鐵路超限超重貨物運輸管理應用功能設計與研發關鍵技術

劉 松，劉偉斌，侯云嬌，張佳歡

(1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 北京經緯信息技術有限公司，北京 100081；2.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)

鐵路超限超重貨物運輸作為一種特殊的運輸方式，運輸貨物往往具長、大、重、外形復雜、價值高的特點[1]，與其他貨物在運輸組織等方面差異較大。超限超重貨物運輸在安全方面具有特別的要求，特別在運輸組織、運輸管理、運輸方案上要求嚴格[2-3]。為了保證超限超重貨物的運輸安全，鐵路部門在超限超重貨物運輸管理制度和理論研究方面不斷完善，運輸安全管理水平有了顯著提高。但是在具體實踐中信息化程度不夠、理論研究成果應用較少，缺乏有效的管理信息系統支持等問題日漸突出。借助鐵路貨運生產作業與管控平臺(以下簡稱“管控平臺”)的實施，打通了鐵路貨運各個環節的信息共享壁壘，統一了技術標準，為實現超限超重貨物運輸管理應用研發提供了必要的條件和技術支撐。

1 超限超重貨物運輸管理現狀分析

1.1 管理制度和理論研究現狀

鐵路超限超重貨物運輸經過多年的發展，已經形成了統一規范的管理制度和豐富的理論研究。鐵路部門針對超限超重貨物運輸制定了相應管理制度和規范，明確了一系列管理要求和標準。例如《鐵路超限超重貨物運輸規則》中明確了超限超重定義及等級劃分、超限超重車運行規定、長大貨物車的運用管理等[4]。同時在超限超重貨物運輸技術條件安全評估分析、運輸管理方案、運輸組織、裝載加固、超限判定方法、限界管理及限界安全檢算等方面的研究已經具備豐富的理論成果[5-6]。

1.2 信息系統發展水平及應用現狀

當前鐵路超限超重貨物運輸管理尚缺乏有效的信息化管理系統，信息化應用尚不成體系，具體體現在以下3個方面。

（1）超限運輸相關參數計算困難。超限超重貨物運輸涉及到的許多參數主要依靠人工計算確定，如貨物的超限等級、超重等級、重車重心高、偏差量、附加偏差量等數據，其中很多參數人工計算相對復雜，計算結果準確度不高，計算速度相對較慢，容易影響超限超重貨物運輸判斷，無法滿足日常運輸要求。

（2）路徑選擇和限界核查困難。超限超重貨物運輸中路線方案的確定主要依靠過往運輸經驗判斷和人工核查限界，通過人工將超限貨物裝后輪廓和所選路線方案沿途區間、車站股道最小綜合限界數據進行比對。人工核算過程中涉及的限界數據量龐大，耗時長，無法保證限界核算的全面性和準確性，且核算結果數據不可回溯，無法滿足超限貨物運輸時效性要求[7]。

（3）超限電報無法自動生成且依靠紙質流轉。超限電報是超限超重貨物運輸中重要的一環，但目前的報文仍然需要手動編寫，并且依賴于紙質流轉，由于整體流程和操作規程相對復雜，導致超限超重貨物運輸審批周期較長[8]，容易出現信息傳輸不及時或人為誤差導致錯誤的情況，且紙質電報無法長時間保存，難以通過紙質電報進行統計分析。

2 超限超重貨物運輸管理應用體系設計

2.1 設計要求

超限超重貨物運輸管理應用是管控平臺中的一個重要業務模塊，與管控平臺采用統一的技術架構和研發標準，包括統一的前后端架構、編碼規范、原型設計規范、數據庫設計規范、測試規范及文檔規范等。以微服務的形式集成到管控平臺，通過RPC接口的形式與管控平臺其他服務進行數據交換。應用的設計應滿足以下要求。

（1）安全性和穩定性。在應用建設過程中，需要加強模塊的安全性和穩定性，重要數據采用高強度的加密技術，確保數據的安全性和完整性，避免數據泄露和應用崩潰等問題。

（2）擴展性和升級性。應用需要具備一定的擴展性和升級性，以滿足未來的需求和發展。可以采用模塊化的設計思想，方便后續功能的擴展和升級。

（3）實時性和響應速度。應用需要保證數據的實時性和響應速度，可以采用數據緩存技術，保證數據的實時性和響應速度。

2.2 流程設計

超限超重貨物運輸管理涉及車站、站段、鐵路局集團公司、國鐵集團4級，主要業務流程為超限超重電報生成及流轉流程，車站負責數據填報、申請電報生成；站段負責對下屬車站申請電報內容進行審核；鐵路局集團公司負責車站申請電報、外局轉送電報、國鐵集團轉送電報處理，根據情況生成確認電報或申請電報；國鐵集團負責鐵路局集團公司申請電報處理，生成確認電報批復等，各級相互協作共同完成超限超重貨物運輸管理流程。超限超重貨物運輸管理流程如圖1所示。

圖1 超限超重貨物運輸管理流程Fig.1 Management process of over-limit and overweight cargo transportation

2.3 技術架構設計

超限超重貨物運輸管理應用采用B/S模式進行設計，使用SpringBoot、SpringCloud微服務架構體系。采用前后端分離的模式，前端代碼負責展示層，與后端服務通過API進行數據交互，提升了整個系統的可擴展性和可維護性。在技術架構上分為前端展示層、后臺服務層、基礎服務層、數據存儲層4層結構，技術架構如圖2所示。

圖2 技術架構Fig.2 Technical architecture

（1）前臺展示層。使用輕量級前端框架Vue作為前端開發框架，可以實現代碼簡單、易讀、易維護等優點。另外，配合基于Vue2.0的Element UI組件庫，提供高質量的UI組件和交互式文檔，可大大提高前端開發效率[9]。ES6是JavaScript的下一代標準，支持許多新特性，使用ES6語法使前端代碼編寫更加簡潔、易讀、易維護。

（2）后臺服務層。采用SpringBoot、SpringCloud微服務開發框架來構建基礎服務微服務和核心業務處理微服務，為展示層應用提供全面、可靠的服務支持，并具有獨立、高效的服務拓展能力[10]；使用Redis內存數據庫來進行緩存數據，減少數據庫的訪問壓力和網絡延遲；JdbcTemplate是Spring框架中的一個模塊，用于簡化JDBC編程，使用JdbcTemplate進行數據庫訪問，提高數據訪問的效率和可讀性。

（3）基礎服務層。提供SpringCloud框架下服務注冊與發現、認證與鑒權、網關、負載均衡、服務調用等能力，并提供文件服務、日志服務等基礎服務。

（4）數據存儲層。通過使用Oracle 12c來進行結構化數據存儲，提高應用的數據存儲和查詢效率。Druid連接池是一個高性能的JDBC連接池，有著高度的可擴展性和可配置性，通過使用Druid連接池來保證JDBC連接的高速、高可靠性和高度可定制性。

3 超限超重貨物運輸管理應用功能設計

鐵路超限超重貨物運輸管理應用功能設計應滿足超限超重貨物日常管理需求，著重解決現階段存在的問題，主要功能包括貨物數據填報、裝載方式車型選擇、超限計算、路線方案選擇、限界核查檢算、超限電報流轉等。

3.1 貨物數據填報

實現對超限超重貨物運輸基本信息的錄入功能，包括發運信息、貨物品名、重量、長度、重心高、尺寸輪廓等信息的錄入，提供多種類貨物一次性填報、一鍵計算功能，貨物數據填報圖如圖3所示，支持最多20種貨物數據填報，每種貨物提供最多20個外形高度錄入，支持復雜外形貨物輪廓錄入，能夠進行直線部分和圓弧部分數據處理，并能通過貨物的尺寸輪廓數據自動生成圖形化展示。

圖3 貨物數據填報圖Fig.3 Cargo data filling chart

3.2 裝載方式車型選擇

實現對超限超重貨物運輸車型的合理選擇，提供高效、自動化的解決方案，用于解決超限貨物運輸中不同裝載方式下車型選擇問題。通過提供17種常用的裝載方式，滿足一車負重、兩車跨裝、不同條件下加掛游車等運輸場景，支持平車、敞車、長大貨車等不同種類車型選擇。能根據不同裝載方式、貨物的重量和長度等信息自動匹配篩選出可供選擇的車型。此外，還支持模擬不同車型選擇時貨物超限超重等級計算，并生成裝后輪廓尺寸圖和超限等級標準對比圖，貨物輪廓及限界等級輪廓圖如圖4所示。通過這種方式，可以更好地篩選貨物的裝載方式和車型選擇，直觀地展示確認超限等級等。

圖4 貨物輪廓及限界等級輪廓圖Fig.4 Outlines of cargo and limit class

3.3 超限參數計算

通過將超限貨物運輸相關算法進行集成，根據錄入貨物參數及所選裝載方式車型參數，一鍵便能自動計算貨物裝車后在超限運輸時所需的各項參數。包括貨物計算寬度、內偏差量、外偏差量、附加偏差量、重車重心高、超限等級、超重等級等。借助應用中的集成算法，無需長時間等待即可自動完成全部計算，并展示對應的計算過程方便核查，減少以往人工計算所產生的誤差，同時提高計算效率和準確性。超限參數計算功能的集成使得超限貨物運輸變得更加智能化和高效化，在一定程度上提高了超限運輸的安全性，同時也符合現代物流行業數字化轉型的要求。

3.4 路線方案選擇

根據超限超重貨物的常用發站、到站、經由分界口等信息，超限運輸管理人員可以提前規劃和維護局管內多種不同的路線方案，包括發站到分界口、分界口到分界口、分界口到到站等不同類型的常用路線方案。超限超重貨物運輸時，分別選擇發局路線方案、途經局路線方案、到局路線方案形成完整的超限運輸路徑，并由各局最終確定各局管內路線方案，解決了現階段超限運輸路徑選擇困難的問題。同時，還可以結合歷史運輸數據信息，實現快速路線方案選擇，以及對既有運輸路線進行優化和調整，確保貨物的快速、安全運輸。

3.5 限界核查檢算

通過接入鐵路限界管理系統，使得限界核查檢算變得更加自動化和高效。能夠根據貨物的裝后尺寸和路線方案等信息，自動進行限界核查檢算，確定所選路線方案對應的區間、車站股道能否通過。將貨物裝后輪廓和區間、車站股道的最小綜合建筑限界進行對比，確定不同區間、車站股道下的運行限制條件，給出對應的限速等級信息，解決了以往手工核算限界時遇到的一系列問題。在限界檢算功能的支持下不僅可以實現快速核算，并且能自動生成貨物裝后輪廓和限界尺寸輪廓對比圖以及在不同高度下的計算過程，可以直觀地顯示不同區間、車站股道的限界對比信息，大大提高了限界核算的準確性和全面性。

3.6 超限電報流轉

實現對超限超重貨物運輸電報全流程的管理功能，包括從車站申請電報提報、鐵路局集團公司對車站申請電報自動判斷拆分為鐵路局集團公司申請或確認電報、國鐵集團確認電報批復、途經鐵路局集團公司和途經車站電報流轉等。系統能夠根據貨物信息、運輸車型、路線方案、限界檢算結果等自動生成各級超限運輸申請和確認電報報文，自動生成確認電報裝運辦法等，解決了現階段超限運輸紙質電報流轉信息傳遞不及時、紙質電報無法長期保存的問題，推動了超限運輸的信息化進程。

4 結束語

超限超重貨物運輸管理作為管控平臺的重要組成部分，基本實現了超限超重貨物運輸的系統化管理，彌補了多年來超限超重貨物運輸缺乏信息系統支持的問題，極大程度提高超限超重貨物的運輸安全和運輸效率。未來，鐵路超限超重貨物運輸的信息化建設是提高運輸效率、降低運輸成本、保障貨物安全的關鍵。通過信息化技術的應用，可以進一步實現對鐵路超限貨物運輸的管理和控制，為鐵路運輸部門、貨主等提供便捷和高效的服務。鐵路運輸部門將不斷推廣信息化技術的應用，加強基礎設施建設，優化管理機制，建立多方協同合作機制，提升鐵路超限超重貨物運輸管理水平。