广铁集团运输与安全大数据系统构建研究

易志勇

（广州北羊信息技术有限公司，广东 广州 510000）

目前，中国铁路广州局集团有限公司(以下简称“广铁集团”)按照“精确运营方式”及“安全高效与优质服务”运输模式进行设计，实现对客货运输全过程的精细化管理。广铁集团的运输系统已经形成了几十套生产应用系统，主要应用运输调度管理信息系统(TDMS)、行车调度指挥系统、调度集中系统(TDCS/CTC)、车站系统、客货票预订系统和设备管理系统(车辆5T、机务6A、供电6C、电务8D、工务8M)[1]，这些系统具有相对独立性，有些仅实现数据的接口对接，大部分系统之间还无法进行数据的互联互通，各业务部门没有形成统一的业务处理方式，导致大量信息孤岛的存在。随着市场化改革的深入，对运输管理提出了更高的要求，在运输与安全业务需求和管理精益要求逐渐提升的情况下，需要将这些应用系统也从简单的信息化应用管理向平台化、智能化的应用系统转型，形成一个高度融合的大数据系统。

1 广铁集团运输与安全大数据系统需求分析

1.1 构建因素分析

推动广铁集团运输与安全系统朝数字化战略转型的核心，是打通各个部门之间使用运输系统的壁垒，形成统一的大数据平台，以数据驱动业务，建立运输与安全大数据为一体的系统。一方面，对广铁集团管内的路网列车开行方案演变过程、客流输送能力利用、列车停站方案、不同时段通过能力利用、区段通过能力利用等方面进行分析，提供合理的运输组织方案；另一方面，对广铁集团运输与安全问题进行分析，针对性地提出预防对策和运输组织措施，提升安全风险超前管控能力。广铁集团运输与安全大数据系统构建主要考虑以下因素。

（1）构建运输与安全大数据平台。以提升运输计划编制质量为核心，智能化编制为前提，提高效益与安全和减少运输成本为目的，对影响运输过程的全部环节实现信息化，对计划编制、过程执行、实际反馈等环节实现“信息联锁”。

（2）规划运输过程信息化系统。广铁集团的信息系统是一个整体，按照功能进行划分，实现系统数据的有效融合，搭建运输信息化过程总体框架。

（3）构建协同运输生产应用平台。面向参与运输生产管理部门和各基层业务人员，建立一个能够适应运输调度、安全管理、乘降组织、协同生产、数据分析、分布式计算和各项业务应用的平台。

（4）构建全面应用运输与安全系统。经过需求分析，在运输信息化过程总体框架上，通过标准化基础建设，以装卸车需求为驱动，以货流、车流、客流为基础，以综合动态运行图为展示平台，通过部门运输工作计划的集中编制和运输信息的流程共享，发挥计划管理和运输集中指挥的优势，不断提高铁路各运输部门的协同工作能力。

1.2 需求分析

广铁集团运输与安全大数据平台总体目标是以运输组织、客货营销和经营管理为信息化建设重点，加强基础建设，整合既有资源，创建大数据平台。由于广铁集团信息化基础相对较好，有条件在2020年内，全面建成技术先进、结构合理、功能完善、管理科学、经济适用、安全可靠的运输与安全大数据系统，其总体水平跃居全路前列。实现广铁集团调度指挥智能化、客货营销社会化、经营管理现代化，在提高运输效率、扩大运输能力、优化资源配置、保障运输安全、提高服务质量、提升管理水平、实现增收节支、提高经济效益和逐步提升公共服务水平等方面发挥明显作用，为广铁集团发展提供技术支撑与保障。

1.2.1 总体需求

广铁集团运输与安全大数据平台建设根据运输及安全的业务需求，形成上下关联、信息共享、规范标准的应用，即增强宏观管理指挥能力的示范应用、增强部门之间协同能力的应用、推动各级部门之间信息交换的应用、充分发挥运输与安全过程应用，为运输与安全大数据的综合决策提供依据。因此，在协同编制“流—线—机—辆”集成的运输计划、人员使用计划和轨道等固定设备运行维护保养计划等条件下，实现广铁集团内运输资源的统一调度和整体利益最大化。

运输生产过程主要围绕着日班计划、阶段计划的编制和执行展开工作。主要包括列车工作计划、货运工作计划、机车工作计划、施工维修作业计划等。系统需要建设作业包括调度各工种(行车调度、计划调度、机车、货运调度、客运调度、施工调度、特运调度、快运调度)[2]；电力专业、电务专业、机务专业、车辆专业、供电专业等，建立铁路运输与安全大数据系统，实现各类数据高度融合，围绕防溜、施工、天窗、调车作业、轨道车运行、设备故障、保留列车、故障车处理、设备养护等重点工作，按照“过程控制”基本思路，对各作业流程进行严格卡控。

1.2.2 应用需求

①业务基础数据全程共享。建立业务信息资源目录体系和信息交换体系，制定业务信息采集、登记、维护、交换、公开制度；实现铁路局集团公司内部各部门共享信息的及时交换和集中管理，提供协同生产能力。开展数据标准化等基础工作，保证数据和信息的完整性、一致性。在此基础上，建立统一的数据库平台和全局的数据模型。

②业务流程管理。通过系统的建设实现铁路局集团公司生产过程信息化，并结合统计分析系统为领导决策提供科学的辅助支持。

③生产安全监控。通过生产过程的管理，将作业的轨迹全程记录，关键岗位进行同步录音录像，拉近管理层和现场作业点的距离。现场的每一项关键作业流程、作业标准和作业质量，都能做到全过程追踪、全方位卡控、全方位监控。

④设备质量管理。通过状态监测和诊断技术，判断设备的异常、预知设备的故障，从而保证设备质量，减少对行车的影响，最大限度地避免安全隐患。

2 广铁集团运输信息系统总体框架

2.1 数据衔接

广铁集团经过30多年的信息化建设，积累了海量的结构化、半结构化及非结构化数据，这些数据不仅规模巨大、类型多样，同时具有快速流动和价值密度低的特点[3]。因此，必须要打破原有站段之间和各专业之间的信息壁垒，实现各个子系统之间的无缝衔接。在统一平台的框架内，对各个业务单位的系统进行统一规划，保证信息在平台内自由流动，各个子系统的模块采取“低耦合高内聚”的设计原则，通过统一的接口进行信息交互，消除信息孤岛，减少重复建设。

2.2 系统架构

架构是一类系统在其所处环境下最高层次的概念，包括各种框架组件及其相互关系的定义，应符合系统完整性、经济性和审美性等[4]。系统架构研究主要关注于应用功能，广铁集团运输信息系统应用的提升空间主要表现在：打破信息壁垒，实现应用系统的横向整合；在完善以实时追踪为核心的运输数据管理基础上，围绕三大主题建立相关应用；改变目前以模拟手工操作为主的应用现状，以信息技术引领业务的变革等。广铁集团运输信息系统架构如图1所示。

2.3 主要业务流程

（1）计划-实绩闭环流程。运输过程系统将功能分散配置为运输计划、行车管理、货运装卸进度管理、机车运用管理、车辆管理、客运服务管理、施工维修管理、特运信息管理、站场编组作业管理及控制、设备故障管理等多个子系统。多个子系统通过网络实现信息共享，根据各子系统的功能特点，系统总体通过计划→执行→实绩业务等一系列连续流程形成，对现有的岗位进行优化，形成计划岗位和车站执行层岗位作业流程重组。计划-实绩闭环流程图如图2所示。

（2）智能化计划编制流程。通过计划智能化编制、计划执行自动控制，实绩自动采集的反馈闭环管理，确保业务连续性的功能分担的智能化工作流程，智能计划编制平台包括运行实绩、装卸作业进度实绩、施工和维修作业进度实绩、调车作业进度实绩、解体进度实绩、应急处置实绩、移动设备状态和固定设备利用率等。

图2 计划-实绩闭环流程图Fig.2 Plan-performance closed-loop fl owchart

（3）信息共享流程。目前，运输各过程系统间存在信息源分散，信息共享不充分，信息传递不精确、不及时，信息交互方式自动化程度不高、信息互动不足等问题，以及部分生产流程存在作业繁琐的情况。运输信息管理不能统一，使得运输生产控制出现断链，不能精确提供运输决策依据，必须利用业务流程，充分利用企业总线，实现信息共享。

3 广铁集团运输与安全大数据系统构建分析

广铁集团运输与安全大数据系统构建主要是解决各应用系统和软件不能互连互通的问题，由于统一开发语言和应用服务器，甚至统一数据库，都不能真正解决不同应用系统的信息孤岛问题，只有依赖于统一的应用基础平台的应用系统才能有效地进行信息交互。

3.1 基本信息库

基本信息库定位为基础数据模型，包括运输固定设备信息、移动设备信息、运行时刻表、设备材料信息库、车站站场、线路资料库信息库、人员信息库、地理空间信息库等。对基本信息库的版本进行管理，分为当前使用版本，未来日期使用版本，以及历史版本。

所有跟运输有关的设备进行惟一ID编号管理，所有系统统一ID编号，拥有ID编号的设备录入出厂日期、使用寿命、主要技术参数、检修履历、故障履历等信息。具体设备有工务设备(轨枕、钢轨等)、电务设备(信号机、扼流变压器、道岔转折机)、供电设备(电网、供电臂)、机务设备(机车型号、机车库)、车辆(车辆编组、吸污设备、整备机具、动车)及房建(站台)等。

3.2 基础平台

“标准是关键，数据为基础，应用是根本，整合成平台”是实现信息共享基础能力建设的有力保证，即以业务软件数据标准化和技术规范化贯穿整个工程，以业务数据模型为基础，以需求为导向，切实将应用实践作为广铁集团内生产过程业务信息化的根本和未来，一切面向应用，实现物理资源与信息资源的整合，为安全监控搭建基础平台。

（1）业务支撑平台。包含有信息收集、信息处理、信息发布、信息流转、可定制工作流系统、统一的报表处理、统一的数据接口、统一权限管理、支持协同生产计划的编制、应用统一部署、快速开发框架、组件复用机制以及信息安全保障等功能，实现各生产系统关联，提高应用系统的开发效率。

（2）数据交换平台。从技术角度保障各业务子系统和决策子系统的数据来源，需要实现建设中心数据库、综合信息(数据库)模型及建设、数据挖掘与决策支持、建设数据交换与共享体制、现有数据库的整合与改造、数据安全等。

（3）现场监控平台。包括图像监控、语音监控、定位监控、业务流程监控和故障预警监控等内容。

（4）决策支持平台。包括信息收集、信息处理、业务建模、决策建议和决策评估等内容。

3.3 大数据分析与挖掘

在互联网时代，运输与安全大数据平台是各种离散的数据进行集中、梳理、处理的平台，数据包括结构化数据、非结构化数据、图数据、视频数据等[5]。运输大数据分析与挖掘主要功能如图3所示。

图3 运输大数据分析与挖掘主要功能图Fig.3 Functional diagram of railway transportation big data analysis and mining

4 广铁集团运输与安全大数据系统设计

4.1 业务分析

（1）技术上的可行性。使用统一技术平台，构建一个完整的系统，在功能、数据、信息、系统软件和系统硬件等各个层次上实现统一与协调，以及信息共享与联动，提高运输过程的自动化程度及安全性。以各个专业成熟的子系统为基础，充分挖掘系统的功能及彼此间的联系，采用关键子系统的深度集成，支持辅助系统的互联集成。

（2）业务系统标准的建立。统一内部与外部接口，在设计、开发过程中遵循统一的技术规范，以利于系统灵活变更、扩展与升级，满足近期及远期分步实施的需要。采用统一标准体系，一是采用统一时钟体系，二是采用统一设备ID标号及设备位置公里表，三是采用统一基本图运行参数。依托基础建设，在统一的基础数据、数据采集和管理机制的基础上，满足开发多层级应用的需求。

4.2 功能目标

为满足精细化调度指挥和运输组织的需求，提升信息化在运输组织和调度指挥过程中的作用，结合运输与安全大数据系统的建设，实现运输能力统筹安排，加快机车、车辆周转，不断提高运输效率，逐步实现计划制定过程中的运输成本和劳动力成本分析[6]。

（1）运输与安全大数据业务系统功能归类。以统一基础数据管理，强化智能计划编制，提前预判设备对安全的影响，实现作业过程卡控，为指挥决策提供更加科学手段。广铁集团运输与安全大数据业务系统如图4所示。

图4 广铁集团运输与安全大数据业务系统Fig.4 Composition diagram of railway transportation and security big data business system

（2）全方位提高运输生产能力。通过构建运输与安全大数据系统，实现决策、管理、业务能力全方位提高。决策能力提高包括安全信息分析、运输统计分析、运输成本控制、运力布局分析；管理能力提高包括业务过程监控、接发列车监控、作业环节的自动检查、计划质量评价、技术信息管理、应急预案编制等；业务能力提高包括生产计划制定、站段作业管理、乘务人员使用管理、设备使用检测、停送电管理、装卸管理、安全预警、车流调整、公共信息发布等[7]。

5 结束语

广铁集团信息化的建设总体水平处在发展阶段，由过去分散的各自为政建设转变为统一规划、统一标准、统一平台的阶段，强化铁路局集团公司业务系统互联互通和信息共享，也是广铁集团运输指挥自动化和智能化不可跨越的阶段[8]。建设适应广铁集团实际、全路一流的运输与安全大数据系统，加快广铁集团从传统运输企业向现代物流企业转型，从传统经营模式向精益管理模式转变，促进安全管理能力提升。同时，推动铁路大数据应用技术的进步，全面提升广铁集团信息化、智能化水平。