shù)據(jù)無修改、刪除操作，要求響應(yīng)速度快、效率高。同時(shí)，區(qū)域車流數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量大，更新頻度高，按照用戶需求，區(qū)域在站、在途實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新間隔不得高于30 min。據(jù)此，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)中采用反規(guī)范化設(shè)計(jì)，嚴(yán)格控制表的數(shù)量，減少表間關(guān)聯(lián)，最大限度降低連接操作頻度，以適當(dāng)?shù)娜哂嘣O(shè)計(jì)和空間占用來提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中，設(shè)計(jì)靜態(tài)車流表，存儲(chǔ)全部在站現(xiàn)車信息，設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)車流表，存儲(chǔ)全部在途現(xiàn)車信息。

2 功能實(shí)現(xiàn)技術(shù)

2.1 靜態(tài)車流數(shù)據(jù)采集

既有現(xiàn)車管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)平臺(tái)均為Oracle9i以上版本，因此，利用Oracle Pro*C開發(fā)工具開發(fā)車站數(shù)據(jù)采集軟件模塊，部署于各站段現(xiàn)車數(shù)據(jù)中心，自動(dòng)采集現(xiàn)車數(shù)據(jù)。該模塊與自研FTM傳輸軟件、數(shù)據(jù)中心加載模塊和監(jiān)控模塊共同構(gòu)成了系統(tǒng)的ETL子系統(tǒng)。車站數(shù)據(jù)采用全量抽取模式，類似數(shù)據(jù)復(fù)制。根據(jù)各類型車站系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)決定抽取字段及抽取規(guī)則，構(gòu)建運(yùn)用支持系統(tǒng)的讀取控制表作為系統(tǒng)抽取策略。在數(shù)據(jù)中心端，采用全刪除加載模式，加載前刪除相應(yīng)舊數(shù)據(jù)，對(duì)新數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和清洗后入庫，2次刪除動(dòng)作間，安排歷史數(shù)據(jù)生成、轉(zhuǎn)儲(chǔ)作業(yè)。在車站端，將數(shù)據(jù)采集與傳輸軟件集成，將采集、清洗、打包、傳輸和管理功能整合到一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)程中，簡化結(jié)構(gòu)，利于遠(yuǎn)程運(yùn)維管理。

由于尚有部分中小站未實(shí)施現(xiàn)車系統(tǒng)，同步開發(fā)實(shí)施了集中式運(yùn)用車管理系統(tǒng)，覆蓋區(qū)域內(nèi)全部有貨車出入的中小站，不具備網(wǎng)絡(luò)條件時(shí)由車務(wù)段調(diào)度代為管理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)車數(shù)據(jù)采集。并基于確報(bào)系統(tǒng)，列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS）提供的部分站存車信息為系統(tǒng)提供輔助數(shù)據(jù)源，降低錄入工作量。

2.2 動(dòng)態(tài)車流數(shù)據(jù)采集

利用Oracle數(shù)據(jù)庫提供的任務(wù)隊(duì)列管理器Job queue和存儲(chǔ)過程，實(shí)現(xiàn)基于TDCS/CTC列車調(diào)度指揮系統(tǒng)、列車調(diào)度指揮系統(tǒng)以及確報(bào)系統(tǒng)的在途車流實(shí)時(shí)采集處理。數(shù)據(jù)抽取策略設(shè)定為按時(shí)間段讀取，只讀取實(shí)際運(yùn)行列車信息。動(dòng)態(tài)車流實(shí)時(shí)采集與處理的關(guān)鍵是在途列車運(yùn)行線與確報(bào)匹配，即貨車車輛屬性及裝載內(nèi)容與運(yùn)行信息的集成。匹配綜合運(yùn)用列車車次、時(shí)間戳、調(diào)度系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、確報(bào)發(fā)報(bào)時(shí)間、內(nèi)容等多種元素。針對(duì)個(gè)別匹配失敗的情況，利用數(shù)據(jù)更新進(jìn)行重復(fù)匹配，提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。在數(shù)據(jù)中心端，同樣采用全刪除加載模式。2次刪除動(dòng)作間，安排歷史數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)作業(yè)。

2.3 數(shù)據(jù)中心管理

2.3.1 車流信息整合

為提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度和完整性，運(yùn)用Oracle Job 和存儲(chǔ)過程，基于調(diào)度系統(tǒng)、確報(bào)系統(tǒng)、鐵路局現(xiàn)車庫系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)由于現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程不連續(xù)、不規(guī)范所導(dǎo)致的區(qū)域車流中的待發(fā)、待解車流數(shù)據(jù)，采用增量加載模式加載入庫。該作業(yè)與動(dòng)態(tài)車流采集作業(yè)接續(xù)運(yùn)行。

2.3.2 去向數(shù)據(jù)計(jì)算

建立與列車編組計(jì)劃動(dòng)態(tài)監(jiān)控和實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)接口數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)入，生成車流徑路信息庫。利用數(shù)據(jù)庫觸發(fā)器、調(diào)用徑路數(shù)據(jù)計(jì)算存儲(chǔ)過程，在數(shù)據(jù)加載入庫時(shí)，自動(dòng)計(jì)算重車去向、后續(xù)技術(shù)作業(yè)站、通過分界口等數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)線路、區(qū)間、分界口的自動(dòng)劃分，為車流分析及推算提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.4 數(shù)據(jù)傳輸

研發(fā)了跨操作系統(tǒng)平臺(tái)、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸中間件軟件（FTM）。采用Socket技術(shù)，設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃ｒ?yàn)協(xié)議和斷點(diǎn)恢復(fù)的實(shí)現(xiàn)方法，實(shí)現(xiàn)了跨系統(tǒng)平臺(tái)（Unix、Windows、VMS）數(shù)據(jù)的可靠傳輸，采用了LZSS壓縮算法和自主開發(fā)的加密算法，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕岣吡藬?shù)據(jù)傳輸?shù)男省⒉糠謹(jǐn)?shù)據(jù)邏輯檢查及基于統(tǒng)一基礎(chǔ)字典的數(shù)據(jù)規(guī)范化功能納入傳輸中間件。

2.5 數(shù)據(jù)發(fā)布

數(shù)據(jù)分析發(fā)布子系統(tǒng)面向鐵路局、站段2級(jí)運(yùn)輸管理和調(diào)度指揮崗位，實(shí)現(xiàn)調(diào)度各工種間，局、站2級(jí)調(diào)度間車流信息的統(tǒng)一發(fā)布。根據(jù)用戶的類別和角色分別提供不同深度、不同層次的數(shù)據(jù)展現(xiàn)。系統(tǒng)采用面向服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)（SOA），將基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)整合優(yōu)化，使其重新組合和應(yīng)用。與傳統(tǒng)的緊耦合架構(gòu)相比，松耦合架構(gòu)更能適應(yīng)業(yè)務(wù)的變化，其特征對(duì)數(shù)據(jù)展示發(fā)布具有重要的指導(dǎo)意義。面向服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)可以更多地繼承原有系統(tǒng)中的應(yīng)用模型、業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系和數(shù)據(jù)，降低系統(tǒng)重構(gòu)的造價(jià)，提高效率。為滿足部署簡單、適應(yīng)平臺(tái)廣、訪問便捷、易于升級(jí)等設(shè)計(jì)性能目標(biāo)，考慮良好的可擴(kuò)展性及低廉的維護(hù)成本，在SOA架構(gòu)下，數(shù)據(jù)分析展示系統(tǒng)采用基于J2EE應(yīng)用的B/S設(shè)計(jì)模式進(jìn)行構(gòu)建，如圖2，用戶通過瀏覽器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

圖2 基于SOA模式的J2EE架構(gòu)

2.6 任務(wù)管理

對(duì)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心管理子系統(tǒng)的各類應(yīng)用程序、傳輸軟件、數(shù)據(jù)庫作業(yè)、服務(wù)器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警及進(jìn)程恢復(fù)等維護(hù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控、維護(hù)自動(dòng)化，減輕軟件維護(hù)及監(jiān)控工作量。負(fù)責(zé)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)字典，接口參數(shù)表管理。

3 結(jié)束語

通過系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，建立了鐵路局車流集中管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了管內(nèi)現(xiàn)車數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、匯總、查詢、分析，實(shí)現(xiàn)在途車、站存車按移交、管重、線路、調(diào)度臺(tái)、分界口等分類統(tǒng)計(jì)查詢。以統(tǒng)一數(shù)據(jù)源為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了推算分析結(jié)果的統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)了多角度分析應(yīng)用。對(duì)準(zhǔn)確、完整地掌握車流信息，提高車流調(diào)整、計(jì)劃編制、車站作業(yè)組織的質(zhì)量和效率，優(yōu)勢(shì)明顯。作者將以此為基礎(chǔ)進(jìn)行短期車流推算的探索。

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