铁路信息化顶层设计方法与实践研究.pdf

第九届中国智能交通年会大会论文集 铁路信息化顶层设计方法与实践研究 马小宁李平史天运 中国铁道科学研究院电子计算技术研究所 北京100081 摘要 近年来 随着铁路信息化建设的逐步深入 各自为政 重复建设 信息孤岛等问题 日益凸显 究其原因 皆为在信息化建设前期忽略了信息化的顶层设计所致 铁路信息化需 要顶层设计 首先分析了铁路信息化顶层设计的内涵 论述了信息化顶层设计的方法一一企 业架构的基本理念及其发展 剖析了现阶段铁路信息化所面临的新形势 在此基础上设计了 铁路信息化顶层设计的总体框架 包括业务架构 应用架构 数据架构 技术架构及保障体 系 对于新形势下重新进行铁路信息化顶层设计具有重要的理论及实践指导意义 关键词 铁路信息化 信息化顶层设计 企业架构 应用架构 数据架构 Study on Method a nd Pra cti ce of Ra i lwa y Inform a ti za ti on Top Desi gn Ma Xi a o n i n g Li Ping Shi Tianyun Institute of Computing Technologies China Academy of Railway Sciences Beijing 100081 China Abstract In recent years with gradual development of railway informatization construction independent repeated construction and information island problems become increasingly prominent The most important reason is that lack of top design in earlier stage of railway informatization construction Railway informatization needs top design This paper firstly analyzed the connotation of railway informatization top design and discussed the method of informatization top design the basic idea and development of Enterprise Architecture analyzed new situation of railway informatization at this stage and on this basis designed the overall framework of railway informatization top design including the business architecture application architecture data architecture technical architecture and guarantee system This paper has important theoretical and practical significance to railway informatization top design under the new situation Keywords Railway Informatization informatization top design Enterprise Architecture application architecture data architecture 1引言 信息化是推动铁路现代化的核心源泉 是铁路运输业务高效开展的重要支撑 近年来 随着铁路 信息化建设的逐步深入 各自为政 重复建设 信息孤岛等问题日益凸显 已成为制约铁路信息化水 基金项目 铁路信息化顶层设计优化研究 2013YJ051 296 录用论文 平进一步提升的重要障碍 究其原因 皆为在信息化建设前期忽略了信息化的顶层设计所致 顶层设 计是当今信息化建设的制高点 是确保信息化建设上下贯通 左右衔接 各建设内容切实落到实处的 重要手段 国外的信息化建设起步较早 对于信息化顶层设计普遍高度重视 从上世纪八十年代至今 逐渐形成了以企业架构为核心的信息化顶层设计的方法论体系 铁路信息化建设的进一步深入需要顶层设计的指导 目前 铁路转企改制 客货运改革全面推进 高速铁路快速发展 铁路正面临全新的发展形势 同时 云计算 物联网 大数据等新技术日趋成熟 也为信息化建设注入了新的活力 新形势下进行铁路信息化的顶层设计 推进铁路信息化的重新布局 具有重要的现实意义 本文论述了铁路信息化顶层设计的内涵 分析了信息化顶层设计的方法一企业架构的基本理念 及其发展 剖析了现阶段铁路信息化所面临的新的形势 在此基础上设计了铁路信息化顶层设计的总 体框架 包括业务架构 应用架构 数据架构 技术架构及保障体系 对于新的形势下重新进行铁路 信息化顶层设计具有重要的理论及实践指导意义 2铁路信息化顶层设计的内涵 顶层设计本是一个工程学术语 后被引入到信息化领域 顶层设计的原意是运用系统论的方法 从全局的角度 对某项任务或者某个项目的各方面 各层次 各要素统筹规划 以集中有效资源 高 效快捷地实现目标 铁路信息化顶层设计是指从整体和全局视角出发对铁路信息化建设的各个方面 各个层次和各种 角色等因素进行统筹考虑 理解和分析影响信息化建设的各种关系 对信息化建设的基本问题进行总 体的 全面的分析 确定信息化建设目标 并提出体制和业务的架构及改进建议 从而尽量规避规划 的缺陷和不足 从根本上减少信息化建设风险 铁路信息化的顶层设计有三层含义 1 整体和全局 顶层设计的首要视角是要跳出局部环境的束缚和影响 站在全企业的整体髙度和全局视野 去分 析决定铁路信息化的具体决策 2 业务 顶层设计的重点是业务 顶层设计需要以铁路的核心业务流为主线 收集 整理与描述业务需求 并按层次呈现 以数据形式保存 同时分析应用系统的业务可行性 3 效益 铁路信息化建设需要达成优化企业工作流程 促进职能转变 提髙业务效率 推动体制创新 最 终提升企业效益的目标 这要求铁路信息化不仅在建设之初就考虑铁路企业的效益问题 而且需要将 效益评估和建设周期的各个环节联系起来 实现全程的效益评估 铁路信息化顶层设计能够从战略的高度 管理的视角重新审视企业信息化建设的现状与不足 并 结合国内外行业最佳实践 IT应用趋势 对企业的信息化建设战略 目标 应用架构 技术路线等进 行系统的思考 统筹的规划 详细的分析 为企业下一步信息化建设提供具有操作性的指导 3信息化顶层设计的方法 国外的信息化建设起步较早 对于信息化顶层设计普遍髙度重视 从上世纪八十年代至今 逐渐 形成了以企业架构为核心的信息化顶层设计的方法论体系 297 第九届中国智能交通年会大会论文集 3 1企业架构的概念 企业架构 Enterprise Architecture EA 是从企业全局的角度审视与信息化相关的业务 信息 技 术和应用间的相互作用关系以及这种关系对企业业务流程和功能的影响 企业架构是一个多视图的体系结构 它由企业的业务架构 数据架构 应用架构和技术基础架构 共同构成 如图1所示 1 企业业务架构 Business Architecture 贯彻企业业务战略 企业业务架构描述了企业各业务之间相互作用的关系结构 业务构架以企业的业务战略为顶点 以企业各主营业务为主线 以企业各辅助业务为支撑 以人流 物流 资金流 信息流等联络各业务 线 构成贯彻企业业务战略的企业基本业务运作模式 2 企业数据架构 Data Architecture 建立企业信息模型 企业数据架构是将企业业务实体抽象成为信息对象 将企业的业务运作模式抽象成为信息对象的 属性和方法 建立面向对象的企业信息模型 数据架构实现从业务模式向信息模型的转变 业务需求 向信息功能的映射 企业基础数据向企业信息的抽象 业务架构 业务战略 业务需求 业务流程 角色 业务变革 协作 項目建设 应用架构 系统 服务 功能 和管理 ui 士 技术架构 硬件 服务器 操作系统 网络 图1企业架构的内容 3 企业应用架构 ApplicationArchitecture 实现企业信息流动 企业应用架构是以企业数据架构为基础 建立支撑企业业务运行的各个业务系统 通过应用系统 的集成运行 实现企业信息自动化流动 代替手工的信息流动方式 提高企业业务的运作效率 降低 运作的成本 应用架构定义了企业应该建立哪些信息系统 明确了各系统间的关系 提供了企业所需 应用系统的蓝图 4 企业技术架构 TechnologyArchitecture 保障企业应用执行 企业技术架构是实现企业应用架构的底层技术基础结构 通过软件平台技术 硬件技术 网络技 术 信息安全技术间的相互作用支撑企业应用的运转 根据企业的情况和架构工作的具体要求 所关注的侧面或具体架构也会产生差异 但是共同的是 企业架构从整体 宏观的角度描述了企业业务 信息系统 技术 治理各方面IT工作所需的信息 并 可以有效地协调企业中的信息资产 利益相关者的协调运作 以使其与企业的战略目标相吻合并有效 298 录用论文 地支持企业 业务 愿景的达成 3 2企业架构的发展 企业架构方面的研究与实践源自信息系统的规划与设计领域 20世纪80年代中期 Jo h n Za c h m a n 首次引入 信息系统架构框架 的概念 被公认为是企业架构领域的开拓者 他认为使用一个逻辑的 企业构造蓝图 即一个架构 来定义和控制企业系统和其组件的集成是非常有用的 为此 Za c h m a n 提出了信息 流程 网络 人员 时间 基本原理等6个视角来分析企业 也提供了与这些视角每个 相对应的六个模型 包括语义 概念 逻辑 物理 组件和功能等模型 企业架构最早应用在一些美国的政府机构 其对企业架构应用的推动也发挥了十分重要的作用 Za c h m a n 框架提出以后 美国国家技术标准研究所 National Institute of Standards and Technology NIST 在1989年发布了 NIST框架 此后联邦政府内及其他联邦实体也发布了各自领域的企业架构框 架 包括国防部 DOD 和财政部 DOT 等 企业架构的演进主要遵循了两条主线 一条是以Za c h m a n 框架为基础开发出的主流架构框架与方 法 有 EA P En t e r p r i s e A r c h i t e c t u r e Pl a n n i n g 企业架构规划 FEA F Fe d e r a l En t e r p r i s e A r c h i t e c t u r e Fr a m e w o r k 美国联邦政府企业架构框架 TEA F Tr e a s u r y En t e r p r i s e A r c h i t e c t u r e Fr a m e w o r k 美国 财政部企业架构框架 等 另一条是以 ISO IEC14252 In f o r m a t i o n t e c h n o l o g y Gu i d e t o t h e POSIX Op e n Sy s t e m En v i r o n m e n t 为基础开发出的美国国防部的信息管理技术架构框架TA FIM Te c h n i c a l A r c h i t e c t u r e Fr a m e w o r k f o r In f o r m a t i o n Ma n a g e m e n t 信息管理技术架构框架 TOGA FCTh e Op e n Gr o u p A r c h i t e c t u r e Fr a m e w o r k 开放组架构框架 就是基于TA FIM开发的 基于此框架 美国国防部又进一 步开发出了 Do DTRM Do D t e c h n i c a l Re f e r e n c e Mo d e l 美国国防部技术参考模型 C4ISR Command Control Communications Computers and Intelligence Surveillance and Reconnaissance 指挥自动化 系统 以及最新的Do DA F Do D A r c h i t e c t u r e Fr a m e w o r k 美国国防部架构框架 目前 两条企 业架构框架的演进线路 逐渐相互融合 架构框架的构成要素与定义架构过程基本趋于相同 同时 不同的行业 根据综合通用的企业架构框架 结合各自行业的特点 进一步开发具有行业特点的架构 标准框架与方法 4铁路信息化面临形势分析 近年来 铁路信息化发展所依赖的铁路业务和技术环境都发生了巨大的变化 铁路信息化正处在 重要的转型时期 准确把握铁路信息化所面临的形势是进行信息化顶层设计的基本前提 4 1铁路业务发展的新形势 近年来 铁路本身业务的变革主要包括 面向企业的经营发展 运输组织改革 深化安全生产管 理和加速推进铁路建设等 1 面向企业的经营发展 随着铁路转企改制 铁路改变角色 作为市场主体全面参与市场竞争 并以盈利作为基本目标之一 2 运输组织改革 铁路需要适应经济社会发展的新形势 深化运输组织改革 加快市场步伐 全面提髙经营质量和 效益 未来铁路运输组织改革的趋势是全面推进货运组织改革和深化客运组织改革 全面推进货运组织改革 实现铁路运输组织由内部生产型向市场导向型转变 重点实现 网上受 理 实货制运输 一口价和门到门全程物流服务等 深化客运组织改革 重点实现 优化客运产品设计 统筹利用各种客运资源 高效安排列车开行 299 第九届中国智能交通年会大会论文集 方案 完善客运产品结构 打造铁路客运服务品牌 提高旅客服务水平 满足旅客不同层次需求 3 安全生产管理 在铁路网规模快速扩充 高速铁路大量投产运营的情况下 安全管理仍是铁路的头等大事 铁路 安全生产管理的工作重点是 提高安全风险管理能力 提高设备质量 健全安全风险管控体系 4 继续推进铁路建设 今后很长一段时期仍是铁路基础设施建设的关键时期 铁路建设发展的趋势是 规范铁路建设管 理 拓宽铁路建设融资渠道 做好建设与运营的对接 4 2信息技术发展的新趋势 随着计算机和互联网的普及应用 信息产业步入快速发展阶段 信息新技术不断涌现 为解决铁 路信息化发展中存在的问题 满足铁路信息化建设的新需求 提升铁路信息化水平 创造了新的有利 条件 1 面向服务架构 SOA 在铁路信息系统的开发中 采用SOA架构能够实现松耦合的系统集成 降低应用集成的复杂度 支撑敏捷型业务 2 云计算 通过云计算技术的应用 可以有效解决目前铁路信息化建设中普遍存在的硬件资源利用率低 管 理复杂 难以扩展 高能耗等问题 有效提升铁路信息处理平台的性能及效能 3 物联网 物联网在铁路的应用由来已久 但都处于较低的应用水平 铁路物联网应用重在拓展 深化已有 的物联网应用 积极开展海铁联运 现代物流等新的应用形式 不断提升物联网的应用水平 4 大数据 铁路对大数据分析需求迫切 如在客货营销 安全管理等领域的数据分析及应用 未来铁路需要 强化基础数据标准 建立完善的数据管理机制 构建集中统一的大数据处理平台 应对大数据时代的 挑战 5 移动互联网 随着移动通信技术由3G向4G的过渡 移动互联网必将迎来新一轮的蓬勃发展 目前 铁路领域 对移动互联网的应用需求集中在列车 车站WIFI接入 养护维修移动终端等领域 6 北斗卫星导航技术 在铁路运输领域 通过北斗卫星导航系统可提供高可靠 高精度的定位 测速 授时 短报文等 服务 为保障铁路运输安全提供支撑 5铁路信息化顶层设计框架 铁路信息化顶层设计以企业架构理论为指导 对铁路信息化的建设内容的进行总体的规划 是铁 路信息化建设的指导性蓝图 铁路信息化顶层设计的框架如图2所示 铁路信息化顶层设计的核心内容为四大架构及六大保障体系 1 业务架构 业务架构描述了铁路企业应该具有的业务功能以及业务功能之间的关系 将高层次的业务目标转 换成了可操作的业务模型 从总体架构设计的角度来看 应用架构 数据架构 IT组织架构等都是由 业务架构推导出来的 业务架构是铁路架构设计的基础 经分析 总结 我国铁路运输的业务架构如图3所示 300 录用论文 业务架构 应用架构 数据架构 功能蓝图 I 数据分类 应用蓝图 I 整体数据架 功能设计 I 数据共享机制1 技术架构 信息处理平台 I 信息网络平F 信息共享平台I P用基础信息平台 铁路门户 图2铁路信息化顶层设计框架 战略规划 运输组织 客货营销 经营管理 安全管理 建设管理 综合管理 图3中国铁路运输业务架构 2 应用架构 应用架构是以业务架构为基础 建立支撑铁路运输业务运行的各个业务系统 通过应用系统的集 成运行 实现铁路信息自动化流动 代替手工的信息流动方式 提高铁路运输业务的运作效率 降低 运作的成本 应用架构定义了铁路应该建立哪些信息系统 明确了各系统间的关系 提供了铁路所需 应用系统的蓝图 应用架构是一个全企业的单一视图 规划定义IT系统和他们之间的接口以及集成方 式 这样可以避免各个部门从自己的角度出发 建立很多烟道式的 重复的 难以共享的应用系统 嫩咏菊繭贫洲 A PAm贫细 301 第九届中国智能交通年会大会论文集 参考国外先进铁路的应用划分特点和经验 对各个系统功能进行组合 形成铁路应用架构 如 图4所示 运输组织 1 行车组织策划及计划管理系统 3 场站综合管理系统 2 行车调度指挥系统系统 4 专业运输管理系统 客货营销 客运服务管理系统 6 货运服务管理系统 7 客运营销管理系统 8 货运营销管理系统 9 客运票务系统 经营管理 10 绩效管理和决策支持系统 11 全面预算管理系统 12 人力资源管理系统 13 财务及清算管理 14 统计管理系统 15 审计管理系统 16 科技管理系统 17 保价运输管理系统 18 铁路用地管理系统 19 信息化管理系统 20 资产管理系统 安全管理 21 安全监控与应急系统 建设管I 22 建设管理系统 综合管理 23 企业门户 24 办公管理系统 25 公安管理系统 图4铁路信息化应用架构 3 数据架构 数据架构是将铁路业务实体抽象成为信息对象 将铁路的业务运作模式抽象成为信息对象的属性 和方法 建立面向对象的铁路信息模型 数据架构实现从业务模式向信息模型的转变 业务需求向信 息功能的映射 企业基础数据向企业信息的抽象 数