基于雙活數據架構的既有旅客服務系統優化方案研究

康 妍，吳興華，劉衛平，劉 勇，強萬福

（1. 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；2. 北京經緯信息技術有限公司，北京 100081）

印度尼西亞雅加達—萬隆高速鐵路（簡稱：雅萬高鐵）是對“一帶一路”戰略的貫徹落實，也是中國高鐵在海外全面建設的“第一單”[1-2]。其中，鐵路旅客服務系統（簡稱：旅服系統）是以提供多途徑、全方位信息服務為目標的旅客運輸（簡稱：客運）車站核心生產系統之一，能夠提供綜合業務管控，精準便捷地引導旅客進站、乘降等[3-5]，是雅萬高鐵建設中的重要組成部分。近年來，信息技術飛速發展，隨著鐵路客運車站智慧化升級賦能發展方向的提出[6]，鐵路業務領域信息系統數據功能整合與管理、業務網絡融合與重構、信息系統集中部署與高效聯動被提升到新的高度。

目前，客運車站旅服系統是在中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）統一規劃下，采用鐵路局集團有限公司（簡稱：鐵路局）-車站兩級架構進行建設，缺乏統一的設計和規劃，存在以下問題[7-9]：（1）數據獨立存儲和管理不統一，各廠家旅服系統獨立建設，缺乏一致性標準，數據準確性、完整性、安全性難以保障，導致數據分析困難，難以高效利用數據，影響決策支持和業務發展；（2）各類子系統數據接口形式多樣，需要針對不同接口進行維護升級，增加了旅服系統維護成本和工作量；（3）功能設計與業務流程的差異，導致功能冗余，增加了旅服系統復雜性和升級維護的難度與成本；（4）用戶界面和交互設計不一致，導致車站工作人員學習成本提高、使用體驗和滿意度差。

針對上述問題，本文從既有旅服系統核心業務出發，提出其優化方案。依托由國鐵集團統建的旅客服務與生產管控平臺，選取雙活數據架構進行重構設計，研發旅客服務功能應用，制定標準的接口控制融合策略，實現針對不同廠家設備管控的快速接入，從而實現旅服系統的數據統一匯總管理、軟件統一維護，以及外部系統接口快速統一接入的要求，提供可靠高效的信息基礎服務并滿足雅萬高鐵信息化建設要求，全面提升鐵路客運服務水平。

1 優化方案

針對既有旅服系統存在的問題，采用全面深度融合的設計思路，即基于旅服系統主業務流程對現有的平臺軟件進行全面重構優化，提高旅服系統在國鐵集團主數據中心（簡稱：主數據中心）部署的可靠性，同時，針對設備接口進行通用化接口控制器設計，實現旅服系統在新線建設與既有站改造時的標準化部署。

1.1 總體架構

旅服系統依托管控平臺集中部署，采用三級應用的架構模式設計，總體架構如圖1 所示。

圖1 旅服系統總體架構

1.1.1 國鐵集團級

在主數據中心分別部署國鐵集團級、鐵路局級及車站/車務段外部數據接口服務資源、數據服務資源及應用資源，為旅服業務數據存儲與計算提供服務。同時，在主數據中心部署微服務框架、微服務網關、消息中間件、業務負載均衡等公共服務資源，為來自各鐵路局的訪問提供高效、安全、及時的數據接口。當旅服系統實時接入調度、客票發售和預訂（簡稱：客票）、動車等系統的各類實時運行數據后，旅服系統通過國鐵集團層與鐵路局層接口應用服務將數據存儲至接口數據庫，為其他外部系統的數據調用提供數據服務，同時將數據推送至各車站/車務段業務數據庫，旅服各類業務控制后臺根據不同數據類型進行數據計算存儲并通過消息中間件發布對應消息命令，各鐵路局站段在查詢到訂閱的消息推送后根據需求訪問業務網關，獲取實時業務數據或業務命令。

1.1.2 鐵路局級

部署前置訪問控制集群、消息中間件及物聯網平臺，通過消息中間件訂閱消息命令，并通過物聯網平臺發布對車站不同設備控制器的業務變更數據，實現終端業務數據的預處理、訪問控制等功能，保證主數據中心對業務數據處理的高效性和安全性。同時，充分利用旅服系統既有鐵路局服務器資源進行利舊改造，實現對旅服業務數據的緩存及與主數據中心業務數據庫的數據雙活。

1.1.3 車站級

部署旅服系統客戶端及廣播、導向、查詢、檢票、到發通告等子系統的設備控制器。旅服系統客戶端主要為客運綜控員提供管控服務；設備控制器主要通過旅服平臺業務模板與配置數據，以及實時接收到的業務變更數據，匹配對應的模板與配置數據，實現控制命令執行與狀態反饋。

1.2 雙活數據架構

分別在主數據中心與鐵路局旅服中心服務器設置MQ消息中間件，業務數據在寫入主數據庫同時，通過消息訂閱同步發布至從數據庫，實現對旅服業務數據的緩存及與主數據中心業務數據庫的數據雙活。雙活數據架構如圖2 所示。

圖2 雙活數據架構

與此同時，旅服系統通過Ngnix 負載均衡實現對不同數據源Web 服務的虛擬負載服務，在主數據中心與鐵路局網絡、服務器及后臺軟件故障時，實現客戶端業務的自動漂移，從而實現業務管理的持續不停機。

1.3 技術架構

旅服系統的技術架構如圖3 所示。

圖3 旅服系統技術架構

1.3.1 基礎資源層

承載系統數據服務資源、網絡資源、硬件資源、虛擬化平臺資源及框架代碼資源，提供面向整個系統運行的支撐服務。

1.3.2 應用服務層

提供面向旅服系統運轉的各類運行計算及數據存取服務，包括：到發計劃管理與數據服務、廣播計劃管理與數據服務、引導計劃管理與數據服務等。服務采用微服務框架設計并在Nacos 中心注冊，每項服務可獨立承擔一項或多項旅服業務，服務之間采用FeignClient 實現內部訪問調用。

1.3.3 服務管理層

支撐微服務發布及消息驅動的各類組件，包括：Nacos 服務注冊集群、Spring Cloud Gateway 服務網關、RabbitMQ 消息中間件、StreamSet/ThingsBoard 物聯網平臺等。當各類子系統提出業務服務請求時，會通過物聯網平臺進行統一的匯總，并通過服務網關調用具體的后臺應用進行計算與數據存取，同時，向消息中間件發布對應的消息，訂閱的后臺服務會根據消息核對計算存取后的數據，從而形成閉環。同時，在服務調用過程中，Sentinel 提供資源隔離、降級機制等功能，通過實現流量控制，避免服務不可用時產生雪崩效應。ELK（Elasticsearch，Logstash，Kibana）提供后臺服務日志的統一快速、準確查詢、分析，以及整個平臺的日志收集、分析、展示，從而全面保障服務框架的穩定運行。

1.3.4 前臺客戶端層

包括系統軟件客戶端、廣播設備控制器等終端執行軟件，通過標準的接口協議與應用層物聯網平臺、消息中間件相連，收發相應的數據。

1.4 網絡及部署架構

網絡方面，對于既有旅服系統融合，在鐵路局采用防護墻實現辦公網與旅服網服務器打通互聯；對于新建線路，旅服設備全部部署在安全生產網內。

旅服系統部署架構采用管控平臺與旅服系統既有融合模式進行設計，部署架構如圖4 所示。

圖4 旅服系統部署架構

（1）主數據中心云平臺：部署管控平臺與旅服應用的數據庫服務器、應用服務器、接口服務器、Web 服務器、旅服消息服務器等。采用雙云主備資源的方式進行部署，確保系統能夠正常訪問，實現與調度系統、動車系統、客票系統（TRS，Ticketing and Reservation System）、檢票系統的數據接口與一體化計劃管理。

（2）鐵路局中心端：架設前置服務器，在主數據中心與鐵路局之間提供安全的前置數據轉發服務；通過旅服數據庫服務器、旅服應用服務器、旅服消息服務器、緩存服務器等，實現與車站設備控制器的相互訪問，為工作人員操作提供界面。

（3）車站端：部署操作客戶端，廣播控制器、導向控制器、查詢機控制器、求助控制器及其他接口設備，同時架設應急操作終端、應急數據庫服務器及應急應用服務器，為車站提供應急服務。

2 功能設計

旅服系統功能架構如圖5 所示。

圖5 旅服系統功能架構

2.1 到發管理

負責信息的自動發布，根據來自客票系統或人工輸入的列車到發信息及配置好的客運信息，自動生成綜合到發計劃，下發給廣播、導向顯示、監控計劃等子模塊；能靈活地進行手動/自動切換綜合到發計劃。到發信息變更時，子模塊計劃能及時根據到發計劃與業務模板進行調整。

2.2 廣播管理

負責列車運行時刻、票務、鐵路通告、站內設施說明、站內環境說明、旅客乘車、安全提示及旅行相關信息的播報及其功能的維護。

2.3 導向管理

負責分類自動讀取旅服管理平臺發送的信息、指令及列車時刻表、列車到發通告、票務信息等相關信息，實時調整綜合顯示屏并回傳屏上數據。

2.4 數據接口

負責TRS 接口、運輸調度管理系統（TDMS，Transportation Dispatching Management System）接口、調度日計劃接口等原始數據信息的展示，便于問題查找與定位及設備信息的展示與維護。

2.5 檢票管理

負責配置、展示與檢票系統相關的信息，包括閘機信息配置、檢票日計劃、閘機基本計劃，保證與檢票系統信息的實時傳遞。

2.6 系統管理

負責用戶信息、車站信息與站所在數據庫信息、系統運行所需要的基礎參數信息、基礎位置信息的配置、展示與維護，以及運行和維護日志的查詢。

3 關鍵設備

3.1 廣播設備控制器

廣播設備控制器是將車站廣播設備接入管控平臺的核心模塊，融合通用的廣播系統接口應用、廣播業務規則執行、廣播設備監控及廣播基礎數據同步，實現車站廣播設備的管理與控制。在車站端部署廣播設備控制器，負責與管控平臺的交互，廣播設備控制器只從管控平臺直接接收詳細的指令，將接收到的廣播指令轉換為廣播設備識別的指令，執行指令并返回執行情況；同時，將基礎及配置數據緩存至本地，監控并展示廣播子系統運行狀態及業務執行狀態。

3.2 導向設備控制器

導向設備控制器融合通用的引導接口，引導業務規則執行、設備狀態監控及基礎數據同步，實現對導向設備的管理、控制與執行狀態監控。在車站端部署導向控制器與管控平臺進行交互，負責接收管控平臺發來的車次上屏指令、平臺校時指令及業務版式等詳細控制指令并執行，將結果實時推送回平臺；讀取管控平臺配置數據或者將基礎及配置數據緩存至本地；對同一個屏接收到的多個信號進行先后順序排隊與優先級處理；具備版式預覽功能。

3.3 檢票子系統接口機

基于主數據中心接口統一管理模式，檢票子系統接口機接收到調度、人工下發的命令后主動觸發閘機后臺，閘機后臺通過鐵路局轉發服務訪問主數據中心網關，網關通過客票接口服務命令下發至負載均衡服務，轉發服務通過安全平臺經客票數據共享平臺分發到檢票系統，從而把命令發送到閘機設備上，實現旅服業務與閘機的實時聯動控制。

4 實際應用

目前，基于雙活數據架構的旅服系統已在雅萬高鐵Halim，Karawang，Padaralang，Tegalluar 等4個客運車站部署應用。該系統易于部署，通過性與可維護性強，主界面如圖6 所示。

圖6 旅服系統主界面

旅服系統依托旅客服務與生產管控平臺，采用2 級架構，相關服務器和存儲利用雅萬高鐵大數據云平臺實現。其中，以Halim 站集中管控其他小站，僅在Halim 站部署應急功能，出現中心級系統或車站與中心級網絡異常情況時，啟動車站應急、執行站控模式。旅服系統負責接收并解析調度系統的日計劃、調度命令等信息，可編制、自動生成并在后臺自動調整廣播、引導、檢票等計劃信息，提供印尼文、英文和中文播報功能，支持車站工作人員的生產指揮，提供高效便捷的旅客服務能力。

5 結束語

本文基于雙活數據架構對獨立部署和應用的既有旅服系統進行升級改造，提出一套深度融合網絡互通與網絡安全、數據統一接入、通用化設備接口控制器、既有旅服設備利舊、應急處置等多方面的優化方案，有效提升了旅服系統的先進性、可靠性、標準性與易維護性，降低了運維的成本。未來可進一步探索應用智能化監控技術及網絡安全信息技術，提升旅服系統的安全可靠性。