基于云計算的中國鐵路國際聯運數據交換方案研究

陳 寧，唐 晗，霍 星，陸 垚，劉 洋

（1.西南交通大學，四川 成都 611756；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司電子計算技術研究所，北京 100081）

1 引言

鐵路國際聯運是國際聯運的重要一環，對國際貿易的發展起到至關重要的作用，以海鐵聯運為例，歐美發達國家的海鐵聯運占比在25%左右，其中，美國高達45%，德國高達40%，法國高達35%，一些發展中國家也達到了30%左右的水平，而中國多式聯運量僅占全社會貨運量的2.9%，遠低于發達國家的水平。

2014年，由國務院發布的《物流業發展中長期規劃（2014-2020年）》中提出多式聯運工程為重點工程[1]；2015年，國家發改委聯合多個部門發布了《推動共建絲綢之路經濟帶和21世紀海上絲綢之路的愿景與行動》，文件中提出了六大通道為國際多式聯運提供了便利的運輸環境[2]；2018年，由交通部發布的《推進運輸結構三年行動計劃（2018-2020年）》指出實施多式聯運提速等六大專項行動[3]。

俞纓（2019）在《我國鐵路多式聯運發展對策研究》一文中對多式聯運發展環境進行了分析，并指出要結合5G、云計算、大數據、物聯網等技術推進信息開放共享[4]；林備戰（2019）以“一帶一路”國際多式聯運作為切入點，總結了中歐班列近年來的運營情況與發展趨勢[5]；李棟（2018）重點從鐵路國際聯運方面指出了鐵路國際聯運中存在的問題，他提出要保證貨運信息的一體化和統一化[6]。

2 中國鐵路國際聯運信息需求分析

2.1 中歐班列運行現狀

截止到2018年11月，中歐班列開行數量突破12 000列，開行城市56座，到達歐洲國家15個，運行時速為120km，全程運行時間12-14d。班列開行情況見表1，由表1可以看出，在國家“一帶一路”等相關政策的扶持下，中歐班列自開行以來開行數量持續增長，鐵路國際聯運在此期間開始步上正軌。

表1 中歐班列開行情況數據表

盡管鐵路國際聯運的發展速度十分迅速，但整體國際多式聯運服務水平相對較低，國際多式聯運服務還包括海鐵聯運、公鐵聯運、陸空聯運、海空聯運等，鐵路國際聯運仍處于起步階段，主要存在的問題如下：鐵路場站配套設施不足、服務質量有待提高、標準體系建設滯后、不同運輸方式信息異步嚴重等。

2.2 國際聯運信息需求分析

目前，鐵路國際聯運國內階段基本實現全程數字化，通過電子口岸頒發的IC 卡即可辦理國內的海關業務，但通關過境的整個流程涉及到多個檢查機構，包括海關、檢疫部門、場站以及貨運代理等。中歐班列的滿洲里口岸、二連浩特口岸以及阿拉山口口岸，在政策的支持下通過多方的聯合辦公基本能夠實現“一站式”簡化業務流程。自海關總署推行“互聯網+海關”平臺以來，不斷有地方海關開啟相應端口，實現無紙化報關[7]。

除開場站的換裝作業，班列通關過程最大的問題在于數據共享性較差，聯合辦公更多只是一種解決燃眉之急的方式，不能從源頭上解決數據異步的情況，更多是需要打通不同系統之間的數據交換渠道，這樣才能保證數據在整個運輸過程中的完整性和連貫性。

3 鐵路國際聯運數據交換流程

目前，鐵路國際聯運在數據交換技術上，沿用傳統數據交換技術。數據交換技術可大致分為線路交換和儲存轉發交換兩種形式，線路交換最廣泛的案例為有線電話，儲存轉發交換形式下又包含了報文交換和分組交換，兩者都是基于報文文件進行傳輸，后者是前者在傳輸過程中的優化和提升。

數據交換的內部流程如圖1所示。系統A 下達數據交換請求并選擇交換的數據文件，數據文件通過數據交換平臺進行單證映射生成平面文件，之后再將其翻譯為便于傳輸的XML 文件，通過Web 服務進行數據傳輸，到達指定對象后再通過數據交換平臺對XML文件進行翻譯，生成相應的平面文件，最后通過單證映射復原文件。

4 云環境下的國際聯運數據交換

云環境下的鐵路國際聯運數據交換架構由四個層次構成，分別是用戶、軟件即服務（SaaS）、平臺即服務（PaaS）和基礎設施即服務（IaaS）。

圖1 報文數據交換流程

4.1 云環境下的國際聯運數據交換架構

（1）用戶。涵蓋了國際聯運數據交換的各個參與方，包括鐵路、海關、檢疫以及其他相關部門。不同參與方通過平臺共享數據，獲取數據，保證了信息完整性的同時，又提高了作業效率。

（2）軟件即服務。通過WebService 來實現提前布局好的應用服務，就國際聯運數據交換平臺而言，其核心的應用服務是數據交換服務，在這個過程中還可能存在不同訂單之間的關聯匹配、資源分配和運維管理，此外，也需要對節點和流程進行管理和優化，實現對全局的把控。

（3）平臺即服務。該層是數據交換服務的核心，通過Sass層的指令將指定的數據轉換為指定標準的報文文件（XML 文件），運用分布式計算進行數據的傳輸和共享，對接收的數據也是在該層進行報文的解析和轉換，此外，數據的預處理（搜集、整理、清洗和轉換）也是在該層進行。

（4）基礎設施即服務。主要涉及基礎硬件、軟件以及服務三個方面的設施，包括數據源（數據庫、外部端口和資源調度）、主機、通信協議、交換機、網絡、云服務器等為上層運行提供環境支撐[8]。

云環境下的國際聯運數據交換架構如圖2所示。

Sass、Pass 和Iass 三個層次對應了三種不同模式的云計算服務，三種服務模型也能夠獨立為用戶提供云服務，三種服務模型之間也存在一定但不必要的依賴關系。

圖2 云環境下的國際聯運數據交換架構

4.2 云環境下的報文數據交換流程

目前，基于云計算的數據交換暫時沒有絕對的標準流程，結合云計算、分布式存儲和分布式計算的特點，云環境下的報文數據交換流程如圖3所示。

圖3 云環境下的報文數據交換流程

在該環境下，數據的交換技術的本質還是儲存轉發技術，其傳輸的對象仍然為高拓展性的XML 文件，結合分布式計算，將其轉化為多線程任務進行指令語義解析，最后將多線程任務的輸出結果合并復原數據文件，按照一定的數據存儲架構導入至目標對象的數據庫中。

5 中外數據交換案例

電子數據交換平臺采用了Hadoop 架構，其技術架構層次劃分自底向上分別為：系統層、數據層、存儲層、分析層、表示層五層。大數據技術在應用平臺的數據處理及應用流程，包括聚集數據、存儲數據、分析數據和利用數據等基本環節。在數據交換方面，根據行業規范，中外鐵路間數據交換采用UN/EDITFACT標準，進行電子數據交換的技術操作程序如圖4所示。

圖4 報文傳輸處理流程

從圖4可以看出車站到鐵路局再到電子數據交換平臺，采用XML的傳輸格式；從電子數據交換平臺到外方鐵路按照EDI的標準格式。

5.1 中-外電子數據交換

（1）接收內網發送的聯運運單并轉發到運輸信息集成平臺：從MQ 隊列中讀取聯運運單，通過統一傳輸平臺，經鐵路局轉發到相應口岸站。

（2）運單入庫：同時，通過MQ應用安全代理和安全平臺，將聯運運單傳送到外網電子數據交換平臺服務器，根據預定義的鐵路內部格式，對運單內容進行解析及有效性校驗后，寫入數據庫。

（3）生成電子數據交換報文：根據預先定義的平文件與IFTMIN 報文間的轉換邏輯，生成IFTMIN 聯運運單，并對文件進行組合、打包，以備交換。

（4）運單發送：將EDI 報文格式運單發送到外鐵MQ 隊列中，并在收到外鐵發回的CONTRL 信息后，進行入庫、存檔、備份等操作，至此，說明該運單被外方接收，即完成了運單的發送過程。

5.2 外-中電子數據交換

（1）外方聯運運單報文接收：實時偵聽聯運運單接收隊列，自動接收報文，并進行報文格式有效性校驗，校驗通過后，發送CONTRL 確認給外方，確認收到該報文。

（2）報文解析及入庫：將報文進行解包、拆分，并根據預定義的轉換邏輯，將其轉換為內部報文格式運單（平文件或XML格式）,寫入數據庫。

（3）報文的傳輸：將內部報文格式的運單，通過MQ應用安全代理和安全平臺傳送到內網，通過TMIS統一傳輸平臺，傳送運輸信息集成平臺。

6 總結

云計算作為一種新型技術架構方法，在大數據處理、資源整合以及服務應用等多個方面有著較大優勢。通過對中國鐵路國際聯運現狀進行分析，明確其信息需求，并提出云計算這一新技術在該領域的應用，構建了云環境下的數據交換平臺架構，梳理了數據交換流程，進而提出了新的數據交換方案，最后通過鐵路中外數據交換案例，驗證該技術能夠打通不同系統之間的數據通道，有效解決不同系統之間數據共享難的問題。