列車編組順序表電子化傳遞系統方案研究

丁正剛

（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）

列車編組順序表（簡稱：運統1）是描述列車編組組成的表單，是車站與列車機車乘務員及鐵路局集團公司間交接車列的工作記錄，也是鐵路運輸統計和財務清算的主要原始資料。

目前，貨運列車的運統1表單由始發站車號長使用鐵路車站綜合管理信息系統[1-2]（簡稱：車站系統）編制完成，車號員使用車站系統打印出紙質運統1表單，在列車出發前將運統1表單轉交給機車乘務員，機車乘務員依據運統1表單記錄的相關信息完成發車前準備工作；列車到達終到站后，終到站車號員從機車乘務員手中取回運統1表單。普速客運列車的運統1表單是在鐵路客運編組統計信息系統[3]（簡稱：客編系統）中編制完成，其傳遞過程與貨車運統1表單一致；高鐵動車組列車因其編組固定，車站與機車乘務員間不傳遞運統1表單。

采用人工傳遞紙質運統1表單的主要問題是：（1）車號員向始發列車的機車乘務員傳遞表單，或是從終到列車的機車乘務員取回表單時，需要在車站股道間穿行，人身安全風險極大；（2）車站需要設置負責傳遞紙質運統1表單的人員，增加鐵路用工成本，同時還要支出打印、保存表單的成本；（3）人工傳遞表單效率低，容易出錯。

為此，利用計算機和網絡技術，研究和開發列車編組順序表電子化傳遞系統，取消機車乘務員與車站之間運統1表單交接作業，將運統1信息的傳遞由人工傳遞紙質表單改為網絡傳輸，對促進鐵路安全生產、減員增效、降低運輸成本、作業方式創新具有重要的現實意義。

1 列車編組順序表電子化傳遞系統方案

1.1 系統建設目標

（1）覆蓋全國鐵路（簡稱：全路）客運和貨運車站：系統能夠接收全路客運和貨運車站上報的運統1表單信息，實現全路貨運列車、普速客運列車的運統1表單信息的電子化傳遞，全面取消紙質運統1表單傳遞，車站無需設置負責傳遞運統1表單的車號員。

（2）提供高可用的運統1信息傳遞服務：機車乘務員依據運統1表單中的相關信息完成發車前準備工作，一旦列車編組順序表電子化傳遞系統的服務中斷或性能下降，造成運統1信息接收不到或接收不及時，將會造成全路列車無法正常發車。因此，系統提供的運統1信息傳遞服務必須具有高可用性，能夠7×24 h連續穩定運行。

（3）具有良好的可伸縮性：在系統擴展成長過程中，可隨著鐵路網規模的不斷擴大和接入列車數量的增加，僅通過很少的改動，甚至只是硬件設備的添置，就能實現整個系統處理能力的線性增長，滿足高吞吐量和低延遲的高性能要求。

1.2 系統構成

列車編組順序表電子化傳遞系統采用集中式雙中心架構[4～6]，由中央子系統、移動作業子系統和外部信息接口3部分構成，如圖1所示。

圖1 列車編組順序表電子化傳遞系統構成示意

（1）中央子系統：設置在中國國家鐵路集團有限公司（簡稱：國鐵集團）主數據中心，包括數據庫服務器、應用服務器和通信服務器，這些服務器均采用集群配置，確保系統具有高并發性、高可用性和可伸縮性；全路客、貨列車運統1信息集中存儲在中央子系統的電子運統1數據庫中，應用服務器以微服務方式[7]，為全路客、貨列車機車乘務員提供運統1信息查詢服務，為國鐵集團、鐵路局集團公司、車務站段及機務段各級用戶提供運統1查詢、統計分析等應用功能。

（2）移動作業子系統：為全路客、貨列車機車乘務員配備帶有無線傳輸模塊和定位模塊的移動作業終端，安裝有運統1 App，工作在移動列車上的機車乘務員通過該App完成運統1信息查詢、簽收等工作。

（3）外部信息接口：主要包括車站運統1信息上報接口和列車運行圖接口；客運站客編系統和貨運站車站系統，通過車站運統1信息上報接口，向中央子系統上報運統1信息；通過列車運行圖接口，中央子系統從鐵路運輸調度管理系統（簡稱：運輸調度系統）中獲取列車運行圖數據，輔助機車乘務員運統1信息的正確性檢查，并為系統應用效果評價指標計算提供判別基準。

1.3 車地傳輸網絡構成

目前，鐵路移動4G/5G專網尚未建成，GSM-R雖建成，但覆蓋范圍和帶寬資源有限。為此，借鑒鐵路站車客運信息無線交互系統[8]的成功建設經驗，在機車乘務員移動作業終端上加裝移動物聯網卡，通過移動無線網絡，將移動作業終端上的請求接入到國鐵集團外部服務網。

列車編組順序表電子化傳遞系統中車地傳輸網絡構成如圖2所示，由移動物聯網、國鐵集團外部服務網、國鐵集團安全生產網3部分組成。

圖2 列車編組順序表電子化傳遞系統車地傳輸網絡構成示意

鑒于編制運統1表單的車站系統、客編系統以及其它相關的鐵路生產系統均部署在國鐵集團安全生產網，考慮到網絡安全等級保護的要求，將該系統中用于完成數據匯集、存儲、處理的數據庫服務器和應用服務器部署在國鐵集團安全生產網內；通信服務器部署在國鐵集團外部服務網，通過安全隔離設備實現與移動物聯網連接；通信服務器通過國鐵集團安全平臺，與部署在國鐵集團安全生產網數據庫服務器和應用服務器進行信息交互。

1.4 技術架構

列車編組順序表電子化傳遞系統需要接入全路18個鐵路局集團公司約7000個車站、260個車務段以及80個機務段15萬機車乘務員的日常作業需求，系統技術架構設計應優先考慮高可用性。

列車編組順序表電子化傳遞系統的應用功能實現采用微服務技術架構，運行于具有高可用性、基于K8s的中國鐵路運輸PaaS云平臺和中國鐵路基礎設施云平臺（即IaaS），如圖3所示。

圖3 列車編組順序表電子化傳遞系統技術架構示意

（1）應用層：運統1信息傳遞業務過程劃分為業務前臺、業務中臺和業務后臺；業務前臺負責界面展示，如運統1 App、運統1 Web管理系統頁面、站線板、運行線展示、毛玻璃展示等；業務中臺負責整個系統的核心業務邏輯，如運統1相關服務，含接收運統1、取運統1、運統1簽收、運統1安全傳輸服務等，查詢服務、機車乘務員出退勤、考核分析、消息等服務，業務后臺專注于數據處理、大數據分析和數據持久化等基礎邏輯，如基礎數據服務、運行圖服務、人臉識別、定位、穿網服務等。

（2）中國鐵路運輸PaaS云平臺：即基礎PaaS平臺，對運行于其上的容器化微服務提供服務自愈能力，以及負載增大時的動態橫向調整，并使用消除單點的冗余策略，保證ETCD和Master的高可用性。

（3）中國鐵路基礎設施云平臺：提供應用層及中國鐵路運輸PaaS云平臺所依賴的運行環境，包括物理設備，如網絡、存儲、服務器、操作系統等，并提供硬件虛擬化服務，隔離硬件設備對上層服務的影響。

2 實現運統1信息的可靠傳輸

2.1 運統1信息構成及表單生成

運統1表單亦稱為列車編組順序表，包括運統1和運統1乙，是一種描述列車編組組成的鐵路運輸作業表單，包含當前作業車站的站名、列車運行車次、時間、列車車輛編組順序、車輛基本屬性（如車號、車種、自重、換長等），以及車輛所裝載貨物的屬性（如品名、重量、發貨人、收貨人、記事等）。

鐵路運輸規章規定，客運統1表單在始發站通過客編系統生成和打印并交給機車乘務員；途經各車站僅當有摘掛作業時，才通過客編系統生成、打印并交給機車乘務員，其它情況如換乘、換掛時不編制、不打印、不傳遞運統1。貨運統1表單在始發站通過車站系統生成、打印并交給機車乘務員，途經各車站有摘掛、組合分解、換乘、換掛等作業時，都需要通過車站系統生成、打印并交機車乘務員。

為實現電子化運統1信息安全、可靠、正確地傳遞，技術實現上劃分為2個方面：（1）車站系統和客編系統實現安全、可靠的運統1信息上報；（2）為機車乘務員提供安全可靠、準確無誤的運統1信息查詢服務。

2.2 車站系統和客編系統的運統1信息上報

列車編組順序表電子化傳遞系統提供接收車站系統和客編系統生成的客貨運統1數據上報接口服務。在列車辦理出發作業的過程中，車站系統和客編系統可調用該接口，將客貨運統1信息加密后，發送給列車編組順序表電子化傳遞系統。列車編組順序表電子化傳遞系統將接收到的客、貨運統1數據解密后，存儲到電子運統1數據庫。

列車編組順序表電子化傳遞系統負責提供接收、存儲、查詢、加密及解密運統1數據的服務，不負責運統1數據的正確性校驗，由數據源（即車站系統、客編系統）保證運統1信息上報的正確性。

2.3 機車乘務員運統1信息查詢

2.3.1 運統1信息車地傳輸安全措施

（1）安全的傳輸通道：機車乘務員移動作業終端上安裝物聯網卡，通過無線網絡，經運用商開通的專線VPN接入國鐵集團外部服務網，保障移動接入傳輸通道的安全性；此外，從國鐵集團外部服務網到安全生產網之間的運統1信息傳輸，由國鐵集團安全平臺提供安全防護。

（2）信息加密傳輸：接收到機車乘務員移動作業終端上運統1 App發出查詢請求后，將查詢到的運統1信息加密，通過國鐵集團安全平臺傳輸到國鐵集團外部服務網通信服務器，經4G物聯網傳輸到機車乘務員移動作業終端，運統1 App將信息解密后，生成電子表單供機車乘務員使用。運統1數據在機車乘務員的移動作業終端上不存儲，可防止作業終端上其它應用程序非法竊取或篡改運統1數據。

2.3.2 機車乘務員運統1信息正確性檢查

機車乘務員根據移動作業終端自動定位的當前車站、列車計劃開行車次號2個條件，使用運統1 App查詢運統1表單信息，作為列車運行的基本依據。

由于現場業務復雜多樣，通過車站和車次號直接查詢運統1信息存在以下問題。

（1）中央子系統數據庫中沒有對應的運統1信息：對于客運列車，若在途徑的某車站無摘掛作業、但有換乘或換掛時，由于該車站客編系統并不會向列車編組順序表電子化傳遞系統上報運統1信息，數據源頭上就缺失對應的運統1信息；需要追蹤到該列車后方車站最近上報的運統1信息，作為這列車在該車站的運統1信息。

（2）同一車站出現重復車次號列車：客運列車嚴格按圖行車，在同一車站24 h內不會出現相同車次號的列車；但對于貨運列車，在有保留車或調度臨時調整開行計劃等情況下，同一車站在某個時間段內（如6 h內）可能存在2列相同車次號的列車。

為確保機車乘務員查詢到準確的運統1信息，設計了運統1信息正確性檢查算法，具體流程如圖4所示。

圖4 機車乘務員運統1信息正確性檢查算法流程

（1）根據機車乘務員查詢請求中的查詢條件（當前所在車站、列車車次號），在中央子系統運統1數據庫中搜索是否有對應的運統1信息；

（2）若有，跳轉至（5）；若無，搜索列車運行圖，讀取該車次號的列車運行徑路信息；

（3）搜索該列車運行徑路上已途經的后方車站是否有摘掛作業；

（4）若無，系統臨時設置運行徑路上本次列車的始發車站為當前車站，跳轉至（1）；若有，系統臨時設置運行徑路上本次列車的摘掛車站為當前車站，跳轉至（1）；

（5）讀取搜索到的運統1信息，將查詢結果返回運統1 App；

（6）在運統1 App上，貨運機車乘務員確認當前股道對應的運統1，客運機車乘務員確認本站圖定發車時間。

3 系統應用效果

列車編組順序表電子化傳遞系統已經完成開發和部署上線，在全路試運行，在試運行前通過信息系統網絡安全等保評測。目前，全路除動車組列車外，日均2 808列客車，14 303列貨車，3 198個車站，23 672個機車乘務員通過20 757部終端參與了運統1電子化傳遞系統試用工作。車站日均發送列車電子運統1表單共計約1.8萬份，其中客車表單約3 000份，貨車表單近1.5萬份，系統運行穩定。

在當前全路試運行階段，電子化運統1信息網絡傳輸與紙質表單人工傳遞2種作業方式并行。為準確掌握列車編組順序表電子化傳遞系統的實際應用狀況，有序推進該系統應用的持續深入，最終達到完全替代紙質表單人工傳遞的目標，選取車站發送率SC、車站發送及時率PC、機車乘務員簽收率SJ、機車乘務員簽收及時率PJ共4項指標，對系統應用效果進行評價和監測。

其中，R為車站實際發送的列車運統1表單個數；Y為車站每日應發送的列車運統1表單個數（即列車運行圖中始發列車數）。

其中，Y為車站每日應發送的列車運統1表單個數；TR為列車實際發車時間，TS為車站發送列車運統1表單時的系統時間，TV為發送時間閾值，暫設置為10 min（可調整）；當TR-TS＞TV時，即車站在某列車實際發車前10 min發送該列車運統1表單時，視為發送及時。

其中，R為車站實際發送的列車運統1表單個數；J為機車乘務員實際簽收運統1表單個數。

其中，R為車站實際發送的列車運統1表單個數；TR為該列車的實際發車時間，TJ為機車乘務員實際簽收某列車運統1表單時的系統時間；當TR-TJ＞0時，即機車乘務員在列車實際發車前簽收該列車運統1表單為簽收及時。

采用2021年8月3日—12日（統計日定義為前日18：01至當日18：00）期間的數據，分別針對客運列車和貨運列車的運統1電子化傳遞應用情況的上述4項指標進行統計，結果如圖5和圖6所示。

圖5 客運列車統1電子化傳遞應用情況的指標統計

圖6 貨運列車統1電子化傳遞應用情況的指標統計

從圖5、圖6可知客、貨車站運統1表單發送率均在99%上下浮動，發送及時率均在98.5%上下浮動；客運機車乘務員運統1簽收率在98%上下浮動，貨運機車乘務員運統1簽收率在98%以上；客、貨機車乘務員運統1簽收及時率均在99%以上。表1給出系統全路試運行中發現問題的原因分析及對策。

表1 系統全路試運行中發現問題的原因分析及對策

4 結束語

列車編組順序表電子化傳遞系統通過數據接口，獲取車站系統和客編系統編制的運統1表單信息，并利用移動物聯網及VPN專線，為機車乘務員移動作業終端提供安全的信息傳輸通道，實現全路貨運列車、普速客運列車的運統1表單信息的電子化傳遞。該系統采用集中式雙中心集群架構，具有高可用性、高吞吐量、低延遲及良好的可伸縮性。從全路試運行情況來看，該系統能夠覆蓋全路客運和貨運車站的運統1作業，可靈活適應各種客、貨運輸作業場景。通過進一步改進系統技術方案，完善系統應用相關管理制度，該系統完全可以替代既有的人工傳遞紙質運統1表單的作業方式。

下一步，將重點解決試運行期間發現的幾個問題：部分車站信號弱影響機車乘務員查詢信息，將協調移動運營商進行實地勘測，采取信號補強或新建移動無線基站等改善車站場強覆蓋；針對列車在站停時短影響車站運統1表單發送及時率，直通車變更車次號時車站發送運統1、但運行圖上為始發作業影響車站運統1表單發送率等特殊場景，通過優化信息查詢算法和評價指標計算規則，進一步提高系統應用水平，爭取及早全面替代紙質表單人工傳遞。

隨著鐵路5G網絡的建設，將顯著提高車地無線網絡的承載帶寬和傳輸效率，可利用機車乘務員移動作業終端實現更多的車地信息傳遞，如應急處置實時視頻傳輸、制動效能證明書電子化傳遞、機車乘務員手帳電子化等，為信息技術賦能鐵路傳統業務提供更大的發展空間。