基于云平臺(tái)的城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)構(gòu)建研究與應(yīng)用

李倩

摘 要：首先，在研究城市軌道交通檢測(cè)信息化平臺(tái)需求和云平臺(tái)搭建技術(shù)的基礎(chǔ)上，將云平臺(tái)及相關(guān)技術(shù)引入城市軌道交通檢測(cè)行業(yè)。然后，從系統(tǒng)架構(gòu)和系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 2 方面提出搭建城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)管理云平臺(tái)的基本思路。最后，通過(guò)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和功能驗(yàn)證，為未來(lái)城市軌道交通檢測(cè)信息化平臺(tái)建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;檢測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng);云平臺(tái);構(gòu)建;研究與應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U121

當(dāng)前，城市軌道交通檢測(cè)行業(yè)的檢測(cè)數(shù)據(jù)普遍采用人工管理模式，即依靠人工進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、統(tǒng)計(jì)、整理和分析，以文本或表格的形式存檔，存在工作量龐大，工作效率低等問(wèn)題。同時(shí)，基于互聯(lián)網(wǎng)+云服務(wù)技術(shù)的快速發(fā)展，城市軌道交通行業(yè)向信息化、智能化方向發(fā)展已成為必然趨勢(shì)。

1 系統(tǒng)需求分析

通過(guò)文獻(xiàn)收集和對(duì)深圳市地鐵集團(tuán)有限公司、廈門(mén)軌道交通集團(tuán)有限公司的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，不管是城市軌道交通第三方檢測(cè)公司，還是城市軌道交通運(yùn)營(yíng)單位，在實(shí)際檢測(cè)工作中都存在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存困難、分析深度不夠、數(shù)據(jù)維護(hù)困難，以及數(shù)據(jù)利用率低等問(wèn)題，因此急需建立城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)管理信息化平臺(tái)。

具體需求主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）整合現(xiàn)有檢測(cè)數(shù)據(jù)資源。現(xiàn)階段，由于城市軌道交通檢測(cè)涉及運(yùn)營(yíng)管理、設(shè)施設(shè)備、供電系統(tǒng)、土建環(huán)境等方面，檢測(cè)內(nèi)容繁多，人工整理統(tǒng)計(jì)檢測(cè)結(jié)果工作量大，檢測(cè)數(shù)據(jù)、分析資料及相關(guān)檔案難以長(zhǎng)期規(guī)范保存;同時(shí)，現(xiàn)有城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)等的檢測(cè)維護(hù)資料一般保留在自己手中，無(wú)法保證與政府和第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)等的檢測(cè)資料無(wú)縫銜接，因此，迫切需要通過(guò)信息化手段整合現(xiàn)有檢測(cè)數(shù)據(jù)資源，促進(jìn)城市軌道交通檢測(cè)資料向電子化方向發(fā)展。

（2）提高檢測(cè)數(shù)據(jù)利用率。城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)類(lèi)型多樣、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)困難、數(shù)據(jù)查閱統(tǒng)計(jì)復(fù)雜等一系列問(wèn)題，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)單位對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析較少，數(shù)據(jù)利用率較低。因此，城市軌道交通運(yùn)營(yíng)單位急需依托互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算等技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)共享，以提高數(shù)據(jù)利用率。

（3）降低企業(yè)運(yùn)維成本?，F(xiàn)如今，大多數(shù)企業(yè)都開(kāi)始進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級(jí)，但是大部分企業(yè)仍舊保留著傳統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)，即采用本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)管理，系統(tǒng)架構(gòu)繁雜，依賴(lài)大量的人力和財(cái)力保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，維護(hù)成本高。而基于云平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)雖然更新成本較高，但其具備相互連通、維護(hù)成本低、搭建流程簡(jiǎn)單、易于迭代等特點(diǎn)，是未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年至今，數(shù)據(jù)庫(kù)市場(chǎng)的增長(zhǎng)率已超過(guò)20%，而云服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)占增長(zhǎng)的80%左右，充分說(shuō)明其具有的優(yōu)勢(shì)。因此，急需引入云服務(wù)技術(shù)，降低企業(yè)運(yùn)維成本。

2 云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)研究

云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)即搭建一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)的基本框架，展示各子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性、交互機(jī)制和指導(dǎo)原則?；谠破脚_(tái)的城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)劃分為基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和用戶(hù)層。該系統(tǒng)利用容器云平臺(tái)將基礎(chǔ)設(shè)施及數(shù)據(jù)庫(kù)向云端遷移，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用的快速集成化部署;利用日志記錄功能記錄系統(tǒng)中硬件、軟件和系統(tǒng)問(wèn)題信息;還設(shè)置了權(quán)限控制功能，針對(duì)不同類(lèi)型的用戶(hù)可提供不同的系統(tǒng)功能，從而提高系統(tǒng)安全性。另外，該系統(tǒng)遵循標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)所遵循的運(yùn)行管理體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和安全保障體系。

云平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)中，基礎(chǔ)層主要為系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)所需要的系統(tǒng)軟件和硬件設(shè)備及其運(yùn)行環(huán)境，涉及云服務(wù)器、IP地址資源、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及一些安全設(shè)備等，是系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)的基礎(chǔ);數(shù)據(jù)庫(kù)用于對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存;數(shù)據(jù)層可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的資源整合利用，借助云端服務(wù)器，對(duì)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、組織、存儲(chǔ)和管理;業(yè)務(wù)層通過(guò)設(shè)定固定的業(yè)務(wù)邏輯流程實(shí)現(xiàn)所需的系統(tǒng)功能，包含了系統(tǒng)需要的所有功能上的算法和計(jì)算過(guò)程，并可訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)層和與用戶(hù)層交互;用戶(hù)層又可稱(chēng)為表現(xiàn)層，進(jìn)行系統(tǒng)中各項(xiàng)功能的頁(yè)面展示，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)與系統(tǒng)間的信息傳遞。

目前，云平臺(tái)按提供的資源模式差異分為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)模式 IaaS、平臺(tái)即服務(wù)模式PaaS和軟件即服務(wù)模式SaaS 3種類(lèi)型。IaaS模式由外部公司提供基礎(chǔ)設(shè)施，用戶(hù)根據(jù)需求進(jìn)行租用，但是應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)還需要自己完成。PaaS模式提供一套支持用戶(hù)獨(dú)立開(kāi)發(fā)需求的支持軟件，用戶(hù)可在此基礎(chǔ)上直接應(yīng)用。SaaS模式是直接提供給用戶(hù)的可以滿(mǎn)足其功能需求的軟件，通過(guò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)即可直接接入遠(yuǎn)程服務(wù)器上的應(yīng)用軟件。

3 城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)云平臺(tái)系統(tǒng)構(gòu)架，基于云平臺(tái)的城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)選擇采用SaaS服務(wù)模式，利用云服務(wù)器提供數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)服務(wù)功能。同時(shí)，采用瀏覽器/服務(wù)器（B/S） 架構(gòu)方式，應(yīng)用程序以網(wǎng)頁(yè)的形式存放在Web服務(wù)器上，用戶(hù)只需將網(wǎng)址輸入到瀏覽器中進(jìn)行搜索，即可打開(kāi)相應(yīng)的應(yīng)用程序，避免系統(tǒng)的重復(fù)開(kāi)發(fā)與部署，節(jié)約了軟硬件資源的投入，并且可以降低系統(tǒng)運(yùn)維和升級(jí)的難度與成本。檢測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)云平臺(tái)架構(gòu)如圖2所示。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體架構(gòu)中的業(yè)務(wù)層即為滿(mǎn)足用戶(hù)實(shí)際需求而實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能，基于需求分析研究，確定系統(tǒng)功能主要包括基本功能、數(shù)據(jù)管理功能、數(shù)據(jù)智能分析功能和系統(tǒng)管理功能。系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

3.2.1 基本功能

系統(tǒng)基本功能包括通知公告、檢測(cè)業(yè)務(wù)管理和報(bào)告報(bào)表。其中，通知公告是指發(fā)布檢測(cè)項(xiàng)目、檢測(cè)報(bào)告等相關(guān)通知公告，將重要信息第一時(shí)間告知用戶(hù)。檢測(cè)業(yè)務(wù)管理包括檢測(cè)項(xiàng)目信息管理、檢測(cè)類(lèi)別管理、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)管理、檢測(cè)樣品資料管理及檢測(cè)合作伙伴管理，主要是面向第三方檢測(cè)公司，為了方便其開(kāi)展檢測(cè)業(yè)務(wù)和進(jìn)行業(yè)務(wù)信息管理。報(bào)告報(bào)表是管理檢測(cè)項(xiàng)目報(bào)告，同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)報(bào)告報(bào)表模板的定制，滿(mǎn)足客戶(hù)多樣化的檢測(cè)報(bào)告需求。

3.2.2 數(shù)據(jù)管理功能

數(shù)據(jù)管理功能包括檢測(cè)數(shù)據(jù)管理、檢測(cè)人員管理和檢測(cè)設(shè)備管理。對(duì)于檢測(cè)數(shù)據(jù)，可根據(jù)城市軌道交通的不同系統(tǒng)及其子系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)劃分，從而分類(lèi)存儲(chǔ);對(duì)于檢測(cè)人員管理，建立檢測(cè)人員資料庫(kù)，按照不同專(zhuān)業(yè)、職稱(chēng)、項(xiàng)目經(jīng)歷等信息進(jìn)行存儲(chǔ)管理;對(duì)于檢測(cè)設(shè)備管理，包括設(shè)備基本信息管理和設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)管理，主要是面向第三方檢測(cè)公司。

同時(shí)，在檢測(cè)數(shù)據(jù)采集方面，對(duì)于“在線(xiàn)式”數(shù)據(jù)，可調(diào)用城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)現(xiàn)有自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)主動(dòng)獲取，并具備隨時(shí)獲取、及時(shí)更新功能;對(duì)于“離線(xiàn)式”數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，將紙質(zhì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮訑?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行增、刪、改、查等管理操作，支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)入及導(dǎo)出功能，為檢測(cè)數(shù)據(jù)管理和分析提供基礎(chǔ)保障。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面，使用分布式文件系統(tǒng)存儲(chǔ)安全檢測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)安全檢測(cè)資料，并實(shí)現(xiàn)快速全文檢索功能，體現(xiàn)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高可用性。

3.2.3 數(shù)據(jù)智能分析功能

城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)智能分析包括車(chē)輛系統(tǒng)、信號(hào)通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)4大設(shè)備系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)智能分析。分析內(nèi)容包括設(shè)備故障率、檢測(cè)計(jì)劃執(zhí)行率、設(shè)備維修完成率、設(shè)備可靠性、設(shè)備安全性、關(guān)鍵設(shè)備、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等方面，采用柱狀圖、餅狀圖和折線(xiàn)圖等形式進(jìn)行結(jié)果的直觀(guān)顯示，使用戶(hù)客觀(guān)把握數(shù)據(jù)狀態(tài);同時(shí)，基于基礎(chǔ)檢測(cè)數(shù)據(jù)，利用隨機(jī)森林、機(jī)器學(xué)習(xí)、決策樹(shù)等大數(shù)據(jù)算法，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘利用，如進(jìn)行設(shè)備故障預(yù)測(cè)、設(shè)備效能評(píng)價(jià)等方面的分析研究。針對(duì)大批量數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)校核、安全監(jiān)控、模型分析等計(jì)算任務(wù)，采用MapReduce并行計(jì)算框架可提高程序的執(zhí)行效率。

3.2.4 系統(tǒng)管理功能

系統(tǒng)管理功能主要指用戶(hù)管理、角色管理、權(quán)限管理及日志管理等功能，用戶(hù)涉及第三方檢測(cè)公司、城市軌道交通運(yùn)營(yíng)企業(yè)和城市軌道交通管理用戶(hù)3種。因此，基于云平臺(tái)的城市軌道交通檢測(cè)信息化系統(tǒng)涉及了第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)、城市軌道交通運(yùn)營(yíng)企業(yè)、城市軌道交通管理用戶(hù)3級(jí)權(quán)限控制體系。根據(jù)每個(gè)系統(tǒng)用戶(hù)管理其所擁有的系統(tǒng)功能權(quán)限，每項(xiàng)系統(tǒng)功能可以授權(quán)給多名系統(tǒng)用戶(hù)。系統(tǒng)角色根據(jù)檢測(cè)業(yè)務(wù)進(jìn)行劃分，包括系統(tǒng)管理員、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)員、報(bào)告審核人、委托單審核人等多種，并支持系統(tǒng)角色的自定義;另外，可以采用Apache Shiro框架實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可配置化權(quán)限控制，并以系統(tǒng)日志的形式記錄用戶(hù)操作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)事件的監(jiān)視及事后追蹤。

同時(shí)，為滿(mǎn)足城市軌道交通檢測(cè)工作的需要，城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)管理及分析系統(tǒng)采用通用化系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)通用化和智能分析通用化2個(gè)方面。

（1）數(shù)據(jù)通用化。充分考慮城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)滿(mǎn)足大規(guī)模數(shù)據(jù)應(yīng)用需求的安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)，并結(jié)合定制開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)交換程序，能夠在數(shù)據(jù)層兼容各類(lèi)安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)或業(yè)務(wù)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通用化。

（2）智能分析通用化。能夠定制安全檢測(cè)分析報(bào)表及報(bào)告模板，支持模型分析及檢測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)的自定義，以實(shí)現(xiàn)安全檢測(cè)數(shù)據(jù)智能分析的通用化。

4 應(yīng)用實(shí)例

為了驗(yàn)證城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的實(shí)用性和優(yōu)點(diǎn)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行初步開(kāi)發(fā)，并利用第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)功能測(cè)試。

圖4為檢測(cè)項(xiàng)目管理界面，界面左側(cè)包含所有已完成的城市軌道交通檢測(cè)設(shè)備類(lèi)別，右側(cè)為測(cè)試設(shè)備類(lèi)別中的具體設(shè)備。如用戶(hù)點(diǎn)擊自動(dòng)檢票機(jī)，則出現(xiàn)關(guān)于該設(shè)備的具體檢測(cè)信息，如圖5所示。圖6為檢測(cè)設(shè)備管理界面，用戶(hù)可通過(guò)搜索查看設(shè)備信息。相較于以前的人工管理模式，該系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔，功能實(shí)用，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)的在線(xiàn)管理，具有檢測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方便、查找高效、儲(chǔ)存安全等優(yōu)點(diǎn)。

圖7為數(shù)據(jù)智能分析界面。在數(shù)據(jù)智能分析中，可以直觀(guān)顯示數(shù)據(jù)總量、數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)、數(shù)據(jù)下載量以及數(shù)據(jù)利用率等信息，使用戶(hù)客觀(guān)把握總體數(shù)據(jù)狀態(tài);同時(shí)，針對(duì)不同類(lèi)別的數(shù)據(jù)，用戶(hù)可自定義選擇需求數(shù)據(jù)，如選擇車(chē)輛檢修故障數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將直接展示其迄今為止的車(chē)輛系統(tǒng)故障數(shù)量為1 781個(gè)，各子系統(tǒng)的故障百分比分別為28.79%、21.04%、19.73%、14.83%、7.8%和7.8%，結(jié)果直觀(guān)明了，實(shí)用性強(qiáng)。

圖8為角色信息管理界面。選擇不同的用戶(hù)角色可使用不同的系統(tǒng)功能，角色根據(jù)檢測(cè)業(yè)務(wù)設(shè)定，包括系統(tǒng)管理員、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)員、報(bào)告審核人、委托單審核人等。同時(shí)，用戶(hù)可通過(guò)系統(tǒng)新增、修改和刪除功能，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)權(quán)限的個(gè)性化設(shè)計(jì)，從而保障系統(tǒng)的實(shí)用性。

綜上所述，本文建立的城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)業(yè)務(wù)在線(xiàn)管理和系統(tǒng)角色權(quán)限的多級(jí)控制，滿(mǎn)足多角色、多場(chǎng)景、多功能使用需求。同時(shí)，在平臺(tái)搭建方案中，引入主流云服務(wù)技術(shù)，租用外部服務(wù)器，采用Saas模式極大地降低了維護(hù)成本，提高了平臺(tái)的穩(wěn)定性與安全性。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，城市軌道交通信息化系統(tǒng)建設(shè)正處于快速發(fā)展時(shí)期，應(yīng)積極借鑒云平臺(tái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，帶動(dòng)城市軌道交通行業(yè)向信息化、智能化方向發(fā)展。然而，目前在城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)管理方面，信息化建設(shè)緩慢。本文通過(guò)對(duì)城市軌道交通檢測(cè)信息化系統(tǒng)進(jìn)行需求分析和系統(tǒng)架構(gòu)研究，提出了基于云平臺(tái)的城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)搭建思路。通過(guò)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)驗(yàn)證，該系統(tǒng)能很好地實(shí)現(xiàn)城市軌道交通檢測(cè)數(shù)據(jù)管理和分析，應(yīng)用技術(shù)先進(jìn)，功能滿(mǎn)足用戶(hù)需求，易于企業(yè)使用與維護(hù)，能夠有效提升安全檢測(cè)的工作效率，具有很好的應(yīng)用推廣價(jià)值，同時(shí)為未來(lái)城市軌道交通行業(yè)的信息化系統(tǒng)建設(shè)提供借鑒。

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收稿日期 2019-09-16

責(zé)任編輯 黨選麗