智慧地鐵定位設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

付雨欣，朱帥，鄧平科

（1.全圖通位置網(wǎng)絡(luò)有限公司，北京 100176；2.杭州卓軟科技有限公司，浙江 杭州 310051；3.中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院，北京 100053）

0 引言

地鐵北斗定位系統(tǒng)作為智慧地鐵的基礎(chǔ)設(shè)施，為智慧地鐵提供高精度的時(shí)間和空間信息。首都機(jī)場(chǎng)線(xiàn)地鐵北斗定位系統(tǒng)對(duì)首都機(jī)場(chǎng)線(xiàn)全部站點(diǎn)的“人、物、料”進(jìn)行智能化管理。通過(guò)建設(shè)連續(xù)運(yùn)行的參考基準(zhǔn)站，并在線(xiàn)路車(chē)站、區(qū)間和車(chē)輛段沿線(xiàn)部署定位基站，可以對(duì)用戶(hù)提供實(shí)時(shí)、快速的高精度定位服務(wù)，提供人員、設(shè)備和物資的準(zhǔn)確位置信息。但是，在機(jī)場(chǎng)線(xiàn)部署的定位基站及標(biāo)簽達(dá)百余個(gè)，僅靠人工進(jìn)行設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、維修任務(wù)分配，復(fù)雜程度和時(shí)間成本較高，嚴(yán)重影響定位設(shè)備使用。因此，高效、便捷地進(jìn)行設(shè)備管理十分必要。

設(shè)計(jì)智慧地鐵定位設(shè)備管理系統(tǒng)，應(yīng)用該系統(tǒng)做好地鐵設(shè)備管理規(guī)劃；對(duì)處于報(bào)警狀態(tài)的設(shè)備，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送給當(dāng)日巡檢人員，巡檢人員有計(jì)劃、有目的地完成巡檢要求，由管理者通過(guò)巡檢人員跟蹤記錄的信息，下派任務(wù)給維修人員，并指定設(shè)備的優(yōu)先級(jí)和截止時(shí)間等要求；維修人員在截止時(shí)間前完成任務(wù)，花費(fèi)工時(shí)、延期時(shí)間等數(shù)據(jù)均被系統(tǒng)記錄；系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備的報(bào)警狀態(tài)、維修信息，對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能整理，生成維修人員解決方案記錄以供參考，歷史數(shù)據(jù)的保存也極大地方便了工作中的一些需求。智慧地鐵定位設(shè)備管理系統(tǒng)使用B/S架構(gòu)，降低了系統(tǒng)門(mén)檻，方便簡(jiǎn)易，加上系統(tǒng)合理、簡(jiǎn)潔的流程規(guī)劃，盡可能降低時(shí)間損耗，做到性能良好且交互友好，以?xún)?yōu)化事務(wù)處理效率、方便管理。

為了使鐵路科技創(chuàng)新基礎(chǔ)不斷夯實(shí)、科技管理體制機(jī)制進(jìn)一步健全［1］，對(duì)定位設(shè)備管理的系統(tǒng)和模式進(jìn)行深入研究，分析可行性、挖掘應(yīng)用需求，進(jìn)而確定系統(tǒng)功能模塊和角色定位。設(shè)計(jì)規(guī)劃整體結(jié)構(gòu)，建立合理的處理流程與交互邏輯，站在客戶(hù)角度思考，立足于現(xiàn)實(shí)需求，力圖打造一個(gè)可靈活應(yīng)用于各種場(chǎng)景，用戶(hù)體驗(yàn)友好、舒適的管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

對(duì)于定位設(shè)備管理系統(tǒng)，首先應(yīng)滿(mǎn)足管理部門(mén)對(duì)設(shè)備的信息化管理需求，需要積極遵循系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中的實(shí)用性、可擴(kuò)展性和安全可靠性原則等；其次，系統(tǒng)應(yīng)具備日程規(guī)劃、員工管理模塊，便于管理者進(jìn)行設(shè)備任務(wù)分配；最后，系統(tǒng)應(yīng)具備管理整個(gè)部門(mén)的權(quán)限。

智慧地鐵定位設(shè)備管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括用戶(hù)設(shè)置、定位設(shè)備管理、統(tǒng)計(jì)查詢(xún)、員工管理、系統(tǒng)管理等功能（見(jiàn)圖1）。為滿(mǎn)足多場(chǎng)景需求，系統(tǒng)設(shè)置了員工、管理者、系統(tǒng)管理員3類(lèi)用戶(hù)：

圖1 系統(tǒng)組成

（1）用戶(hù)設(shè)置功能。面向管理者，主要實(shí)現(xiàn)賬號(hào)注冊(cè)，具備賬號(hào)信息的編輯與密碼修改功能。

（2）定位設(shè)備管理功能。面向管理者，主要包括新建設(shè)備、設(shè)備詳情、編輯設(shè)備、狀態(tài)設(shè)置、刪除設(shè)備6個(gè)部分。其中，設(shè)備詳情重點(diǎn)展示當(dāng)日巡檢、維修等工作的規(guī)劃信息，方便工作人員根據(jù)規(guī)劃開(kāi)始一天的工作；狀態(tài)設(shè)置功能提供工作的開(kāi)始、暫停、完成和取消操作。

（3）統(tǒng)計(jì)查詢(xún)功能。面向管理者、員工，主要包括歷史日志、設(shè)備巡檢日常統(tǒng)計(jì)、圖表展示功能；包括對(duì)天、周、月、年的數(shù)量、均值、百分比統(tǒng)計(jì)計(jì)算；并對(duì)主要數(shù)據(jù)進(jìn)行圖表展示。

（4）員工管理功能。面向管理者，主要包括信息展示、所屬設(shè)備查看、提出員工3項(xiàng)功能，以查看員工的基礎(chǔ)信息、當(dāng)前分配、重要數(shù)據(jù)，為管理者的決策掌控提供支持。

（5）系統(tǒng)管理功能。該功能為最高權(quán)限頁(yè)面，主要面向系統(tǒng)管理員，實(shí)現(xiàn)查看所有賬號(hào)信息，可刪除管理者或員工賬號(hào)，并具備設(shè)置賬號(hào)的權(quán)限，為員工設(shè)置領(lǐng)導(dǎo)。

1.2 系統(tǒng)模式

系統(tǒng)利用前后端分離的開(kāi)發(fā)方法，采用受眾廣泛的Java語(yǔ)言，能夠支持多平臺(tái)的交叉應(yīng)用［2］，利用MyBatis實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)庫(kù)訪(fǎng)問(wèn)需求；利用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各種數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀寫(xiě)操作。該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，借助超文本傳輸協(xié)議（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）和客戶(hù)端，實(shí)現(xiàn)對(duì)Web 服務(wù)器的訪(fǎng)問(wèn)，同時(shí)對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和體系架構(gòu)進(jìn)行連接［3］。利用前后端分離的開(kāi)發(fā)方法，前端使用node.js 開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)對(duì)Google V8引擎的封裝，運(yùn)行速度更快、性能更好，并采用非阻塞模式的IO處理，在低資源耗用情況下，帶來(lái)高性能與出眾負(fù)載能力；后端利用SpringBoot+ MyBatis 框架，加上Maven項(xiàng)目管理工具，優(yōu)化后端的開(kāi)發(fā)難度，輕松與前端對(duì)接，完成對(duì)Web服務(wù)器的訪(fǎng)問(wèn)工作，實(shí)現(xiàn)頁(yè)面展示。頁(yè)面通過(guò)ajax 調(diào)用后端api 接口，從而將頁(yè)面與數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)工作解耦，將編程工作的開(kāi)發(fā)協(xié)作優(yōu)化到極致。其中，B/S 架構(gòu)不僅簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)與維護(hù)的工作量，還具有應(yīng)用方便、便于維護(hù)、安全性更高的優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智慧地鐵定位設(shè)備管理系統(tǒng)主要通過(guò)設(shè)備管理時(shí)進(jìn)行任務(wù)分配的計(jì)劃與安排，以提高設(shè)備的處理效率。在此基礎(chǔ)上，提供歷史保存、歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、員工與管理者的協(xié)調(diào)辦公等功能，并盡可能地優(yōu)化使用體驗(yàn)。系統(tǒng)總體架構(gòu)包括今日日程、歷史日志、新建設(shè)備、統(tǒng)計(jì)圖表、賬號(hào)管理、員工管理、個(gè)人設(shè)置等7個(gè)模塊（見(jiàn)圖2）。企業(yè)可通過(guò)計(jì)算機(jī)接入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和任務(wù)分配。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到用戶(hù)無(wú)賬號(hào)的情況，設(shè)計(jì)注冊(cè)按鈕，采集注冊(cè)人的姓名、密碼、電話(huà)、郵箱、職位，方便設(shè)備有復(fù)雜問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，管理員根據(jù)信息進(jìn)行應(yīng)急聯(lián)系。另外，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)能滿(mǎn)足地鐵不同階段需求，用戶(hù)進(jìn)入系統(tǒng)后，系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)姓名和密碼自動(dòng)判斷用戶(hù)身份，并給予相應(yīng)權(quán)限［4］。

2.1 模塊設(shè)計(jì)

2.1.1 今日日程

今日日程模塊可查看當(dāng)日所有設(shè)備任務(wù)，從而向用戶(hù)清晰展示巡檢任務(wù)及需維修設(shè)備。該模塊主要包括任務(wù)類(lèi)型、任務(wù)狀態(tài)、已消耗時(shí)間、耗時(shí)占比、開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間、截止時(shí)間等，頁(yè)面展示的設(shè)備任務(wù)是基于算法實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于多個(gè)任務(wù)，系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)的截止時(shí)間、優(yōu)先級(jí)，實(shí)現(xiàn)排序算法。該模塊可查看設(shè)備巡檢、維修在過(guò)去、現(xiàn)在、未來(lái)的所有任務(wù)；可利用相對(duì)應(yīng)的篩選條件，選擇、展示地鐵的任務(wù)完成情況；可借助篩選技術(shù)匯總和統(tǒng)計(jì)所需的任務(wù)信息，完成所有設(shè)備數(shù)據(jù)匯總。另外，考慮到頁(yè)面數(shù)據(jù)量較大，當(dāng)需要展示的設(shè)備任務(wù)過(guò)多時(shí)，頁(yè)面會(huì)自動(dòng)分頁(yè)，可隨時(shí)輸入關(guān)鍵詞或設(shè)備編號(hào)進(jìn)行搜索。

2.1.2 歷史日志

歷史日志模塊主要包括日志刪除、設(shè)備詳情2項(xiàng)主功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)訪(fǎng)問(wèn)日志的統(tǒng)計(jì)。默認(rèn)以開(kāi)始時(shí)間排序，展示當(dāng)天完成任務(wù)，并為使用者提供日志訪(fǎng)問(wèn)查詢(xún)功能。該模塊實(shí)現(xiàn)了設(shè)備詳情、任務(wù)流程查看；通過(guò)傳遞參數(shù)方式，實(shí)現(xiàn)在新建任務(wù)上對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)及人員任務(wù)狀態(tài)進(jìn)行展示，并可展示設(shè)備任務(wù)從創(chuàng)建到刪除的所有歷史操作；可展示所分配設(shè)備管理任務(wù)的管理人員，實(shí)現(xiàn)雙向管理。歷史日志模塊狀態(tài)流程見(jiàn)圖3。

圖3 歷史日志模塊狀態(tài)流程

2.1.3 新建設(shè)備

新建設(shè)備模塊是設(shè)備管理中最重要的模塊，使管理者隨時(shí)掌控設(shè)備，進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)置和員工指派。該模塊包括基本信息、設(shè)備位置、作業(yè)人員、優(yōu)先級(jí)、設(shè)備已用時(shí)、設(shè)備狀態(tài)、備注等功能，可有效檢測(cè)設(shè)備使用情況。其中，基本信息功能可隨時(shí)查閱員工巡檢以及維修的設(shè)備；設(shè)備位置功能將根據(jù)定位設(shè)備感知的數(shù)據(jù)匯聚至系統(tǒng)，獲得當(dāng)前設(shè)備位置；作業(yè)人員功能可實(shí)現(xiàn)為設(shè)備制定固定作業(yè)人員功能，而作業(yè)人員在系統(tǒng)中收到任務(wù)，所有員工的設(shè)備管理任務(wù)均由直屬領(lǐng)導(dǎo)派發(fā)，避免了任務(wù)分配不均的情況；設(shè)備狀態(tài)功能主要根據(jù)設(shè)備向數(shù)據(jù)平臺(tái)發(fā)送的心跳包進(jìn)行變動(dòng)，通過(guò)部署在地鐵服務(wù)器的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的自動(dòng)更改；備注功能主要防止設(shè)備損壞嚴(yán)重，出現(xiàn)無(wú)法維修情況，進(jìn)行備注說(shuō)明可避免遺忘。新建設(shè)備模塊狀態(tài)流程見(jiàn)圖4。

圖4 新建設(shè)備模塊狀態(tài)流程

2.1.4 統(tǒng)計(jì)圖表

統(tǒng)計(jì)圖表模塊由統(tǒng)計(jì)、圖表2種功能構(gòu)成。統(tǒng)計(jì)功能包括數(shù)量、均值、百分比3種子功能。圖表功能包括歷史設(shè)備信息、任務(wù)狀態(tài)、任務(wù)時(shí)間3種子功能。統(tǒng)計(jì)功能主要統(tǒng)計(jì)今日與歷史巡檢、維修定位設(shè)備總數(shù)、個(gè)人數(shù)據(jù)、各項(xiàng)屬性之間對(duì)比結(jié)果等。其中，已暫停、已取消的設(shè)備數(shù)統(tǒng)計(jì)，可反映設(shè)備的不可修復(fù)性，需要管理員及時(shí)記錄。統(tǒng)計(jì)頁(yè)面可自由選擇時(shí)間段，通過(guò)調(diào)整時(shí)間選擇器，實(shí)現(xiàn)天、周、月、年的自由切換。圖表功能的歷史設(shè)備信息可展示計(jì)劃巡檢、維修數(shù)和對(duì)應(yīng)的實(shí)際完成數(shù)，刷新頁(yè)面是實(shí)現(xiàn)計(jì)劃任務(wù)重新計(jì)算和規(guī)劃功能，可直觀(guān)展示每日的工作效率。任務(wù)狀態(tài)功能包括進(jìn)行中、未開(kāi)始、已取消、已完成、已暫停5種，可用餅圖展示各狀態(tài)占比，觀(guān)察是否有異常比例，便于管理員分析處理。統(tǒng)計(jì)圖表模塊狀態(tài)流程見(jiàn)圖5。

圖5 統(tǒng)計(jì)圖表模塊狀態(tài)流程

2.1.5 賬號(hào)管理

賬號(hào)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理員對(duì)賬號(hào)信息、賬號(hào)權(quán)限、設(shè)置主負(fù)責(zé)人3項(xiàng)功能，并具備對(duì)管理員信息管理、賬號(hào)數(shù)據(jù)量匯集等功能。賬號(hào)管理模塊狀態(tài)流程見(jiàn)圖6。

圖6 賬號(hào)管理模塊狀態(tài)流程

2.1.6 員工管理

員工管理模塊可對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行管理，該模塊除了包含作業(yè)人員的基本信息，還提供人員的平均工時(shí)、工作效率、延期占比等數(shù)據(jù)，使管理人員進(jìn)一步觀(guān)察員工對(duì)設(shè)備管理的工作態(tài)度。員工管理模塊狀態(tài)流程見(jiàn)圖7。

圖7 員工管理模塊狀態(tài)流程

2.1.7 個(gè)人設(shè)置

個(gè)人設(shè)置模塊可修改個(gè)人信息或更新密碼，也可清除不是必選項(xiàng)的信息。其中，密碼修改功能為保障安全，需要重新輸入原密碼，并輸入新密碼。管理者和員工具有該模塊的所有權(quán)限。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)備管理系統(tǒng)的執(zhí)行效率和使用性有直接影響。MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)是一種關(guān)系型的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，通過(guò)簡(jiǎn)單明了的結(jié)構(gòu)化查詢(xún)語(yǔ)言（SQL）進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)劃和編輯。由于其進(jìn)程的輕量化，所以在內(nèi)存占用較少的情況下，MySQL 數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行相對(duì)方便快捷，具有相對(duì)突出的易用性、可移植性、安全性、開(kāi)放性和穩(wěn)定性［5］。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)主要由概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組成。邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)將實(shí)體模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，因?yàn)樵O(shè)備與操作歷史是一對(duì)多的關(guān)系模式，在操作歷史實(shí)體表中添加設(shè)備編號(hào)字段，通過(guò)設(shè)備表中的設(shè)備編號(hào)實(shí)現(xiàn)兩表關(guān)聯(lián)；而設(shè)備與員工是多對(duì)多的關(guān)系模式，需要通過(guò)建立中間表實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存兩表間的關(guān)系模式。

2.2.1 需求分析

登錄系統(tǒng)需要?jiǎng)?chuàng)建用戶(hù)，用戶(hù)信息包括賬號(hào)、姓名、權(quán)限、注冊(cè)時(shí)間等。用戶(hù)創(chuàng)建設(shè)備，設(shè)備信息包括設(shè)備名稱(chēng)、預(yù)計(jì)用時(shí)、已用時(shí)、設(shè)備位置、優(yōu)先級(jí)、當(dāng)前狀態(tài)等。在設(shè)備詳情中需要設(shè)備的操作歷史，主要包括所作操作、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間。當(dāng)用戶(hù)角色為員工時(shí)，需要有對(duì)應(yīng)管理者，系統(tǒng)管理員需要知道用戶(hù)的最后登錄時(shí)間。

2.2.2 概念結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)實(shí)體-關(guān)系圖（Entity-Relation圖，E-R 圖）模型將現(xiàn)實(shí)事物抽象為概念模型。ER 圖由實(shí)體、屬性、關(guān)系3 個(gè)基本要素組成。其中，實(shí)體指具有相同特征和性質(zhì)的對(duì)象的抽象，屬性指實(shí)體具有的某一特性，關(guān)系指實(shí)體內(nèi)部或?qū)嶓w之間的聯(lián)系，一般包括一對(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多3 種關(guān)系。以E-R 圖模型為描述設(shè)備管理系統(tǒng)的主要概念模型［5］，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的需求分析，得出數(shù)據(jù)庫(kù)全局E-R 圖（見(jiàn)圖8）。

圖8 數(shù)據(jù)庫(kù)全局E-R圖

2.2.3 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要將實(shí)體模型轉(zhuǎn)換為關(guān)系模式，設(shè)備與操作歷史是一對(duì)多的關(guān)系模式，在操作歷史實(shí)體表中添加設(shè)備編號(hào)字段，通過(guò)設(shè)備表中的設(shè)備編號(hào)將兩表關(guān)聯(lián)：

（1）設(shè)備（設(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱(chēng)、優(yōu)先級(jí)、狀態(tài)、已用時(shí)、開(kāi)始時(shí)間、截止時(shí)間、備注）；

（2）操作歷史（設(shè)備編號(hào)、歷史操作、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間）。

設(shè)備與員工是多對(duì)多的關(guān)系模式，建立中間表以?xún)?chǔ)存兩表間的關(guān)系模式：

（1）設(shè)備（設(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱(chēng)、優(yōu)先級(jí)、狀態(tài)、已用時(shí)、開(kāi)始時(shí)間、截止時(shí)間、備注）；

（2）員工（員工編號(hào)、賬號(hào)、姓名、權(quán)限、注冊(cè)時(shí)間、最后登錄時(shí)間、管理者）；

（3）項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)、設(shè)備編號(hào)、員工編號(hào)）。

3 結(jié)束語(yǔ)

在現(xiàn)代社會(huì)化的高速發(fā)展中，地鐵是人們生活的常用交通工具。隨著地鐵的重要性逐步提高，地鐵在調(diào)度、操作、施工管理、安全防患上的要求也隨之提高［6-8］。研究設(shè)計(jì)的智慧地鐵定位設(shè)備管理系統(tǒng)，可大幅提升地鐵運(yùn)營(yíng)管理質(zhì)量，從根本上增強(qiáng)地鐵實(shí)時(shí)調(diào)度能力，避免安全隱患［9-10］。在調(diào)度方面，充分利用信息化技術(shù)，針對(duì)整個(gè)地鐵的設(shè)備情況選擇最合適的調(diào)度方案，全面提升信息化操作的應(yīng)用范圍，盡可能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)與分析。對(duì)此，需積極打造定位設(shè)備管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)資源的有效整合與利用，全面提高智慧地鐵管理成效。