鐵路大數據標準體系研究

吳艷華，鄭金子，李平，馬小寧

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

0 引言

隨著科技社會的不斷進步，各類工作分工越來越細、參與者越來越多、協作過程越來越復雜，標準就是在這些問題越來越顯現的階段應運而生的。GB/T 20000.1—2014《標準化工作指南 第1部分：標準化和相關活動的通用詞匯》附錄A表A.1序號5.3中對標準的定義是：通過標準化活動，按照規定的程序經協商一致制定，為各種活動或其結果提供規則、指南或特性，供共同使用和重復使用的文件。一方面，制定和實施標準是保障分工協作過程中統一、協調、順暢的有效措施；另一方面，標準也是科學、技術和實踐經驗的總結。各行業都紛紛認識到構建標準體系、建立各項標準的重要性，如電子政務行業提出“電子政務標準先行”，制造業提出“智能制造標準先行”。

近年來，鐵路先后發布不同專業信息化相關標準及規范等。在公用基礎信息標準方面，僅有通信、線路、鋼軌損傷、貨運事故分類、行車事故統計、貨車車種車型車號、貨物運輸品名等標準；在業務應用系統標準化方面，僅僅涉及到列車超速防護、調度集中和調度監督系統以及DMIS、調度集中和調度監督系統間的數據通信標準；在數據接口方面，制定TMIS與DMIS間的數據接口規范、鐵路電子支付平臺數據接口規范和中俄鐵路電子數據交換接口規范等[1]。總體而言，與電力、銀行、航空等行業相比，鐵路行業在信息化標準方面還存在一定差距：一是現有鐵路信息化標準比較零散，不成體系；二是鐵路信息化標準體系是一個有機的整體，正處于逐步建設階段，許多方面缺乏完備的技術標準。

鐵路大數據作為促進鐵路業務創新增值、提升企業核心價值的重要驅動力，亟須逐步填充完善其相關標準[2]。基于國家大數據標準體系現狀，開展鐵路大數據標準體系研究，一方面將健全鐵路大數據標準體系，另一方面滿足鐵路數據服務平臺、鐵路大數據應用建設的急迫需求，同時也為《鐵路信息化總體規劃》和《鐵路大數據應用實施方案》的全面推進奠定大數據標準化基礎。

1 大數據標準研究現狀

1.1 國外大數據標準研究現狀

美國國家標準與技術研究院（National Institute of Standards and Technology，NIST）的NBD-PWG小組是最早開展大數據標準化工作的組織，該小組下設術語和定義、用例和需求、安全和隱私、參考體系結構以及技術路線圖5個分組。目前，已經發布《NIST.SP.1500.1～7》等V1.0版本系列標準，標準卷名分別為《大數據定義》《大數據分類》《大數據用例和需求》《大數據安全和隱私需求》《大數據參考架構調研白皮書》《大數據參考架構》《大數據路線圖》，同時V2.0版本研究工作正在展開[3]。英國標準協會（BSI）在2016年上半年發布的研究報告中，從6個方面對大數據潛在標準進行了歸納和研究，包括大數據指導標準、元數據標準、術語和條件標準、消費者數據管理標準、大數據交流標準以及大數據的制定標準等[4]。2012年6月，日本IT戰略本部發布電子政務開放數據戰略草案，利用標準化技術生產信息確保國民方便獲取數據[5-7]。

1.2 我國大數據標準體系現狀

在大數據浪潮下，我國大數據標準化研究工作在中華人民共和國工業和信息化部、國家標準化管理委員會的支持下快速開展。2014年2月，全國信息技術標準化技術委員會（TC28）成立大數據標準工作組，主要負責研制我國大數據領域的標準體系，對大數據相關技術標準展開研究[8]。目前，下達的10項第1批大數據國家標準計劃中，《信息技術大數據術語》《信息技術大數據參考架構》等3項國家標準開始全面實施，《信息技術數據交易服務平臺交易數據描述》《信息技術數據溯源描述模型》等6項國家標準已進入報批階段。

《大數據標準化白皮書（2018版）》（簡稱白皮書）中提出了我國大數據標準體系，包含基礎標準、數據標準、技術標準、平臺/工具標準、管理標準、安全和隱私標準、行業應用標準等。白皮書大數據標準體系框架見圖1。

1.3 鐵路信息化標準體系現狀

2015年，原中國鐵路總公司開展了鐵路信息化標準體系研究，制定了鐵路信息化標準體系框架，由信息技術通用基礎標準、基礎設施標準、信息資源標準、業務應用標準、信息安全標準、管理與服務標準、新技術應用標準等7大類構成（見圖2）[9]。鐵路信息化標準體系框架的提出，將為鐵路大數據標準體系的構建提供參照。

圖1 白皮書大數據標準體系框架

圖2 鐵路信息化標準體系框架

2 典型行業大數據標準現狀及分析

在大數據白皮書的基礎上，工業和電力行業紛紛提出大數據標準體系，對各行業都可起到參考作用。對比分析白皮書標準體系與工業大數據標準體系、電力大數據標準體系的對應關系，將為構建鐵路大數據標準體系提供參考。

2.1 工業大數據標準體系

2.1.1 概況

工業大數據專題組于2015年7月成立，是全國信息技術標準化技術委員會大數據標準工作組下屬專題組之一。專題組在研究提出的工業大數據技術框架基礎上，結合工業數據自身標準化特點、工業數據全生命周期管理和當前各領域推動工業大數據應用的典型場景，以及未來工業大數據發展的重點區域，提出工業大數據標準體系框架[10]。

工業大數據標準體系由4個一級標準組成：基礎標準、數據處理標準、數據管理標準和應用服務標準。

（1）基礎標準為整個標準體系提供3項基礎性標準。術語用于統一和規范工業大數據領域的常用術語，參考架構給出工業大數據的基礎架構和研究范圍。

（2）數據處理標準主要針對工業大數據的數據處理相關技術進行規范。

（3）數據管理標準主要針對工業大數據的數據管理相關技術進行規范。

（4）應用服務標準主要針對工業數據應用平臺確定應用和實施規范。

目前，工業大數據專題組提出6項國家標準提案，其中已申請立項4項，即《信息技術工業大數據術語》《信息技術工業大數據參考架構》《信息技術工業大數據產品核心元數據規范》《信息技術工業大數據訂單元數據》，同步啟動了該4項標準以及《智能制造對象標識符編碼與存儲規范》《智能制造對象標識的分配、注冊與解析》標準的研制工作。相關標準已經在江蘇省徐州工程機械集團有限公司等10多家單位開展試點示范和應用推廣工作。

2.1.2 與白皮書大數據標準體系的對應關系

白皮書大數據標準體系與工業大數據標準體系的總體對應關系見圖3。工業大數據標準體系下設4個一級標準，主要對應白皮書大數據標準體系中的前5個一級標準，即基礎標準、數據標準、技術標準、平臺/工具標準、管理標準。二者一級標準的對應關系主要包括3方面：

（1）工業大數據標準體系中的“基礎標準”與白皮書大數據標準體系的“基礎標準”一一對應；

（2）白皮書大數據標準體系中的“平臺/工具標準”是工業大數據標準體系中“應用服務”的子集，對應于其二級標準“服務平臺”；

（3）工業大數據標準體系中的“數據處理”和“數據管理”是白皮書大數據標準體系中“數據標準”“技術標準”和“管理標準”下屬標準的打散重組。

白皮書大數據標準體系與工業大數據標準體系一級標準對應關系見圖4。

2.2 電力大數據標準體系

2.2.1 概況

根據大數據應用的本質，大數據的相關標準大多分布在數據的采集、傳輸、存儲和管理、分析挖掘等方面。針對電力行業目前的業務應用及發展現狀，電力大數據的相關標準體系現狀如下：

（1）大數據采集方面，主要是用電信息采集相關標準和視頻監控數據采集相關標準。其中用電信息采集相關的標準包括IEC標準4項、國家標準13項、行業標準3項、國家電網公司企業標準2項。

（2）大數據傳輸方面，IEEE標準協會制定并通過了一系列智能電網通信標準項目，如IEEE C37.118.2：2011《電力系統同步相數據為轉移的標準》，為大數據應用提供了有效支撐。

全球能源互聯網研究院通過分析國內外大數據的相關標準，并結合電力大數據技術、產品和應用需求，提出電力大數據標準體系設想。目前，電力行業并未出臺專門的電力大數據標準體系，根據《國家電網公司技術標準體系表（2016版）》，提取出大數據相關標準，并整理形成電力大數據標準體系。電力大數據標準體系下設5個一級標準，分別為基礎綜合、信息通信運行、信息通信資源、信息通信應用技術、信息通信安全。

2.2.2 與白皮書大數據標準體系的對應關系

電力大數據標準體系下設5個一級標準，主要對應于白皮書大數據標準體系中的基礎標準、數據標準、技術標準、管理標準4個一級標準。二者一級標準存在2個方面對應關系：

（1）電力大數據標準體系中的“基礎綜合”與白皮書大數據標準體系的“基礎標準”一一對應；

（2）電力大數據標準體系中的“信息通信資源”和“信息通信應用技術”是白皮書大數據標準體系中“數據標準”“技術標準”下屬標準的打散重組，但沒有體現“處理生命周期技術標準”。

白皮書大數據標準體系與電力大數據標準體系一級標準的對應關系見圖5。白皮書大數據標準體系大而全，涵蓋了與大數據相關的各個方面。白皮書大數據標準體系與電力大數據標準體系的總體對應關系見圖6。

圖3 白皮書大數據標準體系與工業大數據標準體系總體對應關系

圖4 白皮書大數據標準體系與工業大數據標準體系的一級標準對應關系

3 鐵路大數據標準體系研究

基于大數據白皮書中標準體系框架，以及工業大數據標準體系、電力大數據標準體系與之的對比分析，結合鐵路大數據應用和實施的需求，提出鐵路大數據標準體系框架。

3.1 鐵路信息化標準體系與鐵路大數據標準體系的對應關系

鐵路大數據標準體系在建立過程中，一方面以全國信息技術標準化技術委員會的《大數據標準化白皮書》《工業大數據標準白皮書》為參考，另一方面也以符合鐵路信息化標準體系為基本出發點。鐵路大數據標準體系與鐵路信息化標準體系的總體對應關系見圖7。

鐵路大數據標準體系共劃分為技術和工具、數據、應用、安全、管理等5個子體系。劃分出的5個子體系與鐵路信息化標準體系的二級體系相對應。其中，“技術和工具”對應于“2.基礎設施標準”，“數據”對應于“3.信息資源標準”，“應用”對應于“4.業務應用標準”，“安全”對應于“5.信息安全標準”，“管理”對應于“6.管理與服務標準”。可見，鐵路大數據標準體系借鑒相關標準的同時，強化鐵路大數據的專題性，且兼容于鐵路信息化標準體系，體現該標準的合理性與時效性。

圖5 白皮書大數據標準體系與電力大數據標準體系一級標準對應關系

圖6 白皮書大數據標準體系與電力大數據標準體系總體對應關系

3.2 鐵路大數據標準體系框架

參照國家《關于促進大數據發展行動綱要》《大數據產業發展規劃（2016—2020年）》《關于運用大數據加強對市場主體服務和監管的若干意見》《大數據標準白皮書》《工業大數據標準白皮書》等政策和技術文件，以及原中國鐵路總公司《信息化總體規劃（2017）》和《鐵路大數據應用實施方案》，制定鐵路大數據標準體系。鐵路大數據標準體系見圖8。

3.2.1 技術和工具

技術和工具類標準主要是對大數據相關的技術、數據使用過程中的過程性工具和終端應用類工具進行標準化規范，主要包括基礎設施和平臺、鐵路數據采集、鐵路數據存儲、鐵路數據共享、鐵路數據挖掘等方面。

基礎設施和平臺類標準主要是對總體規劃中鐵路數據服務平臺及部署的軟硬件要求、功能和性能要求等進行規范；鐵路數據采集、存儲、共享標準，主要是針對數據從收集到使用過程中的關鍵技術、工具等進行規范；數據挖掘類標準主要是針對數據挖掘過程中的通用方法、工具和關鍵技術等進行規范。

圖7 鐵路大數據標準體系與信息化標準體系對應關系

圖8 鐵路大數據標準體系

3.2.2 數據

數據標準主要是對鐵路相關數據及其質量等進行規范，主要包括鐵路主數據、鐵路元數據、鐵路地理信息數據、鐵路數據目錄、鐵路數據分類分級等。

鐵路主數據、元數據和地理信息數據是鐵路數據服務平臺中存儲的基礎數據，對這些數據進行標準規范是提升數據質量的重要支撐。以上數據的質量標準可適當參考ISO 8000數據質量系列標準，該系列標準主要是對數據質量的把控，并根據鐵路大數據應用和發展的需求，進行適當增補。數據本身的模型、風險、等方面，同樣具有較高要求，因此要對數據目錄、分類分級等進行規范。

3.2.3 應用

應用類標準從發揮數據價值的角度出發，將應用分為數據訪問、開放、共享、交易及行業應用等環節，主要包括與平臺數據接口、各業務領域應用等標準。

數據接口標準是描述數據服務平臺與各外部系統間的數據接入規范和技術文件，由于外部系統眾多，因此需針對不同系統分別制定相應規范。同時，己有鐵路相關系統間的接口和共享標準可作為本部分內容的參照文件。各業務領域應用類標準主要針對應用過程中的數據使用、數據分析（專業數據模型、方法）、應用分析工具、可視化工具等進行規范。

3.2.4 安全

安全類標準主要是針對通用的安全和大數據環境下隱私數據的保護，主要包括數據安全、隱私保護等。其中數據安全是基于信息安全技術的系列標準，為數據提供軟硬件等多方面的安全保護；隱私保護則重點針對鐵路數據中信息主體利益密切相關的數據進行更嚴格的安全保護。

3.2.5 管理

管理類標準是大數據標準的重要支撐，貫穿于數據生命周期的各階段，主要包括鐵路數據運維、業務數據治理、鐵路數據共享。其中數據運維包括數據庫維護、運行維護、運行安全維護、大數據系統及相關工具等方面的運維及服務標準；數據治理包括數據資產管理、大數據解決方案設計、數據管理能力成熟度評價等。

4 結束語

為充分發揮大數據在鐵路行業的作用，應以“標準先行”。在借鑒國內外大數據標準體系經驗的基礎上，對大數據標準化白皮書、工業行業和電力行業大數據標準體系進行對比分析，并緊密結合鐵路信息化標準體系架構，提出鐵路大數據標準體系，既具有客觀性又具有實用性。鐵路大數據標準體系框架的提出，將為鐵路運輸企業進一步建立健全大數據應用標準打下基礎。