基于SOA架構的客運調度系統的研究與實現

胥 昊 閆 璐 李 科

近些年，隨著我國高速鐵路的迅猛發展，對調度指揮業務的要求也隨之提高，提出一種適應高速鐵路運營調度的全新設計思想，既要滿足高速鐵路調度業務流程，同時能夠采用先進的IT技術架構，將調度業務流程與調度指揮系統完美結合，形成一種高效、安全、全新的高速鐵路調度指揮與行車控制一體化系統。客運調度系統作為運營調度系統的重要組成部分，采用基于面向服務的體系架構，實行調度所、乘務段二級部署，既整合了既有線上客運調度的業務功能，也優化了客運調度業務流程。通過信息共享平臺，與地理信息系統、車輛管理系統、綜合維修系統等其他運營調度子系統進行信息交互，促進了高速鐵路信息資源的綜合利用，發揮了信息化整體效益，提高運營管理和調度指揮的科學決策支持水平，對實現以旅客為中心服務的理念具有重要意義。

1 系統及SOA架構概述

客運調度系統是高速鐵路運營調度系統 （簡稱運調系統）的重要組成部分，是客運專線運輸組織指揮的中樞系統之一，能滿足時速300～350km／h高速列車按3min追蹤間隔運行時，調度指揮需要的乘務計劃、客流分配及預測、行車建議及客運調度命令的下達；也可通過運調系統的信息共享平臺，對客運調度員所需要的運輸計劃、設備維修、牽引供電、機車車輛 （動車組）和乘務人員等信息進行綜合管理，提供科學、準確、及時的數據統計及報表。

面向服務的架構體系 （SOA），是現今IT業內最為流行的系統架構設計理念。與傳統IT技術架構相比，SOA涵蓋了更多的思想，能快速響應和滿足業務需求變化帶來的系統靈活調整。服務（service）是SOA系統的基本功能組成單元，各個應用模塊在統一的服務工程及服務規劃的基礎上，將業務功能進行服務化處理，以應用模塊的私有服務或系統公共服務的形式與企業服務總線 （ESB）相接。公共服務注冊在服務目錄上。業務流程引擎通過對實際業務操作流程的分析及設計的流程服務進行組裝及編排，形成業務流程服務。信息訪問服務、復合業務服務、表示服務等對子服務進行組合或功能重組，形成粒度更大的服務供應用調用。綜上所述，在基于SOA架構的業務應用系統中的服務化過程如圖1所示。

在客運調度系統的設計及開發過程中充分借鑒SOA架構的思路與特點，將客票信息查詢、乘務計劃查詢、列車早晚點信息查詢、乘務調整計劃下達等，涉及數據交互及信息發布的基礎功能，封裝成細顆粒度的業務服務，統一部署在運調系統的ESB中。通過前端應用根據需要發出的調用請求加載對應的業務服務，待后端業務處理完成后，直接向前端應用界面推送運行結果，向系統使用人員顯示相關數據信息。通過業務服務的封裝部署，充分體現了SOA架構的松散耦合性、服務重用性、業務可擴展性及各個功能間的互操作性等優點，同時客運調度系統通過采用WMB和MQ等中間件產品及基于JAVA SWT圖形化控件開發的客戶端，最大程度上保證了系統運行的可靠性及良好的人機體驗。

圖1 業務應用系統中服務化過程圖

圖2 客運調度系統總體架構圖

2 系統架構及功能

2．1 系統總體架構

針對客運專線調度所客運調度員及乘務段客運調度值班員，客運調度系統分為調度所、乘務段（車站客運終端）二級部署，上下為垂直系統分布，二層系統間的數據傳輸通過運調系統骨干網實現。如圖2所示。

1．前端框架。它是客運調度系統的門戶，支持各種設備的接入，包括調度臺相關的客戶端、智能移動終端的Web訪問、決策門戶等。

2．業務流程服務。業務流程應用提供對共享業務服務、數據服務編排、組合容器，包括了業務流程分析、梳理、建模、整合、開發、運行、監控等。主要功能是提供業務流程引擎、業務規則引擎、業務流程管理、服務總線等多種協議服務的支持，以及業務流程的設計和開發。從客運調度員的視角，最終體驗是面向客運調度業務的工作桌面提供的用戶界面、業務功能和后臺數據，并不關心后端是哪個應用或數據源；從系統管理人員的視角，其業務是通過企業級共享的、基于標準的、可重用的業務服務組合編排實現。當有新的客運調度業務需求出現，或者組織管理規則調整時，可以通過對細顆粒服務的重用和業務流程編排，快速靈活地適應業務的變化，而不會影響到整體的IT架構。

3．通信服務。實現乘務段或車站客運終端對客運調度系統企業服務總線的訪問，從而實現調度所客運調度臺與乘務段或車站客運終端的信息聯動，支持多種標準的通信協議，滿足通信實時性、可靠性要求。

4．業務共享服務。按照統一服務工程框架，從客運調度業務需求中分析、發現的業務服務，代表一定的業務單元，具有一定的共享性、敏捷性。如調度命令下發服務、乘務調整計劃下達服務、查詢服務等。這些業務共享服務由顆粒度更為細小的服務予以暴露和組合，部署在ESB上，以便由前端框架進行調用。

5．數據服務。在客運調度系統的眾多查詢功能中，大多數操作從數據模型、數據多個維度或維度的組合，對數據模型進行統一或通用的訪問。通過數據模型映射建立數據模型，通過數據邏輯的設計，數據的轉換等，建立數據服務。數據服務包括統一視圖服務、統一編碼數據服務、數據同步服務等。

2．2 系統功能設計

基于SOA架構的客運調度系統的主要功能模塊如圖3所示。

圖3 客運調度系統功能框圖

1．查詢統計模塊。它是客運調度系統中的核心模塊之一，根據客運調度業務需求，查詢功能中包含了列車早晚點、客票信息、乘務計劃、重點列車的查詢。統計功能中包含了列車正點率及列車早晚點原因統計。查詢方式包括精確查詢、模糊查詢、關鍵字查詢等。統計的結果會以表格、柱狀圖及餅狀圖進行顯示。

2．調度命令管理模塊。調度命令是鐵路各工種調度業務的重要環節，該模塊包含客運調度員所需調度命令的編輯、送審、接收、簽收、下達、查詢全過程操作。

3．應急管理模塊。應急管理包含了應急預案的制定，并會將預案生成不同的方案模版予以保存。在需要進行應急方案制定時，自動加載同類型的預案模版，幫助調度員快速便捷完成方案的編輯、送審、下達、接收等一系列操作。預警報警功能在接收到車站客運值班員或其他工種調度員的消息通知后，會在該模塊突出顯示，并伴有報警聲音提示。

4．其他信息管理模塊。該模塊包含調整建議生成、特殊資訊發布和列車信息查看3個子功能。調整建議即是在列車產生大面積晚點或其他原因造成旅客大面積滯留等特殊情況下，由客運調度員起草編寫的列車調整建議信息，該信息會由列車調度員或值班主任予以審閱和發布。列車信息包含該列動車組編組信息，車輛履歷信息及司乘人員信息等。

本算例結構如圖7所示，該系統含有33個節點，37條支路，5個聯絡開關[11](圖中虛線所示)，基準電壓為12.66 kV，網絡總負荷為5.084 26+j2.547 32 MVA[12]。

5．系統管理模塊。該模塊包含用戶管理、日志管理及聯機幫助。用戶管理主要包括用戶的交接班操作、登錄退出操作等。日志管理提供系統對當班調度員所做操作的記錄，方便后期的統計及查詢。聯機幫助中包含對各工種調度的調度職責、調度管理條例的在線查詢，同時支持用戶對經常查閱的規章制度的定制化管理。

3 系統關鍵業務流程

在客運調度系統中主要的業務即為相關客運信息的查詢管理、調整建議的生成等。

3．1 列車早晚點信息處理

1．系統自動檢測列車運行調整計劃及實績報點數據。在這一環節中由實績報點信息的事件驅動系統自動調用部署在企業服務總線 （ESB）上的運行調整計劃檢測服務，完成列車調整計劃同實績報點數據的檢測。

2．系統自動生成列車早晚點信息。在完成列車調整計劃同實績報點信息的檢測后，系統調用部署在ESB上的早晚點信息生成服務，生成列車早晚點信息。

3．發送列車早晚點信息至客運調度員及相關車站客運終端。生成列車早晚點信息后，通過ESB的智能動態路由功能，將消息推送至客運調度臺，同時通過通信服務，將消息發送至車站客運終端。

4．客運調度員記錄晚點原因及晚點類型。

5．保存列車晚點原因及晚點類型。該步驟會由前端框架發起保存數據的業務請求，ESB解析業務要求后調用對應的數據服務，對數據庫相應數據表格進行操作。列車早晚點信息處理的流程圖如圖4所示。

圖4 列車早晚點信息處理業務流程圖

3．2 調整建議生成

1．客運調度車站客運終端值班員發送旅客滯留等特殊資訊信息。在該過程中系統調用通信服務，將消息從車站客運終端發送至部署在應用服務器之上的ESB。

3．系統發送信息至客運調度員。該步驟與步驟2同步進行，ESB同時會根據解析后的消息類型，通過動態路由功能將消息推送至客運調度臺的對應功能模塊。

4．客運調度員判斷是否需要增減開行列車。

5．客運調度員制定列車運行調整建議。

6．保存列車運行調整建議。該過程由客運調度臺前端框架發起保存業務請求，ESB調用數據服務對數據庫進行操作，完成保存功能。

7．送審列車調整建議至值班主任。該步驟與步驟6同步進行，ESB同時將客運調度員制定的列車運行調整建議經由動態路由推送至值班主任臺對應功能模塊。

8．值班主任審批調整建議。

9．客運調度員發送調整建議至列車調度臺。在客運調度臺前端框架發起發送請求后，ESB會將審批后調整建議經由動態路由推送至列車調度臺對應功能模塊。調整建議生成處理流程如圖5所示。

圖5 列車運行調整建議業務流程圖

4 總結

基于SOA架構的業務系統相比較于以前的業務系統具有以下優勢。

1．更易維護。關鍵業務的服務提供者和服務使用者的松散耦合關系確保了該特性的實現。建立在以SOA基礎上的客運調度系統，當需求乃至流程發生變化的時候，不需要修改提供業務服務的接口，只需要調整業務服務流程或者修改操作即可，整個應用系統也更容易被維護。

2．更高的可用性。關鍵業務的服務提供者和服務使用者在松散耦合關系上得以發揮與體現。使用者無須了解提供者的具體實現細節，只需在系統前期將業務需求轉換為一個個的服務模塊，方便后期的靈活組合應用，并快速形成多樣的流程系統。

3．更好的伸縮性。使服務提供者可以彼此獨立地進行調整，以滿足新的服務需求。這一特性主要體現在流程中快速增刪的易用性。

隨著我國客運鐵路的跨越式發展，客運調度業務也會隨之發生變化，這對客運調度系統的功能性及適應性提出了更高的要求。基于SOA架構的客運調度系統在充分滿足客運調度員日常調度業務的同時，整合和優化了重點業務流程，還將客運調度業務按照標準Web Service服務進行封裝，最大限度的實現了服務重用與共享，為今后的系統升級改造提供了極為便利的條件。根據各用戶的需求，既可以單獨部署使用，也能夠作為高速鐵路運營調度系統的組成部分，形成我國高速鐵路新一代調度指揮綜合業務平臺。

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