关键字：城市轨道交通；信息集成系统
摘要：如何整合我国城市轨道交通各个独立的业务信息系统资源，实现系统互联互通和数据共享？本文提出了基于数据共享平台的整合方案。
1 城市轨道交通信息系统的发展现状及面临问题
城市轨道交通系统的组成大体可划分为车体系统、轨道线路及信号通信系统、车站系统、电力牵引供电系统以及运营管理系统等，与此相应也产生了与管理对象相应的各类信息化系统，其中与行车直接相关的系统包括：列车控制系统（ATC）、通信系统、牵引供电系统(SACDA)、车站设备监控系统(EMCS)、自动售检票系统(AFC)、防灾报警系统（FAS）、旅客服务系统（PIS），其余与运营管理相关的系统包括：人力资源系统、财务系统、办公系统、乘务派班系统、图纸资料系统、工程建设管理系统等。这些系统的实施，有效地提高了城市轨道系统的运行效率、安全程度和服务质量，但是由于上述系统基本上都是单独建设，形成了多个信息孤岛，由此带来以下不足：
1）信息共享程度低下
尽管上述各业务系统间存在着大量的信息交互，但由于缺乏统一、规范的信息交互机制，各信息系统之间无法实现数据资源的共享。导致业务信息难以实现高效的综合处理，各信息系统之间难以联系协调、共同发挥作用，也使得数据处理、分析及报表管理分散，造成重复和缺失。
2）各业务系统之间联动性差
轨道交通运输系统本身就是一个“车、机、工、电、辆”组成的联动机，各业务系统间存在着业务联动关系。例如，在火灾情况下，防灾报警信号会传到各系统，触发各系统的联动模式，FAS系统、ATC系统、EMCS系统、AFC系统、PIS系统等多个系统应协调工作。但是现有的信息系统彼此孤立、异域异构、缺乏统一接口规范，它们之间的连通比较困难且成本较高，各系统操作员只能了解本专业所关心的系统状态，难以及时获知其它专业的状态。目前情况下，为实现运营的协调统一管理，不得不加入人工干预，这极大降低了可靠性、实时响应性和运营效率。
3）各子系统缺乏统一的标准
各业务信息系统都采用不同的软硬件平台，人机交互界面多种多样，信息交互接口也各不统一。给系统间信息交互和共享带来极大困难，严重影响了信息的充分利用以及综合决策水平。
4）缺少与外部相关系统的接口
城市轨道交通作为综合交通系统的一个重要组成部分，与道路公共交通、铁路、航空等存在着大量的数据交换需求，但现有的信息系统未考虑到对外接口需求，这对于城市轨道交通系统的长远发展十分不利。
2 城市轨道交通信息系统的数据共享需求
城市轨道交通信息系统的数据共享需求主要来自两方面：一方面是系统正常运行时的数据交互需求，另外一中是故障情况下的系统联动需求。这两类需求普遍存在于每个业务信息系统中。其中关键业务信息系统的数据共享需求如下：
1） PIS系统与其他系统的数据共享需求
在正常情况下，PIS主要接收来自ATC的列车信息，向乘客提供实时的列车时刻和停站信息。而在其它系统发生事故或故障时，PIS系统向乘客发布相关信息和指令。
2）AFC系统与其他系统的数据共享需求
正常状况下，AFC系统向其他系统提供站内实时客流量，EMCS系统据此判定站台承载量是够超出警戒标准，若超出，则发出报警信息，AFC系统将暂停售检票，关闭进站闸机，PIS系统发布相关消息。
当自动售票机和进站检票机发生故障时，AFC系统制定检修计划，同时通过PIS系统发布故障信息，并提供相关指示。
3）ATC系统与其他系统的数据共享需求
正常状况下，ATC系统与PIS、EMCS等系统之间的交互主要是列车时刻信息，通过提供列车到发时刻，由其它系统采取相应的措施。
在出现事故或故障时，ATC发出故障告警，制定检修方案，调整运行计划，ATC系统将运行调整计划发送给其他系统，SCADA系统则根据上述计划提供检修状态供电，EMCS启动检修相关的照明和通风设施，PIS发布调整的时刻信息。
4）SCADA系统与其他系统的数据共享需求
SCADA系统与其它系统交互主要在发生故障的情况下。在接触网和信号机供电发生故障时，SCADA系统将根据检测到的故障制定检修计划，并发送给其他系统。ATC接收到检修计划后，对运行计划做调整，同时将调整后的运行计划发送给相关系统。PIS系统可根据运行调整计划播报列车晚点时分，EMCS系统则根据AFC所统计的站内客流量和运行调整计划判定站台承载量是否超过警戒标准，若超过，则发出报警信息，由AFC系统关闭进站闸机，同时通过PIS系统发布暂停售检票通知。
5）FAS系统与其他系统的数据共享需求
FAS系统和其它系统交互主要发生在火灾情况下。站内出现报警时，EMCS系统启动站内通风系统的灾害模式和灾害照明系统，PIS系统发布报警信息和疏散指令，AFC系统停止售检票，开放所有闸机，ATC系统调整运行计划。隧道内报警时，EMCS系统启动隧道内灾害照明系统和隧道内通风系统的灾害模式，关闭屏蔽门，隔离隧道和站台，PIS系统发布报警信息，疏散站台乘客，AFC系统停止进站售检票。
6）EMCS系统与其他系统的数据共享需求
EMCS系统与其它系统交互主要在故障情况下。EMCS系统将检修计划发送给其他专业系统。根据检修计划，PIS系统发布检修相关信息，ATC系统将据此调整运行计划，PIS系统随之发布调整后的到发时刻。
3 数据共享平台——实现系数据共享的可行途径
实现业务信息系统集成主要有两种模式，一种是点对点集成模式，另外一种是数据共享平台模式。如图1a和图1b所示。
点对点集成模式的主要缺点是：
1）要求程序员在应用程序接口（API）方面具有丰富的经验，开发成本极高；
2）集成软件是一套具有高度针对性、且紧密耦合的功能模块，具有高度线性化特征，无法被分割为多个可以利用分布式资源分散完成的独立任务；
3）假设集成接口均为专用模式、且是不具重用性的非模块化编码结构，则系统集成所消耗的综合资源与端点数量的二次方成正比，可用N*(N-1)/2表示，其中N为接口端点数量。随着集成需求的增加，将消耗大量的经费和综合资源。
目前针对点对点集成模式的不足，采用数据共享平台的集成模式正在快速发展。数据共享平台的主要作用是为各信息系统提供统一的数据交换枢纽。数据共享平台建成后，为实现信息交换和共享，各业务信息系统不再需要直接与众多、异构的系统打交道，只需利用统一、规范的访问接口，通过数据共享平台完成信息交换和共享。不仅提高了系统间信息交换的透明度和信息的共享度，而且大大减少了业务信息系统的交互接口，降低了应用系统开发和维护的难度和成本，缩短了业务信息系统开发和实施的周期。
4 数据共享平台的结构
随着SOA研究的不断深入，采用ESB技术构建数据共享平台对于保证系统的可互操作和松耦合性已成为可能。企业服务总线(ESB)是不同类型服务和业务信息系统相互连接的中枢，用于实现系统间的数据共享和服务共享。其主要功能包括：
1）采用可靠的消息中间件来提供可靠的消息服务和智能路由，动态的识别和理解从源系统发出的消息并且把它发向目标系统，保证系统间数据的可靠交换；
2）提供数据格式定义和数据转换。采用行业标准、XML标准或自定义格式等定义统一的数据交换格式，并实现源系统和目标系统间的数据转换；
3）将应用系统间的信息交互接口发布为服务，以服务的方式对外发布，并可对多个信息交互服务快速组合；
4）将应用系统中可共享的功能发布为服务，实现服务管理和重组，主要包括服务定义、服务注册、服务权限管理、服务队列管理、服务功能的分解、服务功能的重组等。
业务信息系统需通过该层的专用接口或通用接口与企业服务总线（ESB）连接。专用接口主要用于传输具有某种特定格式且实时性要求高、数据传输方向单一情况下的数据，例如厂商提供的应用适配器接口、应用系统定义的对外接口等。业务信息系统通过专用接口接入共享平台可以获得快速、实时的数据交换和共享服务。
通用接口是指符合业界信息集成标准的接口，例如XML接口、Web Services接口等，主要用于实时性要求不高的数据交换和业务功能服务，主要包括业务信息系统和铁路门户通过标准接口完成数据交换和共享、调用共享服务功能以及实现空间信息平台的空间信息共享和服务共享功能。
基于ESB技术的数据共享平台结构的优点是：
1）实现方式灵活，可根据业务信息系统的不同特点选择合适的接入方式；
2）新老系统兼顾，既考虑到在尽量减少二次开发工作量的情况下便于老系统的接入，又考虑到新系统接入的规范性；
3）可全面满足业务系统的多样化的共享和交换需求，既能提供强大的服务共享功能、又能提供实时数据交换和共享功能；
4）具有较好的松耦合性，业务信息系统可以标准的插件方式接入数据共享平台，特别有利于新建系统的接入。
5 结论和建议
城市轨道交通乃至其他领域的信息系统数据共享已成为困扰很多企业的关键问题。国内外企业信息系统集成的经验表明：采用传统的EAI方式实现系统集成有很多限制，而采用面向服务的数据共享平台方式具有可互操作、松耦合等特点，特别适合于解决城市轨道交通信息系统的数据共享需求，同时这种集成方式也可为其他企业信息系统的数据共享提供参考。
注：本文受科技部科技基础性工作和社会公益研究专项项目《智能型城市轨道交通综合监控系统研究》（2003DIB4J140）支持。
参考文献：
1 贾利民，李平.铁路智能运输系统—体系框架与标准体系.中国铁道出版社.2004.8
2 李平，王富章等.智能型城市轨道交通综合监控系统研究报告.中国铁道科学研究院.2005.12
3王富章，李平.关于网络化AFC系统整合方案的研究.现代城市轨道交通.2005.5
4王富章，张莉艳，李平，徐杰.城市轨道交通智能综合监控系统体系结构.中国铁道科学.2006.1
