基于云计算的中国铁路国际联运数据交换方案研究

陈 宁，唐 晗，霍 星，陆 垚，刘 洋

（1.西南交通大学，四川 成都 611756；2.中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所，北京 100081）

1 引言

铁路国际联运是国际联运的重要一环，对国际贸易的发展起到至关重要的作用，以海铁联运为例，欧美发达国家的海铁联运占比在25%左右，其中，美国高达45%，德国高达40%，法国高达35%，一些发展中国家也达到了30%左右的水平，而中国多式联运量仅占全社会货运量的2.9%，远低于发达国家的水平。

2014年，由国务院发布的《物流业发展中长期规划（2014-2020年）》中提出多式联运工程为重点工程[1]；2015年，国家发改委联合多个部门发布了《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》，文件中提出了六大通道为国际多式联运提供了便利的运输环境[2]；2018年，由交通部发布的《推进运输结构三年行动计划（2018-2020年）》指出实施多式联运提速等六大专项行动[3]。

俞缨（2019）在《我国铁路多式联运发展对策研究》一文中对多式联运发展环境进行了分析，并指出要结合5G、云计算、大数据、物联网等技术推进信息开放共享[4]；林备战（2019）以“一带一路”国际多式联运作为切入点，总结了中欧班列近年来的运营情况与发展趋势[5]；李栋（2018）重点从铁路国际联运方面指出了铁路国际联运中存在的问题，他提出要保证货运信息的一体化和统一化[6]。

2 中国铁路国际联运信息需求分析

2.1 中欧班列运行现状

截止到2018年11月，中欧班列开行数量突破12 000列，开行城市56座，到达欧洲国家15个，运行时速为120km，全程运行时间12-14d。班列开行情况见表1，由表1可以看出，在国家“一带一路”等相关政策的扶持下，中欧班列自开行以来开行数量持续增长，铁路国际联运在此期间开始步上正轨。

表1 中欧班列开行情况数据表

尽管铁路国际联运的发展速度十分迅速，但整体国际多式联运服务水平相对较低，国际多式联运服务还包括海铁联运、公铁联运、陆空联运、海空联运等，铁路国际联运仍处于起步阶段，主要存在的问题如下：铁路场站配套设施不足、服务质量有待提高、标准体系建设滞后、不同运输方式信息异步严重等。

2.2 国际联运信息需求分析

目前，铁路国际联运国内阶段基本实现全程数字化，通过电子口岸颁发的IC 卡即可办理国内的海关业务，但通关过境的整个流程涉及到多个检查机构，包括海关、检疫部门、场站以及货运代理等。中欧班列的满洲里口岸、二连浩特口岸以及阿拉山口口岸，在政策的支持下通过多方的联合办公基本能够实现“一站式”简化业务流程。自海关总署推行“互联网+海关”平台以来，不断有地方海关开启相应端口，实现无纸化报关[7]。

除开场站的换装作业，班列通关过程最大的问题在于数据共享性较差，联合办公更多只是一种解决燃眉之急的方式，不能从源头上解决数据异步的情况，更多是需要打通不同系统之间的数据交换渠道，这样才能保证数据在整个运输过程中的完整性和连贯性。

3 铁路国际联运数据交换流程

目前，铁路国际联运在数据交换技术上，沿用传统数据交换技术。数据交换技术可大致分为线路交换和储存转发交换两种形式，线路交换最广泛的案例为有线电话，储存转发交换形式下又包含了报文交换和分组交换，两者都是基于报文文件进行传输，后者是前者在传输过程中的优化和提升。

数据交换的内部流程如图1所示。系统A 下达数据交换请求并选择交换的数据文件，数据文件通过数据交换平台进行单证映射生成平面文件，之后再将其翻译为便于传输的XML 文件，通过Web 服务进行数据传输，到达指定对象后再通过数据交换平台对XML文件进行翻译，生成相应的平面文件，最后通过单证映射复原文件。

4 云环境下的国际联运数据交换

云环境下的铁路国际联运数据交换架构由四个层次构成，分别是用户、软件即服务（SaaS）、平台即服务（PaaS）和基础设施即服务（IaaS）。

图1 报文数据交换流程

4.1 云环境下的国际联运数据交换架构

（1）用户。涵盖了国际联运数据交换的各个参与方，包括铁路、海关、检疫以及其他相关部门。不同参与方通过平台共享数据，获取数据，保证了信息完整性的同时，又提高了作业效率。

（2）软件即服务。通过WebService 来实现提前布局好的应用服务，就国际联运数据交换平台而言，其核心的应用服务是数据交换服务，在这个过程中还可能存在不同订单之间的关联匹配、资源分配和运维管理，此外，也需要对节点和流程进行管理和优化，实现对全局的把控。

（3）平台即服务。该层是数据交换服务的核心，通过Sass层的指令将指定的数据转换为指定标准的报文文件（XML 文件），运用分布式计算进行数据的传输和共享，对接收的数据也是在该层进行报文的解析和转换，此外，数据的预处理（搜集、整理、清洗和转换）也是在该层进行。

（4）基础设施即服务。主要涉及基础硬件、软件以及服务三个方面的设施，包括数据源（数据库、外部端口和资源调度）、主机、通信协议、交换机、网络、云服务器等为上层运行提供环境支撑[8]。

云环境下的国际联运数据交换架构如图2所示。

Sass、Pass 和Iass 三个层次对应了三种不同模式的云计算服务，三种服务模型也能够独立为用户提供云服务，三种服务模型之间也存在一定但不必要的依赖关系。

图2 云环境下的国际联运数据交换架构

4.2 云环境下的报文数据交换流程

目前，基于云计算的数据交换暂时没有绝对的标准流程，结合云计算、分布式存储和分布式计算的特点，云环境下的报文数据交换流程如图3所示。

图3 云环境下的报文数据交换流程

在该环境下，数据的交换技术的本质还是储存转发技术，其传输的对象仍然为高拓展性的XML 文件，结合分布式计算，将其转化为多线程任务进行指令语义解析，最后将多线程任务的输出结果合并复原数据文件，按照一定的数据存储架构导入至目标对象的数据库中。

5 中外数据交换案例

电子数据交换平台采用了Hadoop 架构，其技术架构层次划分自底向上分别为：系统层、数据层、存储层、分析层、表示层五层。大数据技术在应用平台的数据处理及应用流程，包括聚集数据、存储数据、分析数据和利用数据等基本环节。在数据交换方面，根据行业规范，中外铁路间数据交换采用UN/EDITFACT标准，进行电子数据交换的技术操作程序如图4所示。

图4 报文传输处理流程

从图4可以看出车站到铁路局再到电子数据交换平台，采用XML的传输格式；从电子数据交换平台到外方铁路按照EDI的标准格式。

5.1 中-外电子数据交换

（1）接收内网发送的联运运单并转发到运输信息集成平台：从MQ 队列中读取联运运单，通过统一传输平台，经铁路局转发到相应口岸站。

（2）运单入库：同时，通过MQ应用安全代理和安全平台，将联运运单传送到外网电子数据交换平台服务器，根据预定义的铁路内部格式，对运单内容进行解析及有效性校验后，写入数据库。

（3）生成电子数据交换报文：根据预先定义的平文件与IFTMIN 报文间的转换逻辑，生成IFTMIN 联运运单，并对文件进行组合、打包，以备交换。

（4）运单发送：将EDI 报文格式运单发送到外铁MQ 队列中，并在收到外铁发回的CONTRL 信息后，进行入库、存档、备份等操作，至此，说明该运单被外方接收，即完成了运单的发送过程。

5.2 外-中电子数据交换

（1）外方联运运单报文接收：实时侦听联运运单接收队列，自动接收报文，并进行报文格式有效性校验，校验通过后，发送CONTRL 确认给外方，确认收到该报文。

（2）报文解析及入库：将报文进行解包、拆分，并根据预定义的转换逻辑，将其转换为内部报文格式运单（平文件或XML格式）,写入数据库。

（3）报文的传输：将内部报文格式的运单，通过MQ应用安全代理和安全平台传送到内网，通过TMIS统一传输平台，传送运输信息集成平台。

6 总结

云计算作为一种新型技术架构方法，在大数据处理、资源整合以及服务应用等多个方面有着较大优势。通过对中国铁路国际联运现状进行分析，明确其信息需求，并提出云计算这一新技术在该领域的应用，构建了云环境下的数据交换平台架构，梳理了数据交换流程，进而提出了新的数据交换方案，最后通过铁路中外数据交换案例，验证该技术能够打通不同系统之间的数据通道，有效解决不同系统之间数据共享难的问题。