基于云平臺的城市軌道交通檢測數據系統構建研究與應用

李倩

摘 要：首先，在研究城市軌道交通檢測信息化平臺需求和云平臺搭建技術的基礎上，將云平臺及相關技術引入城市軌道交通檢測行業。然后，從系統架構和系統功能設計 2 方面提出搭建城市軌道交通檢測數據管理云平臺的基本思路。最后，通過系統開發和功能驗證，為未來城市軌道交通檢測信息化平臺建設提供借鑒。

關鍵詞：城市軌道交通;檢測數據系統;云平臺;構建;研究與應用

中圖分類號：U121

當前，城市軌道交通檢測行業的檢測數據普遍采用人工管理模式，即依靠人工進行數據收集、統計、整理和分析，以文本或表格的形式存檔，存在工作量龐大，工作效率低等問題。同時，基于互聯網+云服務技術的快速發展，城市軌道交通行業向信息化、智能化方向發展已成為必然趨勢。

1 系統需求分析

通過文獻收集和對深圳市地鐵集團有限公司、廈門軌道交通集團有限公司的調研發現，不管是城市軌道交通第三方檢測公司，還是城市軌道交通運營單位，在實際檢測工作中都存在數據儲存困難、分析深度不夠、數據維護困難，以及數據利用率低等問題，因此急需建立城市軌道交通檢測數據管理信息化平臺。

具體需求主要體現在以下幾個方面。

（1）整合現有檢測數據資源。現階段，由于城市軌道交通檢測涉及運營管理、設施設備、供電系統、土建環境等方面，檢測內容繁多，人工整理統計檢測結果工作量大，檢測數據、分析資料及相關檔案難以長期規范保存;同時，現有城市軌道交通運營管理部門等的檢測維護資料一般保留在自己手中，無法保證與政府和第三方檢測機構等的檢測資料無縫銜接，因此，迫切需要通過信息化手段整合現有檢測數據資源，促進城市軌道交通檢測資料向電子化方向發展。

（2）提高檢測數據利用率。城市軌道交通檢測數據存在數據類型多樣、數據存儲困難、數據查閱統計復雜等一系列問題，導致運營單位對檢測數據的處理分析較少，數據利用率較低。因此，城市軌道交通運營單位急需依托互聯網和云計算等技術進行數據統計分析和數據共享，以提高數據利用率。

（3）降低企業運維成本。現如今，大多數企業都開始進行互聯網轉型升級，但是大部分企業仍舊保留著傳統的系統架構，即采用本地數據庫管理，系統架構繁雜，依賴大量的人力和財力保證設備穩定運行，維護成本高。而基于云平臺的系統架構雖然更新成本較高，但其具備相互連通、維護成本低、搭建流程簡單、易于迭代等特點，是未來發展的主要趨勢。據統計，2017年至今，數據庫市場的增長率已超過20%，而云服務數據庫占增長的80%左右，充分說明其具有的優勢。因此，急需引入云服務技術，降低企業運維成本。

2 云平臺系統架構研究

云平臺系統架構即搭建一個系統平臺的基本框架，展示各子系統之間的關聯性、交互機制和指導原則。基于云平臺的城市軌道交通檢測數據管理系統架構如圖1所示，系統劃分為基礎層、數據庫、數據層、業務層和用戶層。該系統利用容器云平臺將基礎設施及數據庫向云端遷移，實現系統應用的快速集成化部署;利用日志記錄功能記錄系統中硬件、軟件和系統問題信息;還設置了權限控制功能，針對不同類型的用戶可提供不同的系統功能，從而提高系統安全性。另外，該系統遵循標準系統所遵循的運行管理體系、標準規范體系和安全保障體系。

云平臺系統架構中，基礎層主要為系統功能實現所需要的系統軟件和硬件設備及其運行環境，涉及云服務器、IP地址資源、網絡設備以及一些安全設備等，是系統平臺架構的基礎;數據庫用于對檢測數據的儲存;數據層可實現對現有系統數據庫的資源整合利用，借助云端服務器，對數據模型進行定義，實現數據的采集、組織、存儲和管理;業務層通過設定固定的業務邏輯流程實現所需的系統功能，包含了系統需要的所有功能上的算法和計算過程，并可訪問數據層和與用戶層交互;用戶層又可稱為表現層，進行系統中各項功能的頁面展示，實現用戶與系統間的信息傳遞。

目前，云平臺按提供的資源模式差異分為基礎設施即服務模式 IaaS、平臺即服務模式PaaS和軟件即服務模式SaaS 3種類型。IaaS模式由外部公司提供基礎設施，用戶根據需求進行租用，但是應用軟件開發還需要自己完成。PaaS模式提供一套支持用戶獨立開發需求的支持軟件，用戶可在此基礎上直接應用。SaaS模式是直接提供給用戶的可以滿足其功能需求的軟件，通過移動網絡即可直接接入遠程服務器上的應用軟件。

3 城市軌道交通檢測數據管理系統方案設計

3.1 系統架構設計

根據云平臺系統構架，基于云平臺的城市軌道交通檢測數據管理系統選擇采用SaaS服務模式，利用云服務器提供數據管理、數據存儲和數據服務功能。同時，采用瀏覽器/服務器（B/S） 架構方式，應用程序以網頁的形式存放在Web服務器上，用戶只需將網址輸入到瀏覽器中進行搜索，即可打開相應的應用程序，避免系統的重復開發與部署，節約了軟硬件資源的投入，并且可以降低系統運維和升級的難度與成本。檢測數據管理系統云平臺架構如圖2所示。

3.2 系統功能設計

系統整體架構中的業務層即為滿足用戶實際需求而實現的業務系統功能，基于需求分析研究，確定系統功能主要包括基本功能、數據管理功能、數據智能分析功能和系統管理功能。系統功能架構設計如圖3所示。

3.2.1 基本功能

系統基本功能包括通知公告、檢測業務管理和報告報表。其中，通知公告是指發布檢測項目、檢測報告等相關通知公告，將重要信息第一時間告知用戶。檢測業務管理包括檢測項目信息管理、檢測類別管理、檢測標準管理、檢測樣品資料管理及檢測合作伙伴管理，主要是面向第三方檢測公司，為了方便其開展檢測業務和進行業務信息管理。報告報表是管理檢測項目報告，同時，可實現報告報表模板的定制，滿足客戶多樣化的檢測報告需求。

3.2.2 數據管理功能

數據管理功能包括檢測數據管理、檢測人員管理和檢測設備管理。對于檢測數據，可根據城市軌道交通的不同系統及其子系統進行檢測數據劃分，從而分類存儲;對于檢測人員管理，建立檢測人員資料庫，按照不同專業、職稱、項目經歷等信息進行存儲管理;對于檢測設備管理，包括設備基本信息管理和設備保養維護管理，主要是面向第三方檢測公司。

同時，在檢測數據采集方面，對于“在線式”數據，可調用城市軌道交通運營管理部門現有自動化系統監測數據，采用統一接口標準進行數據主動獲取，并具備隨時獲取、及時更新功能;對于“離線式”數據，進行數據錄入，將紙質數據轉變為電子數據，實現對存儲的檢測數據進行增、刪、改、查等管理操作，支持數據導入及導出功能，為檢測數據管理和分析提供基礎保障。在數據存儲方面，使用分布式文件系統存儲安全檢測數據及相關安全檢測資料，并實現快速全文檢索功能，體現了系統數據存儲的高可用性。

3.2.3 數據智能分析功能

城市軌道交通檢測數據智能分析包括車輛系統、信號通信系統、供電系統和機電系統4大設備系統檢測數據智能分析。分析內容包括設備故障率、檢測計劃執行率、設備維修完成率、設備可靠性、設備安全性、關鍵設備、設備運行狀態等方面，采用柱狀圖、餅狀圖和折線圖等形式進行結果的直觀顯示，使用戶客觀把握數據狀態;同時，基于基礎檢測數據，利用隨機森林、機器學習、決策樹等大數據算法，對檢測數據進行挖掘利用，如進行設備故障預測、設備效能評價等方面的分析研究。針對大批量數據采集、數據校核、安全監控、模型分析等計算任務，采用MapReduce并行計算框架可提高程序的執行效率。

3.2.4 系統管理功能

系統管理功能主要指用戶管理、角色管理、權限管理及日志管理等功能，用戶涉及第三方檢測公司、城市軌道交通運營企業和城市軌道交通管理用戶3種。因此，基于云平臺的城市軌道交通檢測信息化系統涉及了第三方檢測機構、城市軌道交通運營企業、城市軌道交通管理用戶3級權限控制體系。根據每個系統用戶管理其所擁有的系統功能權限，每項系統功能可以授權給多名系統用戶。系統角色根據檢測業務進行劃分，包括系統管理員、實驗室檢測員、報告審核人、委托單審核人等多種，并支持系統角色的自定義;另外，可以采用Apache Shiro框架實現系統可配置化權限控制，并以系統日志的形式記錄用戶操作過程，實現對系統事件的監視及事后追蹤。

同時，為滿足城市軌道交通檢測工作的需要，城市軌道交通檢測數據管理及分析系統采用通用化系統設計原則，主要體現在數據通用化和智能分析通用化2個方面。

（1）數據通用化。充分考慮城市軌道交通檢測數據結構，設計滿足大規模數據應用需求的安全監測數據庫表結構，并結合定制開發的數據交換程序，能夠在數據層兼容各類安全監測自動化系統或業務系統，以實現數據的通用化。

（2）智能分析通用化。能夠定制安全檢測分析報表及報告模板，支持模型分析及檢測指標數據的自定義，以實現安全檢測數據智能分析的通用化。

4 應用實例

為了驗證城市軌道交通檢測數據管理系統的實用性和優點，對該系統進行初步開發，并利用第三方檢測機構的部分數據進行系統功能測試。

圖4為檢測項目管理界面，界面左側包含所有已完成的城市軌道交通檢測設備類別，右側為測試設備類別中的具體設備。如用戶點擊自動檢票機，則出現關于該設備的具體檢測信息，如圖5所示。圖6為檢測設備管理界面，用戶可通過搜索查看設備信息。相較于以前的人工管理模式，該系統界面簡潔，功能實用，實現了檢測數據的在線管理，具有檢測數據統計方便、查找高效、儲存安全等優點。

圖7為數據智能分析界面。在數據智能分析中，可以直觀顯示數據總量、數據變化趨勢、數據下載量以及數據利用率等信息，使用戶客觀把握總體數據狀態;同時，針對不同類別的數據，用戶可自定義選擇需求數據，如選擇車輛檢修故障數據，系統將直接展示其迄今為止的車輛系統故障數量為1 781個，各子系統的故障百分比分別為28.79%、21.04%、19.73%、14.83%、7.8%和7.8%，結果直觀明了，實用性強。

圖8為角色信息管理界面。選擇不同的用戶角色可使用不同的系統功能，角色根據檢測業務設定，包括系統管理員、實驗室檢測員、報告審核人、委托單審核人等。同時，用戶可通過系統新增、修改和刪除功能，實現用戶權限的個性化設計，從而保障系統的實用性。

綜上所述，本文建立的城市軌道交通檢測數據管理平臺可實現檢測業務在線管理和系統角色權限的多級控制，滿足多角色、多場景、多功能使用需求。同時，在平臺搭建方案中，引入主流云服務技術，租用外部服務器，采用Saas模式極大地降低了維護成本，提高了平臺的穩定性與安全性。

5 結束語

當前，城市軌道交通信息化系統建設正處于快速發展時期，應積極借鑒云平臺的技術優勢，帶動城市軌道交通行業向信息化、智能化方向發展。然而，目前在城市軌道交通檢測數據管理方面，信息化建設緩慢。本文通過對城市軌道交通檢測信息化系統進行需求分析和系統架構研究，提出了基于云平臺的城市軌道交通檢測數據管理平臺搭建思路。通過系統開發驗證，該系統能很好地實現城市軌道交通檢測數據管理和分析，應用技術先進，功能滿足用戶需求，易于企業使用與維護，能夠有效提升安全檢測的工作效率，具有很好的應用推廣價值，同時為未來城市軌道交通行業的信息化系統建設提供借鑒。

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收稿日期 2019-09-16

責任編輯 黨選麗