（交通运输规划与管理专业论文）利用SOA技术构建铁路信息系统的研究.pdf

e 立变通厶堂亟望位迨塞虫塞垣墨 中文摘要 摘要：本文的目的是研究s o a 技术在铁路中如何运用，并且从需求、扩展性、灵 活性等方面来说明s o a 技术能够建立种全新架构的铁路信息系统。研究的方法 主要是总结和分析，理论结合实际。从铁路信息系统的建设历程和现存信息系统 的介绍入手，分析了铁路信息系统的建设特点和存在的问题，这些问题包括：需 求动态性造成系统不稳定，系统建设初期规划对后期发展的限制等等。针对这些 问题，提出了解决的方法，即面向服务的架构方法。本文介绍了架构的基本知识， 并在此基础上引入了s o a 架构理念。s o a 架构理念具有良好的灵活性、重用性、 可扩展性。这些特性正是铁路信息系统所需要的。本文重点是如何利用s o a 技术 建设铁路信息系统，并在文章中从服务需求分析、服务建立、服务契约定义等基 础层面出发，阐述如何在铁路信息系统中引入s o a 技术，并且在些关键的技术 部分给出了示例性的说明，这些是本文的创新点。通过对客服信息系统的模拟构 建，将s o a 技术实例化到一个简单的系统模型之中。通过模型的运作，说明了s o a 技术能够构建一个灵活性、扩展性和兼容性都很强的铁路信息系统。 关键词：s o a 服务架构信息系统客服信息系统 分类号：t p 3 1 5 ，u 2 8 5 北塞窑逼太堂亟堂僮途塞曼墨18 ! a b s t r a c t a b ；s i r a c i ： t h ea r t i c l et r i e st oa n a l y z et h eu s a g eo fs o ai nr a i l w a yi n f o r m a t i o ns y s t e ma n d c o n f i r mt h i sn e w t e c h n o l o g yb u i l d i n gar a i l w a yi n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hd i f f e r sf r o m t h e o l do n e w i t hs e v e r a lm e t h o d si n c l u d i n gs u m m a r i z a t i o n ，c o m p a r i s o na n do p e r a t i o n ， t h i sa r t i c l eg i v e sc h a r a c t e r i s t i ca n dp r o b l e m so ft h er a i l w a yi n f o r m a t i o ns y s t e m f o r e x a m p l e ，d y n a m i cd e m a n do fs y s t e mb r i n g so nu n s t a b l ea t t r i b u t eo ft h er a i l w a y i n f o r m a t i o ns y s t e m ，a n dt h eo r i g i n a lp l a nl i m i t e dt h ed e v e l o p m e n to fs y s t e m i t p r e s e n t sap r o p o s i t i o n a lw a yt ot h ei s s u e s ：s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ( s o a ) t h e a r t i c l ei m p o r t ss o ab a s e do ni n t r o d u c t i o no ft h eb a s i cc o n c e p t i o no fa r c h i t e c t u r e t h e a d v a n t a g e so fs o a a r ea g i l i t y , c o m p a t i b i l i t ya n de x p a n s i b i l i t y t h e s ea d v a n t a g e sj u s t t h ec h a r a c t e rt h ed e m a n d so ft h er a i l w a yi n f o r m a t i o ns y s t e m t h ee m p h a s i so ft h i sa r t i c l ei sh o wt ob u i l dt h er a i l w a yi n f o r m a t i o ns y s t e mw i t h s o a w i t ht h eb e g i n n i n go ft h ed e m a n da n a l y s i so fs e r v i c e ，b u i l d i n gb a s i cs e r v i c e ， d e f i n i n gc o n t r a c to fs e r v i c e , t h ea r t i c l ed i s c u s s e sh o wi m p o r t i n gt h es o ai nr a i l w a y i n f o r m a t i o ns y s t e m ，a n dg i v e st h ed e m o n s t r a t i o nt ot h ek e yt e c h n o l o g y w ek n o wt h a t t h e r ei sl i t t l e u s a g eo ft h et e c h n o l o g yi n t h er a i l w a yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，t h e d e m o n s t r a t i o nu s e di n t h i sa r t i c l ei st h ep o i n to fi n n o v a t i o n t h ee x a m p l ea b o u tt h e a r t i c l e st h e m e ，t r y i n gt oc o n s t r u c ta ni n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hs i m u l a t e st h ec u s t o m e r s e r v i c ei n f o r m a t i o ns y s t e m t h es y s t e mc o n s t r u c t e di nv i s u a ls t u d i o2 0 鸥n e t p l a t f o r mi sas i m p l es i m u l a t i o no fc o m p l e xs y s t e mi nt h er e a lw o r l da n dc o n t a i nt h e s o a t e c h n o l o g y t h r o u g ht h eo p e r a t i o no ft h i sm o d e lt h ea r t i c l ep r o v e st h a tt h es o a t e c h n o l o g yc a nb u i l dar a i l w a yi n f o r m a t i o ns y s t e mw i t hs t r o n g e ra g i l i t y , e x p a n s i b i l i t y , a n d c o m p a t i b i l i t y t h ea r t i c l eh a st h i r t yo n ef i g u r e sa n dr e f e r sm o r et h a nt w e n t yl i t e r a t u r e s k e y w o r d s ：s o a , r a i l w a yi n f o r m a t i o ns y s t e m ，s e r v i c e ，a r c h i t e c t u r e ，c u s t o m e r s e r v i c es y s t e m c l a s s n o ：t p 3 1 5 ，u 2 8 5 致谢 本论文的工作是在我的导师董宝田教授的悉心指导下完成的，董宝田教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年多 来董老师对我的关心和指导。 董宝田教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助。董老师不仅治学严谨，而且具有高尚的道德情操。在 这两年多的师生关系中，董老师一直在鼓励和指导我们。董老师关爱学生，严格 要求，使我获益良多。在此向董老师表示衷心的谢意。 董宝田教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在这两年多的求学中及撰写论文期间，黎英师姐一直给我鼓励和指点，使我 能够克服困难，继续自己的学习。黎英师姐求学态度端正，科研一丝不苟，受到 导师的好评和师弟师妹们的尊重。在此向师姐表示感谢和敬意。 同门柳青、闫风良、郑耀等同学对我论文中的“s o a 理论”与“客服信息系 统”的研究工作给予了热情帮助，尤其是闰风良同学，一直与我合作完成客服信 息系统部分课题任务。在此向他们表达我的感激之情。 感谢我的同学叶媚，在论文的撰写和校对中给予的鼓励和帮助。 在论文撰写的过程中，参考了大量中英文资料，受到许多启发。在此向参考 文献中文献的作者和单位表示感谢。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 序 s o a 技术是现今r r 行业讨论的热门话题，其新颖而又不脱离现实的软件架构 思想已经存在很久，但是一直到最近几年才真正的被当作一个完整的理念提出。 s o a 以其强大的灵活性、可扩展性以及松散耦合等特点，得到了广泛的运用。在 现有系统整合方面的运用，s o a 在国外企业中被广泛运用并得到了认可，在国内 也已经逐步开展了s o a 的运用讨论，并且在局部得到了运用。几乎所有的s o a 运用都是建立在现有系统基础之上，换句话说就是利用s o a 技术对现有系统进行 整合，对现有系统的整合是s o a 最为吸引人的运用之一。对于一个新建的系统， 如果在建立之初就能引入s o a 理念，那么系统的建设会是什么样子? 同时，s o a 技术在铁路信息系统中的运用几乎是空白，面对庞大复杂的铁路信息系统，s o a 是否有用武之地? 如果有用武之地，怎么用? 这些是本文的要探讨的问题。 j e虚銮适盘堂亟堂焦 j 金 塞 绪 堡 1 绪论 1 1 研究背景 铁路运输信息化是国家运输信息化的重要内容，铁路运输管理、市场营销都 需要信息化的支持。铁路信息化已经越来越广泛地渗透到铁路的运输生产、客户 营销、经营管理的各个领域，成为铁路运输和铁路发展的重要保证。铁路信息化 是铁路现代化、铁路快速发展的基础。铁路信息化的重要地位越来越突出，并被 广泛认可。铁路信息化除了通信基础硬件平台建设外，在软件方面主要体现在各 种各样信息系统的建设上。 各种信息系统在一定的时间和空问范围内起到了对铁路信息化建设的促进作 用，但这些系统的建设是在不同的时间由不同的建设者所完成。不同时间内不同 的开发者对于r r 技术的理解和运用不同，各个信息系统之间没有构成有机整体， 大多各自独立，信息资源难以共享，整体效益难以发挥。最重要的是信息系统缺 乏统一的软件基础架构，面对新的系统需求的时候，往往不能互连互通，难以整 合。具体来说，铁路信息化过程中，信息系统建设存在的问题如下： 1 1 1 没有统一的软件架构规划 软件架构是在较高层次上对系统的抽象，系统之间的交流沟通是建立在此基 础上的。软件架构作为开发系统早期的设计决策体现，对于系统后续的开发、使 用，维护具有重要的影响。而铁路不同的信息系统是不同时期为了满足特定的功 能需求而开发出来的，由于限于对软件理论的认识，并没有提出一种能够可持续 发展的软件架构。这是目前铁路信息系统之问形成信息孤岛的主要原因所在。 1 1 2 没有统一的系统开发标准 在铁路信息系统的构建过程中，不同的开发者采用的开发标准不一致。信息 系统的设计、选择、配置各异，这样就造成了不同信息系统之间在互相连接的时 8 候面临接口语言不一致、数据的描述方式不一致等问题，从而造成数据共享的困 难。 面对信息化过程中存在的问题，解决的办法是要找到一种能够跨越具体技术 细节，使系统具有良好的开放性和扩展性的方法。s o a 作为一种系统架构的方 法，能够满足这些要求。本文要研究的问题就是如何使用s o a 来建立铁路信息系 统。 1 2 国外铁路信息系统建设研究 国外铁路信息系统建设始于2 0 世纪5 0 年代，发展于6 0 年代，在8 0 年代前 后形成规模。6 0 年代中期，美国南太平洋铁路公司开发建设了综合运营管理信息 系统t o p s ( t o t a lo p e r a t i o np r o c e s s i n gs y s t e m ) 。t o p s 是铁路信息技术应用的基 础，此后它被英美等1 0 多家铁路运营公司引进并根据自己的需求进行了完善。2 0 世纪6 0 年代，加拿大国铁( c n ) 在引进t o p s 的基础上加以改造形成了t r a c s ( t r a f f i cr e p o r t i n ga n dc o n t r o ls y s t e m ) ，它以编组站现车系统作为基础，使整个 系统的结构更加合理，功能更加完善，具有广泛的适用性。7 0 年代，北美铁路协 会( a a r ) 在北美各铁路公司建立的运营管理信息系统的基础上组建了铁路货车 管理自动化信息网t r a i n ；英国在引进t o p s 的基础上增加了客运管理系统；法 国国铁建立了货运集中管理系统g c r m ；德国铁路建立了综合运输管理信息系统 i t s 。 为了适应铁路运行速度的提高，2 0 世纪8 0 年代铁路信息化建设先进的国家开 始在行车指挥调度工作中引入信息技术。1 9 8 3 年美国和加拿大合作开发了列车控 制系统( 1 a c s ) ；1 9 8 6 年法国铁路开发了连续实时列车运行自动化系统( a s t r e e ) ； 1 9 8 7 年，日本铁路对1 9 7 2 年实施的新干线行车管理系统( c o m t r a c ) 进行了功 能改善和系统更新。 2 0 世纪9 0 年代，网络信息技术发展起来，不同国家铁路运输信息系统之间的 互连互通得到发展。1 9 9 5 年，意大利国家铁路( f s ) 、法国国营铁路( s n c f ) 和 德国铁路公司( d b a g ) 联合丌发试验欧洲铁路运输管理系统( e r t m s ) 。该系统 实现了新的欧洲列车运行控制和超速防护系统之间的协调，可以保证互通性以及 替换用于过境机车上的列车控制设备，进而把列车运行图编制系统、列车运行控 制和超速防护系统、运价系统组合成一体化的总系统。在2 0 0 3 年3 月该系统完成 了互通性试验。 1 0 立至望盔堂亟望僮迨塞瑟垦堡蹬信基丕统 2 我国铁路信息系统 2 1 我国铁路信息化情况 2 1 1 我国铁路信息化的发展历程 第一阶段：起步阶段，2 0 世纪5 0 年代末到2 0 世纪7 0 年代初。在2 0 世纪5 0 年代末，铁道科学研究院购置了一台国产第一代1 0 3 电子计算机，开始了列车运 行管理的研究工作；1 9 6 5 年铁路引进了一台法国生产的第二代s e a - - 3 9 0 0 型晶体 管商用计算机，由铁道部组织北方交大、北京铁路局进行铁路客货运输统计、月 度货物运输计划、技术计划的编制应用试验：1 9 6 9 年郑州铁路局统计工厂使用国 产的d j s - - c 1 型计算机，进行旬，月统计报告和客货运输统计的应用；1 9 7 0 年北 京铁路局主持开展南仓编组站半自动化和京滓铁路调度指挥自动化的研究试验。 南仓编组站半自动化的主要内容是编组站作业的信息处理，由北方交大承担制造 b j d 一1 专用计算机，软件的研发则由中国科学院计算所、北方交大、铁科院、南 仓编组站等单位共同开发。但是由于国产计算机无法满足现场实时生产任务，国 外计算机被禁运，导致了1 9 7 0 年的两个项目最终没有成功投产。项目研究虽然没 有投产，但是这两个项目在我国编组站信息处理和调度指挥自动化的建设中，起 到了铺垫的作用。 第二阶段：全路信息系统的初步规划试验阶段，2 0 世纪7 0 年代中期到2 0 世 纪8 0 年代初期。1 9 7 5 年8 月1 日，成立了铁道部直属电子计算所。在建立部直属 电子计算所以后，建立计算机网络以及全路计算机设备选型问题被提上日程。当 时计算机网络建设的方针是：建立一个可靠性、稳定性、连续性高，数据的传输 处理贮存能力强，具有较强的网络软件和联机功能，具有较强的可扩展性和兼容 性的网络。计算机选型的对象是美国d e c 公司的p d p - - 1 1 系列和国产1 8 0 系列以 及意大利o l i v e t t i 公司的终端计算机。1 9 7 7 年成立了铁道部电子计算技术管理局筹 备组，并在该年提出了第一个全路性的信息系统规划即铁路运营管理系统总体规 划：“在1 0 年内建成一个以铁道部为中心的、集中型的、实时联机的全国铁路运 营管理自动化系统，在部分主要编组站、客货运站建成作业自动化系统，在一条 j e 立窑疆鑫堂亟堂焦监窒我国迭墅信息丕缝 主要干线建成行车指挥自动化系统。”1 9 7 9 年，铁道部直属电子计算所和铁道部电 子计算技术管理局筹备组合并，成立了铁道部电子计算技术中心。随着铁道部电 子计算技术中心的建成，各铁路局和分局成立了局计算中心和分局电子所，从而 形成了一个由部到局到分局的管理体系。一批优秀的计算机和铁路人才被安置在 该体系中，承担应用软件开发和信息工程的建设工作。管理体系的成立和人才的 投入，为铁路信息系统的建设奠定了基础。1 9 8 0 年底，铁道部至北京、济南、上 海铁路局的联网试验成功，该网络是当时全国建立最早、功能相对完备的计算机 网络。 第三阶段：京沪圈设计，试点阶段，2 0 世纪8 0 年代。在2 0 世纪8 0 年代，为 了实现铁路运营管理系统总体规划，中国铁路与加拿大国铁合作，完成了建设中 国铁路运营管理信息系统的可行性研究，鉴于我国当时计算机应用人才的缺乏， 铁路通信网络基础差，国外先进计算机因为禁运无法进口，得出全面开展铁路运 营管理信息系统难度大的结论。因此确立了先在北京、济南、上海建立铁路运营 管理信息系统，然后再向全路推广的策略。总体规划在1 9 8 5 年正式完成，1 9 8 6 年 3 月通过评审。但是该规划并没有被全部实施，仅仅对其中的主要子系统进行了不 同程度的分别实施，部分项目扩展到了全路。这些被实施的子系统包括：车流预 确报、月度货运计划和技术计划的编制、编组站现车管理，货运站运营管理、机 务段信息管理、计算机网络。 经过2 0 年左右的努力，到2 0 世纪9 0 年代初，铁路拥有中、小型机6 0 0 多台， 微机2 0 0 0 0 多台，开发的信息系统有：合理运输系统、月度货物运输计划和技术 计划系统、铁路运输统计报告系统、车流预确报系统、计算机编制货票系统、编 组站现车系统、货运站管理系统等。完成了铁道部一铁路局一铁路分局的三级星 型计算机网络的建设。 第四阶段：t m i s 建设阶段，2 0 世纪9 0 年代。铁路信息系统的建设，在取得 成绩的同时，也面临一些先天性的难题：各种各样的信息系统基本上是单项的、 实验性的、分散的，并没有形成全路性的大系统。进入9 0 年代，国外运输信息化 的建设已经进入信息高速公路的时代。我国铁路运输面临的问题却是信息量巨大， 缺乏一个能够保证交换信息正确、及时、完整的全路性的信息系统。鉴于此，1 9 9 2 年初丌始计划准备t m i s 的总体设计工作，在结合1 9 8 5 年京沪圈运营管理信息系 1 2 j e 瘟窑垣盔堂亟主堂僮监塞嚣巨壁堕信息丕统 统总体设计文件的基础上，于当年1 0 月完成了总体设计。总体计划确定t m i s 建 设的主要内容是建立铁道部、铁路局、铁路分局和主要站段的信息处理系统，用 计算机网络联成一个整体，实现集中与分布相结合的信息处理模式。初步确定建 立中央处理系统、确保信息系统、货票信息系统、货运营销与生产管理系统、运 输工作日常调度与指挥系统、车站信息处理系统、批处理系统。1 9 9 4 年7 月t m i s 建设正式立项，投资人民币2 6 亿元。时至今日，t m i s 仍然在建设和完善之中。 2 1 2 铁路信息化的体系结构 ( 1 ) 铁路信息化的体系结构简介 铁路信息化的体系结构由业务应用层和公共基础平台两大部分构成。业务应 用层是铁路信息化体系的应用领域实现层，每个应用领域包含若干个主要方面， 每个方面由多个相关的信息系统支撑，主要方面和信息系统可以根据发展的需要 进行重组和扩充。公共基础平台为业务层的各系统提供公用的基础环境。 ( 2 ) 铁路信息化应用体系 铁路信息化应用体系围绕运输组织、客货营销、经营管理三大应用领域设计 了1 0 个方面。运输组织领域包括运输调度指挥、运输生产组织、列车运行控制、 列车安全监控四个方面。客货营销领域包括客运营销和货运营销两个方面。经营 管理领域包括运力资源管理、经营资源管理、办公信息管理、决策支持四个方面。 应用体系的设计基本涵盖了铁路行业各主要应用范畴。 ( 3 ) 公共基础平台 公共基础平台包括通信网络基础平台、信息共享平台、公用基础信息平台、 信息安全保障平台和铁路门户。通信网络基础平台用来构建完善的铁路宽带高速 通信网络，满足信息系统数据、图像传输的要求，满足应用系统互连互通和社会 化服务的需要：信息共享平台遵循统一的铁路信息系统交换、共享规范，提供信 息系统的信息传输交换以及共享机制；公用基础信息平台为各信息系统提供基础 编码、铁路空间信息、业务基础信息等公用基础信息服务，实现基础编码的统一 管理与维护；信息安全保障平台提供铁路计算机网络综合的多层次的纵深防护体 系，为各信息系统和系统之间的数据交换提供安全保障：铁路门户提供铁路信息 系统对外的统一通道和服务。 下图是对信息化体系结构的一个形象的描述，途中的箭头表示应用体系和公 共基础平台之间的信息传递。 应 用 体 系 公 共 基 础 平 台 运播绸缎绛瞢管理 运输调度指挥垄蔓艺髅运力资源管理 运输生产组织 客运营销 经营资源管理 列车运行控制货运营销办公信息管理 行车安全监控决策支持 l33 诵结嗣缡甚础平台 ? 信赢其辜平公甬墓面h 信。穰信赢害夸侯 接璐n 户 左三盗崖酷巴龟 图2 - 1 铁路信息化体系结构 f i g u r e2 - 1s t r u c t u r eo fr a i l w a yi n f o n n a t i o n - o r i e n t e c lm a n a g e m e n t 2 2 我国铁路信息系统简介 2 2 1 铁路信息系统的总体层次 铁路信息系统总体上分为三个层次，从下向上分别是执行决策层，战术决策 层，宏观决策层。其中，第一层执行决策层主要是各个业务部门管理信息系统， 负责日常业务的处理；第二层战术决策层是综合信息系统，其主要任务是收集和 综合各业务部门的信息，提供各种分析资料，编制季度、年度计划和某些重要决 策分析；第三层是宏观决策层，由宏观决策支持系统构成，其主要作用是在第二 层的基础上，为宏观决策提供参考，协助决策者做出战略决策。 1 4 韭塞套堑太堂亟主望僮j 盒寥彗国毯蹬焦息丕统 图2 - 2 铁路信息系统总体层次图 f i g u r e 2 - 2 m a i n a r r a n g e m e n t o f r a i l w a y i n f o r m a t i o n s y s t e m 2 2 。2 铁路信息系统选介 ( 1 ) 铁路运输管理信息系统( t l i s ) t m i s ( t r a n s p o r t a t i o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是我国“八五”计划中 1 2 个重点建设系统之一，总体设计t m i s 铁路运输管理信息系统总体设计在 1 9 9 2 年完成，1 9 9 4 年正式开始建设。到2 0 0 5 年7 月竣工并通过验收，历时l o 多 年之久，总投资2 6 亿元。t m i s 铁路运输管理信息系统包括车号自动识别、货票、 确报、办公自动化，货车追踪等1 0 多个子系统，工程涉及铁道部、铁路局、原铁 路分局和主要站段，建成了初其规模的铁路通信基础设施和覆盖全路的计算机网 络体系：建成了三级信息处理中心；建成了多级信息收集、处理、传输和查询平 台。下图是哪i s 的三级信息处理中心示意图： 铁道e 信息中d 铁路蜀信患中心 原铁路- 分局僖息中心 图2 - 3t m l s 三级信息处理中心 f i g u r e2 - 3t h r e ei e v e li n f o r m a t i o nd i s p o s a lc e n t e r so f t m i s t m i s 的应用目标包括运输市场管理、运力资源信息管理、作业过程信息管理、 集装箱和管内现在车动态分椎信息管理以及信息综合利用等。工程目标是建设铁 j e 塞窑煎丕堂硒堂焦迨窑嚣国珐堕篮息丕蕴 道部、路局、原分局和车站应用系统；建设全路的计算机网络；建设全路信息系 统运行保障体系。 t m i s 由铁道部中央系统、1 4 个铁路局级系统、5 0 个分局级系统和约2 0 0 0 个 站( 段) 级系统构成。铁道部、铁路局、原铁路分局采用相似的多层次客户服务 器( c s ) 体系结构，车站( 段) 为两层的客户服务器结构t 其系统的结构示意 图如下： 图2 4 1 m 巧网络拓扑简图 f i g - 】2 4s i m p l et o p o l o g yo ft m i s sn e t w o r k t m i s 作业的核心以货运为主，其主要功能包括公用数据库的维护、运输统计 分析、运输调度管理、车站综合管理等1 0 项功能，具体见下图： 图2 - 5t i d l s 系统功能图 f i g u r e2 - 5f u n c t i o n so f t b l l s t m i s 系统包括l o 多个子系统，下面介绍几种常见的系统。 货票信息管理系统 节点贷车追踪管理u 贫车使用赞用清算 h 集装箱追踪管理 二=u川川凡运营销与技术计划 寅果信息管理 u 确报信息管理车站综合管理 u 运输谰度管理 j e 塞窑适盔堂绣主堂焦j 盆塞冀亘迭整信基丕统 货票信息管理系统是铁路信息系统中最复杂的系统之一。该系统实现了集群 环境下的三级建库，四级综合应用的结构方案。三级建库是指铁路货票信息管理 系统以办事处( 原分局、地铁公司) 、铁路局和铁道部为原始信息源，在各级信 息部门建立完整货票信息库，支持全路各级应用与共享。四级综合运用是信息在 铁道部、铁路局、办事处( 原分局、地铁公司) 、车站共享。货票信息管理系统 和十八点运输统计系统、集装箱实时追踪系统、车站综合管理信息系统之间建有 接口，能够为这些系统提供相关的数据和信息支持。铁路货票系统的三级建库处 理流程示意图如下： 图2 - 6 货票系统三级建库图 f i g u r e2 - 6t h r e el e v e ld a t a b a s eo ft i ps y s t e m ( d 确报系统 确掇系统在1 9 9 8 年投入使用，至今已经运行了近1 0 年。该系统在撤销分局 之前是以列车编组信息表为基础信息，车站、原铁路分局，铁路局和铁道部为节 点，利用计算机网络实时发送、接收和转发列车确报并建立原铁路分局、铁路局 1 7 国 - j e 塞塞塑盔堂亟堂僮监塞瑟冒迭堕垡息丕统 和铁道部三级确报信息库，从而实现有关信息综合应用的信息系统：撤销分局之 后。该系统将全路所有的编组站、区段站、分界站和其他主要的中问站与路局、 铁道部联网，其原理是将从车站获得的列车编组确报信息传递至路局和铁道部， 由路局和铁道部分别对获得的信息进行加工处理，建立全路完整的确报信息。确 报信息系统的系统结构如下： 务器 p c p c 图2 - 7 确报信息系统拓扑图 f i g u r e2 - 7t o p o l o g yo fr e p o r ta n dc o n f i r ms y s t e m ( d 调度管理信息系统 调度管理信息系统的建设是随着t m i s 的建设而发展的。铁道部信息中心于 1 9 9 9 年6 月组建了专门以运输调度的工作岗位计划调度、列车调度、机车调度、 货运调度和客运调度为对象的工作组，在2 0 0 0 年l o 月完成了“列车调度指挥信 息系统”的投产和试运行工作。调度管理信息系统纵向应用于铁道部、路局、原 分局三级运输生产调度指挥工作，横向按调度工种划分为列车调度、车流计划调 度、机车调度、货运调度、客运调度、旌工调度、军事调度、特种调度等多个子 系统。各调度工种系统通过统一的“运输调度生产信息平台”实现信息共享，并 最终将部、局、原分局三级系统串连起来，形成一个完整统一的调度管理信息系 统。 调度管理信息系统的系统拓扑结构如图： 1 8 j e 塞銮垣鑫堂亟堂焦途塞嚣亘丛堕信息丕统 图2 - 8 调度管理信息系统系统拓扑图 f i g u r e2 - 8t o p o l o g yo fd us y s t e m 在t m i s 的子系统中，还有车站综合管理信息系统、集装箱管理信息系统、货 运营销与生产管理系统( 刚o s ) 、车号自动识别系统( a v i s ) 、货运动态追踪管理 信息系统、办公自动化系统、铁路运输十八点统计系统、机车实时追踪管理信息 系统、区段站管理信息系统等等，这些系统是t m i s 的建设过程中为了满足不同业 务需求而分别建立起来的，满足了铁路不同业务部门在一段时期内特定的需求。 ( 2 ) 客票系统 客票系统全称是中国铁路客票发售和预订系统( p m i s ) ，该系统的探讨和研究 开始于2 0 世纪8 0 年代，从研究到现在经历了近3 0 年的时间，发展的过程按照系 统的升级可以分成四个阶段。第一阶段是版本为1 0 的系统实施阶段，时间在1 9 9 6 年到1 9 9 8 年，该阶段的主要目标是实现车站计算机售票。第二阶段是实施版本号 为2 0 的系统。从1 9 9 8 年3 月到1 9 9 9 年4 月，系统以实现地区客票中心和与地区 客票中心联网的车站售票系统建设为目标。版本号2 0 的客票系统具备了异地票处 理功能、分段计费以及清算功能等等。第三阶段是3 0 版本的系统的实施阶段。本 阶段主要是实现地区客票中心与铁道部的客票中心的联网以及全路联网车站之间 直通列车车票的异地发售为目标。时间是1 9 9 9 年到2 0 0 2 年。从2 0 0 2 年到现在是 第四阶段，该阶段主要是4 0 系列版本和5 0 版本的客票系统的实施阶段。目前， 5 0 版本的客票系统已经安装完成。 j e 塞窑道盔堂亟堂焦逾塞 毯垦筮堕篮盅丕缝 客票系统有两种结构：联网和非联网。联网的客票系统由铁道部客票中心、 2 4 个地区客票中心以及直通列车停靠站之间通过全国联网组成；非联网的客票系 统即车站的计划和售票形成一个独立的系统。 客票系统从行政上划分为铁道部客票中心、地区客票中心、车站三个等级。 客票系统的功能在不同的等级上不同，具体见下图： 图2 - 9 地区客票系统的功能 f i g u r e2 - 9f u n c t i o no f r e g i o np m i s 车站 订| if 计ifi 票 蓁jf蓁jj鎏j|；?j萎if重jj妻j蓁萎 图2 - 1 0 车站客票系统的功能 f i g u r e2 - 1 0f u n c t i o n so f s t a t i o np m i s 财 务 统 计 ( 3 ) 铁路运输调度指挥管理系统( d m i s ) 1 9 9 6 年至1 9 9 9 年三年的时间内，在铁道部运输局基础部的领导下，d m i s 项目 先后完成总体设计方案、方案论证、用户需求调查、初步设计审查鉴定等工作。 j e 夏窑堑盔堂熊主堂僮逾塞我国筮壁篮皇丕统 1 9 9 7 年进行工程前期准备，1 9 9 8 年开始建设。d m i s 整体技术于2 0 0 1 年通过了铁道 部科技司组织的技术鉴定。当时由于受投资额度限制，铁道部决定首先进行d m i s 一期工程建设，工程范围包括部中心、京沪、京哈、京广、京九四大干线车站d m i s 基层网及相关的路局、分局中心。截止到2 0 0 4 年4 月，d m i s 一期工程投入运行，并 完成二期主体工程。d m i s 2 ：程建设的总体目标是：建成覆盖1 4 个路局、7 7 个分局、 7 0 多条主要干线和5 1 个局间分界口的全路d m i s 网。 d m i s 系统分为部级、局级、原分局级、站段调度四个层次。部级和局级负责 宏观管理和指挥工作，分局和车站负责运输组织和行车的直接指挥。部级指挥调 度中心是全国的枢纽，铁路d m i s 把从现场车站采集信息经过车站基层网、分局d m i s 中心、路局d m i s 中心主机传送到部调度中心，形成完整的信息库。通过对信息综 合处理，实现了对全路列车运行的动态跟踪实时监视，并由此生成各种列车运行 统计报表，达到了透明指挥的功能。调度中心的总体方案由中国铁路通信信号总 公司研究设计院组织设计，由东方宇业技术有限公司、北京超现代公司以及北京 华埠特克科技公司负责实施。其中信息化项目的投资大概在2 亿元左右，仅铁道部 调度指挥管理系统的投资便达至u 9 4 0 0 万元，这套系统历经7 年才完成开发。按照铁 路信息化总体规划的要求，d m i s 系统现在已经规范为列车调度指挥系统( t d c s ) 。 2 3 我国铁路信息系统技术特点 ( 1 ) 铁路信息系统规模大，而且复杂 铁路设备的分散和铁路线覆盖面积的广阔，造成铁路信息系统建设的规模和 复杂性都很大。t m i s 的建设从决策到按照初始计划成功建设耗时1 0 年时问。从 开始建设到系统成型，经历了计算机以及信息技术的发展与变迁，当初设计系统 的方法和技术也相形落后。新技术的引入对系统的设计最初的方案产生过巨大的 影响。同时，需求的变化对于铁路信息系统的发展起到了至关重要的作用。从立 项建设到系统建成，每次需求的变化都是对信息系统建设的一次挑战。2 0 0 1 年 t $ 1 1 s 系统规划不得不重新调整，反应了铁路信息系统建设的动态性和复杂性。 ( 2 ) 铁路信息系统层次结构复杂 铁路信息化蓝图中，将铁路信息系统划分成六个层次，分别包括决策支持系 统以及综合运用、电子商务、电子政务、铁路同常业务管理，控制与安全保障、 2 l j e 塞窑塑态堂亟堂僮丝塞毯巨丛强篮盅丕筮 基础通信网。每个层次中都包含了许多子模块和子系统，这些系统之间互相配合。 完成一个或者多个功能。下图是铁路信息化的层次图： 多 砖簟主持与辛生产譬理仿 囊字甓鼙暮基缘台裳晨疆蠢量务髯辱分舞葺鼍 暮缝真 簧鼻囊毫 电子囊务门户一站 她 公立蠹#知识f 曩电子件或府胃蛄算量 电务工备甜务缝计t m她 觚鞠车曩壹垒拴一“* 粗删过程控一面安全检一 专矬。mp ，州陬1 “l 嗍出删删 图2 - 1 1 铁路信息化总体层次图 f i g u r e2 - 1 1m a i ns t r u c t u r eo f r a i l w a yi n f o r m a t i o n - o r i e n t e dm a n a g e m e n t ( 3 ) 信息交流密切与信息孤岛的矛盾 铁路的日常管理是由运输、机务、电务、工务、车辆、货运、客运、财务、 计划、统计等职能部门协作完成，不同部门对应的信息系统之间存在着大量的信 息交换活动。但是，信息孤岛的现象却存在。由于铁路的复杂性以及建设时间的 大跨度，作为部门信息系统的各个子系统之间的交流往往局限与同一个模块甚至 同一个大系统之内，比如t m i s 的子系统往往会给与之相关的子系统留下接口，像 列车确报管理信息系统给运输调度系统、运输统计系统、办公自动化系统以及车 号识别信息系统留下接口。但是这些信息系统隶属于t m i s ，从信息化层次图来看， 仅仅是业务管理层的一个分支。不同层次和同一层次之间的沟通和联系不足。这就 造成了信息交流很密切，但是总体上却是信息孤岛。 j e 塞銮重盍堂亟堂焦监塞厘囱避丕曲丕筮袈控( s q 2 丞墓苤屋 3 面向服务的系统架构( s o a ) 及其发展 3 1 系统架构概述 3 1 1 系统架构的含义 系统架构的确切概念尚没有统一的定义，下面是几个常见的关于系统架构的 定义： 架构是系统在高层次的设计，该层次超越了算法设计和数据结构的设 计。 架构是一个程序或系统的各组件、它们之间的相互关系以及支配其设 计和发展的指导原则的结构。 架构就是组件或连接件。 架构即组件、连接件和约束条件。 架构就是组成系统的一个或者多个结构，它们构成系统的各个部分， 形成这些组件的外部可见性以及相互间的联系。 以上的这些定义，从系统层次、程序设计、组件、约束条件、系统接口等方 面来描述系统的架构。虽然侧重点不一样，但是不同的定义在结构、组件、与组 件的联系上具有相似点。系统架构简单的说就是关于系统如何组织、控制、定义 接口的问题，因此本文对架构的定义是：系统架构是系统在高层次的抽象，该抽 象是独立于开发系统工具的系统结构方案和对外表现形式的定义。系统的开发工 具主要是指开发的平台、语言，系统的架构应该不受制于这些工具；结构方案是 指系统的组件、连接件以及约束条件；对外表现形式就是规定了系统提供的接口。 3 1 2 系统架构的重要作用 ( 1 ) 架构是不同信息系统交流的重要手段 不同的信息系统是为了不同的需要开发出来，能够适应特定的功能需求。但 是不同的信息系统具有不同的侧重点，关心的核心内容也不一样。因此在进行系 j e 塞窑重太望亟堂焦逾塞画回避爱鳆丕筮袈趋ls q 2 厘基蕴羼 统之问的交流时，需要一种具有共性的方面。架构就是系统之间互相交流的共同 语言，通过它的存在，不同的系统能够表达出自己的特点和需求，从而找到不同 信息系统间交流的解决方案。 ( 2 ) 架构是早期对于系统设计决策的体现 架构是开发人员按照系统使用者的要求所做的早期决策，由于需求和环境的 动态性，故在系统实际投入使用之前，无法断定这些决策的合理性和正确性。反 应到架构中，就是系统的架构必须要跟随决策的更改而冒更改的风险。架构的更 改意味着返工和对前期设计的否定。 ( 3 ) 架构制约信息系统的质量 大型系统能否满足系统使用者的期望功能，主要是由架构来决定。小的软件 系统能够通过编程和调试来达到要求，但是像铁路使用的大型信息系统很难再通 过这种技巧来实现。随着软件规模的扩大，系统的质量不再是依赖于选用好的数 据结构j 口，算法这样微观的设计，而是由系统结构和功能的划分来决定。 ( 4 ) 架构是信息系统可持续发展的基础 信息系统的可持续发展主要是系统的扩建和重用方面。在软件的生命周期中， 不论是系统的代码，还是系统的架构，重用的越早，整体的效益就越高。信息系 统架构的重用能够给信息系统的设计减少时间，在同一系列系统范围内系统架构 的重用能够大大降低某个具体系统因为架构不当而带来的风险。 3 2s o a 理念 3 2 。1s o a 的概念 s o a 是s e r v i c e - o r i e n t e da r c h i t e c t u r e 的缩写，中文的译名是面向服务的 体系结构。s o a 是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元定义成为服务， 然后在这些服务之间定义接口和契约，通过这些接口与契约，将这些服务联系在 一起。值得注意的是，服务之问的接口采用中立的方式进行定义，即这些接口独 立于实现系统的软硬件平台以及编程语言。这使得各种服务可以用统一和通用的 方式进行交互。 韭童套道盘堂亟堂僮迨塞面回厦经的丕缍袈趋l q 2 厘基筮屋 s o a 的概念中，包含四个关键的方面：服务总线、服务库、服务、服务前端。 其中，服务的概念是s o a 的核心，服务是指业务服务，而不是技术基础结构的服 务，因为s o a 的最终目标之一是使系统提供的业务服务从技术服务中脱离出来， 使系统的实现独立于特定的编程技术。 ( 1 ) 服务 服务是一个封装高级业务具有具体功能的软件组件集合体，服务是由以下几 个部分组成的：服务的规范、服务的接口、业务逻辑、服务的实现、数据。服务 的规范也称服务的合约或者契约，说明了服务的作用、功能、如何使用该服务、 该服务的约束条件。在实际的运作中，不同类型服务的规范是不一样的。服务的 接口是将服务的功能向用户公开的途径。业务逻辑由服务封装，是服务实现的一 部分。具体来说。由于不同的服务之间需要接口进行互相之间的联系，一项业务 在处理流程中涉及不同的组件，为了减少组件之间的耦合性，直接将这些组件封 装在一起形成一套业务逻辑。业务逻辑可以通过服务的接口进行访问。服务的实 现由一个或者多个环节组成，包括代码、数据库等等。服务的实现要求在技术上 实现服务的规范，物理上提供服务所需的业务逻辑与数据。数据是任何类型的服 务都要处理的基本信息之一，尤其是在以数据为中心的服务中，数据是服务将要 处理的主要业务。 ( 2 ) 服务总线 在s o a 的概念中，服务总线是一个比较复杂的部分。总体来说，服务总线就是 不同服务之间的通信模块但是面向服务总线的技术发展还没有一个统一的标准， 因此在面