鐵路線路設(shè)備人工檢查管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

楊雅琴，李 曄，徐 鵬

（1.北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044；2. 中國鐵路南昌局集團(tuán)有限公司 南昌工務(wù)段，南昌 330000）

線路設(shè)備的檢查結(jié)果是評價軌道狀態(tài)的重要依據(jù)，為后續(xù)維修作業(yè)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。目前，鐵路工務(wù)部門在進(jìn)行線路檢查時，遵循“動態(tài)檢查為主，動、靜態(tài)檢查相結(jié)合”的基本原則，其中，動態(tài)檢查以軌（或動）檢車、探傷車檢查結(jié)果為主要依據(jù)，輔以車載式線路檢查儀和添乘檢查；靜態(tài)檢查以軌檢儀為主，輔以人工檢查[1-2]。近幾年，鐵路工務(wù)的信息化水平逐漸提高，已有較為成熟的系統(tǒng)對軌（或動）檢車、探傷車等檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和展現(xiàn)[3-5]。由于人工檢查的原始數(shù)據(jù)僅記錄在紙質(zhì)檢查簿中，對其中發(fā)現(xiàn)的問題，基本靠人工盯控，所以需要更有效的方式對人工檢查進(jìn)行智能化管理。基于此，中國鐵路南昌局集團(tuán)有限公司南昌工務(wù)段和北京交通大學(xué)合作研發(fā)“鐵路線路設(shè)備人工檢查管理系統(tǒng)”（簡稱：系統(tǒng)）。

本系統(tǒng)借助信息技術(shù)手段，以現(xiàn)場實際業(yè)務(wù)為基礎(chǔ)，規(guī)范優(yōu)化人工檢查數(shù)據(jù)采集方式，在此基礎(chǔ)上，以問題為核心，以安全為導(dǎo)向，通過判斷設(shè)備存在病害，自動完成病害閉環(huán)管理和設(shè)備質(zhì)量評定等重復(fù)性工作，為不斷優(yōu)化人工檢查業(yè)務(wù)、提升鐵路工務(wù)管理水平提供必需的工具支撐。

1 系統(tǒng)設(shè)計

通過調(diào)研鐵路線路設(shè)備人工檢查業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，深入分析工務(wù)段各級用戶需求，并結(jié)合當(dāng)前鐵路工務(wù)計算機(jī)水平發(fā)展現(xiàn)狀，提出系統(tǒng)設(shè)計，具體有系統(tǒng)框架設(shè)計、功能設(shè)計、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、用戶管理設(shè)計。

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

通過需求分析可知：系統(tǒng)需要處理的現(xiàn)場檢修數(shù)據(jù)較大；業(yè)務(wù)層某些功能的實現(xiàn)需要在數(shù)據(jù)庫端操作數(shù)據(jù)；用戶要求系統(tǒng)操作界面友好、及時響應(yīng)請求。綜合考量以上需求，采用ODAC+MVC+Jquery的組合完成系統(tǒng)框架設(shè)計[6]，如圖1所示。

圖1 基于MVC的系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

根據(jù)人工檢查中出現(xiàn)的諸多問題和實際需求，結(jié)合檢養(yǎng)修分開的新模式，系統(tǒng)下設(shè)4大功能模塊：病害閉環(huán)管理、檢查記錄數(shù)據(jù)管理、設(shè)備質(zhì)量評定和系統(tǒng)維護(hù)，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，如圖3所示，明確了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)各個功能模塊之間的邏輯流向和變換，從而對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行概念模型設(shè)計和物理模型設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，參照Oracle數(shù)據(jù)庫設(shè)計規(guī)范[7]，結(jié)合存儲數(shù)據(jù)類型和數(shù)量級別，對數(shù)據(jù)庫的物理模型進(jìn)行設(shè)計，如圖4所示。

圖3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖

圖4 數(shù)據(jù)庫的物理模型

在本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)表主要分為4大部分：

（1）線路、股道和道岔檢查數(shù)據(jù)存儲（檢查日志表、幾何尺寸表、結(jié)構(gòu)病害表等）；

（2）病害處理與存儲（部位字典表、病害判定表、扣分表、二級病害清單等）；

（3）基礎(chǔ)設(shè)備臺賬（股道字典表、道岔字典表、車站字典表、線路字典表等）；

（4）工務(wù)段組織結(jié)構(gòu)（單位編號表、組織結(jié)構(gòu)表、管界信息表等）。

各表之間相互獨立，關(guān)聯(lián)關(guān)系相對固定，故系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用以人工檢查日志表為基表，其余表為維表，通過外鍵關(guān)聯(lián)的星形架構(gòu)。

1.4 用戶管理設(shè)計

為保障系統(tǒng)和數(shù)據(jù)安全，系統(tǒng)登錄采用用戶名密碼的認(rèn)證方式，用戶名由系統(tǒng)后臺管理者進(jìn)行分配，并根據(jù)用戶的級別和業(yè)務(wù)對其授權(quán)。

系統(tǒng)設(shè)置了三級用戶：工務(wù)段、車間、工區(qū)，具體包括工務(wù)段、車間、檢查工區(qū)、維修工區(qū)、養(yǎng)護(hù)工區(qū)[8]。考慮到數(shù)據(jù)在上下級管理單位的共享性和同級單位的獨立性，系統(tǒng)根據(jù)工務(wù)段組織結(jié)構(gòu)和各個單位的管界信息對用戶的權(quán)限進(jìn)行設(shè)置。某個單位登錄系統(tǒng)之后，只能看到該單位下設(shè)單位的作業(yè)情況和本單位管界內(nèi)的設(shè)備狀態(tài)。保證數(shù)據(jù)獨立的同時，也保證了系統(tǒng)功能對于各級用戶的完整性。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 設(shè)備檢查數(shù)據(jù)采集

現(xiàn)場檢查人員仍使用紙質(zhì)版檢查記錄簿記錄檢查情況，這種方式存在諸多問題：病害描述粗糙；檢查項目缺失；數(shù)據(jù)難以留存等。這些問題導(dǎo)致檢查記錄無法有效指導(dǎo)后續(xù)病害銷號工作，不便于對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。長期以往，影響設(shè)備質(zhì)量評定的結(jié)果，對設(shè)備狀態(tài)變化的監(jiān)測不利。

為優(yōu)化人工檢查數(shù)據(jù)采集方式，便于后續(xù)病害識別等工作的進(jìn)行，依據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》（簡稱：《修規(guī)》）和設(shè)備的構(gòu)造，并綜合考慮現(xiàn)場工作人員記錄習(xí)慣，設(shè)計出電子版檢查記錄簿（Excel文件）。工作人員將檢測數(shù)據(jù)填入電子表格中，通過瀏覽器將其上傳，系統(tǒng)后臺將會自動讀取并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

在原有紙質(zhì)版檢查記錄簿的基礎(chǔ)上，電子版對設(shè)備檢查項目進(jìn)行梳理完善，增加了病害定位。病害定位的基本思路是將設(shè)備結(jié)構(gòu)與檢查項目相結(jié)合，對于幾何尺寸，通過線名、行別、里程、鋼軌編號和鋼軌部位（接頭、小腰、中間、大腰）進(jìn)行定位，對應(yīng)表格設(shè)計,如圖5示；對于結(jié)構(gòu)病害，通過線名、行別、里程和鋼軌編號，軌枕編號、左/右、內(nèi)/外，孔數(shù)進(jìn)行定位。對應(yīng)表格設(shè)計,如圖6所示。

圖6 結(jié)構(gòu)病害定位信息設(shè)置

通過細(xì)致的定位，對病害有更清晰準(zhǔn)確的描述，為現(xiàn)場銷號作業(yè)和數(shù)據(jù)處理分析提供了良好的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2 檢查數(shù)據(jù)處理

利用計算機(jī)處理檢查數(shù)據(jù)，代替人工完成病害判定、閉環(huán)管理和設(shè)備質(zhì)量評定等重復(fù)性工作，能夠有效提高人工檢查的工作效率和準(zhǔn)確度，從而優(yōu)化人工檢查業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)處理主要包括3方面：病害判定、唯一性識別和設(shè)備質(zhì)量評定。具體處理流程,如圖7所示。

（1）病害判定：檢測數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)之后，后臺自動進(jìn)行。病害判定以《修規(guī)》為基礎(chǔ)，結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)實際情況，將病害判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)字化處理，以此為依據(jù)對病害進(jìn)行判定。

（2）唯一性識別：在傳統(tǒng)的人工檢查中，存在同一處病害因未被及時銷號，反復(fù)多次記錄的情況。為解決這一問題，本系統(tǒng)根據(jù)病害的定位信息與已有未銷號的病害進(jìn)行匹配，對病害進(jìn)行唯一性識別。

（3）設(shè)備質(zhì)量評定：依據(jù)《修規(guī)》中設(shè)備質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)，建立扣分表，由病害類別、等級對應(yīng)得到扣分值。

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

基于以上系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)據(jù)庫設(shè)計，作者以Visual Studio 2013為開發(fā)平臺，并借助Oracle 12C數(shù)據(jù)庫，完成開發(fā)基于B/S架構(gòu)的“鐵路線路設(shè)備人工檢查管理系統(tǒng)”，本節(jié)將對系統(tǒng)的每個功能模塊進(jìn)行展示說明。

圖7 檢查數(shù)據(jù)處理流程

3.1 閉環(huán)管理

閉環(huán)管理模塊基于檢查數(shù)據(jù)處理結(jié)果，分析病害存在及銷號情況，在此基礎(chǔ)上，從病害類別、存在時間、設(shè)備、單位等多角度、多層面進(jìn)行統(tǒng)計分析，為用戶提供病害的詳細(xì)信息，為后續(xù)作業(yè)提供參考數(shù)據(jù)，同時反映出維修作業(yè)質(zhì)量。該模塊頁面有：病害清單、病害銷號、銷號統(tǒng)計。

3.2 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理模塊根據(jù)用戶上傳檢查記錄的日志信息，對設(shè)備檢查的頻次、周期和覆蓋的完整性進(jìn)行統(tǒng)計分析。用戶可通過該模塊獲取下設(shè)單位對維修計劃的完成情況，具體有每一次檢修的設(shè)備數(shù)量、完成時間等。該模塊頁面有：近一次檢查完成情況、線路檢查完成情況、道岔和股道檢查完成情況。

3.3 設(shè)備質(zhì)量評定

設(shè)備質(zhì)量評定模塊以依據(jù)《修規(guī)》計算出的病害扣分值為基礎(chǔ)，以設(shè)備為單位進(jìn)行統(tǒng)計分析，反映病害扣分的高發(fā)區(qū)，幫助用戶及時掌握設(shè)備狀態(tài)，為后續(xù)作業(yè)的安排提供參考依據(jù)。該模塊頁面有：線路質(zhì)量評定、道岔和股道質(zhì)量評定、質(zhì)量統(tǒng)計。

3.4 系統(tǒng)維護(hù)

系統(tǒng)維護(hù)模塊為用戶提供檢查數(shù)據(jù)上傳接口、用戶權(quán)限管理和系統(tǒng)個性化設(shè)置。個性化設(shè)置具體有病害與銷號評定標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)、固定檢查次數(shù)設(shè)置、增加臨時周期。

4 結(jié)束語

本文從系統(tǒng)設(shè)計、關(guān)鍵技術(shù)和功能實現(xiàn)3個方面進(jìn)行探討。對于系統(tǒng)設(shè)計，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)功能、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、用戶管理設(shè)計；關(guān)鍵技術(shù)的研究包含了設(shè)備檢查數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理；對于系統(tǒng)功能實現(xiàn)，詳細(xì)介紹了系統(tǒng)下每個模塊的主要功能，并展示了部分界面。

本系統(tǒng)優(yōu)化了人工檢查數(shù)據(jù)采集方式，實現(xiàn)數(shù)據(jù)智能化處理，有效提高了工作效率和人工檢查業(yè)務(wù)水平。