鐵路客運(yùn)設(shè)備管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

邵麗麗，司仙偉，谷 赟

（中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司 信息技術(shù)所，濟(jì)南 250001）

高速鐵路客運(yùn)站的逐年增加，投入使用的客運(yùn)設(shè)備隨之大幅增長(zhǎng)，對(duì)客運(yùn)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量的要求也在不斷提高。鐵路信息化總體規(guī)劃中提出要深化鐵路客運(yùn)設(shè)備的管理、應(yīng)用功能[1]；文獻(xiàn)[2]分析了客運(yùn)站設(shè)備管理現(xiàn)狀，結(jié)合新形勢(shì)對(duì)設(shè)備管理的新要求，探索客運(yùn)站設(shè)備管理的優(yōu)化辦法；文獻(xiàn)[3]介紹從設(shè)備購(gòu)買渠道、建立管理臺(tái)賬等方面完善設(shè)備管理模式；文獻(xiàn)[4-5]介紹設(shè)備臺(tái)賬的管理方法；文獻(xiàn)[6]將大數(shù)據(jù)分析技術(shù)應(yīng)用到設(shè)備管理中；文獻(xiàn)[7]論述基于BIM鐵路工程管理平臺(tái)發(fā)展模式，為新時(shí)期鐵路工程建設(shè)信息化發(fā)展指明方向與途徑；文獻(xiàn)[8]深入研究BIM技術(shù)在高速鐵路客運(yùn)服務(wù)信息系統(tǒng)工程中的應(yīng)用。

上述研究各有側(cè)重，有對(duì)客運(yùn)設(shè)備管理的思考，有對(duì)新技術(shù)應(yīng)用的研究。本文基于上述研究，針對(duì)中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱：濟(jì)南局集團(tuán)公司）設(shè)備管理中存在的管理方式落后、水平低，以及設(shè)備數(shù)量掌握不準(zhǔn)確、狀態(tài)掌握不及時(shí)、超期服役不能自動(dòng)預(yù)警等問題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了鐵路客運(yùn)設(shè)備管理信息系統(tǒng)，內(nèi)容包括設(shè)備基礎(chǔ)臺(tái)賬管理、設(shè)備狀態(tài)全方位展示、巡檢保養(yǎng)管理和報(bào)修維修管理等，為設(shè)備管理人員提供決策支持。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 總體架構(gòu)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、可擴(kuò)展、高安全性原則，采用虛擬化、大數(shù)據(jù)、微服務(wù)等技術(shù)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

（1）網(wǎng)絡(luò)層

系統(tǒng)應(yīng)用部署在綜合信息網(wǎng)，設(shè)備相關(guān)各類數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在綜合信息網(wǎng)，通過安全接口從客票網(wǎng)、旅客服務(wù)網(wǎng)獲得部分外部數(shù)據(jù)，各類用戶通過綜合信息網(wǎng)或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行訪問。

（2）數(shù)據(jù)資源層

將設(shè)備的基本信息、故障信息、履歷信息等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以及設(shè)備的圖片、視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集中存儲(chǔ)，同時(shí)，存儲(chǔ)來自客票網(wǎng)和旅客服務(wù)網(wǎng)的設(shè)備狀態(tài)信息，為數(shù)據(jù)分析、決策支持提供數(shù)據(jù)來源。

（3）數(shù)據(jù)處理與分析層

多源數(shù)據(jù)采集模塊為不同網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交換提供標(biāo)準(zhǔn)接口；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊配置結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；數(shù)據(jù)分析模塊提供數(shù)據(jù)分析工具。

（4）應(yīng)用層

提供設(shè)備基本信息、設(shè)備維修、巡檢保養(yǎng)、故障信息、備品備件等的管理功能，為客運(yùn)設(shè)備建立完善的電子檔案，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的全生命周期管理，使設(shè)備信息可視、可查、可追溯，便于信息共享，同時(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量分析及輔助決策分析。

（5）訪問層

系統(tǒng)用戶包括鐵路局集團(tuán)公司級(jí)客運(yùn)部、車務(wù)段、客運(yùn)段，以及車站和維修保養(yǎng)（簡(jiǎn)稱：維保）等單位，各類用戶可通過2種方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問：①管理人員通過瀏覽器方式訪問，完成對(duì)設(shè)備的各種管理及統(tǒng)計(jì)分析工作；②維保單位用戶通過移動(dòng)App方式訪問，完成設(shè)備巡檢保養(yǎng)、維修及故障等信息的記錄。系統(tǒng)可以靈活配置不同用戶的功能權(quán)限及數(shù)據(jù)范圍。各類用戶均需進(jìn)行身份認(rèn)證后才可訪問系統(tǒng)。

1.2 技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)基于JavaEE架構(gòu)開發(fā)，應(yīng)用Bootstrap、Shiro、MyBatis、Thymeleaf等技術(shù)部署，采用Maven項(xiàng)目管理工具構(gòu)建，支持在線定時(shí)任務(wù)定義、集群部署、多數(shù)據(jù)源接入，實(shí)現(xiàn)靈活的權(quán)限配置。同時(shí)，采用組件式開發(fā)模式，提高界面組件的復(fù)用度，界面展示簡(jiǎn)潔、美觀。系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層提供系統(tǒng)部署資源，采用虛擬化資源池搭建服務(wù)器集群，配置相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及負(fù)載均衡設(shè)備。

（2）安全接口層

不同網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換，均通過安全接口層提供的安全接口完成。通過客票網(wǎng)安全接口及旅客服務(wù)網(wǎng)安全接口，接收中國(guó)鐵路客票發(fā)售和預(yù)訂系統(tǒng)及旅客服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)；通過鐵路局集團(tuán)公司內(nèi)/外網(wǎng)傳輸安全接口，實(shí)現(xiàn)與綜合信息網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互。

（3）數(shù)據(jù)處理與分析層

系統(tǒng)采用Oracle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)設(shè)備基本信息，以及故障、履歷、分析等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，采用Hadoop分布式文件系統(tǒng)（HDFS，Hadoop Distributed File System）存儲(chǔ)圖片、視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；采用Web Service交換協(xié)議，Json傳輸格式，實(shí)時(shí)接收客票網(wǎng)、旅客服務(wù)網(wǎng)上運(yùn)行的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)；基于Hadoop技術(shù)搭建數(shù)據(jù)分析模塊，通過Hive工具進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、轉(zhuǎn)化及加載，實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的處理與分析；利用MyBatis持久層框架，支持結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL，Structured Query Language），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)映射功能，使得數(shù)據(jù)處理更加靈活，提高系統(tǒng)的開發(fā)效率和可維護(hù)性。

（4）服務(wù)層

將各類邏輯處理需求抽象為數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)用戶認(rèn)證、權(quán)限分配、消息隊(duì)列、報(bào)表引擎、接口服務(wù)、定時(shí)任務(wù)等模塊化服務(wù)，通過調(diào)用相應(yīng)服務(wù)完成相應(yīng)處理；利用Shiro技術(shù)實(shí)現(xiàn)身份驗(yàn)證、授權(quán)、密碼和會(huì)話的管理。

（5）控制層

采用Spring MVC框架。當(dāng)用戶點(diǎn)擊前端頁面發(fā)送請(qǐng)求后，控制器根據(jù)配置的訪問路徑接受用戶請(qǐng)求，并注入合適的服務(wù)接口，調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯方法對(duì)模型進(jìn)行業(yè)務(wù)處理，完成后使用Json或頁面方式將結(jié)果返回控制器；控制器調(diào)用前端渲染邏輯對(duì)相應(yīng)的視圖進(jìn)行渲染，向用戶展示請(qǐng)求結(jié)果。該框架采用松耦合可插拔組件結(jié)構(gòu)，具有高可配置性、可擴(kuò)展性和靈活性。

（6）展示層

系統(tǒng)瀏覽器界面由基于JavaScript的Vue前端框架和Bootstrap框架開發(fā)，采用Thymeleaf引擎模板渲染頁面；采用Revit軟件構(gòu)建建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling），通過Echarts工具構(gòu)建可視化圖表，通過FineReport報(bào)表軟件完成報(bào)表功能的開發(fā)；采用 Html5、層疊樣式表3（CSS3，Cascading Style Sheets Level3）開發(fā)移動(dòng)App界面，界面友好，可操作性強(qiáng)。

2 系統(tǒng)功能

2.1 設(shè)備管理

（1）設(shè)備錄入管理：錄入濟(jì)南局集團(tuán)公司內(nèi)所有客運(yùn)設(shè)備信息，針對(duì)這些設(shè)備信息，從管理角度、關(guān)注的屬性等方面歸類，通過提取設(shè)備名稱、投產(chǎn)日期、品牌、型號(hào)、生產(chǎn)廠家、維保單位等公共屬性，以及特有的個(gè)性化屬性進(jìn)行基本信息的錄入，同時(shí)，錄入設(shè)備使用過程中的動(dòng)態(tài)信息，如巡檢保養(yǎng)、故障、維修等信息，提供二維碼掃描、手工錄入、批量入庫(kù)等多種錄入方式。

（2）設(shè)備查詢：根據(jù)用戶選擇的條件動(dòng)態(tài)過濾設(shè)備信息，查詢本級(jí)及下級(jí)單位設(shè)備。

（3）設(shè)備變更管理：進(jìn)行設(shè)備信息變更、閑置報(bào)廢等狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、導(dǎo)出、上傳等。

（4）設(shè)備合同管理：管理設(shè)備采購(gòu)合同及維保合同。

（5）特種設(shè)備相關(guān)人員資質(zhì)管理：提供特種設(shè)備（如電梯、消防）管理或維保人員特種資質(zhì)的上傳及查詢。

2.2 設(shè)備維修管理

實(shí)現(xiàn)設(shè)備計(jì)劃維修和日常維修的流程管理。

（1）計(jì)劃維修：設(shè)備管理人員根據(jù)設(shè)備運(yùn)行與維護(hù)（簡(jiǎn)稱：運(yùn)維）管理辦法，在系統(tǒng)內(nèi)生成設(shè)備維修計(jì)劃，推送給維保人員，維保人員完成設(shè)備的檢查維修后在系統(tǒng)內(nèi)填報(bào)維修計(jì)劃完成情況，并將現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)圖片及視頻等上傳入系統(tǒng)，設(shè)備管理人員對(duì)設(shè)備維修結(jié)果驗(yàn)收后在系統(tǒng)內(nèi)填寫驗(yàn)收意見。

（2）日常維修：設(shè)備管理人員或維保人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障后在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行維修申報(bào)。維保人員在系統(tǒng)內(nèi)完成維修接單并去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障處理，故障修復(fù)后在系統(tǒng)內(nèi)完成報(bào)單，報(bào)單時(shí)填寫維修情況，并將現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)圖片及視頻等上傳入系統(tǒng)；設(shè)備管理人員收到報(bào)單后驗(yàn)收故障修復(fù)結(jié)果，并在系統(tǒng)內(nèi)填寫驗(yàn)收意見。

2.3 巡檢保養(yǎng)管理

實(shí)現(xiàn)設(shè)備巡檢、保養(yǎng)的流程管理。設(shè)備管理人員根據(jù)設(shè)備運(yùn)行規(guī)律及巡檢、保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，在系統(tǒng)內(nèi)生成巡檢、保養(yǎng)計(jì)劃并提交上級(jí)管理部門審批；上級(jí)管理部門在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行審批后，設(shè)備巡檢、保養(yǎng)人員現(xiàn)場(chǎng)完成巡檢、保養(yǎng)工作，在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行巡檢、保養(yǎng)情況登記，并將現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)圖片及視頻等上傳入系統(tǒng)。在巡檢、保養(yǎng)過程中如果發(fā)現(xiàn)故障信息，巡檢保養(yǎng)人員可直接在系統(tǒng)內(nèi)填報(bào)故障信息，進(jìn)行維修申報(bào)，進(jìn)入設(shè)備日常維修管理流程。

2.4 故障信息管理

對(duì)設(shè)備故障信息的收集、統(tǒng)計(jì)及查詢。故障信息主要通過2種方式獲?。海?）通過外部數(shù)據(jù)接口提供；（2）巡檢保養(yǎng)人員在巡檢保養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)故障后手工錄入。支持對(duì)設(shè)備故障信息的查看和展示，并生成相關(guān)分析報(bào)表，對(duì)設(shè)備故障率、故障原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和查詢。

2.5 備品備件管理

對(duì)保證設(shè)備正常運(yùn)行必須儲(chǔ)備的設(shè)備、部件、配件（即備品備件）等的管理，包含對(duì)備品備件的出入庫(kù)管理和庫(kù)存管理。使設(shè)備管理或維保單位在處理設(shè)備故障或設(shè)備保養(yǎng)時(shí)能及時(shí)更換設(shè)備或部件，降低故障處置時(shí)間。

2.6 設(shè)備質(zhì)量分析

按照用戶和設(shè)備的屬性、特點(diǎn)、功能等，從不同維度對(duì)設(shè)備故障、廠商、成本等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和比對(duì)。分析結(jié)果以表格、折線圖、柱狀圖、餅狀圖等方式進(jìn)行展示。例如，通過FineReport報(bào)表展示故障設(shè)備的廠商分布情況；通過折線圖展示設(shè)備故障次數(shù)曲線；通過柱狀圖展示各單位設(shè)備保養(yǎng)情況及設(shè)備備件更換情況；通過餅圖展示設(shè)備狀態(tài)信息等。通過分析，使鐵路局集團(tuán)公司等部門分配運(yùn)維費(fèi)用時(shí)更加合理。

2.7 輔助決策分析

對(duì)在設(shè)備管理中積累的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，分析設(shè)備的基礎(chǔ)信息、使用壽命、故障原因、故障發(fā)生頻次、運(yùn)維保養(yǎng)周期、質(zhì)量等，建立設(shè)備故障樹，預(yù)測(cè)設(shè)備使用壽命，科學(xué)定制巡檢維修計(jì)劃；為設(shè)備質(zhì)量分析、設(shè)備廠商考核、備品備件采購(gòu)計(jì)劃等提供依據(jù)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 BIM的輕量化處理技術(shù)

系統(tǒng)運(yùn)用BIM技術(shù)、Revit軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要建筑、車站設(shè)備的三維展示，構(gòu)建與車站實(shí)景相對(duì)應(yīng)的虛擬環(huán)境，展示客運(yùn)車站設(shè)備基本屬性、維修巡檢保養(yǎng)情況，對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)注和提醒，實(shí)現(xiàn)客運(yùn)車站旅客進(jìn)站候車、檢票乘車、出站等流線的展示。系統(tǒng)開發(fā)初期，由于建筑工程項(xiàng)目交付的原BIM精細(xì)化程度高，占用空間大，加載速度慢。為此，在滿足信息無損、模型精度、使用功能等要求的前提下，對(duì)模型進(jìn)行了輕量化處理，對(duì)模型數(shù)據(jù)在幾何實(shí)體、承載信息、構(gòu)建邏輯等方面進(jìn)行了精簡(jiǎn)、轉(zhuǎn)化和縮減，極大地提高了響應(yīng)速度。設(shè)備模型采用單體化設(shè)計(jì)，方便場(chǎng)景的更新和替換，具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。BIM輕量化處理后的展示界面如圖3所示。

圖3 BIM輕量化處理后的展示界面

3.2 故障樹分析法的應(yīng)用

故障樹分析法是一種簡(jiǎn)單、有效的可靠性分析和故障診斷方法。以設(shè)備故障為分析目標(biāo)，將設(shè)備按其組成、結(jié)構(gòu)及功能關(guān)系，由上而下，逐層分析導(dǎo)致該設(shè)備故障發(fā)生的所有直接原因，并通過邏輯門將這些故障與相應(yīng)的原因事件連接起來，建立設(shè)備故障樹，從而形象地表達(dá)出設(shè)備的故障類型、故障分布的邏輯關(guān)系，并且，將故障和其對(duì)應(yīng)設(shè)備進(jìn)行分類，定性分析故障原因，找出導(dǎo)致故障的原因等。自動(dòng)售取票機(jī)故障樹如圖4所示。

圖4 自動(dòng)售取票機(jī)故障樹示意

3.3 ECharts可視化庫(kù)

ECharts是一款基于JavaScript的數(shù)據(jù)可視化圖表庫(kù)，底層依賴于輕量級(jí)的Canvas類庫(kù)ZRender，基于伯克利軟件發(fā)行版（BSD，Berkeley Software Distribution）開源協(xié)議。系統(tǒng)通過ECharts中地理數(shù)據(jù)可視化的地圖功能，標(biāo)注車站、車務(wù)段、客運(yùn)段等單位的地理位置，對(duì)重點(diǎn)設(shè)備的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果采用折線圖、柱狀圖、餅圖等進(jìn)行大屏展示，展示效果直觀、交互豐富，還可個(gè)性化定制圖表。

3.4 FineReport報(bào)表軟件

FineReport報(bào)表軟件由Java語言編程，是集數(shù)據(jù)展示和數(shù)據(jù)錄入功能于一體的企業(yè)級(jí)報(bào)表工具，具有簡(jiǎn)潔、靈活的特點(diǎn)。系統(tǒng)使用FineReport報(bào)表軟件，支持多源數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源可以是對(duì)象集合、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢結(jié)果集等，圖形支持豐富，產(chǎn)生的報(bào)表支持多種輸出格式，根據(jù)需求可靈活選擇輸出格式，并可將輸出結(jié)果直接輸出到打印機(jī)。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

目前，鐵路客運(yùn)設(shè)備管理信息系統(tǒng)已經(jīng)研發(fā)完成，已將濟(jì)南局集團(tuán)公司的客運(yùn)設(shè)備全部納入管理，客運(yùn)部、車務(wù)段、客運(yùn)段及客運(yùn)車站的日常設(shè)備管理工作均可通過本系統(tǒng)進(jìn)行。管理人員通過該系統(tǒng)可直觀、快速地掌握本單位設(shè)備的數(shù)量、種類、位置分布、運(yùn)行狀態(tài)及故障信息、備品備件狀態(tài)；維保人員通過系統(tǒng)方便快捷進(jìn)行故障申報(bào)、接單、報(bào)單，提高了工作效率。同時(shí)，系統(tǒng)通過對(duì)大量數(shù)據(jù)的綜合分析，建立了設(shè)備故障樹，可為設(shè)備的監(jiān)測(cè)與維護(hù)提供建議，為設(shè)備的更新與采購(gòu)提供決策支持。

5 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)了鐵路客運(yùn)設(shè)備管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)在濟(jì)南局集團(tuán)公司取得了良好的應(yīng)用效果。下一步，將基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，擴(kuò)展系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集方式，研究標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，接收車站樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS，Building Automation System）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，打造綜合自動(dòng)化監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備集中化、智能化管理。