PIS設備管理系統設計與實現

汪曉臣，于 鑫，李 明，韋登榮，黃志威

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

PIS設備管理系統設計與實現

汪曉臣，于 鑫，李 明，韋登榮，黃志威

（中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081）

本文對PIS設備管理系統的功能需求進行分析，并對軟件功能、系統架構進行了設計。通過設備信息采集程序采用設備狀態數據，Web容器加工分析設備狀態數據，告警信息監聽器監聽告警并推送到Web管理終端和聲光報警器，實現了設備狀態參數的可靠采集和設備告警及時推送。

設備管理；綜合網管；軌道交通；地鐵； PIS

乘客信息系統[1]（PIS，Passenger Information System）是軌道交通的重要組成部分，它依托多媒體網絡技術，以計算機系統為核心，以車站和車載顯示終端為媒介向乘客提供信息服務。

PIS作為城市軌道交通運營的重要窗口，在地鐵運營中的作用越來越高，個別城市已將其管理級別上升為生產系統，因此，必須有可靠手段保證PIS設備運行正常。PIS設備管理平臺作為重要管理系統之一，受到運營管理人員的高度重視。本文結合國內某城市PIS工程實例，對PIS設備管理平臺軟件的功能、系統架構進行設計和實現。

1 系統設計

1.1 功能設計

根據PIS業務要求，系統需滿足降級模式下的運營。降級模式也稱為應急模式，當控制中心故障或網絡通信中斷以及系統檢測到非法入侵時，受到影響的車站子系統迅速自動轉入降級模式[2]。降級模式下，PIS設備管理系統能支持對設備的控制和運營緊急消息發送。在中心、車站兩級管理架構下，要實現對所管轄設備的管理，其核心是保持中心、車站數據的同步。因此，本系統需按照線路中心、車站兩級系統設計。

1.1.1 線路中心系統功能設計

設備管理系統的核心功能是實現對設備參數的實時采集，在監視界面上進行集中展示；同時，通過對采集的設備狀態參數進行計算，通過核心技術指標，判斷設備的工作狀態，并對設備的故障狀態進行及時告警，提醒運營人員維護相關設備。

設備管理平臺的業務管理功能包括：（1）設備監控：實現對中心、車站、車載各類設備的狀態參數監視，并能對設備的正常、告警狀態進行及時提醒；能對設備播出畫面進行截屏查看或實時播放畫面查看；對設備進行遠程控制，包括設備開機、關機、重啟，對設備音量調節、設備屏幕開關控制。（2）消息發送：實現對車站、車載終端設備的運營消息（緊急消息、滾動消息）發送。在統一管理界面上，實現對運營消息的發送、撤銷以及消息發送、撤銷狀態的監視。（3）設備配置管理：用戶信息管理，實現中心、車站用戶信息管理，用戶權限設置；實現對線路中心、車站各類設備信息的增加、修改、刪除；預定義消息處理，實現對緊急消息和滾動消息的編輯管理功能。實現系統運行參數設置，包括系統數據備份周期、設備開機時間、設備關機時間等各類參數設置。（4）日志管理：對用戶操作日志、消息發送日志、接口工作日志、設備告警日志等各類日志進行管理。

1.1.2 車站系統功能設計

車站系統為用戶提供本車站的設備信息管理和控制功能。在正常模式下，車站系統具有和中心系統完全相同的軟件功能，其區別在于所屬車站系統僅能訪問本車站的設備和信息。在降級模式下，中心與車站之間的網絡中斷或中心系統出現故障，在該種情況下，需要車站用戶對本站所管設備進行管理和控制。

正常模式下，車站系統通過訪問中心數據庫，實現線路和車站的數據一致性。降級模式下，通過訪問在正常模式下線路中心同步到車站的文件，實現降級模式下設備信息管理功能。降級模式恢復到正常模式，再由系統將降級模式下的操作日志等數據上傳到中心數據庫。降級模式下，用戶只能對設備進行開關機控制、狀態監視以及運營信息發送等功能。正常模式、降級模式功能對比如表1所示。

表1 正常模式、降級模式軟件功能對比

1.2 架構設計

為實現上述業務需求，本系統采用基于J2EE架構的B/S系統進行搭建。按其實現的業務功能，系統可分為設備信息采集層、數據訪問服務層、業務功能層、告警信息監聽層、數據層和業務訪問層。架構設計圖如圖1所示。

圖1 系統軟件架構框圖

（1）設備信息采集層：設備信息采集通過部署在車站服務器、接口服務器以及終端設備上的設備信息采集程序進行設備信息獲取。負責獲取設備狀態參數，包括CPU使用百分比、CPU溫度、內存占用百分比、內存溫度、硬盤剩余容量、硬盤溫度等設備信息以及設備心跳報活信息。（2）數據訪問服務層：系統中由于涉及到各類接口適配器程序對中心數據庫的訪問，為降低各程序之間的耦合，將各類數據訪問以服務的方式對外進行開放，Web容器統一實現與數據庫的交互，統一外部數據訪問接口。本系統中，數據訪問服務采用RESTFul（Representational State Transfer，簡稱REST）風格進行設計。數據訪問服務包括：狀態上報RESTFul服務，數據采集適配器程序采集完狀態數據后，調用該服務，將數據持久化到數據庫；緊急/滾動信息獲取RESTFul服務，PIS終端播放設備，調用該服務，獲取緊急/滾動信息，并在終端設備上進行顯示。（3）業務功能層：為本系統的核心業務功能模塊。包括設備監控、消息發送、系統配置和日志管理。（4）告警信息監聽層：告警信息監聽層通過對告警數據進行匯總、分析，統計出設備告警信息，并將告警信息通過告警信息監聽器對外發布。運營用戶可通過Web終端訪問獲取告警信息，也可通過聲光報警器獲取告警信息。（5）數據層：包括DB數據庫和數據文件，用于對系統數據進行持久化存儲。（6）業務訪問層：為系統的對外業務訪問入口。Web訪問：用戶可通過IE界面，獲取系統各類數據；聲光報警器：監聽設備告警信息，通過聲光方式向用戶進行告警提醒。

為實現線路中心、車站系統兩級軟件功能，同時保證中心、車站的數據一致性，有以下兩種解決方案：（1）中心、車站兩級數據庫模式：在中心、車站都安裝數據庫，通過設置中心、車站間數據庫的周期同步，保證中心數據庫、車站數據庫相關數據的同步。（2）中心數據庫、車站同步文件模式：僅在中心設置數據庫，當所屬車站有數據更新后，在中心通過用戶主動同步方式，將數據下發到各車站。各車站降級系統通過訪問在車站的文件數據，實現車站各項管理業務功能。車站系統在降級模式下運行的日志數據，周期上傳到中心數據庫。最終保證中心、車站相關數據的一致性。兩種數據同步模式對比如表2所示。

表2 兩種數據同步模式對比

綜上所述，兩種同步模式在數據檢索性能和同步可靠性上都能滿足系統設計要求，但中心數據庫、車站同步文件模式具有部署簡單、成本較低的優點。

2 核心業務實現

2.1 設備監控

（1）設備監視：由播放器終端數據采集程序實時采集播放終端設備狀態參數，包括設備名稱、設備磁盤信息、CPU信息、內存使用情況、終端設備播放畫面，采集這些數據后，通過RestFUL的PUT方式將數據存入線路中心DB數據庫；線路中心Web程序通過向用戶提供訪問界面，查詢各設備的狀態參數數據；同時，結合設備狀態參數的相關閥值，超過設定值后進行設備狀態預警。設備監視處理流程如圖2所示。

圖2 設備監視處理流程圖

（2）設備控制：用戶點擊設備控制按鈕，中心系統將用戶動作轉換成相應設備控制指令（包括：開機、關機、重啟、音量調節、設備畫面監看等），并通過網絡將動作指令以TCP/IP指令方式下發到終端播放器，終端播放器接收到相關指令后，執行動作指令，并向中心系統反饋指令執行結果。設備控制處理流程如圖3所示。

圖3 設備控制處理流程圖

2.2 消息發送

消息發送處理流程如圖4所示。

圖4 消息發送處理流程圖

（1）選擇發送目的地，可以復選某車站的區域、某列車、某車站的播放控制器。 （2）從預定義消息列表中，選擇要發送的信息，點擊列表中某信息，信息內容顯示為即將播放的信息。（3）如果選擇的是半預定義運營信息或全自定義運營信息，在運營信息內容區域，用戶點擊待編輯的內容，可以從彈出窗口中選擇信息或手工輸入信息內容， 點擊“預覽”按鈕，可以在預覽窗口中預覽運營信息的內容。 （4）設置信息的播放類型。 播放時段設置：在一個時間段內，信息連續播放（如果設置間隔秒數，則按間隔秒數停頓）；設置消息播放次數。（5）發送信息。發送運營信息有兩種方式： a.立即發送，將運營信息的發送狀態及內容，顯示在已發送運營信息區域。b.加入隊列，將運營信息內容顯示在待發送運營信息隊列區域。（6）已發送的信息，可以執行 “撤銷”、“重發”操作。點擊“撤銷”按鈕，撤銷未過期的并且沒有播出的運營信息。 點擊“重發”按鈕，將未過期并發送失敗的運營信息重新發送。 （7）消息調度程序對播放器終端發送消息進行調度，按照運營信息發送組合策略（滾動消息高級覆蓋低級、同級疊加，緊急消息高級覆蓋低級、同級發送最新消息）進行消息調度，消息調度完成后，發送播放器終端，由終端設備顯示輸出。

3 結束語

PIS作為城市軌道交通運營的重要系統之一，在地鐵運營中發揮著乘客信息引導服務的重要作用。本文分析了當前PIS設備管理的業務需求，設計了軟件功能，并對系統架構設計進行分析。為實現PIS降級模式下的業務功能要求，保證在中心、車站網絡故障情況下，車站系統對設備的有效控制和運營信息發送，系統采用中心部署數據庫、車站以同步文件方式訪問系統，以較低的成本和簡單的部署結構解決了中心－車站兩級系統間數據一致性的難點。

隨著物聯網技術的深入發展以及地鐵運營商對地鐵各弱電系統狀態監視及統一控制要求越來越高，未來一段時間內，需要借助電子、網絡、傳感等新技術對PIS各級設備的更多參數信息進行采集，并對設備的工作狀態進行智能監視和控制，為設備的穩定和可靠運行提供更多保障。

[1]吳闖龍.城市軌道交通乘客信息系統的發展[J].鐵路通信信號工程技術，2007，4（5）：46-48.

[2]曾 娜，許 昆，李 軍.軌道交通乘客信息系統的設計[J].總線與網絡，2011 (6)：12-15.

責任編輯 陳 蓉

PIS Equipment Management System

WANG Xiaochen, YU Xin, LI Ming, WEI Dengrong, HUANG Zhiwei
( Institute of Computing Technologies, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

This paper analyzed the function requirement of the PIS Equipment Management System, designed the software function and the architecture. Equipment information collection procedures were used to collect the status data of equipment. Web container was used to analyze the status data of equipment. Alarming information monitor was used to monitor and alarm as well as push to Web management terminal and voice & light annunicator. The System was implemented the reliable acquisition of equipment status parameters, alarm and push in time.

equipment management; integrated network management; Urban Transit; subway; Passenger Information System

U231.7∶TP39

A

1005-8451（2015）05-0057-04

2014-11-28

汪曉臣，助理研究員；于 鑫，副研究員。