基于機(jī)車數(shù)據(jù)融合的機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊 凱，付多忠，楊丹華，郭 朋，陳重陽(yáng)

（1.中國(guó)鐵路西安局集團(tuán)有限公司 信息技術(shù)所，西安 710054；2.中國(guó)鐵路西安局集團(tuán)有限公司 調(diào)度所，西安 710054）

機(jī)車的運(yùn)用管理一直是機(jī)車調(diào)度工作的重點(diǎn)，調(diào)度員對(duì)機(jī)車實(shí)際軌跡和機(jī)車運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)掌控、關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的預(yù)警和分析對(duì)提高調(diào)度工作效率尤其重要。目前，鐵路各類機(jī)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)周期不一、廠家不同、接口各異、標(biāo)準(zhǔn)化程度弱、信息共享困難[1-3]，機(jī)車調(diào)度員需查詢的機(jī)車運(yùn)用狀態(tài)分散于機(jī)車調(diào)度、機(jī)車運(yùn)用概況表、機(jī)車調(diào)度命令、機(jī)務(wù)運(yùn)用安全管理、機(jī)務(wù)閘樓車號(hào)自動(dòng)識(shí)別（AEI，Automatic Equipment Identification）、機(jī)車整備等各類機(jī)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)中，調(diào)度指揮人員、分析人員等的查詢界面分散，無法及時(shí)查詢所關(guān)注的機(jī)車信息，并且需要通過人工查詢既有各類機(jī)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)或通過電話人工確認(rèn)機(jī)車狀態(tài)，存在查詢數(shù)據(jù)缺失、工作效率低、系統(tǒng)間缺少關(guān)聯(lián)性[4]、缺少數(shù)據(jù)綜合使用及后續(xù)分析的途徑等問題，亟需一套機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)[5]。本文以機(jī)車調(diào)度員能夠高效掌握機(jī)車的運(yùn)用狀態(tài)為目的，依托抽取、轉(zhuǎn)換、加載（ETL，Extract-Transform-Load）技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)滿足調(diào)度員需求的基于機(jī)車數(shù)據(jù)融合[6]的機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱：機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)）。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)及原則

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

依托機(jī)車調(diào)度員、機(jī)車、機(jī)車交路、機(jī)車調(diào)度圖、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)字典，基于機(jī)車調(diào)度日班計(jì)劃、實(shí)際周轉(zhuǎn)圖、機(jī)車運(yùn)用概況表、機(jī)車調(diào)度命令、派班計(jì)劃、出/退勤、整備狀態(tài)、機(jī)車出/入庫(kù)等核心數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)面向調(diào)度指揮、調(diào)度分析的機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，解決機(jī)車調(diào)度數(shù)據(jù)分散、信息不能共享的問題，為調(diào)度員提供綜合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析及預(yù)警功能，提高機(jī)車調(diào)度工作效率，為調(diào)度決策提供科學(xué)依據(jù)。

1.2 設(shè)計(jì)原則

（1）高內(nèi)聚、低耦合原則。機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)的底層框架穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)樾枨蟮母淖兌鸫蟮恼{(diào)整。

（2）展現(xiàn)形式多樣性原則?；诜泩?bào)表，根據(jù)用戶需要，提供靈活、形式多樣、內(nèi)容豐富的表格、圖表等展現(xiàn)形式，提供良好的自定制功能。

（3）易用性原則。將機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)中關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集中展示，系統(tǒng)界面簡(jiǎn)單直觀，方便用戶查詢。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)架構(gòu)

機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)以機(jī)車數(shù)據(jù)為中心，數(shù)據(jù)主要來源于各類機(jī)務(wù)系統(tǒng)，如機(jī)車調(diào)度系統(tǒng)、機(jī)車運(yùn)用概況表、機(jī)車調(diào)度命令、機(jī)務(wù)運(yùn)用安全管理信息系統(tǒng)、機(jī)務(wù)閘樓AEI系統(tǒng)、機(jī)車整備系統(tǒng)等。

通過 ETL 技術(shù)的 Pentaho Data Integratio（PDI）工具處理多源數(shù)據(jù)，以清晰靈活的圖形化方式展現(xiàn)數(shù)據(jù)處理過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的抽取、轉(zhuǎn)換、裝載，同時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存放、清洗、過濾、粗加工、細(xì)加工等工作，后期可以通過簡(jiǎn)單修正，完成針對(duì)作業(yè)流、業(yè)務(wù)模型變化的相應(yīng)調(diào)整，從而高效管理作業(yè)流程和業(yè)務(wù)模型。根據(jù)機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)的不同需求，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行組合、關(guān)聯(lián)、封裝，形成前臺(tái)應(yīng)用所需要的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)

2.2 技術(shù)架構(gòu)

機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)采用C/S、B/S結(jié)合方式，使用Java語(yǔ)言開發(fā)[7]。后臺(tái)處理為C/S架構(gòu)，主要完成底層數(shù)據(jù)顆?；?、格式化、標(biāo)準(zhǔn)化的匯聚，并按機(jī)車調(diào)度業(yè)務(wù)邏輯、業(yè)務(wù)需求進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，定制化數(shù)據(jù)；展示層為B/S架構(gòu)，負(fù)責(zé)相關(guān)數(shù)據(jù)的展示工作。在設(shè)計(jì)技術(shù)架構(gòu)時(shí)，借鑒了模塊化的設(shè)計(jì)思想，采用服務(wù)化的組件開發(fā)模式，減少代碼開發(fā)量，提高開發(fā)效率。系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)源層、采集層、預(yù)處理層：使用PDI工具，完成對(duì)多種數(shù)據(jù)源的抽取、解析、篩選、清洗、轉(zhuǎn)換、加載等。

（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：采用Oracle12c數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)，保證信息的安全性、完整性、一致性及恢復(fù)能力。

（3）控制層：采用JFinal框架開發(fā)，提高程序的開發(fā)效率，代碼可讀性強(qiáng)且易于維護(hù)[8]；權(quán)限、菜單、角色管理等采用Layui框架，提供統(tǒng)一風(fēng)格界面、靈活方便的菜單系統(tǒng)，以及功能強(qiáng)大的權(quán)限角色管理等。

（4）展示層：采用FineReport報(bào)表、JavaScript、層疊樣式表單（CSS，Cascading Style Sheet）等技術(shù)，提供靈活多變的展示形式。

2.3 信息共享

機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)依托于各類機(jī)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，數(shù)據(jù)落地至本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，不回寫至所訪問的系統(tǒng)源。集成的數(shù)據(jù)只用于機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)各核心業(yè)務(wù)間的數(shù)據(jù)共享。

數(shù)據(jù)權(quán)限開放、采集方式如下：

（1）開放各類機(jī)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢權(quán)限，以視圖的方式提供給機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)；

（2）使用ETL技術(shù)，按照數(shù)據(jù)特點(diǎn)定時(shí)抽取各類機(jī)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)功能

3.1 用戶權(quán)限角色管理

基于Layui框架，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶、崗位、權(quán)限、菜單及角色集中管理，提供靈活方便的用戶權(quán)限配置管理功能。

3.2 基礎(chǔ)字典管理

對(duì)調(diào)度所人員字典、機(jī)車字典、機(jī)車交路字典、機(jī)務(wù)閘樓AEI字典等進(jìn)行維護(hù)管理。

3.3 數(shù)據(jù)治理

采用C/S方式，每10 min對(duì)所涉及的機(jī)車數(shù)據(jù)處理1次，具體如下：對(duì)機(jī)車調(diào)度日班計(jì)劃、實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)圖中運(yùn)行線進(jìn)行最小化拆分，形成到達(dá)、出發(fā)、轉(zhuǎn)交路、機(jī)車狀態(tài)轉(zhuǎn)換等機(jī)車數(shù)據(jù)，通過集成平臺(tái)、行車調(diào)度查詢系統(tǒng)、鐵路運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)/調(diào)度指揮管理信息系統(tǒng)（TMIS/DMIS，Transportation Management Information System/Dispatch Management Information System）結(jié)合中的機(jī)車和運(yùn)行線車次等信息對(duì)機(jī)車狀態(tài)進(jìn)行校正[8]；對(duì)機(jī)車運(yùn)用概況表、機(jī)車調(diào)度命令中機(jī)車運(yùn)用狀態(tài)和命令、機(jī)務(wù)閘樓AEI中出入段信息、機(jī)務(wù)運(yùn)用安全管理信息系統(tǒng)中司機(jī)出/退勤信息、機(jī)車整備庫(kù)的整備狀態(tài)進(jìn)行格式化、標(biāo)準(zhǔn)化后清洗入庫(kù)；在后臺(tái)整合數(shù)據(jù)，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，該處理功能采用PDI工具，后臺(tái)處理功能運(yùn)行結(jié)果，如圖3所示。

圖3 PDI工具后臺(tái)數(shù)據(jù)處理運(yùn)行結(jié)果示例

3.4 機(jī)車運(yùn)用狀態(tài)追蹤

按照機(jī)車交路、機(jī)車型號(hào)、時(shí)間范圍查詢機(jī)車軌跡信息，包括機(jī)車周轉(zhuǎn)圖中出發(fā)、到達(dá)、機(jī)車、車次、非運(yùn)用狀態(tài)轉(zhuǎn)換、機(jī)車出入機(jī)務(wù)本段、折返段、機(jī)車整備等運(yùn)用軌跡信息，同時(shí)用行車調(diào)度中實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配、校驗(yàn)，在顯示界面中以藍(lán)色或綠色文字顯示，分別表示當(dāng)前為計(jì)劃時(shí)刻或?qū)嶋H時(shí)刻。

3.5 機(jī)車折返預(yù)警

通過對(duì)機(jī)車到達(dá)、入段、整備、派班計(jì)劃、出段、出發(fā)等信息的分析，各機(jī)務(wù)折返段按不同的閾值進(jìn)行判斷，掌握階段計(jì)劃執(zhí)行進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車在機(jī)務(wù)段、折返段及所在站折返的全過程監(jiān)控。在顯示界面，對(duì)超時(shí)情況通過蘭色、橙色和紅色分級(jí)別、分階段進(jìn)行預(yù)警。按機(jī)車調(diào)度臺(tái)、機(jī)車調(diào)度圖、交路和區(qū)段，查詢、顯示預(yù)警信息。

3.6 本局、外局機(jī)車全周轉(zhuǎn)時(shí)間計(jì)算及統(tǒng)計(jì)分析

按照機(jī)車全周轉(zhuǎn)時(shí)間計(jì)算規(guī)則，分別計(jì)算本鐵路局集團(tuán)公司（簡(jiǎn)稱：本局）、其他鐵路局集團(tuán)公司（簡(jiǎn)稱：外局）機(jī)車全周轉(zhuǎn)時(shí)間；按調(diào)度員、班次、調(diào)度臺(tái)、調(diào)度圖進(jìn)行班次排序，為班次考核提供依據(jù)；針對(duì)不同機(jī)車交路、機(jī)務(wù)段、折返段，對(duì)當(dāng)月全周轉(zhuǎn)時(shí)間按日進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

機(jī)車全周轉(zhuǎn)時(shí)間計(jì)算規(guī)則：機(jī)車全周轉(zhuǎn)時(shí)間＝整備時(shí)間+出庫(kù)到開車時(shí)間+上/下行旅行時(shí)間+折返時(shí)間+到達(dá)到入庫(kù)時(shí)間。

3.7 超勞分析

以實(shí)際機(jī)車周轉(zhuǎn)圖上運(yùn)行線及調(diào)度員輸入的出勤時(shí)刻為基礎(chǔ)，輸入出勤班次，匹配行車調(diào)度徑路對(duì)應(yīng)車站，確定超勞時(shí)間，實(shí)現(xiàn)調(diào)度員對(duì)超勞列車的掌握及統(tǒng)計(jì)。

3.8 派班計(jì)劃及出/退勤查詢統(tǒng)計(jì)

按照機(jī)務(wù)段、派班室、出勤線路、機(jī)車等信息查詢各機(jī)務(wù)段的計(jì)劃出發(fā)車次、計(jì)劃出發(fā)機(jī)車、出勤人員、出勤計(jì)劃、實(shí)際時(shí)刻、實(shí)際出發(fā)機(jī)車、退勤時(shí)刻等信息。

3.9 整備狀態(tài)查詢統(tǒng)計(jì)

按照機(jī)務(wù)段、折返段、交路及機(jī)車，查詢并統(tǒng)計(jì)機(jī)車整備狀態(tài)，匹配相關(guān)進(jìn)段、出段及整備信息。

3.10 礦區(qū)停留考核統(tǒng)計(jì)

在已開發(fā)的機(jī)車折返預(yù)警及分析系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，按照給定的班次時(shí)間范圍和統(tǒng)計(jì)閥值，制定滿足需求的礦區(qū)停留超過4 h考核表。該考核表可作為對(duì)計(jì)劃臺(tái)和機(jī)車調(diào)度臺(tái)的考核依據(jù)。

3.11 機(jī)車調(diào)度相關(guān)指標(biāo)展示

展示的內(nèi)容包括各機(jī)務(wù)段可運(yùn)用機(jī)車占比，各機(jī)務(wù)段機(jī)車運(yùn)用、客運(yùn)、出租、調(diào)車、各類檢修的占比，以及機(jī)車折返情況和機(jī)車全周轉(zhuǎn)時(shí)間等。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 ETL技術(shù)

ETL技術(shù)用來將數(shù)據(jù)從來源端經(jīng)過抽取、轉(zhuǎn)換、加載至目的端。機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)中，采用ETL技術(shù)將各類機(jī)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)經(jīng)過處理、加載至本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中，將原來分散、零亂、格式不統(tǒng)一的數(shù)據(jù)融合、集中為目標(biāo)用戶明確且隨時(shí)可用的數(shù)據(jù)。

4.2 PDI技術(shù)

PDI是一款開源的ETL工具，可采用拖拽組件、連線和配置的方式構(gòu)建數(shù)據(jù)管道，完成對(duì)多源數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)、過濾、格式轉(zhuǎn)換、計(jì)算和統(tǒng)計(jì)等，輸出到不同的數(shù)據(jù)目標(biāo)，PDI為機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)源多且分散、格式不統(tǒng)一提供了良好的解決方案。

4.3 Layui框架

機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用了Layui框架。Layui是一款采用自身模塊規(guī)范編寫的前端用戶界面（UI，User Interface）框架，遵循原生 HTML/CSS的書寫和組織形式，提供統(tǒng)一簡(jiǎn)潔的界面，具有靈活的權(quán)限分配和角色管理功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)針對(duì)調(diào)度信息化需求而開發(fā)，該系統(tǒng)將原本分散在各類機(jī)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)中的機(jī)車數(shù)據(jù)匯聚融合；同時(shí)，挖掘不同機(jī)務(wù)系統(tǒng)間機(jī)車數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，通過對(duì)不同人員的權(quán)限控制，實(shí)現(xiàn)調(diào)度指揮人員、分析人員等可以在集中界面中對(duì)各自關(guān)注的機(jī)車關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)進(jìn)行高效查詢。

目前，機(jī)車綜合應(yīng)用系統(tǒng)已在西安局集團(tuán)公司機(jī)車調(diào)度崗位應(yīng)用，有效提升了調(diào)度指揮效率。隨著系統(tǒng)的使用，將根據(jù)需要更深入地挖掘各類機(jī)務(wù)相關(guān)系統(tǒng)間的邏輯關(guān)聯(lián)性，依托數(shù)據(jù)的積累，在智能化、超前預(yù)警等方面做更多的研究。