(关梦园1,张文灜2,钱琳1,马骏驰2,王喜富2)
(1、中国铁道科学研究院,2、北京交通大学,北京 100044)
摘要:国民经济的飞速发展对铁路车货信息匹配及实时追踪提出了新的要求。本文首先对铁路车货信息匹配现状进行了概述,并对车货匹配率不高、车货数据处理缺失等问题进行了分析。其次,对铁路车货信息匹配及实时追踪的业务功能和业务流程进行了梳理,在此基础上对大数据技术、系统集成技术在铁路车货信息匹配及实时追踪中的应用进行了深入说明,并对网络结构与安全方案进行了设计。最终,明确建立铁路车货信息匹配系统的意义,并对铁路车货匹配及实时追踪未来发展方向进行了展望。
关键词:铁路信息系统;车货匹配;实时追踪
1 铁路车货信息匹配现状及问题分析
随着国民经济的飞速发展,客户对物流服务商在运输时效性、安全性等方面提出了更高的要求。对铁路车辆与承运货物进行实时追踪,不仅能够降低货物损坏、丢失的风险,还可以有效提升运输生产效率,降低物流成本[1],对提高铁路物流服务水平具有重要意义。
当前我国铁路车货信息匹配的实现主要依托铁路车号识别信息系统ATIS和铁路运输信息集成平台。ATIS是基于RFID技术,配合车辆加装的标签及地面识别设备,实现列车、机车、车辆实时位置跟踪的系统。铁路运输信息集成平台以基于“事件”的信息采集方式与数据集中机制,获取车站到发信息实现对列车、车辆位置的动态追踪,获取装卸信息,实现货物承运状态的实时掌握。
我国铁路车货信息目前只能达到约80%的匹配率,且信息集成平台与车号自动识别系统无法实现对车-货数据进一步的分析与处理。为解决上述问题,考虑以ATIS与铁路运输信息集成平台为基础,建立铁路车货信息匹配及实时追踪系统,对现有信息进一步梳理与分析,为铁路运输组织提供数据支撑,提升铁路货运客户满意度。
2 铁路车货信息匹配及实时追踪业务功能及流程
2.1 铁路车货信息匹配及实时追踪业务描述
铁路车货信息匹配及实时追踪系统是以铁路信息集成平台为基础,同时结合ATIS中的相关实时数据所建立的为铁路车货信息提供匹配、分析、预警等功能的系统,其主要业务分为三个层次。首先是采集并存储铁路集成平台与车号自动识别系统的数据,梳理后得到完整的车-货一体化数据以供后续分析与决策。其次是在已有数据的基础上,根据实时采集到的车辆位置信息与货物装卸报告确定车货位置,动态掌握货物位置。最后在货物实时追踪的基础上,利用大数据技术实现运输超时预警、运到期限预警、车货实时追踪等功能。
该系统可完成对全路范围内的车辆、货物信息整合与车货动态追踪,并为运输相关部门以及车辆管理部门提供精确的信息统计分析与决策支持。
2.2 铁路车货信息匹配及实时追踪功能体系
铁路车货信息匹配及实时追踪系统的主要功能包括货车追踪、货物追踪、车货在途超时停留实时预警、货物超运输期限实时预警、重车车辆到达预报、统计分析、标准数据服务等功能,如图1所示。
图1 铁路车货信息匹配及实时追踪功能体系
(1)货车追踪功能
系统通过将运输信息集成平台的列车到达报告、出发报告及编组信息和车号自动识别系统的进出车站列车的信息,形成货车的实时动态位置和轨迹库,实现对车辆在全运输过程中节点式的追踪,掌握全路80多万辆货车运行位置。
(2)货物追踪功能
系统通过将货物信息与车辆实时位置进行关联,可实现对货物的装车、始发、在途、到达、卸车等运输过程中节点式的实时追踪,掌握货物的实时承运车辆信息和运行位置。
(3)在途超时停留预警功能
在途超时停留预警功能是该系统通过实时掌握货物的位置信息结合运单的运到期限与运输剩余时间,当货物在运输过程中在某一车站停留过长时便会进行实时预警,将此货物及承运的货车车辆信息、停留时长提示给所在铁路局集团的运输部门进行协调处理,减少货物运输中的延迟。
(4)超运输期限实时预警功能
系统通过计算货物的运输时间与运到期限对比,对即将超过或已经超过运到期限的货物进行实时监控和预警提示,以防范运输过程中可能出现的货损货差、超时运输等风险。
(5)重车车辆到达预报
系统根据重车车辆的实时位置、运输位置与车辆到达站来预测车辆到达所需的时长,为运输部门提供到达预报服务。
(6)统计分析
系统掌握铁路局集团海量的货物及货车运输信息,便可对各种数据进行统计分析,显示出各类车辆的实时分布、运输去向分布等,为运输部门的决策提供数据支撑。
2.3铁路车货信息匹配及实时追踪业务流程
铁路车货信息匹配流程分为两个阶段,如图2所示,分别是运输开始前的制票阶段和运输过程中的实时追踪阶段。
在制票阶段,模型按照整车和集装箱分类将所采集到的货物、车辆等数据信息进行匹配整合,形成包含车号、需求单号、运单号、集装箱装载清单号、箱号、时间等数据的完整的车-货信息。运输开始后,系统利用集成平台实时上报的车辆位置信息和车号自动识别设备实时采集的车辆位置信息,结合运输开始前制票阶段整合的车-货信息从而实现货物追踪。
图2 铁路车货信息匹配及实时追踪业务流程
3 铁路车货信息匹配及实时追踪系统关键技术
3.1 大数据技术
铁路的日常运作产生大量的业务数据,但其分散在各个独立的信息系统内,且数据类型众多,缺乏高效的数据处理机制[2]。该系统采用大数据技术管理应用数据,发挥数据应用的价值。
大数据技术包括大数据采集、大数据存储、大数据处理、大数据集成、大数据预测和大数据可视化技术,各个技术协同协作为车货信息的采集与货物的实时追踪提供了保障。
大数据采集技术包括条码 、RFID技术,GPS/GIS技术、WEB搜索等技术,该技术采集铁总、各铁路局集团、货主企业、货代企业的各种数据信息是整个大数据技术的基础。大数据存储技术包括分布式存储技术、云存储技术及SQL/NoSQL技术,其将采集到的结构化、半结构化以及非结构化数据存储到自有服务器和云服务平台进行管理调用。大数据处理技术包括批处理技术、流处理技术、交互式处理技术,其对采集到的各项信息进行处理,得到车货追踪数据、货物追踪数据、车-货一体化数据以及其他核心数据,为数据集成、数据预测和数据可视化提供支撑。大数据集成技术包括大数据交互技术和大数据共享技术,其可将系统采集到的车辆追踪数据、货物追踪数据、车-货一体化数据和其他核心数据进行内外部系统间交互共享,实现内外部信息的共享、车辆和货物运输状态的实时共享与追踪[3]。大数据预测技术包括聚类分析技术、关联预测分析技术、联机预测分析技术,通过对车辆、货物及车货一体化数据的分析预测,可以解决路径优化、运输预测、仓储预测和风险预警等问题。大数据可视化技术包括文本可视化技术、网络(图)可视化技术、时空数据可视化技术、多维数据可视化技术,该技术将系统得到的数据结果转化为图形、图像、视频和其他形式,并反馈给运输管理部门和车辆管理部门。
3.2 系统集成技术
系统集成技术是指利用计算机网络技术及结构化布线技术将单独的计算机设备集成化联系在一起,从而使得单独的计算机设备之间能够实现功能的关联及信息资源的共享的一项技术[4]。在该系统中,系统集成技术包括数据集成技术、过程集成技术、应用集成技术三部分,将获取到的数据进行梳理和分析,以解决车货位置无法实时追踪、货物到达预报不标准、超时情况预警不及时等问题。系统集成关键技术如图3所示。
图3 系统集成技术
数据集成技术通过对来自铁总、铁路局集团、各站段、货主企业、货代企业的货票信息、到发信息、列车信息、装卸信息、编组信息、运单信息、集装箱装载清单信息、车号识别信息进行聚合、抓取、并行处理、集中、中介、动态实时处理实现车货信息的实时监控、实时响应、数据创建、更新查询。
过程集成技术主要包括环境支撑技术、标准化技术、工作流技术。环境支撑技术为铁路信息系统与内外部各系统间的互联互通进行环境支持;标准化技术对内外部系统进行标准化、系统性的数据处理,解决跨系统数据交互共享难的问题;工作流技术从工作流程上对内部车辆管理系统、车流推算系统、调度管理系统、18点统计系统、机务管理系统、铁路运输信息平台和外部公共运输服务平台、货主、货代服务平台进行数据梳理和集成分析,形成了完整的过程集成方案。
应用集成技术包括经营管理决策技术、系统开发与实施技术、中间件技术、Web Service技术、EAI技术。依托中间件技术、Web Service技术、EAI技术,从整体系统结构上对铁路、铁路局集团及外部管理、业务系统进行集成,依托管理决策技术、系统开发与实施技术,从业务功能上为铁路信息集成平台的经营管理和系统开发提供保障。利用上述应用集成技术,实现对车货的位置、状态、轨迹进行预测、统计及分析实现车货匹配、运到期限预报、超时预警、应急预案发布等功能。
4 铁路车货信息匹配及实时追踪网络与安全设计
4.1 网络结构设计
车货实时追踪及预警系统部署运行在既有的铁路内部服务网,利用既有的国铁集团和铁路局集团内网的骨干传输通道和基层传输通道组成车货实时追踪及预警系统基础网络。
车货实时追踪及预警系统在国铁集团集中部署,通过B/S访问模式为各级业务用户提供使用应用功能的服务。系统网络架构如图4所示。
图4 网络结构设计
4.2 安全方案设计
基于WEB的应用系统为企业的信息化发展提供了很好的支撑,但也存在一定的风险和威胁,如服务中断、未授权访问、信息窃取与篡改、病毒传播等[5]。因此,安全性也是保障系统顺利运行的重要因素。在此从物理、网络、数据库及用户应用等几个方面,设计一套完整可靠的安全方案。
该安全方案包括网络安全、主机安全、信息安全、应用安全、物理安全和维护管理安全六个方面。网络安全依托铁路综合计算机网络的安全防护能力构建安全区域,按不同的安全区域进行安全隔离,具备网络访问控制、用户身份认证/授权、统一用户管理等功能。主机安全是通过对操作系统进行安全加固并进行功能扩充,加入身份认证、系统安全审计、系统恶意代码查杀等功能。信息安全设计保障系统数据库以及信息传输的安全,共有数据库信息安全、数据加密、数字签名、备份和恢复四个部分。应用安全保障系统在被用户使用过程中的安全性,共有身份认证、访问控制、日志审计、高可用性四个部分。物理安全保障了系统的硬件安全,在机房各个关键地点部署了电子门禁及监控系统,且防雷击、防火、防水防潮、防静电、温湿度控制等符合要求。维护管理安全要求管理人员在日常管理制度、物理环境与设施管理制度、设备与介质管理制度、运行与开发管理制度、应急响应管理制度五个方面不断总结和完善。
5 结论与展望
通过建立铁路车货匹配及实时追踪系统,不仅进一步提高了全路范围内货物的匹配率,并基于运输数据的分析为铁路运输部门进一步提供了超时预警、车辆到达预报等功能。但当前系统仍存在一些不足之处,车货信息匹配系统与ATIS及铁路运输信息集成平台系统间缺少直接对接的接口,各车站车辆及货物信息需要进行二次上传,造成了一定的误差与疏漏,影响了货物匹配的准确性。未来应在对现有数据及问题进行分析的基础上,考虑从技术及管理两方面出发,提升铁路车货信息匹配率。
参考文献
[1]牛秀明.在途货物追踪技术新发展[J].装备大观,2014(7):95-97
[2]邹丹,马小宁,王喆.铁路大数据平台架构研究[J].铁路计算机应用,2019,28(08):1-4.
[3]张波.大数据技术在铁路运输统计中的应用研究[J].纳税,2018(14):192.
[4]王艳.计算机系统集成的发展趋向及实施管理分析[J].计算机产品与流通,2019(09):139.
[5]石纪涛.WEB应用系统安全方案设计与实现[J].电脑知识与技术,2011(2X):1009-1011.