基于双活数据架构的既有旅客服务系统优化方案研究

康 妍，吴兴华，刘卫平，刘 勇，强万福

（1. 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；2. 北京经纬信息技术有限公司，北京 100081）

印度尼西亚雅加达—万隆高速铁路（简称：雅万高铁）是对“一带一路”战略的贯彻落实，也是中国高铁在海外全面建设的“第一单”[1-2]。其中，铁路旅客服务系统（简称：旅服系统）是以提供多途径、全方位信息服务为目标的旅客运输（简称：客运）车站核心生产系统之一，能够提供综合业务管控，精准便捷地引导旅客进站、乘降等[3-5]，是雅万高铁建设中的重要组成部分。近年来，信息技术飞速发展，随着铁路客运车站智慧化升级赋能发展方向的提出[6]，铁路业务领域信息系统数据功能整合与管理、业务网络融合与重构、信息系统集中部署与高效联动被提升到新的高度。

目前，客运车站旅服系统是在中国国家铁路集团有限公司（简称：国铁集团）统一规划下，采用铁路局集团有限公司（简称：铁路局）-车站两级架构进行建设，缺乏统一的设计和规划，存在以下问题[7-9]：（1）数据独立存储和管理不统一，各厂家旅服系统独立建设，缺乏一致性标准，数据准确性、完整性、安全性难以保障，导致数据分析困难，难以高效利用数据，影响决策支持和业务发展；（2）各类子系统数据接口形式多样，需要针对不同接口进行维护升级，增加了旅服系统维护成本和工作量；（3）功能设计与业务流程的差异，导致功能冗余，增加了旅服系统复杂性和升级维护的难度与成本；（4）用户界面和交互设计不一致，导致车站工作人员学习成本提高、使用体验和满意度差。

针对上述问题，本文从既有旅服系统核心业务出发，提出其优化方案。依托由国铁集团统建的旅客服务与生产管控平台，选取双活数据架构进行重构设计，研发旅客服务功能应用，制定标准的接口控制融合策略，实现针对不同厂家设备管控的快速接入，从而实现旅服系统的数据统一汇总管理、软件统一维护，以及外部系统接口快速统一接入的要求，提供可靠高效的信息基础服务并满足雅万高铁信息化建设要求，全面提升铁路客运服务水平。

1 优化方案

针对既有旅服系统存在的问题，采用全面深度融合的设计思路，即基于旅服系统主业务流程对现有的平台软件进行全面重构优化，提高旅服系统在国铁集团主数据中心（简称：主数据中心）部署的可靠性，同时，针对设备接口进行通用化接口控制器设计，实现旅服系统在新线建设与既有站改造时的标准化部署。

1.1 总体架构

旅服系统依托管控平台集中部署，采用三级应用的架构模式设计，总体架构如图1 所示。

图1 旅服系统总体架构

1.1.1 国铁集团级

在主数据中心分别部署国铁集团级、铁路局级及车站/车务段外部数据接口服务资源、数据服务资源及应用资源，为旅服业务数据存储与计算提供服务。同时，在主数据中心部署微服务框架、微服务网关、消息中间件、业务负载均衡等公共服务资源，为来自各铁路局的访问提供高效、安全、及时的数据接口。当旅服系统实时接入调度、客票发售和预订（简称：客票）、动车等系统的各类实时运行数据后，旅服系统通过国铁集团层与铁路局层接口应用服务将数据存储至接口数据库，为其他外部系统的数据调用提供数据服务，同时将数据推送至各车站/车务段业务数据库，旅服各类业务控制后台根据不同数据类型进行数据计算存储并通过消息中间件发布对应消息命令，各铁路局站段在查询到订阅的消息推送后根据需求访问业务网关，获取实时业务数据或业务命令。

1.1.2 铁路局级

部署前置访问控制集群、消息中间件及物联网平台，通过消息中间件订阅消息命令，并通过物联网平台发布对车站不同设备控制器的业务变更数据，实现终端业务数据的预处理、访问控制等功能，保证主数据中心对业务数据处理的高效性和安全性。同时，充分利用旅服系统既有铁路局服务器资源进行利旧改造，实现对旅服业务数据的缓存及与主数据中心业务数据库的数据双活。

1.1.3 车站级

部署旅服系统客户端及广播、导向、查询、检票、到发通告等子系统的设备控制器。旅服系统客户端主要为客运综控员提供管控服务；设备控制器主要通过旅服平台业务模板与配置数据，以及实时接收到的业务变更数据，匹配对应的模板与配置数据，实现控制命令执行与状态反馈。

1.2 双活数据架构

分别在主数据中心与铁路局旅服中心服务器设置MQ消息中间件，业务数据在写入主数据库同时，通过消息订阅同步发布至从数据库，实现对旅服业务数据的缓存及与主数据中心业务数据库的数据双活。双活数据架构如图2 所示。

图2 双活数据架构

与此同时，旅服系统通过Ngnix 负载均衡实现对不同数据源Web 服务的虚拟负载服务，在主数据中心与铁路局网络、服务器及后台软件故障时，实现客户端业务的自动漂移，从而实现业务管理的持续不停机。

1.3 技术架构

旅服系统的技术架构如图3 所示。

图3 旅服系统技术架构

1.3.1 基础资源层

承载系统数据服务资源、网络资源、硬件资源、虚拟化平台资源及框架代码资源，提供面向整个系统运行的支撑服务。

1.3.2 应用服务层

提供面向旅服系统运转的各类运行计算及数据存取服务，包括：到发计划管理与数据服务、广播计划管理与数据服务、引导计划管理与数据服务等。服务采用微服务框架设计并在Nacos 中心注册，每项服务可独立承担一项或多项旅服业务，服务之间采用FeignClient 实现内部访问调用。

1.3.3 服务管理层

支撑微服务发布及消息驱动的各类组件，包括：Nacos 服务注册集群、Spring Cloud Gateway 服务网关、RabbitMQ 消息中间件、StreamSet/ThingsBoard 物联网平台等。当各类子系统提出业务服务请求时，会通过物联网平台进行统一的汇总，并通过服务网关调用具体的后台应用进行计算与数据存取，同时，向消息中间件发布对应的消息，订阅的后台服务会根据消息核对计算存取后的数据，从而形成闭环。同时，在服务调用过程中，Sentinel 提供资源隔离、降级机制等功能，通过实现流量控制，避免服务不可用时产生雪崩效应。ELK（Elasticsearch，Logstash，Kibana）提供后台服务日志的统一快速、准确查询、分析，以及整个平台的日志收集、分析、展示，从而全面保障服务框架的稳定运行。

1.3.4 前台客户端层

包括系统软件客户端、广播设备控制器等终端执行软件，通过标准的接口协议与应用层物联网平台、消息中间件相连，收发相应的数据。

1.4 网络及部署架构

网络方面，对于既有旅服系统融合，在铁路局采用防护墙实现办公网与旅服网服务器打通互联；对于新建线路，旅服设备全部部署在安全生产网内。

旅服系统部署架构采用管控平台与旅服系统既有融合模式进行设计，部署架构如图4 所示。

图4 旅服系统部署架构

（1）主数据中心云平台：部署管控平台与旅服应用的数据库服务器、应用服务器、接口服务器、Web 服务器、旅服消息服务器等。采用双云主备资源的方式进行部署，确保系统能够正常访问，实现与调度系统、动车系统、客票系统（TRS，Ticketing and Reservation System）、检票系统的数据接口与一体化计划管理。

（2）铁路局中心端：架设前置服务器，在主数据中心与铁路局之间提供安全的前置数据转发服务；通过旅服数据库服务器、旅服应用服务器、旅服消息服务器、缓存服务器等，实现与车站设备控制器的相互访问，为工作人员操作提供界面。

（3）车站端：部署操作客户端，广播控制器、导向控制器、查询机控制器、求助控制器及其他接口设备，同时架设应急操作终端、应急数据库服务器及应急应用服务器，为车站提供应急服务。

2 功能设计

旅服系统功能架构如图5 所示。

图5 旅服系统功能架构

2.1 到发管理

负责信息的自动发布，根据来自客票系统或人工输入的列车到发信息及配置好的客运信息，自动生成综合到发计划，下发给广播、导向显示、监控计划等子模块；能灵活地进行手动/自动切换综合到发计划。到发信息变更时，子模块计划能及时根据到发计划与业务模板进行调整。

2.2 广播管理

负责列车运行时刻、票务、铁路通告、站内设施说明、站内环境说明、旅客乘车、安全提示及旅行相关信息的播报及其功能的维护。

2.3 导向管理

负责分类自动读取旅服管理平台发送的信息、指令及列车时刻表、列车到发通告、票务信息等相关信息，实时调整综合显示屏并回传屏上数据。

2.4 数据接口

负责TRS 接口、运输调度管理系统（TDMS，Transportation Dispatching Management System）接口、调度日计划接口等原始数据信息的展示，便于问题查找与定位及设备信息的展示与维护。

2.5 检票管理

负责配置、展示与检票系统相关的信息，包括闸机信息配置、检票日计划、闸机基本计划，保证与检票系统信息的实时传递。

2.6 系统管理

负责用户信息、车站信息与站所在数据库信息、系统运行所需要的基础参数信息、基础位置信息的配置、展示与维护，以及运行和维护日志的查询。

3 关键设备

3.1 广播设备控制器

广播设备控制器是将车站广播设备接入管控平台的核心模块，融合通用的广播系统接口应用、广播业务规则执行、广播设备监控及广播基础数据同步，实现车站广播设备的管理与控制。在车站端部署广播设备控制器，负责与管控平台的交互，广播设备控制器只从管控平台直接接收详细的指令，将接收到的广播指令转换为广播设备识别的指令，执行指令并返回执行情况；同时，将基础及配置数据缓存至本地，监控并展示广播子系统运行状态及业务执行状态。

3.2 导向设备控制器

导向设备控制器融合通用的引导接口，引导业务规则执行、设备状态监控及基础数据同步，实现对导向设备的管理、控制与执行状态监控。在车站端部署导向控制器与管控平台进行交互，负责接收管控平台发来的车次上屏指令、平台校时指令及业务版式等详细控制指令并执行，将结果实时推送回平台；读取管控平台配置数据或者将基础及配置数据缓存至本地；对同一个屏接收到的多个信号进行先后顺序排队与优先级处理；具备版式预览功能。

3.3 检票子系统接口机

基于主数据中心接口统一管理模式，检票子系统接口机接收到调度、人工下发的命令后主动触发闸机后台，闸机后台通过铁路局转发服务访问主数据中心网关，网关通过客票接口服务命令下发至负载均衡服务，转发服务通过安全平台经客票数据共享平台分发到检票系统，从而把命令发送到闸机设备上，实现旅服业务与闸机的实时联动控制。

4 实际应用

目前，基于双活数据架构的旅服系统已在雅万高铁Halim，Karawang，Padaralang，Tegalluar 等4个客运车站部署应用。该系统易于部署，通过性与可维护性强，主界面如图6 所示。

图6 旅服系统主界面

旅服系统依托旅客服务与生产管控平台，采用2 级架构，相关服务器和存储利用雅万高铁大数据云平台实现。其中，以Halim 站集中管控其他小站，仅在Halim 站部署应急功能，出现中心级系统或车站与中心级网络异常情况时，启动车站应急、执行站控模式。旅服系统负责接收并解析调度系统的日计划、调度命令等信息，可编制、自动生成并在后台自动调整广播、引导、检票等计划信息，提供印尼文、英文和中文播报功能，支持车站工作人员的生产指挥，提供高效便捷的旅客服务能力。

5 结束语

本文基于双活数据架构对独立部署和应用的既有旅服系统进行升级改造，提出一套深度融合网络互通与网络安全、数据统一接入、通用化设备接口控制器、既有旅服设备利旧、应急处置等多方面的优化方案，有效提升了旅服系统的先进性、可靠性、标准性与易维护性，降低了运维的成本。未来可进一步探索应用智能化监控技术及网络安全信息技术，提升旅服系统的安全可靠性。