“数字哈局”整体方案设计

姜辉，周永海，张丹东

（1. 哈尔滨铁路局，黑龙江 哈尔滨 150006；2. 哈尔滨铁路局 科学技术研究所，黑龙江 哈尔滨 150006；3. 哈尔滨威克技术开发公司，黑龙江 哈尔滨 150006）

“数字哈局”整体方案设计

姜辉1，周永海2，张丹东3

（1. 哈尔滨铁路局，黑龙江 哈尔滨 150006；2. 哈尔滨铁路局 科学技术研究所，黑龙江 哈尔滨 150006；3. 哈尔滨威克技术开发公司，黑龙江 哈尔滨 150006）

哈尔滨铁路局运用先进的信息化技术手段，将作业职场的高清视频图像呈现至铁路局和站段管控中心，为作业过程监管、生产调度、应急指挥提供了直观的影像数据。同时，开展了“数字+专业”管理软件研发工作，完成数字工务等10个子系统的软件建设。“数字哈局”的构建可对生产经营全过程进行实时掌控，全面提升了铁路局经营管理水平。

哈尔滨铁路局；数字；信息化；数据通信网；高清视频

0 引言

哈尔滨铁路局管辖线路覆盖黑龙江省全境和内蒙古自治区呼伦贝尔市，营业里程7 386.6 km，其中，黑龙江省境内5 372.3 km。经7个分界口与沈阳铁路局邻接；经满洲里口岸和绥芬河口岸，分别与俄罗斯后贝加尔铁路、远东铁路接轨。线路总延展长度14 134.1 km，配属机车1 055台、客车4 618辆、动车组65组520辆；管辖车站442个。全局拥有固定资产原值1 194.7亿元，净值8 72.8亿元。目前铁路局内部实行铁路局直管基层单位的两级管理架构。铁路局机关行政处室33个，党群部门8个，学、协会2个，派出机构2个，附属机构46个，直属机构12个，铁路建设项目管理机构4个，合资铁路公司7个。管辖运输站段53个、运输辅助单位8个、非运输企业14个。

伴随铁路信息化的快速发展，如何利用网络信息技术推动企业走向集约化、精细化管理的转型发展之路，是摆在铁路运输企业面前急需破解的难题[1]。2015年6月，面对连年亏损，客货运量萎靡不振，运输成本居高不下的艰难经营局面，哈尔滨铁路局提出了建设“数字哈局”的战略构想，旨在借助信息技术手段，对生产经营全过程进行实时掌控，全面提升铁路局经营管理水平。

1 铁路信息化的内容

铁路信息化涵盖了铁路行业各主要业务环节，按照业务性质，可分为运输组织、客货运营销、经营管理3部分。具体层次结构见图1—图3。

图1 运输组织信息化结构

图2 客货运营销信息化结构

图3 经营管理信息化结构

2 “数字哈局”概况

全新、现代化的“数字哈局”作为铁路运输企业经营管理系统平台，包括硬件和软件两大部分。

硬件部分主要由网络通道、视频采集终端和铁路局、站段两级综合管控中心组成。在既有网络基础上，新铺设6 756 km光纤通道，增设7 172个可360°旋转的监控视频终端，实现了主要干线通道的全覆盖和全局各系统、各站段所有作业职场及会议场所的全覆盖。在全路率先实现了数据通信网和综合计算机网两网融合，目前班组联网覆盖率已接近80%。购置了9台卫星接收装置，对固定视频无法触及的线路区间，可根据需要实时进行无线视频管控。在全局53个运输站段统一建设站段级综合管控中心，站段管控中心与本单位的各作业职场视频终端联网；在铁路局机关利用闲置房屋，改造建成铁路局级综合管控中心，与各站段管控中心和全局所有11 200个视频终端联网。依据“问题在现场，原因在管理，根子在干部”的安全理念，站段管控中心以现场作业控制为主，铁路局管控中心以专业综合管理为主，把管理和控制有机结合起来，全面拉近了现场和管理的时空距离，实现了“会场就是现场，现场就是会场”，为重点作业控制和专项管理评价创造了面对面的条件。

在全面推进硬件建设的同时，铁路局同步启动了“数字+专业”管理软件开发工作。利用铁路局科研所雄厚的研发力量，集中了130人的研发团队，分工进驻到相关业务部门，与各业务部门和部分站段人员共同组建了10个专业研发小组，坚持一切从现场和管理的需求出发，一切从实用有效出发，走出了一条需求分析、软件设计、试点运行、不断完善、全面推开的专业管理系统开发之路。目前，数字工务、数字电务、数字供电、数字机务、数字车辆、数字运输、数字客运、数字货运、数字房地、数字安全10个专业管理系统的软件设计开发工作已平均完成近90%。

3 实现“数字哈局”的关键技术

3.1 高清视频图像

随着高清视频成像和编码压缩技术的快速发展，高清视频监控已成为当前的技术主流。而为了向最终用户呈现出高清视频图像，则需要在视频采集、编码压缩、视频传输、系统平台、解码显示各个方面都必须满足高清视频的要求。

3.2 海量带宽需求

以高清视频监控为代表的新型高带宽IT业务，对通道带宽的需求爆炸式增长，在接入、路由交换、长距离传输等方面都必须满足目前及以后一段时间内的带宽需求。

接入方面，结合当前的主流技术，选择无源光网络技术作为接入承载，提供上行1.25G、下行2.5G的接入带宽，并按需要对不同业务、不同用户进行带宽合理分配，避免资源浪费。

路由交换方面，选用高端企业级路由器、交换机承载路由选址、汇聚交换，并提供1.25G、2.5G、10G的以太网接口，全IT化是数据通信的必然发展趋势。

在长距离传输方面，光纤通信无疑是最佳选择，而其中的光传送网技术在长距离光纤通信中表现出更加优秀的特性，并且具备优秀的扩展能力，为日后的扩容和升级打下良好基础。

3.3 多业务隔离的数据通信

由于业务种类繁多，还涉及保密性，为避免互相干扰，需要进行多业务隔离[2]。将不同类型的业务划分为不同的虚拟专用网络（VPN），实现了铁路各类业务的安全隔离及不同的服务质量（QoS）保证。由于全国骨干网络和各铁路局区域网络分属不同的自治系统（AS）自治域，因此，铁路数据网承载的各种数据业务，其业务应用模式包括：一个自治域内的VPN；跨AS域的VPN。有些业务系统之间要求互通信息，因此，就有不同VPN之间业务信息互通的需求。

不同MPLS VPN之间的信息互通，实现了相对独立的应用系统之间的信息互通。通过对2个VPN对应的VRF RT属性的import、export设置实现互通。当多个VPN均需要与1个VPN通信时，可通过对RT属性的import、export设置，将1个VPN设置为共享VPN，实现与其他多个VPN实现互通。

3.4 大数据的管理与运用

15 000余个视频监控摄像头，海量视频大数据的软件系统接入，视频资源的综合运用、统一管理和维护，也是需要着重考虑的问题。应当建立一套网络管理运维体系，可以自动进行远程定期巡检，同时支持故障自动触发告警，通过主动和被动两种方式及时发现问题。同时应具备各类资源统计、系统资源占用情况统计、台账建立与管理、生成报表等功能，通过技术手段将基础数据的统计分析和呈现工作从人工操作中剥离出来，提高工作效率，避免非必要的人力劳动。

在发现问题和故障后，可以建立电子工单，将故障情况传达给各级责任部门，相关维护责任人和责任单位可以查看到自身相关的故障，及时处理并反馈，最终形成闭环。

4 硬件系统建设

“数字哈局”系统架构见图4。

图4 “数字哈局”系统架构

4.1 视频采集点建设

以业务系统为单位，在车站、机务、工务、电务、车辆等作业职场安装了7 172个高清网络球型视频采集点。

4.2 网络通道建设

网络通道可划分为传输层、数据通信层、接入层。

4.2.1 传输层

骨干光传送网东北环采用开放式、单纤单向40波×100G光传送网（OTN）波分系统，利用京津城际—津秦客专—沈山线—哈达高铁、平齐线—通让线—京通线—承隆线—京承线光缆构成2条纵向，利用哈齐客专、大郑线—高新线—沈山线光缆构成2条横向网状网络结构。节点设置在中国铁路总公司、铁路局所在地、铁路办事处、省会城市、铁路业务汇聚、铁路交汇点等位置。主要功能：提供多种客户信号封装和透明传输、大颗粒调度和保护恢复、高网络生存性和可靠性、业务调度的灵活性、完善的检测能力。

哈尔滨铁路局管内共设置：3套40×100G OTN 光分插复用器（OADM）设备设置于哈尔滨调度所、哈尔滨西客专机房、齐齐哈尔；6套OTN光线路放大器（OLA）设备设置于江桥、泰康、大庆、安达、肇东、双城北。

4.2.2 数据通信层

结合既有光缆资源及波分通道情况，全局共在54处设置华为全业务路由器作为数据通信承载层接入路由器。在哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江、佳木斯和海拉尔5个站点设置双冗余路由器，在局调度楼设置汇聚路由器2台，利旧哈西核心路由器2台，路由反射器2台。部署边界网关协议（BGP）/多协议标签交换（MPLS）VPN，使用中间系统到中间系统（IS-IS）协议承载公网路由，使用MP-BGP协议承载私网路由。

数据通信网承载《铁路信息化发展总体规划》中的旅客信息服务系统、办公系统、各专业管理信息系统、5T系统等客货运营销、经营管理和部分运输组织的信息应用系统；承载铁路综合视频监控系统、全球铁路数字移动通信系统（GSM-R）/通用分组无线服务技术（GPRS）业务、各类监测及通信网管系统，视频会议系统、电报电话等通信系统数据业务。铁路IP数据业务覆盖范围：中国铁路总公司、铁路局、车站、段、所、车间及工区。数据通信网承载的主要业务见表1。哈尔滨铁路局数据通信网架构见图5。

数据通信网节点设置情况如下：

（1）核心节点：对哈大高速铁路工程在哈尔滨西站设置的2套既有核心路由器NE40E设备进行扩容，利用此设备作为哈尔滨铁路局数据通信网区域网络的核心设备，也作为与中国铁路总公司骨干数据网络大区节点互联的边界设备。

（2）汇聚节点：根据《十二五铁路通信网规划》，本工程共设置5个汇聚节点，分别位于哈尔滨、齐齐哈尔、牡丹江、佳木斯和海拉尔通信站，每个汇聚节点各新设2套汇聚路由器，使用波分GE双归链路连接至哈尔滨西站既有核心路由器。

表1 数据通信网承载的主要业务

图5 哈尔滨铁路局数据通信网架构

同时考虑到哈尔滨调度中心为哈尔滨铁路局业务汇聚的中心点，业务流向多、流量大，本工程在哈尔滨调度楼新设2套汇聚路由器，使用波分吉比特以太网GE双归链路连接至哈尔滨西站既有核心路由器。

（3）接入节点：本工程分别在哈尔滨东等车站设置接入节点，接入节点各设置1台接入路由器，共计42台。

4.2.3 接入层

下行使用华为吉比特无源光网络（GPON）设备作为接入层，实现视频采集数据、用户侧视频解码器、用户视频监控终端的接入。同时，GPON也承载了其他IT业务，如视频会议等。哈尔滨铁路局IT业务接入也逐渐倾向于全光接入。

考虑到合理利用网络资源，避免不必要的数据流量，缩短数据传输路径，将视频服务设备设置在各路由器所在地。

目前哈尔滨铁路局的平台为两级架构，局端平台通过级联方式将各路由器所在地的服务器整合，为用户提供统一的操作界面。

5 软件系统功能

5.1 安全风险自动研判和处置

贯穿安全生产、安全管理全过程，实时采集各类数据，汇集纳入数据库管理，通过数据检索分析，查找生产及管理过程的突出矛盾、问题规律和发展趋势，自动生成管理优化的结果评价和生产组织方案计划，由此形成安全风险管理的决策辅助支持，并通过生产管理优化方案的实施与持续跟踪反馈，实现维修生产及安全保障能力的集中合理配置。彻底改变过去靠人工检查、凭工作经验、就事论事的行为，形成了安全质量管理的闭环。

在数字工务中，以轨检车、小仪器、便携仪、车载仪、人工添乘及静态检查等方式收集的设备质量信息作为系统数据源，按照信息等级、问题性质、区域地点、时间频次进行总体分析，直观呈现设备状态及分布规律、发展规律，并区分问题性质、可能的影响及发展趋势，自动生成生产计划和作业工单，以计划的实施和问题重复发生的持续跟踪反馈，保证了设备质量真正处于系统可控、总体有序的状态。

5.2 设备资产的全生命周期管理

通过信息化手段，以数字化的方式，将局内各类资产、各种关键设备纳入系统平台管理，保证全局设备及资产管理的实时性、有效性、完整性、唯一性、准确性。尤其通过对设备资产从购置、库存、调配、安装、运用、实时状态、养护维修、故障处置，直至报废的动态掌握，最终实现设备资产全生命周期管理。

在数字机务、数字车辆中，突出设备运用管理特点，实时动态呈现并分析设备运用状态，成为运输生产组织过程中的有效工具。

在数字工务、数字电务、数字供电中，不仅将全局现场设备纳入信息化管理，实现设备资产管理的基本功能，着重打造了设备资产全生命周期管理的模式，更是将设备与施工维修、生产组织过程全方位动态关联，使生产组织与设备资产管理，乃至生产过程中的成本消耗彻底融合。

5.3 物资物料的精准管理

全局各系统首先将物资物料管理纳入信息化管理平台，通过细化物资物料的来源、型号、品质、属性、价格价值、库存及投用状态等各种维度，实现对物资物料状态的精细管理。在此基础上，将物资物料消耗嵌入到实际生产过程中，使每个作业流程发生的成本支出得到实时掌控，从而使生产过程的成本消耗显性化、精细化。

配合物资物料的实时动态管理，在全局各系统、各单位启动了“清家底”工作，并在齐齐哈尔车辆段召开了现场推进会。通过“清家底”，不仅清出了尘封多年的新件，梳理出了可再生利用的旧件，而且摸清了可供开发利用的资产资源，仅车辆系统就清查出账外物资3 939万元、机务系统也清查出账外物资1 799万元。

另外，通过数字机务燃油库存管理功能的有效运用和科学分析，为大力压缩全局燃油库存提供依据，经铁路局相关部门密切配合，在满足日常运输需求的前提下，将全局日燃油库存由2万t压缩到1万t，每日减少资金占用3 000万元。

5.4 运输经营的辅助决策

将客货运输生产经营的数量指标、质量指标全部纳入系统平台，通过系统的自动分析、预警和提示，实时对客货运输产品、生产组织、营销方式进行调适和完善，及时对市场需求作出反应和对接，及时优化运力资源配置，确保客货运输产品始终跟着需求走、围着市场转，以最少投入争取最大收益。

在数字客运中，以迁徙图的方式直观呈现客流动态，通过分析发送量、收入、客收率、客座率等客运关键指标，系统自动对铁路局担当列车编组调整、增开、停运做出预警提示。对需求加挂、加开的列车，通过与数字车辆共享运力资源信息，自动生成最佳列车编组方案。

在数字货运中，紧密围绕货运关键指标，从区域、线路全方位分析市场规律和趋势，建立完善的客户关系网络，深度挖掘潜在客户，指导货运营销决策。

5.5 基础性的数字化管理

为全面夯实各项基础管理工作，以各项制度、规章、资料和现场基础管理流程的全面数字化为基础，将规章管理纳入“数字哈局”之中，实现了信息透明、资源共享，既规范了管理，又方便了使用。

例如，数字电务的班组工作日志功能，利用系统记录每日职工工作情况、出勤情况、会议记录、学习信息、交接班记录、材料消耗、能源消耗、奖金分配等内容，最大程度提高班组管理效率，减轻班组管理负担。

“数字哈局”10个专业子系统，每个系统都结合专业特性，集成了大量管理功能，目前仍在建设完善之中。

6 结束语

“数字哈局”建设的基本理念是一切用事实体现、一切用数据说话，探索大数据在铁路运输企业的应用，借鉴数字化、信息化、网络化管理手段，改变重生产轻经营、重投入轻产出的管理思维方式，必将推动铁路运输企业由粗放型向集约型、精细化转变[3]。

当前的建设仅是起步，随着生产运输方式及用户、客户需求的不断变化，还有很多工作需要完善。例如，对基础视频图像进一步智能分析，通过技术手段提取所关心的信息，包括入侵检测、滞留、遗留物检测、人脸识别、流量计数统计等。另外，在海量数据回放时快速提取有用信息而摆脱耗时的人工浏览，以万为数量级的设备管理和维护，故障闭环处理过程流转等，都是值得深入研究和探索的问题。

[1] 吴冲．我国铁路信息化建设现状及发展方向[J]．物流工程与管理，2013，35(1)：82-84.

[2] 赵雄伟．试论铁路通信网络在信息化铁路建设中的重要性[J]．科学与财富，2014(10)：196-196.

[3] 邵长虹，庄红男，贾晓非．大数据环境下的铁路统计信息化平台研究[J]．中国铁路，2015(7)：1-5，9.

责任编辑 卢敏

Overall Design of "Digital Harbin Railway Administration"

JIANG Hui1，ZHOU Yonghai2，ZHANG Dandong3
（1. Harbin Railway Administration，Harbin Heilongjiang 150006，China；
2. Institute of Science and Technology，Harbin Railway Administration，Harbin Heilongjiang 150006，China；
3. Harbin VEIC Technology Development Corp，Harbin Heilongjiang 150006，China）

Harbin Railway Administration used advanced information technology to transfer high-definition videos and images of stations and yards to the administration’s station and depot control center, and provided intuitive image data for operation process supervision, scheduling and emergency command. At the same time, the administration carried out research and development of "digital + professional" management software, completed the development of software for digital track maintenance and other 10 subsystems. With "Digital Harbin Railway Administration", the whole process of operation can be monitored in real time, comprehensively improving the operation and management of the administration.

Harbin Railway Administration；digital；IT application；data communication network；highdefnition video

U285；TP391

：A

：1001-683X（2017）07-0091-06DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2017.07.091

2017-05-05

姜辉（1974—），男，高级工程师，硕士。 E-mail：jhbox2008@163.com

张丹东（1986—），男，工程师，本科。 E-mail：zhangdandong@veic.com.cn