鐵路線路設備人工檢查管理系統的設計與實現

楊雅琴，李 曄，徐 鵬

（1.北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044；2. 中國鐵路南昌局集團有限公司 南昌工務段，南昌 330000）

線路設備的檢查結果是評價軌道狀態的重要依據，為后續維修作業提供基礎數據。目前，鐵路工務部門在進行線路檢查時，遵循“動態檢查為主，動、靜態檢查相結合”的基本原則，其中，動態檢查以軌（或動）檢車、探傷車檢查結果為主要依據，輔以車載式線路檢查儀和添乘檢查；靜態檢查以軌檢儀為主，輔以人工檢查[1-2]。近幾年，鐵路工務的信息化水平逐漸提高，已有較為成熟的系統對軌（或動）檢車、探傷車等檢測設備的數據進行處理和展現[3-5]。由于人工檢查的原始數據僅記錄在紙質檢查簿中，對其中發現的問題，基本靠人工盯控，所以需要更有效的方式對人工檢查進行智能化管理。基于此，中國鐵路南昌局集團有限公司南昌工務段和北京交通大學合作研發“鐵路線路設備人工檢查管理系統”（簡稱：系統）。

本系統借助信息技術手段，以現場實際業務為基礎，規范優化人工檢查數據采集方式，在此基礎上，以問題為核心，以安全為導向，通過判斷設備存在病害，自動完成病害閉環管理和設備質量評定等重復性工作，為不斷優化人工檢查業務、提升鐵路工務管理水平提供必需的工具支撐。

1 系統設計

通過調研鐵路線路設備人工檢查業務現狀，深入分析工務段各級用戶需求，并結合當前鐵路工務計算機水平發展現狀，提出系統設計，具體有系統框架設計、功能設計、數據庫設計、用戶管理設計。

1.1 系統架構設計

通過需求分析可知：系統需要處理的現場檢修數據較大；業務層某些功能的實現需要在數據庫端操作數據；用戶要求系統操作界面友好、及時響應請求。綜合考量以上需求，采用ODAC+MVC+Jquery的組合完成系統框架設計[6]，如圖1所示。

圖1 基于MVC的系統架構

1.2 系統功能設計

根據人工檢查中出現的諸多問題和實際需求，結合檢養修分開的新模式，系統下設4大功能模塊：病害閉環管理、檢查記錄數據管理、設備質量評定和系統維護，如圖2所示。

圖2 系統功能模塊設計

1.3 數據庫設計

系統的業務流程，如圖3所示，明確了數據在系統各個功能模塊之間的邏輯流向和變換，從而對數據庫進行概念模型設計和物理模型設計。在此基礎上，參照Oracle數據庫設計規范[7]，結合存儲數據類型和數量級別，對數據庫的物理模型進行設計，如圖4所示。

圖3 系統業務流程圖

圖4 數據庫的物理模型

在本系統的數據庫中，數據表主要分為4大部分：

（1）線路、股道和道岔檢查數據存儲（檢查日志表、幾何尺寸表、結構病害表等）；

（2）病害處理與存儲（部位字典表、病害判定表、扣分表、二級病害清單等）；

（3）基礎設備臺賬（股道字典表、道岔字典表、車站字典表、線路字典表等）；

（4）工務段組織結構（單位編號表、組織結構表、管界信息表等）。

各表之間相互獨立，關聯關系相對固定，故系統的數據庫采用以人工檢查日志表為基表，其余表為維表，通過外鍵關聯的星形架構。

1.4 用戶管理設計

為保障系統和數據安全，系統登錄采用用戶名密碼的認證方式，用戶名由系統后臺管理者進行分配，并根據用戶的級別和業務對其授權。

系統設置了三級用戶：工務段、車間、工區，具體包括工務段、車間、檢查工區、維修工區、養護工區[8]。考慮到數據在上下級管理單位的共享性和同級單位的獨立性，系統根據工務段組織結構和各個單位的管界信息對用戶的權限進行設置。某個單位登錄系統之后，只能看到該單位下設單位的作業情況和本單位管界內的設備狀態。保證數據獨立的同時，也保證了系統功能對于各級用戶的完整性。

2 關鍵技術研究

2.1 設備檢查數據采集

現場檢查人員仍使用紙質版檢查記錄簿記錄檢查情況，這種方式存在諸多問題：病害描述粗糙；檢查項目缺失；數據難以留存等。這些問題導致檢查記錄無法有效指導后續病害銷號工作，不便于對數據進行統計分析。長期以往，影響設備質量評定的結果，對設備狀態變化的監測不利。

為優化人工檢查數據采集方式，便于后續病害識別等工作的進行，依據《鐵路線路修理規則》（簡稱：《修規》）和設備的構造，并綜合考慮現場工作人員記錄習慣，設計出電子版檢查記錄簿（Excel文件）。工作人員將檢測數據填入電子表格中，通過瀏覽器將其上傳，系統后臺將會自動讀取并進行數據處理。

在原有紙質版檢查記錄簿的基礎上，電子版對設備檢查項目進行梳理完善，增加了病害定位。病害定位的基本思路是將設備結構與檢查項目相結合，對于幾何尺寸，通過線名、行別、里程、鋼軌編號和鋼軌部位（接頭、小腰、中間、大腰）進行定位，對應表格設計,如圖5示；對于結構病害，通過線名、行別、里程和鋼軌編號，軌枕編號、左/右、內/外，孔數進行定位。對應表格設計,如圖6所示。

圖6 結構病害定位信息設置

通過細致的定位，對病害有更清晰準確的描述，為現場銷號作業和數據處理分析提供了良好的數據基礎。

2.2 檢查數據處理

利用計算機處理檢查數據，代替人工完成病害判定、閉環管理和設備質量評定等重復性工作，能夠有效提高人工檢查的工作效率和準確度，從而優化人工檢查業務。數據處理主要包括3方面：病害判定、唯一性識別和設備質量評定。具體處理流程,如圖7所示。

（1）病害判定：檢測數據上傳到系統之后，后臺自動進行。病害判定以《修規》為基礎，結合現場作業實際情況，將病害判定標準進行數字化處理，以此為依據對病害進行判定。

（2）唯一性識別：在傳統的人工檢查中，存在同一處病害因未被及時銷號，反復多次記錄的情況。為解決這一問題，本系統根據病害的定位信息與已有未銷號的病害進行匹配，對病害進行唯一性識別。

（3）設備質量評定：依據《修規》中設備質量評定標準，建立扣分表，由病害類別、等級對應得到扣分值。

3 系統功能實現

基于以上系統設計和數據庫設計，作者以Visual Studio 2013為開發平臺，并借助Oracle 12C數據庫，完成開發基于B/S架構的“鐵路線路設備人工檢查管理系統”，本節將對系統的每個功能模塊進行展示說明。

圖7 檢查數據處理流程

3.1 閉環管理

閉環管理模塊基于檢查數據處理結果，分析病害存在及銷號情況，在此基礎上，從病害類別、存在時間、設備、單位等多角度、多層面進行統計分析，為用戶提供病害的詳細信息，為后續作業提供參考數據，同時反映出維修作業質量。該模塊頁面有：病害清單、病害銷號、銷號統計。

3.2 數據管理

數據管理模塊根據用戶上傳檢查記錄的日志信息，對設備檢查的頻次、周期和覆蓋的完整性進行統計分析。用戶可通過該模塊獲取下設單位對維修計劃的完成情況，具體有每一次檢修的設備數量、完成時間等。該模塊頁面有：近一次檢查完成情況、線路檢查完成情況、道岔和股道檢查完成情況。

3.3 設備質量評定

設備質量評定模塊以依據《修規》計算出的病害扣分值為基礎，以設備為單位進行統計分析，反映病害扣分的高發區，幫助用戶及時掌握設備狀態，為后續作業的安排提供參考依據。該模塊頁面有：線路質量評定、道岔和股道質量評定、質量統計。

3.4 系統維護

系統維護模塊為用戶提供檢查數據上傳接口、用戶權限管理和系統個性化設置。個性化設置具體有病害與銷號評定標準、設備質量評定標準、固定檢查次數設置、增加臨時周期。

4 結束語

本文從系統設計、關鍵技術和功能實現3個方面進行探討。對于系統設計，詳細闡述了系統架構、系統功能、數據庫設計、用戶管理設計；關鍵技術的研究包含了設備檢查數據采集和數據處理；對于系統功能實現，詳細介紹了系統下每個模塊的主要功能，并展示了部分界面。

本系統優化了人工檢查數據采集方式，實現數據智能化處理，有效提高了工作效率和人工檢查業務水平。