鐵路工務智能移動終端系統的設計與實現

陳東生，徐貴紅，陶　凱，楊濤存(中國鐵道科學研究院基礎設施檢測研究所，北京　100081)

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鐵路工務智能移動終端系統的設計與實現

陳東生，徐貴紅，陶凱，楊濤存
(中國鐵道科學研究院基礎設施檢測研究所，北京100081)

摘要:采用移動互聯網和云計算技術，基于Android平臺研發了鐵路工務智能移動終端系統(Track Pad)。該系統支持在作業現場下載查看設備臺賬、歷史檢測數據和規章制度，輔助記錄和集成管理現場檢測數據，同時為移動辦公提供平臺。其以標準化檢修業務場景驅動，將多個獨立功能的移動應用組合成一套完整的輔助作業應用。經工務段試用表明，該系統提高了檢修作業效率和管理技術水平，取得了顯著的技術經濟和社會效益。

關鍵詞:鐵路工務智能移動終端信息化移動互聯網云計算

高速鐵路線路設備現場檢查和維修積累了海量信息，尤其是各類人工或小型便攜設備的現場靜態檢查數據，以及維修計劃、整治方案、質量驗收數據等。這些信息多以紙質資料、Excel或Word文件等離散形式保存，無法做到方便地查詢檢索與統計分析。此外，現場作業需要設備臺賬和歷史檢查數據支持，當前作業人員一般攜帶預先準備好的紙質資料，這些紙質資料攜帶不便，且不便于在夜間天窗時使用。

隨著移動通信技術和移動終端設備的快速發展，移動終端應用在油氣管道、輸電線路檢修、倉儲物流管理等行業已有成功應用。鐵路行業也在積極探索如何結合實際業務，利用移動應用改變作業習慣、優化作業模式、減少重復工作、提升工作效率，如客運部門研發的移動訂票應用“鐵路12306”，在實際工作中取得了良好的效果;但是在線路設備檢修領域，尤其是現場檢修數據管理等信息化支持方面未見成熟應用案例。

為提高高速鐵路線路設備現場檢修作業效率和技術水平，以標準化檢修業務場景驅動，利用最新的移動應用開發模式，基于Android平臺研發了鐵路工務智能移動終端系統(Track Pad)，界面如圖1所示。系統契合了鐵路作業現場信息化支持需求，緊跟信息化時代的發展步伐。

圖1　鐵路工務智能移動終端系統界面

1　系統組成與架構

系統采用流行的分層結構設計，并結合了云計算服務模式的一般應用結構，由應用邏輯層和應用支撐層兩大部分組成，其中應用支撐層又分為技術支撐子層和平臺支撐子層，如圖2所示。分層結構設計利于分散關注、松散耦合、邏輯復用和標準定義。

1.1應用邏輯層

應用邏輯層是軟件系統的核心部分，是云計算SaaS應用的基礎層次和表現層次。應用邏輯層由一系列功能服務模塊組成，包含了系統全部業務性和管理性功能模塊，這些功能模塊組成了一個功能模塊庫，庫中的功能模塊可根據用戶需求靈活配置。換句話說，本層提供的就是全部應用服務和管理服務的功能引擎。

1.2應用支撐層

應用支撐層由兩部分組成，分別為技術支撐子層和平臺支撐子層，為系統的邏輯功能提供基礎軟硬件服務和技術支持，是云計算概念模式中PaaS應用的體現。技術支撐子層為軟件功能提供了必要的保障技術，實現了軟硬件平臺的協同工作和有效運轉;平臺支撐子層為系統提供了數據存儲、軟件運行、安全認證等基礎服務。

圖2　系統整體結構

2　系統功能

系統功能分為移動應用功能和云服務平臺功能兩部分。

2.1移動應用功能

移動應用功能面向業務需求設計，包括檢修作業輔助、查閱基礎信息、查看檢測數據和其他輔助功能，如圖3所示。

圖3　移動應用功能

檢修作業輔助模塊是數據采集的核心功能，使用該功能填寫靜態檢測數據并按照約定的格式存入數據庫。表格輸入時提供多種便于用戶快速輸入的設計，數據格式多樣，包括基本數字、字符串、照片、錄音等多媒體格式。同時記錄檢修作業時的GPS軌跡，用于電子地圖實時監控;也可以記錄作業視頻，用于作業存檔和安全監控。

查閱基礎信息模塊可以查閱設備綜合圖、配線圖、工務設備臺賬、常用的技術規章等內容。

查看檢測數據功能可以讓用戶隨時查看對應位置的軌道幾何檢測和外觀巡檢數據(見圖4)，通過里程定位信息，從服務器實時獲取相應的軌道幾何波形或外觀巡檢照片，并在移動終端顯示。其中軌道幾何檢測波形支持里程定位、幅值測量和任意200 m區段TQI指數計算。

圖4　檢測數據查看

另外，移動應用還提供人員、機具管理，GPS定位信息采集(見圖5)和地圖顯示等功能。

圖5　線路檢查GPS定位信息

2.2云服務平臺功能

云服務平臺提供數據定義服務、用戶管理服務、文件存儲服務、地理信息查詢服務、消息推送服務等適用于典型移動應用場景的通用服務，如圖6所示。這些數據是前端業務功能的支撐，由專業人員統一維護并定期更新。

圖6　云服務平臺功能

例如，工務段在管理技術規章類文檔時，往往需要頻繁更新并發布，使用云平臺只需在更新時由管理員在云端上傳新版本的數據，所有客戶端(移動終端)便可以自動更新為新版本。使用云服務平臺同步文件如圖7所示。

圖7　使用云服務平臺同步文件

3　全流程輔助作業

以標準化檢修業務場景驅動，將多個獨立功能的移動應用組合成一套完整的輔助作業應用。全流程輔助作業功能如圖8所示。如通過現場檢修作業輔助應用，用戶在進入作業門前從服務器獲取作業計劃及派工單數據，形成作業任務、人員和機具列表，并采用掃描二維碼或拍照等方式清點人員和機具;上線開始檢查作業時，根據任務列表彈出對應的設備狀態檢查記錄表，支持隨時切換到設備臺賬、歷史檢測數據、作業指導書等支持模式，并不斷記錄作業人員移動的GPS軌跡;作業完成離開作業地段前，再次清點核對作業人員和機具，確保作業人員攜帶全部機具下線;下線離開作業門后，自動評估作業完成情況(工作量百分比);針對作業關鍵時間點和檢查項給出提示，如天窗結束前30 min有自動提醒。

圖8　全流程輔助作業功能

現場作業完成回到駐地辦公室后，對應作業計劃自動上傳檢修數據、作業軌跡、人員機具、完成情況等信息。云端服務平臺自動完成數據入庫，自動生成檢修簡報。

4　關鍵技術

4.1 Android平臺

Android系統是基于Linux內核、面向移動終端設備的開源操作系統，其架構主要分為4個層次，應用程序都是基于應用框架層所提供的基本框架和API進行開發。

Android在技術上具有以下優勢:全開放智能手機平臺;多硬件平臺的支持;使用眾多的標準化技術;核心技術完整、統一;完善的SDK和文檔;完善的輔助開發工具。隨著移動終端硬件的發展，基于Android系統開發工業應用已經具備了應用的基礎。

4.2插座式功能擴展

對軟件模塊的管理，本系統采用了“萬能插座”式設計，充分利用了Android平臺提供的包管理(Package Manager)架構，即軟件模塊在遵守一定的開發規范和統一API接口的情況下，實現了集中化管理，可以根據用戶需求，靈活地添加或者刪除模塊，即可插拔插座;而所有已添加功能，均可從管理軟件入口處啟動，方便了用戶的使用。

4.3授權驗證流程

出于安全性考慮，需要設計實現系統身份驗證的機制。首先，用戶發送帶有設備唯一標識IMEI的請求到服務器端，獲得系統管理員批準后，該設備成為授權設備。根據用戶需求和采購情況，系統管理員設定該用戶的授權時間或授權使用次數。管理員完成授權工作后，用戶可以在客戶端自主注冊成為授權用戶。系統授權驗證流程如圖9所示。

圖9　系統授權驗證流程

程序進入時，經過判斷是否是授權設備、是否在授權時間(次數)內和是否是授權用戶3道驗證程序，全部通過才能進入，否則回到驗證前狀態。

4.4服務器通信與上傳

Android平臺的移動端數據上傳模塊核心功能原理如圖10所示。使用APIUtil負責網絡通信層的服務器與客戶端連接，其中APIUtil中的核心功能源自HttpClient類，采用標準HTTP協議、POST或者GET請求，獲取或者上傳數據;而數據通過JSON格式進行包裝，由APIUtil將JSON格式的數據與自定義模型對象互相轉化;模型對象、Android組件與控制器則構成了經典的MVC模式，由控制器進行統一調度，SQLite作為Android端嵌入式數據庫，對模型中的用戶相關數據進行持久化保存。

圖10　數據上傳模塊核心功能原理

5　結論

鐵路工務智能移動終端系統(Track Pad)將移動互聯網和云計算技術應用于作業現場信息化支持，能夠在作業現場下載查看設備臺賬、歷史檢測數據和規章制度，輔助記錄和集成管理現場檢測數據，同時為移動辦公提供平臺。以標準化檢修業務場景驅動，將多個獨立功能的移動應用組合成一套完整的輔助作業應用。

系統功能經過不斷迭代日趨完善，服務運行穩定，可靠性、容錯性好。在工務段部署試用期間，提高了檢修作業效率和管理技術水平，取得了顯著的技術經濟和社會效益，契合了建設綠色、職能和人文鐵路的發展潮流。

參考文獻

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(責任審編周彥彥)

Design and Realization of the Intelligent Mobile Terminal System of Railway Maintenance

CHEN Dongsheng，XU Guihong，TAO Kai，YANG Taocun

(Infrastructure Inspection Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Abstract:Based on the Android platform，the intelligent mobile terminal system(T rack Pad)of railway maintenance was developed with technologies of mobile internet and cloud computing.T he system was designed for downloading and checking data including equipment accounts，historical test data and regulations during on-site operations，and providing a mobile office platform.It was driven by standardized maintenance procedure，and combined multiple independent functions into a complete set of auxiliary operation application.Railway maintenance results show that the system improves the maintenance operations efficiency and management technology，which could achieve remarkable technological economy and social benefits.

Key words:Railway maintenance;Intelligent mobile terminal;Information;M obile internet;Cloud computing

作者簡介:陳東生(1966—)，男，副研究員，碩士。

基金項目:中國鐵路總公司科技研究開發計劃(2014G009-D);國家國際科技合作專項(2015DFA81780);中國鐵道科學研究院基金(2014YJ050)

收稿日期:2015-10-18;修回日期:2016-01-05

文章編號:1003-1995(2016)03-0118-04

中圖分類號:U216;TN929.53

文獻標識碼:B

DOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2016.03.29