中老鐵路智能決策支持服務平臺設計與應用

張雅琴，馬志強，秦林林

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081）

伴隨著“一帶一路”倡議，我國與沿線國家基礎(chǔ)設施互聯(lián)互通網(wǎng)絡快速發(fā)展，現(xiàn)已形成多點擴散的國際鐵路聯(lián)運大通道網(wǎng)絡[1]。中歐班列、中巴伊土等國際運輸通道的跨境貨物運輸促進了多個國家經(jīng)濟、貿(mào)易的交流與發(fā)展[2-4]。作為國際鐵路聯(lián)運大通道網(wǎng)絡的重要基礎(chǔ)設施，跨境鐵路是沿線國家實現(xiàn)互聯(lián)互通的重要載體，在國際貨物運輸中充當著重要角色。

云計算等信息技術(shù)的快速發(fā)展與融合應用，為鐵路的智能化與數(shù)字化建設提供了重要驅(qū)動力[5-6]。為了更好地助力境外鐵路的業(yè)務發(fā)展，于行建等人[7]結(jié)合國內(nèi)鐵路智能化趨勢與技術(shù)，從鐵路智能數(shù)字化、裝備智能化等角度出發(fā)，提出了適用于境外鐵路項目的智能化系統(tǒng)；梁志國等人[8]針對中老（中國—老撾）運行需求，開發(fā)了適用于多種語言的計算機聯(lián)鎖系統(tǒng)；秦寧等人[9]設計了中老鐵路作業(yè)綜合管控一體化技術(shù)方案，實現(xiàn)對中老鐵路磨萬段設備、人員、作業(yè)流程等生產(chǎn)要素的管理。為滿足中老鐵路核心業(yè)務需求，紀偉等人[10]引入云原生技術(shù)，設計了中老鐵路信息系統(tǒng)一體化方案。上述研究給境外鐵路的業(yè)務運營和管理提供了新的技術(shù)手段。然而，伴隨著多種信息系統(tǒng)投入使用，多樣化的數(shù)據(jù)資產(chǎn)快速形成，如何有效利用數(shù)據(jù)資產(chǎn)，挖掘數(shù)據(jù)潛在價值，促進境外鐵路的管理、運營和創(chuàng)新，是當前需要深入研究的重要課題。

因此，為有效利用多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資產(chǎn)，輔助境外鐵路智能決策，本文設計了中老鐵路智能決策支持服務平臺，通過在中老鐵路實踐應用，實現(xiàn)了鐵路運輸運營決策的智能化。

1 平臺架構(gòu)

1.1 總體架構(gòu)

中老鐵路智能決策支持服務平臺在搭建的過程中，采用了多層架構(gòu)模式，以便于更加靈活的業(yè)務組成形式和部署，總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 平臺總體架構(gòu)

1.1.1 數(shù)據(jù)連接層

為了方便各種類型的數(shù)據(jù)接入，該平臺采用NodeJS動態(tài)加載機制，優(yōu)化了NodeJS底層虛擬機在加載不同Class時的性能，實現(xiàn)了統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口模式之上的數(shù)據(jù)動態(tài)綁定機制，包括本地文件（Excel、XML、JSON）、數(shù)據(jù)庫（MySQL、PostgreSQL、Oracle）及HTTP接口，通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，方便后期接入其他類型的數(shù)據(jù)。

1.1.2 數(shù)據(jù)處理層

在數(shù)據(jù)連接層之上，搭建了數(shù)據(jù)處理層。數(shù)據(jù)成功連接后，連接層會將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流（無論底層是文件、數(shù)據(jù)庫還是HTTP網(wǎng)絡接口）打包成最小的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)包，并傳遞給數(shù)據(jù)處理層。該平臺實現(xiàn)了3種數(shù)據(jù)處理方式，分別是可視化交互（基于用戶交互設置的數(shù)據(jù)處理邏輯）、類SQL語句（基于SQL擴展了數(shù)據(jù)處理邏輯）和JS腳本（通過動態(tài)加載JS類實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理邏輯）。數(shù)據(jù)處理層接收到流（Stream）之后，會重新將數(shù)據(jù)解包并逐個應用3種數(shù)據(jù)處理邏輯，再重新封包交給下一層。

1.1.3 應用層

提供運營決策、基礎(chǔ)設施運營維護（簡稱：運維）決策、設備設施病害決策、資產(chǎn)管理決策和指標分析等功能，封裝了可視化圖表（折線圖、柱形圖、條形圖、玉玨圖、玫瑰圖等）、區(qū)域地圖等一系列組件，可用于組合設計出各種風格的大屏。同時，設計了動畫和交互功能，為組件和大屏提供了靈活的動畫設置和交互邏輯設置。

1.2 技術(shù)架構(gòu)

中老鐵路智能決策支持服務平臺為前端頁面、后臺分離架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 平臺技術(shù)架構(gòu)

1.2.1 前端頁面

采用Vue.js技術(shù)棧并配合使用Element-UI框架搭建前端頁面，通過Node.js為ES6版本標準下的JavaScript提供運行環(huán)境，并將ECharts及AntV數(shù)據(jù)可視化組件庫進行封裝，便于用戶在數(shù)據(jù)可視化分析時的拖拽操作和配置，最后通過Webpack工具進行打包部署在服務器中。網(wǎng)關(guān)（Gateway）部分采用Nginx作為代理轉(zhuǎn)發(fā)服務，訪問到對應的后臺Server。

1.2.2 后臺Server

后臺Server為Java項目，主要采用Spring Boot和MyBatis技術(shù)棧，使用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)。用戶可以在數(shù)據(jù)源部分配置外部數(shù)據(jù)的連接信息，通過直連模式讀取數(shù)據(jù)，在指標管理模塊新建指標并綁定數(shù)據(jù)，進而根據(jù)需求配置視圖和大屏。此外，用戶也可以在指標部分上傳Excel、JSON等靜態(tài)數(shù)據(jù)，通過配置調(diào)度模式實現(xiàn)調(diào)度Kettle工具執(zhí)行抽取任務，并將數(shù)據(jù)存儲在Apache Doris數(shù)據(jù)庫中，為指標提供數(shù)據(jù)分析展示，進而根據(jù)需求配置視圖和大屏。

2 功能設計

2.1 鐵路運輸運營決策服務

鐵路運輸運營決策服務通過厘定顯示需求，實現(xiàn)對中老鐵路運營、經(jīng)濟運行的統(tǒng)計分析，以大屏方式直觀呈現(xiàn)，實現(xiàn)對運輸整體情況的分析與顯示，包括運輸量、列車開行與運用情況、當日運輸情況、技術(shù)站作業(yè)情況、智能提示及運輸預警等。

2.2 基礎(chǔ)設施運維決策服務

基礎(chǔ)設施運維決策服務實現(xiàn)對工、電、供各專業(yè)運維情況及安全綜合運用的分析與展示，包括天窗計劃、日計劃情況、工具及人員派用情況、維修計劃/應急值班信息、工電供聯(lián)合作業(yè)統(tǒng)計、智能提示及告警等，通過對運維管理中難點問題進行趨勢、突變、供需匹配研判，用數(shù)據(jù)尋求科學的解決方案，通過輸出報告、建議等方式，輔助管理者進行決策。

2.3 設備設施病害決策服務

設備設施病害決策服務實現(xiàn)對橋梁、接觸網(wǎng)等設備病害的綜合統(tǒng)計、追蹤、預警與展示，包括年度病害分類統(tǒng)計、病害態(tài)勢分析、病害數(shù)量及分類統(tǒng)計、預警分析等，并挖掘不同專業(yè)檢測數(shù)據(jù)間的相關(guān)性。通過篩選各專業(yè)動靜態(tài)檢測、檢查和監(jiān)測病害數(shù)據(jù)，根據(jù)問題嚴重程度分級納入設備問題庫，為各專業(yè)生產(chǎn)狀態(tài)修計劃提供編制依據(jù)。

2.4 資產(chǎn)管理決策服務

資產(chǎn)決策分析主要涉及數(shù)據(jù)資產(chǎn)和物資資產(chǎn)。其中，物資資產(chǎn)指標的呈現(xiàn)實現(xiàn)了資產(chǎn)設備、儲備物資的細化分析，可按照專業(yè)、線別、單位、設備類別等不同的維度統(tǒng)計資產(chǎn)設備數(shù)量、分布及使用情況，包括道岔、橋梁、隧道、涵渠、路基、通信設備、信號設備、供電設備等；數(shù)字化資產(chǎn)指標的呈現(xiàn)實現(xiàn)了對整體數(shù)據(jù)資產(chǎn)情況的細化分析，主要包括數(shù)據(jù)資產(chǎn)分類統(tǒng)計、數(shù)據(jù)變化趨勢等分析展示。

2.5 指標服務分析

指標服務分析負責記錄并以圖形化方式展示指標數(shù)據(jù)信息，包含指標數(shù)量、指標修改次數(shù)、指標服務次數(shù)、累計指標申請量等；提供直連多種類型（數(shù)據(jù)庫類型、API類型、地圖服務類型）數(shù)據(jù)源的服務，實現(xiàn)對當前指標目錄的查詢、篩選和維護。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 海量復雜數(shù)據(jù)的存儲與挖掘

利用分布式數(shù)據(jù)庫，解決海量工、電、供、車輛、事件視圖數(shù)據(jù)存儲，碰撞難題；解決視頻資源永久性分類保存難題；解決關(guān)鍵數(shù)據(jù)、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫備份難題；解決多源異構(gòu)重要數(shù)據(jù)的檔案式存儲管理難題；解決海量長周期視頻數(shù)據(jù)概率分析難題；監(jiān)測重點路段事件趨勢、事件發(fā)生規(guī)律分析等。

3.2 境外鐵路運行指標體系構(gòu)建

通過構(gòu)建一套境外鐵路建設發(fā)展、規(guī)劃落實監(jiān)測及運行態(tài)勢的綜合分析框架和指標體系，使境外鐵路這一復雜系統(tǒng)變得可量化、可描述。通過對象監(jiān)測、路徑跟蹤、風險識別、實施結(jié)果、優(yōu)化效果進行全面的評價，輔助業(yè)務人員高效、精準決策。

3.3 按需彈性擴充平臺

中老鐵路智能決策支持服務平臺采用“數(shù)據(jù)插槽式”設計，通過對數(shù)據(jù)進行特征分析和智能匹配，使得新接入數(shù)據(jù)可快速生成分析展示專題，便于各類應用快速集成到智能決策支持服務框架中，并生成專題應用。

3.4 靈活定制可視化展示界面

通過中老鐵路智能決策支持服務平臺提供的內(nèi)容制作工具、智能分析工具和應用集成工具，運維團隊可按需完成推送內(nèi)容、數(shù)據(jù)組織方式、展示界面、功能界面的快速定制，并且支持大屏端、PC端等多類終端智能適配。

4 平臺應用

中老鐵路智能決策支持服務平臺已在中老鐵路實踐應用，實現(xiàn)了多維度的專業(yè)級鐵路數(shù)據(jù)分析和智能預警。鐵路運輸運營決策服務提供了中老鐵路磨萬（磨丁—萬象南）段運營相關(guān)情況分析，通過大屏形式展示了中老鐵路整體運輸情況，包括鐵礦石運量、非鐵礦石運量、列車開行與運用情況等，其界面如圖3所示。

圖3 鐵路運輸運營決策服務界面

同時，基礎(chǔ)設施運維決策服務頁面以折線柱形圖、餅圖等方式展示了中老鐵路作業(yè)生產(chǎn)活動的情況；設備設施病害決策服務頁面以柱狀圖、趨勢圖等方式展示了中老鐵路設備的基本情況，并實現(xiàn)工務、電務、供電專業(yè)的預警分析；資產(chǎn)管理決策服務頁面統(tǒng)計了中老鐵路各專業(yè)資產(chǎn)比例、固定資產(chǎn)數(shù)量、數(shù)據(jù)資產(chǎn)數(shù)量等信息，可對月物資（道床、軌枕、鋼軌、道岔）出庫情況進行預測；指標服務分析界面統(tǒng)計了中老鐵路各專業(yè)指標數(shù)量占比、指標類別及來源等信息，可支持對中老鐵路的指標數(shù)據(jù)接入、指標數(shù)據(jù)集管理與指標數(shù)據(jù)維護等。

5 結(jié)束語

本文依托信息化技術(shù)，挖掘鐵路數(shù)據(jù)內(nèi)在價值，設計了中老鐵路智能決策支持服務平臺，實現(xiàn)了中老鐵路相關(guān)數(shù)據(jù)可視化展示、分析及挖掘等功能，提供了智能決策輔助，對中老鐵路的實際運營管理具有重要作用。未來，將進一步完善該平臺的建設，對接更多業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采用人工智能算法實現(xiàn)更多專業(yè)維度的預警與分析。