劉 松，劉偉斌，侯云嬌，張佳歡

(1.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 電子計算技術(shù)研究所，北京 100081)

鐵路超限超重貨物運輸作為一種特殊的運輸方式，運輸貨物往往具長、大、重、外形復(fù)雜、價值高的特點[1]，與其他貨物在運輸組織等方面差異較大。超限超重貨物運輸在安全方面具有特別的要求，特別在運輸組織、運輸管理、運輸方案上要求嚴格[2-3]。為了保證超限超重貨物的運輸安全，鐵路部門在超限超重貨物運輸管理制度和理論研究方面不斷完善，運輸安全管理水平有了顯著提高。但是在具體實踐中信息化程度不夠、理論研究成果應(yīng)用較少，缺乏有效的管理信息系統(tǒng)支持等問題日漸突出。借助鐵路貨運生產(chǎn)作業(yè)與管控平臺(以下簡稱“管控平臺”)的實施，打通了鐵路貨運各個環(huán)節(jié)的信息共享壁壘，統(tǒng)一了技術(shù)標準，為實現(xiàn)超限超重貨物運輸管理應(yīng)用研發(fā)提供了必要的條件和技術(shù)支撐。

1 超限超重貨物運輸管理現(xiàn)狀分析

1.1 管理制度和理論研究現(xiàn)狀

鐵路超限超重貨物運輸經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)形成了統(tǒng)一規(guī)范的管理制度和豐富的理論研究。鐵路部門針對超限超重貨物運輸制定了相應(yīng)管理制度和規(guī)范，明確了一系列管理要求和標準。例如《鐵路超限超重貨物運輸規(guī)則》中明確了超限超重定義及等級劃分、超限超重車運行規(guī)定、長大貨物車的運用管理等[4]。同時在超限超重貨物運輸技術(shù)條件安全評估分析、運輸管理方案、運輸組織、裝載加固、超限判定方法、限界管理及限界安全檢算等方面的研究已經(jīng)具備豐富的理論成果[5-6]。

1.2 信息系統(tǒng)發(fā)展水平及應(yīng)用現(xiàn)狀

當前鐵路超限超重貨物運輸管理尚缺乏有效的信息化管理系統(tǒng)，信息化應(yīng)用尚不成體系，具體體現(xiàn)在以下3個方面。

（1）超限運輸相關(guān)參數(shù)計算困難。超限超重貨物運輸涉及到的許多參數(shù)主要依靠人工計算確定，如貨物的超限等級、超重等級、重車重心高、偏差量、附加偏差量等數(shù)據(jù)，其中很多參數(shù)人工計算相對復(fù)雜，計算結(jié)果準確度不高，計算速度相對較慢，容易影響超限超重貨物運輸判斷，無法滿足日常運輸要求。

（2）路徑選擇和限界核查困難。超限超重貨物運輸中路線方案的確定主要依靠過往運輸經(jīng)驗判斷和人工核查限界，通過人工將超限貨物裝后輪廓和所選路線方案沿途區(qū)間、車站股道最小綜合限界數(shù)據(jù)進行比對。人工核算過程中涉及的限界數(shù)據(jù)量龐大，耗時長，無法保證限界核算的全面性和準確性，且核算結(jié)果數(shù)據(jù)不可回溯，無法滿足超限貨物運輸時效性要求[7]。

（3）超限電報無法自動生成且依靠紙質(zhì)流轉(zhuǎn)。超限電報是超限超重貨物運輸中重要的一環(huán)，但目前的報文仍然需要手動編寫，并且依賴于紙質(zhì)流轉(zhuǎn)，由于整體流程和操作規(guī)程相對復(fù)雜，導(dǎo)致超限超重貨物運輸審批周期較長[8]，容易出現(xiàn)信息傳輸不及時或人為誤差導(dǎo)致錯誤的情況，且紙質(zhì)電報無法長時間保存，難以通過紙質(zhì)電報進行統(tǒng)計分析。

2 超限超重貨物運輸管理應(yīng)用體系設(shè)計

2.1 設(shè)計要求

超限超重貨物運輸管理應(yīng)用是管控平臺中的一個重要業(yè)務(wù)模塊，與管控平臺采用統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)和研發(fā)標準，包括統(tǒng)一的前后端架構(gòu)、編碼規(guī)范、原型設(shè)計規(guī)范、數(shù)據(jù)庫設(shè)計規(guī)范、測試規(guī)范及文檔規(guī)范等。以微服務(wù)的形式集成到管控平臺，通過RPC接口的形式與管控平臺其他服務(wù)進行數(shù)據(jù)交換。應(yīng)用的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求。

（1）安全性和穩(wěn)定性。在應(yīng)用建設(shè)過程中，需要加強模塊的安全性和穩(wěn)定性，重要數(shù)據(jù)采用高強度的加密技術(shù)，確保數(shù)據(jù)的安全性和完整性，避免數(shù)據(jù)泄露和應(yīng)用崩潰等問題。

（2）擴展性和升級性。應(yīng)用需要具備一定的擴展性和升級性，以滿足未來的需求和發(fā)展?？梢圆捎媚K化的設(shè)計思想，方便后續(xù)功能的擴展和升級。

（3）實時性和響應(yīng)速度。應(yīng)用需要保證數(shù)據(jù)的實時性和響應(yīng)速度，可以采用數(shù)據(jù)緩存技術(shù)，保證數(shù)據(jù)的實時性和響應(yīng)速度。

2.2 流程設(shè)計

超限超重貨物運輸管理涉及車站、站段、鐵路局集團公司、國鐵集團4級，主要業(yè)務(wù)流程為超限超重電報生成及流轉(zhuǎn)流程，車站負責數(shù)據(jù)填報、申請電報生成；站段負責對下屬車站申請電報內(nèi)容進行審核；鐵路局集團公司負責車站申請電報、外局轉(zhuǎn)送電報、國鐵集團轉(zhuǎn)送電報處理，根據(jù)情況生成確認電報或申請電報；國鐵集團負責鐵路局集團公司申請電報處理，生成確認電報批復(fù)等，各級相互協(xié)作共同完成超限超重貨物運輸管理流程。超限超重貨物運輸管理流程如圖1所示。

圖1 超限超重貨物運輸管理流程Fig.1 Management process of over-limit and overweight cargo transportation

2.3 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

超限超重貨物運輸管理應(yīng)用采用B/S模式進行設(shè)計，使用SpringBoot、SpringCloud微服務(wù)架構(gòu)體系。采用前后端分離的模式，前端代碼負責展示層，與后端服務(wù)通過API進行數(shù)據(jù)交互，提升了整個系統(tǒng)的可擴展性和可維護性。在技術(shù)架構(gòu)上分為前端展示層、后臺服務(wù)層、基礎(chǔ)服務(wù)層、數(shù)據(jù)存儲層4層結(jié)構(gòu)，技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 技術(shù)架構(gòu)Fig.2 Technical architecture

（1）前臺展示層。使用輕量級前端框架Vue作為前端開發(fā)框架，可以實現(xiàn)代碼簡單、易讀、易維護等優(yōu)點。另外，配合基于Vue2.0的Element UI組件庫，提供高質(zhì)量的UI組件和交互式文檔，可大大提高前端開發(fā)效率[9]。ES6是JavaScript的下一代標準，支持許多新特性，使用ES6語法使前端代碼編寫更加簡潔、易讀、易維護。

（2）后臺服務(wù)層。采用SpringBoot、SpringCloud微服務(wù)開發(fā)框架來構(gòu)建基礎(chǔ)服務(wù)微服務(wù)和核心業(yè)務(wù)處理微服務(wù)，為展示層應(yīng)用提供全面、可靠的服務(wù)支持，并具有獨立、高效的服務(wù)拓展能力[10]；使用Redis內(nèi)存數(shù)據(jù)庫來進行緩存數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)庫的訪問壓力和網(wǎng)絡(luò)延遲；JdbcTemplate是Spring框架中的一個模塊，用于簡化JDBC編程，使用JdbcTemplate進行數(shù)據(jù)庫訪問，提高數(shù)據(jù)訪問的效率和可讀性。

（3）基礎(chǔ)服務(wù)層。提供SpringCloud框架下服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)、認證與鑒權(quán)、網(wǎng)關(guān)、負載均衡、服務(wù)調(diào)用等能力，并提供文件服務(wù)、日志服務(wù)等基礎(chǔ)服務(wù)。

（4）數(shù)據(jù)存儲層。通過使用Oracle 12c來進行結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲，提高應(yīng)用的數(shù)據(jù)存儲和查詢效率。Druid連接池是一個高性能的JDBC連接池，有著高度的可擴展性和可配置性，通過使用Druid連接池來保證JDBC連接的高速、高可靠性和高度可定制性。

3 超限超重貨物運輸管理應(yīng)用功能設(shè)計

鐵路超限超重貨物運輸管理應(yīng)用功能設(shè)計應(yīng)滿足超限超重貨物日常管理需求，著重解決現(xiàn)階段存在的問題，主要功能包括貨物數(shù)據(jù)填報、裝載方式車型選擇、超限計算、路線方案選擇、限界核查檢算、超限電報流轉(zhuǎn)等。

3.1 貨物數(shù)據(jù)填報

實現(xiàn)對超限超重貨物運輸基本信息的錄入功能，包括發(fā)運信息、貨物品名、重量、長度、重心高、尺寸輪廓等信息的錄入，提供多種類貨物一次性填報、一鍵計算功能，貨物數(shù)據(jù)填報圖如圖3所示，支持最多20種貨物數(shù)據(jù)填報，每種貨物提供最多20個外形高度錄入，支持復(fù)雜外形貨物輪廓錄入，能夠進行直線部分和圓弧部分數(shù)據(jù)處理，并能通過貨物的尺寸輪廓數(shù)據(jù)自動生成圖形化展示。

圖3 貨物數(shù)據(jù)填報圖Fig.3 Cargo data filling chart

3.2 裝載方式車型選擇

實現(xiàn)對超限超重貨物運輸車型的合理選擇，提供高效、自動化的解決方案，用于解決超限貨物運輸中不同裝載方式下車型選擇問題。通過提供17種常用的裝載方式，滿足一車負重、兩車跨裝、不同條件下加掛游車等運輸場景，支持平車、敞車、長大貨車等不同種類車型選擇。能根據(jù)不同裝載方式、貨物的重量和長度等信息自動匹配篩選出可供選擇的車型。此外，還支持模擬不同車型選擇時貨物超限超重等級計算，并生成裝后輪廓尺寸圖和超限等級標準對比圖，貨物輪廓及限界等級輪廓圖如圖4所示。通過這種方式，可以更好地篩選貨物的裝載方式和車型選擇，直觀地展示確認超限等級等。

圖4 貨物輪廓及限界等級輪廓圖Fig.4 Outlines of cargo and limit class

3.3 超限參數(shù)計算

通過將超限貨物運輸相關(guān)算法進行集成，根據(jù)錄入貨物參數(shù)及所選裝載方式車型參數(shù)，一鍵便能自動計算貨物裝車后在超限運輸時所需的各項參數(shù)。包括貨物計算寬度、內(nèi)偏差量、外偏差量、附加偏差量、重車重心高、超限等級、超重等級等。借助應(yīng)用中的集成算法，無需長時間等待即可自動完成全部計算，并展示對應(yīng)的計算過程方便核查，減少以往人工計算所產(chǎn)生的誤差，同時提高計算效率和準確性。超限參數(shù)計算功能的集成使得超限貨物運輸變得更加智能化和高效化，在一定程度上提高了超限運輸?shù)陌踩裕瑫r也符合現(xiàn)代物流行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的要求。

3.4 路線方案選擇

根據(jù)超限超重貨物的常用發(fā)站、到站、經(jīng)由分界口等信息，超限運輸管理人員可以提前規(guī)劃和維護局管內(nèi)多種不同的路線方案，包括發(fā)站到分界口、分界口到分界口、分界口到到站等不同類型的常用路線方案。超限超重貨物運輸時，分別選擇發(fā)局路線方案、途經(jīng)局路線方案、到局路線方案形成完整的超限運輸路徑，并由各局最終確定各局管內(nèi)路線方案，解決了現(xiàn)階段超限運輸路徑選擇困難的問題。同時，還可以結(jié)合歷史運輸數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)快速路線方案選擇，以及對既有運輸路線進行優(yōu)化和調(diào)整，確保貨物的快速、安全運輸。

3.5 限界核查檢算

通過接入鐵路限界管理系統(tǒng)，使得限界核查檢算變得更加自動化和高效。能夠根據(jù)貨物的裝后尺寸和路線方案等信息，自動進行限界核查檢算，確定所選路線方案對應(yīng)的區(qū)間、車站股道能否通過。將貨物裝后輪廓和區(qū)間、車站股道的最小綜合建筑限界進行對比，確定不同區(qū)間、車站股道下的運行限制條件，給出對應(yīng)的限速等級信息，解決了以往手工核算限界時遇到的一系列問題。在限界檢算功能的支持下不僅可以實現(xiàn)快速核算，并且能自動生成貨物裝后輪廓和限界尺寸輪廓對比圖以及在不同高度下的計算過程，可以直觀地顯示不同區(qū)間、車站股道的限界對比信息，大大提高了限界核算的準確性和全面性。

3.6 超限電報流轉(zhuǎn)

實現(xiàn)對超限超重貨物運輸電報全流程的管理功能，包括從車站申請電報提報、鐵路局集團公司對車站申請電報自動判斷拆分為鐵路局集團公司申請或確認電報、國鐵集團確認電報批復(fù)、途經(jīng)鐵路局集團公司和途經(jīng)車站電報流轉(zhuǎn)等。系統(tǒng)能夠根據(jù)貨物信息、運輸車型、路線方案、限界檢算結(jié)果等自動生成各級超限運輸申請和確認電報報文，自動生成確認電報裝運辦法等，解決了現(xiàn)階段超限運輸紙質(zhì)電報流轉(zhuǎn)信息傳遞不及時、紙質(zhì)電報無法長期保存的問題，推動了超限運輸?shù)男畔⒒M程。

4 結(jié)束語

超限超重貨物運輸管理作為管控平臺的重要組成部分，基本實現(xiàn)了超限超重貨物運輸?shù)南到y(tǒng)化管理，彌補了多年來超限超重貨物運輸缺乏信息系統(tǒng)支持的問題，極大程度提高超限超重貨物的運輸安全和運輸效率。未來，鐵路超限超重貨物運輸?shù)男畔⒒ㄔO(shè)是提高運輸效率、降低運輸成本、保障貨物安全的關(guān)鍵。通過信息化技術(shù)的應(yīng)用，可以進一步實現(xiàn)對鐵路超限貨物運輸?shù)墓芾砗涂刂疲瑸殍F路運輸部門、貨主等提供便捷和高效的服務(wù)。鐵路運輸部門將不斷推廣信息化技術(shù)的應(yīng)用，加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，優(yōu)化管理機制，建立多方協(xié)同合作機制，提升鐵路超限超重貨物運輸管理水平。