鐵路客運管理信息系統總體架構及關鍵技術研究

楊國元，史天運，方 凱，張秋亮

（1.中國鐵道科學研究院，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京，100081）

鐵路客運管理信息系統總體架構及關鍵技術研究

楊國元1，史天運2，方 凱2，張秋亮2

（1.中國鐵道科學研究院，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京，100081）

通過分析國內客運管理信息系統的應用現狀，結合中國鐵路客運實際，提出了基于SOA的中國鐵路客運管理信息系統總體架構設計。從總體架構、業務架構、邏輯架構逐層展開剖析，說明了基于SOA的客運管理信息系統總體架構的優點，并對其關鍵技術進行了全面總結和分析，對于系統的深化研究、開發和后續升級具有一定意義。

SOA；客運管理信息系統；總體架構；關鍵技術；

我國鐵路經過多年信息化建設，已投入應用的鐵路運輸調度指揮、鐵路客票發售與預訂、鐵路旅客服務等系統在鐵路行車調度指揮、客票發售預訂、列車到發信息展示、旅客候車引導等方面發揮了重要作用，各系統之間實現了信息共享。而在鐵路客運管理信息化建設方面還比較薄弱，各個鐵路局、客運站段根據自身業務需求建立了一些相關信息系統，包括：排班、績效考勤、人事檔案、電源環境監控、機電設備管理等，雖然在本鐵路局、站段客運管理方面發揮了一定作用，但存在著諸多方面的不足：

（1）系統業務功能單一，局限在本鐵路局或者本站段使用，無法在全路使用。

（2）系統的建設缺乏統一的技術架構設計，內部結構復雜，集成耦合度高，難以支持新業務的需求，升級擴展困難，重復開發現象嚴重。

（3）系統自成體系，缺乏統一的接口服務標準，難以實現信息共享、綜合利用，造成信息源不統一，數據重復錄入，使用效率不高，維護困難。

（4）系統的開發平臺，數據庫各異，獨占服務器、網絡等資源，共享度低，造成硬件、網絡資源浪費，機房電力資源浪費。

因此，針對我國目前鐵路客運部門信息系統應用現狀，有必要統一規劃鐵路客運管理信息系統的建設，減少重復建設投資，實現資源共享。鐵路客運管理信息系統以促進鐵路客運信息共享和綜合利用[1～2]，提升鐵路客運生產作業能力和管理水平為目標，利用信息技術、集成技術、接口技術、圖像處理、視頻處理等技術，實現客運作業、運輸組織、生產管理等業務在內的功能需求，建設形成以鐵路總公司、鐵路局、客運站段三級管理、決策科學的綜合管理信息系統。通過系統的建設能夠實現全路客運信息共享、網絡資源共享、硬件資源共享以及信息集成，減少了各業務部門對信息系統的重復建設投資，節省了成本，提高了客運管理與服務工作效率。

1 鐵路客運管理信息系統架構設計

面向服務的體系結構（SOA，Service Oriented Architecture）是一個組件模型[3]，它將應用程序的不同功能單元（稱為服務）通過服務之間定義良好的接口和契約聯系起來。通過企業服務總線（ESB，Enterprise Service Bus）實現服務的發布、查詢、綁定和調用。SOA提出了服務提供者、服務注冊中心、服務請求者3種角色，服務發布、服務查詢、服務綁定調用3種基本操作，以及簡單對象訪問協議（SOAP，Simple Object Access Protocol）、通用描述、發現與集成服務（UDDI，Universal Description Discovery and Integration）、Web服務描述語言（WSDL，Web Service Describe Language）3個基礎組件。

鐵路客運管理信息系統根據客運站段業務應用及鐵路局、鐵路總公司集中管控、分級負責的需求，采用SOA技術理念，將相關業務功能抽象成標準、統一的接口服務，集成客票、動車組管理、客車管理、調度、人事、旅客服務等系統的信息，進一步對這類集成信息進行清洗、分析、統計和挖掘，實現全路客運信息集成共享，提高客運生產效率，為客運部門科學管理、決策提供信息化支撐。

1.1 總體架構

鐵路客運管理信息系統的總體架構與鐵路客運運營管理體制相適應，按照客運管理統一指揮、集中管控、分級負責的管理模式，本架構劃分為鐵路總公司、鐵路局、客運站段三級信息系統，總體框架如圖1所示[4～5]。

圖1 鐵路客運管理信息系統總體架構

鐵路客運管理信息系統由鐵路總公司客運管理信息系統（簡稱：鐵路總公司客管系統）、鐵路局客運管理信息系統（簡稱：鐵路局客管系統）、客運段客運管理信息系統（簡稱：客運段客管系統）、客運站客運管理信息系統（簡稱：客運站客管系統）、車載客運管理信息系統（簡稱：車載客管系統）組成。鐵路總公司客管系統主要負責監控、管理全路客運生產、客運作業、客運服務的總體情況，完成全路客運業務計劃審批，實現客運業務的規范、集中管理，客運信息的集成、共享，同時為輔助決策提供支持。鐵路局客管系統負責監控、管理所轄站段客運生產、客運作業、客運服務的情況，完成局管內客運業務計劃審批。客運站段客管系統負責本站段具體的客運生產、客運作業的執行、實施以及客運業務計劃的編制、上報等。車載客管系統主要負責列車與地面客管系統的業務數據交互、車載客運計劃簽收執行等。客運站段客管系統重業務應用、數據處理，鐵路總公司客管系統重決策統計、分析，數據共享。

鐵路客運管理信息系統的接口包括外部接口和內部接口。外部接口包括接收客票系統的基礎車次、開行計劃、客運票價、車內實時人數等信息，接收動車組管理系統的動車組編組信息，接收客車管理系統的普速車編組信息，接收調度系統的客運調度命令、列車到發等信息，接收人事系統的人事靜態基礎信息，接收旅服系統的候車信息。內部接口包括鐵路客運管理信息系統內部各個功能模塊的標準接口。

鐵路客運管理信息系統的網絡結構采用兩級組網方案，包括鐵路辦公網和站車交互網。鐵路總公司、鐵路局、客運站段客管系統通過鐵路辦公網實現互聯互通，車載客管系統通過站車交互網絡與鐵路辦公網互聯。此外，在鐵路總公司級，鐵路辦公網與客票專網互聯；在鐵路局級，鐵路辦公網與調度專網、旅服專網互聯；鐵路客運管理信息系統與外部系統之間的數據交互通過接口調用的方式實現。

1.2 業務架構

業務架構是在對鐵路總公司、鐵路局、客運站段的客運業務、運輸組織、生產管理的需求分析及流程分析的基礎上，進一步明確、深化客管系統的總體功能、各業務的應用功能以及與外部系統之間的信息交互方式。根據客運部門組織結構、分工職責、生產業務及全路客運業務信息集成、共享的原則，給出了業務架構示意圖，如圖2所示。

圖2 鐵路客運管理信息系統業務架構

圖2所表示的鐵路客運管理信息系統業務架構，包括鐵路總公司、鐵路局、客運站段客管系統的業務功能，以及橫向、縱向業務功能的數據交互。

從橫向來看，鐵路總公司客管系統和鐵路局客管系統主要以作業計劃審批、統計，行車監控、指揮，乘務作業監控，應急預案制定，客運安全管理為主。鐵路總公司主要以全路客運業務為主，鐵路局主要以鐵路局所轄站段客運業務為主。客運站段客管系統主要以客運業務計劃編制、上班、執行、統計，段擔當列車監控指揮，乘務作業實施，站段人員績效考核管理、文電資料管理、應急管理、客運安全管理，客運設備管理為主。

從縱向來看，一方面，客運段上報客運業務計劃到鐵路局，鐵路局審批通過后，再上報鐵路總公司審批，待鐵路總公司審批通過后，反饋到客運站段進行執行，形成“上報—審批—反饋—執行”的閉環控制。另一方面，鐵路總公司垂直管理鐵路局、站段，對全路客運信息進行全面監控、統計分析、挖掘，為決策支持提供依據。

基于SOA的架構設計，從業務使用的用戶角度來看，系統的界面是面向業務功能、后臺數據的集成整合，用戶并不關心應用如何實現，數據如何抽取、集成。從系統開發的研發人員角度來看，業務是經過抽象了的、基于標準的、可共享的、可復用的服務，以及對這些服務的組合編排，各功能模塊之間以及與外部系統之間的數據交互通過服務調用方式來實現。當業務需求、業務級別、業務重點或管理方式發生變化時，能夠快速靈活的通過服務重構、組合、復用來完成或執行變化，降低服務之間的耦合性，以滿足業務需求或管理方式。鐵路客運管理信息系統中的業務功能并不是通過一個單一的服務來實現的，以乘務計劃服務為例，鐵路總公司級乘務計劃服務，是通過對各鐵路局乘務計劃服務的組合調用來實現的，而各鐵路局的乘務計劃服務又為本局、段客管系統其他功能模塊提供服務，同一個服務可以被多個功能模塊調用使用，提高了服務的重用性。

1.3 邏輯架構

本文采用Web Service的方式實現SOA，結合鐵路客運管理信息系統執行具體業務的流程及特點，將系統的應用和數據分開，根據SOA不同的服務組件粒度及服務組合，構建一個標準化的集成框架模型來支持對系統的異構集成[6]，如圖3所示，將鐵路客運管理信息系統劃分為5層：用戶交互層、業務處理層、服務組合層、數據訪問層和數據處理層。

1.3.1 用戶交互層

用戶交互層是用戶使用客戶端訪問系統各應用服務功能集，由客戶端發出請求，后臺響應請求，將結果展示在客戶端，其中系統應用服務功能集表現在客管系統中業務功能模塊。

1.3.2 業務處理層

業務處理層實現與用戶交互層的交互，同時負責調用服務組合層服務。用戶交互層客戶端通過SOAP協議發出服務請求，通過工作流引擎Web服務接口的WSDL文件在UDDI服務注冊中心查找定位相應的服務，并調用服務進行執行處理，將執行的結果反饋給用戶交互層客戶端[7]。查找定位的服務不一定只局限在單一區域（鐵路局）、單一服務（單一功能），而根據業務的需求，可以將多個鐵路局、多個應用服務進行組合、編排，同時這些服務的組合、編排也需要自動化過程來完成，這就需要由工作流引擎來完成。工作流引擎的流程執行文件由業務流程執行語言（BPEL，Business process execution language）來描述。BPEL可以完成對各種服務的組合、編排，形成更為復雜的服務，生成業務流程服務執行的順序。而工作流引擎便按這個順序來執行任務或流程。

圖3 邏輯架構

1.3.3 服務組合層

服務組合層是系統服務的集合，包括流程監控服務、安全監控管理服務、公共服務、外部服務和業務服務。流程監控服務完成對工作流引擎流程執行順序及流程狀態的監控，安全監控管理服務完成用戶ESB的監控及對用戶訪問服務的授權管理，完成對具體ESB服務的安全、授權管理。公共服務組件完成ESB的核心功能，完成安全策略配置、路由調度、數據安全校驗、消息監聽、轉換等，為系統提供安全可靠的保障。業務服務組件是對系統應用業務服務的集合，包括乘務計劃、列車在途監控、列車上水、列車直供電等客運業務服務及多種服務的組合。

1.3.4 數據訪問層

數據訪問層主要由對數據庫各種操作的服務組成，包括數據管理服務、數據服務、數據接口服務、數據復制服務等。數據管理服務主要針對數據庫操作的可視化監控及管理，數據服務主要實現對數據庫操作語句的規范化處理，數據接口服務實現基于JDBC和接口技術實現跨平臺的數據庫訪問，數據復制服務主要實現其他外部系統提供大批量基礎數據的復制。

1.3.5 數據處理層

數據處理層是系統所有數據的集合及處理，數據集合包括基礎數據、外部系統數據、各類異構業務數據庫（計劃數據、作業管理數據等）、系統數據庫、流程數據庫數據等。數據處理主要完成對數據文件、視圖文件、公共數據、流程數據、業務數據的處理，同時還包括對各外部系統的接口數據清洗、抽取、轉換，使之符合客管系統的需求。數據平臺主要實現對不同操作系統（Windows，Linux等）、不同數據庫（SQL server，MySQL，Oracle等）的數據集中轉換，起到數據中間件轉換作用。

2 關鍵技術

2.1 地理信息系統及定位技術

利用地理信息系統、定位技術實現在全路路網上對在途列車運行的可視化追蹤、監控，實時車內人數、列車編組、列車值乘人員信息及車內其他相關信息的可視化展示。在途列車可采用GPS、北斗衛星、基站或列控系統進行定位。

2.2 客運乘務計劃自動編排技術

根據列車運行圖，建立車底交路計劃、班組交路計劃、值乘人員交路計劃三類計劃的自動編制優化模型，研究全局智能優化算法，實現各類計劃的自動生成和自動調整，提高人員勞動生產率，提高車底周轉率，減少班組的熱備率，降低人力資源成本。

2.3 備品、備件管理技術

建立統一清晰的各類客運列車備品、備件分解模型[8]，研究備品、備件唯一編碼和名稱、種類字典，實現備品、備件錄入的自動選擇。對于新運營車型的備品、備件，系統根據車型自動給出規范化建議，通過人工交互，實現字典及編碼的不斷完善。

2.4 車載信息和基地信息融合及應用技術

在列車在運行過程中，將列車上客運作業、客運任務、營運狀態等通過站車交互通道落地鐵路總公司客管系統，屬于不同鐵路局、客運站段的信息，由總公司再分發到相應鐵路局、站段。對于發現的問題，地面人員可以通過系統及時反饋給在途列車。其中需要研究大量車載信息處理技術和策略、數據轉發同步技術。

2.5 客運設備全壽命周期管理技術

建立客運設備故障檢測模型，實時監測相關設備運行狀態，保障生產的安全穩定進行；跟蹤故障管理狀態，實現故障發現、故障錄入、故障派工、故障維修、故障回填簽收的一體化流程管理，保證故障責任到人、及時處理與審核；形成維修記錄和故障記錄的知識庫，實現設備的全壽命周期管理。

2.6 車站設備節能控制技術

采用無線傳感器網絡實時采集溫度、濕度、亮度、噪聲等信息，建立網絡環境，運用分布式信息融合算法，建立噪聲濾波控制等模型，為智能控制車站照明、空調、電梯、通風等設備提供監控環境，實現車站節能降耗。

3 結束語

本文通過抽象鐵路客運業務需求，提出了基于SOA的鐵路客運管理信息系統總體架構，并從總體架構、業務架構、邏輯架構層面進行了深入的分析、研究，構建了鐵路客運管理信息系統。通過對客票、調度、動車組管理等其他外部系統信息的集成和挖掘，以標準化服務的模式為鐵路客運管理系統各業務功能模塊提供統一的接口服務，以實現全路客運信息共享、集成，并對系統的關鍵技術展開討論，為系統的建設、開發和實施提供了技術參考。

[1] 中華人民共和國鐵道部信息化領導小組辦公室.鐵路信息化總體規劃[Z]．北京：中華人民共和國鐵道部信息化領導小組辦公室，2005．

[2] 中國鐵道科學研究院.鐵路客運管理信息系統總體方案[R].北京：中國鐵道科學研究院，2014，12.

[3] 李 平, 史天運, 裴坤壽.鐵路信息共享平臺體系結構研究[J].中國鐵路, 2008（5）：23-26.

[4] 孫遠運, 劉 剛, 馬均培.客運專線運營調度系統總體架構設計[J].計算機工程與應用, 2009（32）：215-221.

[5] 張 健.鐵路客運專線信息系統總體架構探討[J].鐵道通信信號, 2009, 45（6）：40-44.

[6] 史天運, 徐春婕, 呂曉軍.面向服務的大型鐵路客運站管理系統研究[C].2014 第九屆中國智能交通年會優秀論文集, 2014.

[7] 鄧水光, 黃龍濤, 尹建偉,等.Web服務組合技術框架及其研究進展[J].計算機集成制造系統, 2011, 17（2）：404-412.

[8] 史天運, 張莉艷, 李 平,等.基于對象的鐵路公用

責任編輯 王 浩

General framework and key technologies of Railway Passenger Transport Management Information System

YANG Guoyuan1, SHI Tianyun2, FANG Kai2, ZHANG Qiuliang2
( 1.China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China; 2.Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

Through analyzing the current application status of domestic Passenger Transport Management Information System, combining with the physical truth of railway passenger transport, this article proposed the overall architecture design of China Railway Passenger Transport Management Information System based on SOA, analyzed the overall architecture, business architecture and logical architecture, explained the advantages of the overall architecture of the System based on SOA.The key technologies were summarized and analyzed comprehensively, it also has certain practical signifcance to the deep research, development and subsequent upgrades of the System.

SOA; Passenger Management Information System; overall architecture; key technology

U293.1∶TP39

A

2015-09-01

楊國元，在讀博士研究生；史天運，研究員。

1005-8451（2016）03-0022-06