调度命令传输系统 的设计与实现.docx

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调度命令传输系统的设计与实现

硕士专业学位论文

调度命令传输系统的设计与实现

DesignandImplementationofDispatchingCommandTransportSystem

作者：

导师：

北京交通大学

2018年9月

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10004

密级：

北京交通大学

硕士专业学位论文

调度命令传输系统的设计与实现

DesignandImplementationofDispatchingCommandTransportSystem

作者姓名：

学号：

导师姓名：

职称：

工程硕士专业领域：

学位级别：

北京交通大学

2018年9月

致谢

本论文是在导师的悉心指导下完成的。

导师不仅有深厚的专业知识、严谨的治学态度更有丰富的现场经验。

为了本文的完成，导师倾注了大量心血，要不是老师的指点迷津，本文都不知道什么时候才能完成。

衷心感谢单位的领导、同事们给我的帮助，给我创造了学习环境和参与相关项目的机会。

在此向你们表示衷心的感谢！

感谢我的父母，我的家人，没有你们的支持是什么都无法做到的，夜深人静的时候我总在想，我该怎样回报你们呢。

由于我的水平有限，论文有很多错漏之处，恳请各位老师批评指正。

千言万语汇成一句话，谢谢你们了。

摘要

近些年，我国铁路发展速度越来越快，特别是高速铁路的发展使得原有的铁路列车调度命令传输系统已经无法满足现实需求，列车的运行速度、密度对铁路列车调度命令传输系统提出了更高的要求，列车的安全可靠正点运行需要铁路列车调度命令传输系统在功能、结构上必须有新的飞跃，同时新的铁路列车调度命令传输系统还需有更好的安全性，更强的可靠性，更灵活的可维护性和扩展性。

本文从我国当前铁路列车调度命令传输系统的现状出发，结合面向服务架构、数据库技术，从调度命令传输系统业务流程的角度设计与实现综合性更强、自动化程度更高的铁路列车调度命令传输系统，期望在提高调度人员解决问题的效率、资源的综合利用水平等等方面做出有益的探索。

本文首先综述了铁路列车调度命令传输系统当前的国内外研究现状，接着概述了本文将要使用的一些关键技术，如业务流程建模、面向服务架构、web接口技术等等，然后对铁路列车调度命令传输系统进行了需求调研，主要就是业务流程分析和业务流程建模，在需求分析的基础上，本文对铁路列车调度命令传输系统进行了总体设计和详细设计，主要包括总体架构设计、传输架构设计和数据架构设计，最后对系统进行了编码实现，本调度命令传输系统主要包括列车运行计划调整、列车作业、调车作业、调度命令传输、临时限速、车次追踪等调度命令的传输，本人在其中主要负责需求分析工作，做了部分的详细设计，研究结果表明本文设计与实现的铁路列车调度命令传输系统能够满足设计需求，具有很好的适应性。

关键词：

调度命令；传输；业务流程

ABSTRACT

Inrecentyears,China'srailwaydevelopmentfasterandfaster,especiallythedevelopmentofhigh-speedrailwayhastheoriginalrailwaytraindispatchingcommandtransmissionsystemhasbeenunabletomeetthedemandofreality,therunningofthetrainspeed,thedensityofrailwaytraindispatchingcommandtransmissionsystemputforwardhigherrequest,thesafereliableaccurateoperationofthetraintorailroadtraindispatchingcommandtransmissionsystemonthefunction,structure,theremustbeanewleapforward,atthesametimethenewrailroadtraindispatchingcommandtransmissionsystemstillneedtohavebettersecurity,betterreliability,maintainabilityandexpansibilityismoreflexible.

Thisarticlefromthecurrentrailwaytraindispatchingcommandtransmissionsystempresentsituation,combiningwithserviceorientedarchitecture,databasetechnology,fromtheperspectiveofbusinessprocessschedulingcommandtransmissionsystemdesignandimplementationofacomprehensivestronger,higherautomaticdegreeofrailwaytraindispatchingcommandtransmissionsystem,isexpectedtoimprovetheefficiencyofthedispatchpersonneltosolvetheproblem,resourcecomprehensiveutilizationlevel,andsoonaspectstomakeabeneficialexploration.

Thisarticlefirstsummarizestherailroadtraindispatchingcommandtransmissionsystemofthecurrentresearchstatusathomeandabroad,thensummarizesthisarticlewillusesomeofthekeytechnologies,suchasbusinessprocessmodeling,serviceorientedarchitecture,webinterfacetechnologyandsoon,thentransmissionsystemforrailwaytraindispatchingcommandondemandresearch,mainlyisthebusinessprocessanalysisandbusinessprocessmodeling,onthebasisofdemandanalysis,inthispaper,therailwaytraindispatchingcommandtransmissionsystemhascarriedontheoveralldesignanddetaileddesign,includingoverallarchitecturedesign,architecturedesignanddatastructuredesign,finallytotheimplementofsystem,theschedulingcommandtransmissionismainlyincludethetrainoperationplanadjustment,trainoperation,shuntingoperation,schedulingcommandtransmissionandtemporaryspeedlimit,traintrack,suchasschedulingcommandtransmission,inwhichIwasmainlyresponsibleforrequirementsanalysis,dosomeofthedetaileddesign,theresultsshowthatinthispaper,thedesignandimplementationofrailwaytraindispatchingcommandtransmissionsystemcanmeetthedesignrequirements,hastheverygoodadaptability.

KEYWORDS：

schedulingcommand;Transmission;Thebusinessprocess

1绪论

铁路运输运营，安全是第一位的，其次还必须保证可靠、快速和精确，我国幅员辽阔，铁路对我国经济的高速发展做出了巨大贡献，复杂的铁路网络的运行需要一个高效的铁路列车调度命令传输系统。

1.1选题背景和意义

近些年，我国铁路发展速度越来越快，特别是高速铁路的发展使得原有的铁路列车调度命令传输系统已经无法满足现实需求，列车的安全可靠正点运行需要铁路列车调度命令传输系统在功能、结构上必须有新的飞跃，同时新的铁路列车调度命令传输系统还需有更好的安全性，更强的可靠性，更灵活的可维护性和扩展性。

在本项目中，对新的铁路列车调度命令传输系统主要有以下的几点要求：

（1）的铁路列车调度命令传输系统必须能够满足现阶段调度业务需求的变化，由于我国高速铁路的发展，列车的运行速度、密度对铁路列车调度命令传输系统提出了更高的要求，需求也日趋复杂，新的铁路列车调度命令传输系统必须能够满足这些变化的需求。

（2）新的铁路列车调度命令传输系统必须要有更好的安全性，更强的可靠性，更灵活的可维护性和扩展性，不能因为每次需求的变化都需要对系统进行很大的改动和测试，这是对有限资源的严重浪费，原有的铁路列车调度命令传输系统必须进行重构。

（3）现阶段，铁路方面的信息系统越来越多，不同系统之间必须能够顺畅地进行信息交换和共享，使各系统具有更为紧密的联系，便于调度人员提高解决问题的效率和资源的综合利用水平。

本文从我国当前铁路列车调度命令传输系统的现状出发，结合面向服务架构、数据库技术，从调度命令传输系统业务流程的角度设计与实现综合性更强、自动化程度更高的铁路列车调度命令传输系统，在充分发挥铁路基础设施的潜力，提升调度效率等方面具有重要的理论和现实意义。

1.2国内外研究现状

德国的铁路调度运输是由一个中心，七个分中心所组成，指挥中心设在法兰克福，负责协调七个分中心的调度运营，分中心负责辖区内的日常铁路调度运输工作。

德国铁路运输调度全部通过计算机网络来实现，铁路调度系统BZ2000由西门子公司开发，除了调度命令传输的功能以外，还能够做到运行图的编制、运行冲突预测、运行图自动调整、运行状态监视、定位、故障监视等功能，实际上，就是在调度命令的发布、接受、决策等方面至少已经基本达到了自动化的要求[1]。

1982年东日本公司开通了日本铁路综合调度系统，同样是由于列车运行速度、密度的提高，为了确保运输安全，东日本公司投入巨资，于1995年开通了新的铁路综合调度系统COSMOS。

COSMOS系统拥有很多先进的功能，如系统具有预测功能、系统采用冗余防灾设计可以不间断运行、系统可以远程检测和维修而无需车站人员参与。

法国的铁路控制系统由三部分所组成，分别是国家调度中心、铁路局调度中心和基层单位。

法国的铁路控制系统建成较早，一共包含十多个软件子系统，这十多个软件子系统各自独立，有的功能重叠，信息共享做的也不好，主要是由于缺乏一个综合的调度系统所造成的。

美国的铁路调度体系和欧洲有很大的不同，美国一共有九家国家级的一级铁路集团公司，每个铁路公司独立编绘铁路运行图，而铁路运行图是根据市场需求、营销计划和维修计划来编制的，充分体现了市场机制，营销是美国铁路公司重点考虑的内容，以顾客需求为导向，列车运行调度也是以此为原则。

西班牙高速铁路调度系统又叫达芬奇系统，功能先进，在信息共享化、指挥透明化、数据一体化等方面都走在了铁路调度系统的前列，而且能够动态配置，具有强大的可扩展性。

整个系统包含运营计划编制、经营和管理、电源管理、通信信号设备监控、安全信息监测、维护管理、旅客服务信息管理、预警等功能。

我国的铁路列车调度命令传输系统是内嵌于CTC系统（列车调度集中指挥控制系统）之中的，该系统分为三层，分别是总公司、铁路局和车站，该系统融合的多种技术，目前应用非常广泛。

该系统包含有临时限速命令功能，调度命令管理功能，无线调度命令传输功能等等，取得了很好的经济社会效益[2]。

但是现阶段，我国铁路发展速度越来越快，特别是高速铁路的发展使得原有的铁路列车调度命令传输系统已经无法满足现实需求，列车的运行速度、密度对铁路列车调度命令传输系统提出了更高的要求，列车的安全可靠正点运行需要铁路列车调度命令传输系统在功能、结构上必须有新的飞跃，同时新的铁路列车调度命令传输系统还需有更好的安全性，更强的可靠性，更灵活的可维护性和扩展性。

1.3研究内容

本文从我国当前铁路列车调度命令传输系统的现状出发，结合面向服务架构、数据库技术，从调度命令传输系统业务流程的角度设计与实现综合性更强、自动化程度更高的铁路列车调度命令传输系统，期望在提高调度人员解决问题的效率、资源的综合利用水平等等方面做出有益的探索。

主要研究内容包括：

（1）调度命令业务流程分析

调度命令种类繁多，不同的调度命令对应不同的流程，本文首先对铁路列车调度命令传输系统进行了需求调研，主要就是业务流程分析。

（2）调度命令业务流程建模

主要是根据需求调研的结果，综合采用面向服务架构、企业服务总线和业务流程管理等技术，对主要的调度命令进行服务分析、设计和建模。

（3）系统架构设计

在需求分析的基础上，本文对铁路列车调度命令传输系统进行了总体设计和详细设计，主要包括总体架构设计、传输架构设计和数据架构设计。

（4）系统的实现

主要是在系统详细设计的基础上，对系统的编码、部署提出实现的方案。

1.4论文的框架结构

本文共分六部分。

第一部分是绪论，主要包括选题的背景和意义、国内外研究现状、论文的研究内容和框架结构。

第二部分是系统关键技术概述，主要是.NET平台和面向服务架构以及用于外部数据共享的XML技术等。

第三部分是系统需求分析，对铁路列车调度命令传输系统进行了需求调研，主要就是业务流程分析和业务流程建模。

第四部分是系统设计，在需求分析的基础上，对铁路列车调度命令传输系统进行了总体设计和详细设计，主要包括总体架构设计、传输架构设计和数据架构设计。

第五部分是系统的实现，最后对系统进行了编码实现，主要是在系统详细设计的基础上，对系统的编码、部署提出实现的方案。

第六部分是全文总结和对未来的展望。

1.5本章小结

本章内容主要包括本课题研究的背景和意义，国内外研究现状，本课题的研究内容以及论文的框架结构。

2相关理论概述

本章内容为本文将使用的一些基本理论和关键技术的概述，其中主要有BPM的基本原理，面向服务的基本原理，web系统的接口技术等，这些是本文将要使用的一些关键技术，也作为本文研究的理论基础。

2.1BPM的基本原理

BPM（BusinessProcessManagement）即业务流程管理，业务流程管理主要包含业务流程改进（BPI）和业务流程重组（BPR）两个比较大的部分，在业务流程管理随后的发展过程中又出现了和流程管理相关的技术，如工作流管理、流程自动化、流程建模等[3]。

本文的铁路列车调度命令传输系统正是在业务流程分析的基础上进行业务流程建模进而设计实现的。

业务流程管理是在工作流管理系统的基础上发展起来的，工作流管理指的是按照一定的处理规则自动或者半自动执行的处理过程。

在一个软件系统中，工作流管理可以分为两个步骤，第一个步骤是工作流的定义，通常使用图形来定义一个工作流，第二个步骤是工作流的管理，实际上就是将工作流编码实现的过程。

但是工作流从字面上来看具有较大的局限性，于是就诞生了新的术语：

业务流程管理。

实际上，工作流管理和业务流程管理在概念上并没有本质的区别。

随后，学者们对业务流程管理在工作流管理的基础上做了很多拓展，管理步骤延伸到流程分析、流程定义、流程重定义、资源分配、时间安排、流程管理、流程测评、流程优化。

简单地说，业务流程管理可以概括为5个部分，分别是流程的分析、流程的定义、流程的执行、流程的监视和流程的管理[4]。

对于一个软件系统来说，业务流程管理又可以划分为4个阶段，分别是设计阶段、配置阶段、实施阶段和诊断阶段。

在软件系统的设计阶段，需要定义每一个业务流程；在软件的配置阶段，需要将业务流程在软件系统中编码实现；在实施阶段，是软件系统试运行的过程；在诊断阶段，则是分析实现的业务流程是否存在问题以及如何加以改进；之后再进行业务流程的重新定义，循环往复从而使业务流程不断优化[5]。

现阶段，越来越多的软件系统建立在业务流程管理之上，业务流程分析就显得格外重要，他是需求分析的一部分，随着项目规模越来越大，项目越来越复杂，管理越来越困难，软件项目在执行过程中会遇到非常多的问题，这些问题对项目的实施效果会产生很大的影响。

比如需求总是在变化之中，这是因为企业所处的环境是一直都在变化的，在软件项目质量管理中，需求分析也是非常重要的一方面，据美国国防部的一次调查，失败的软件项目中有90%都是由需求分析造成的，需求分析的不准确会严重影响到软件的质量，风险也随之产生，如果分阶段来说明需求分析风险产生的原因，可以这样来划分，首先是用户对需求描述不清，这样所有的后续工作都会产生偏差；第二是对用户所提需求的理解问题，有时候对用户所描述的需求产生了理解上的偏差，以自己的理解为中心硬套顾客描述的需求，这样就很容易产生理解上的偏差；第三是理解也正确，但是在形成需求分析文档的时候，让软件设计人员产生了理解上的偏差，造成软件的设计方案和需求并不一致；第四是软件实施过程中客户的业务发生变化了，需求需要变更，或者是客户认为最初的想法并不全面，在软件开发的过程中有了更成熟的想法，都会产生需求变更的风险。

从这里就能看出，需求分析的风险几乎贯穿了软件开发和实施的全过程，并不是仅仅靠客户对需求设计说明书和需求变更进行签字确认就一定能规避需求分析风险，对需求分析风险的规避并不是一件轻而易举就能解决的事情。

人员的变动也是需求分析产生偏差的一个重要因素，无论是实施方的人员变动还是客户方的人员变动都会对需求分析产生影响。

2.2SOA的基本原理

SOA（ServicesOrientedArchitecture）即面向服务架构，面向服务架构将系统功能称之为服务，其具体实现是编程语言无关的，也与操作系统没有关系，相互之间的数据传递和通信是利用接口等方式实现的，只要有统一的标准进行通信就可以了。

从这点也可以看出，面向服务的架构对以后系统可能的跨平台扩展都完全没有问题。

面向服务的架构还有一个重要特性就是服务是松散耦合的，松耦合就代表服务之间的关联度是比较低的，这对重用是有意义的，为了完成一个功能，把很多服务组装到一起就可以了，所以服务要尽可能地小[6]。

（1）面向服务体系架构

面向服务的体系结构有由服务提供者、请求者以及注册中心三部分组成[7]：

1）服务提供者（ServiceProvider）：

服务提供者首先需要创建服务，创建服务之后在服务注册中心注册服务，并提供服务的使用说明，这样服务请求者就可以查找到这个服务，并根据服务说明使用这个服务。

2）服务注册中心（ServiceRegistry）：

服务注册中心起到类似于一个中介目录的作用，对所发布的服务进行包括增、删、改等基础操作并保存和分类管理已注册的服务。

3）服务请求者（ServiceRequester）：

服务请求者的主要功能是通过发送请求、查询服务以及调用服务。

其中，提供者、请求者以及注册中心这三个面向服务的体系结构的中心组成部分角色之间的操作构成了发布（Publish）、查找（Find）、绑定和调用（Bind）。

发布是服务提供者与服务注册中心之间；查找则是服务请求者与服务注册中心的之间；而绑定和调用则是服务请求者与服务提供者之间。

故面向服务架构示意图如图2-1所示。

图2-1面向服务架构示意图

Figure2-1Serviceorientedarchitecturediagram

（2）WebServices

WebServices的特点是它基于网络的、分布式的和模块化的，对WebService的实现是必须遵守技术规范的，这些规范使得WebService具有强大的兼容性。

它常使用Java和XML等跨平台的技术开发。

WebServices具有很多特性，比如可以被发现、可以重新组合等。

WebServices通过XML来做数据交换，通过因特网访问[8]。

我们可以把WebServices当做是一个接口，因为接口的实质就是隐藏实现的细节，WebServices起到的是跟接口一样的作用，这就是上文已经提到过的与软硬件平台无关，本身也是用任何编程语言均可进行开发。

作为Web Services，其所有公共的协约完全需要使用开放的标准协议进行描述、传输和交换。

实现一个完整的WebServices体系需要有一系列的协议规范来支撑，如图2-2所示。

Web服务协议栈的实现技术包括以下几种[9]：

1）SOAP（SimpleObjectAccessProtocol）

SOAP指的是简单对象访问协议，这个协议是用于交换数据的规范，是基于XML的，协议简单易于理解。

SOAP的消息包括三个部分：

SOAP封装（envelop），实际上SOAP封装相当于消息的说明，通过这个说明可以知道消息的大概内容以及发送者；SOAPHeader，一组用来定义数据类型实例的编码规则；SOAPBody，表示包含实际的SOAP消息[10]。

SOAP的消息结构如图2-3所示。

图2-2Web服务协议栈

Figure2-2TheWebserviceprotocolstack

图2-3SOAP消息结构图

Figure2-3TheSOAPmessagestructure

2）WSDL（WebServiceDescriptionLanguage）

WSDL是对Web服务的说明，是XML语言，通过这个说明可以知道如何与Web服务进行通信，WSDL描述Webservice总体功能以及Webservice中具体函数的说明和参数、返回值[11]，WSDL结构如图2-4所示。

WSDL主