鐵路客運設備管理信息系統的設計與實現

邵麗麗，司仙偉，谷 赟

（中國鐵路濟南局集團有限公司 信息技術所，濟南 250001）

高速鐵路客運站的逐年增加，投入使用的客運設備隨之大幅增長，對客運設備運行質量的要求也在不斷提高。鐵路信息化總體規劃中提出要深化鐵路客運設備的管理、應用功能[1]；文獻[2]分析了客運站設備管理現狀，結合新形勢對設備管理的新要求，探索客運站設備管理的優化辦法；文獻[3]介紹從設備購買渠道、建立管理臺賬等方面完善設備管理模式；文獻[4-5]介紹設備臺賬的管理方法；文獻[6]將大數據分析技術應用到設備管理中；文獻[7]論述基于BIM鐵路工程管理平臺發展模式，為新時期鐵路工程建設信息化發展指明方向與途徑；文獻[8]深入研究BIM技術在高速鐵路客運服務信息系統工程中的應用。

上述研究各有側重，有對客運設備管理的思考，有對新技術應用的研究。本文基于上述研究，針對中國鐵路濟南局集團有限公司（簡稱：濟南局集團公司）設備管理中存在的管理方式落后、水平低，以及設備數量掌握不準確、狀態掌握不及時、超期服役不能自動預警等問題，設計并實現了鐵路客運設備管理信息系統，內容包括設備基礎臺賬管理、設備狀態全方位展示、巡檢保養管理和報修維修管理等，為設備管理人員提供決策支持。

1 系統設計

1.1 總體架構

系統設計遵循標準化、模塊化、可擴展、高安全性原則，采用虛擬化、大數據、微服務等技術，如圖1所示。

圖1 系統總體架構

（1）網絡層

系統應用部署在綜合信息網，設備相關各類數據存儲在綜合信息網，通過安全接口從客票網、旅客服務網獲得部分外部數據，各類用戶通過綜合信息網或移動網絡對本系統進行訪問。

（2）數據資源層

將設備的基本信息、故障信息、履歷信息等結構化數據，以及設備的圖片、視頻等非結構化數據集中存儲，同時，存儲來自客票網和旅客服務網的設備狀態信息，為數據分析、決策支持提供數據來源。

（3）數據處理與分析層

多源數據采集模塊為不同網絡間的數據交換提供標準接口；數據存儲模塊配置結構化數據的關系型數據庫及非結構化數據存儲空間；數據分析模塊提供數據分析工具。

（4）應用層

提供設備基本信息、設備維修、巡檢保養、故障信息、備品備件等的管理功能，為客運設備建立完善的電子檔案，實現對設備的全生命周期管理，使設備信息可視、可查、可追溯，便于信息共享，同時實現設備質量分析及輔助決策分析。

（5）訪問層

系統用戶包括鐵路局集團公司級客運部、車務段、客運段，以及車站和維修保養（簡稱：維保）等單位，各類用戶可通過2種方式對系統進行訪問：①管理人員通過瀏覽器方式訪問，完成對設備的各種管理及統計分析工作；②維保單位用戶通過移動App方式訪問，完成設備巡檢保養、維修及故障等信息的記錄。系統可以靈活配置不同用戶的功能權限及數據范圍。各類用戶均需進行身份認證后才可訪問系統。

1.2 技術架構

系統基于JavaEE架構開發，應用Bootstrap、Shiro、MyBatis、Thymeleaf等技術部署，采用Maven項目管理工具構建，支持在線定時任務定義、集群部署、多數據源接入，實現靈活的權限配置。同時，采用組件式開發模式，提高界面組件的復用度，界面展示簡潔、美觀。系統技術架構如圖2 所示。

圖2 系統技術架構

（1）基礎設施層

基礎設施層提供系統部署資源，采用虛擬化資源池搭建服務器集群，配置相關網絡設備及負載均衡設備。

（2）安全接口層

不同網絡之間的數據交換，均通過安全接口層提供的安全接口完成。通過客票網安全接口及旅客服務網安全接口，接收中國鐵路客票發售和預訂系統及旅客服務系統的設備狀態數據；通過鐵路局集團公司內/外網傳輸安全接口，實現與綜合信息網和移動網絡的數據交互。

（3）數據處理與分析層

系統采用Oracle關系型數據庫存儲設備基本信息，以及故障、履歷、分析等結構化數據，采用Hadoop分布式文件系統（HDFS，Hadoop Distributed File System）存儲圖片、視頻等非結構化數據；采用Web Service交換協議，Json傳輸格式，實時接收客票網、旅客服務網上運行的設備狀態數據；基于Hadoop技術搭建數據分析模塊，通過Hive工具進行數據提取、轉化及加載，實現大數據的處理與分析；利用MyBatis持久層框架，支持結構化查詢語言（SQL，Structured Query Language），實現數據映射功能，使得數據處理更加靈活，提高系統的開發效率和可維護性。

（4）服務層

將各類邏輯處理需求抽象為數據服務，實現用戶認證、權限分配、消息隊列、報表引擎、接口服務、定時任務等模塊化服務，通過調用相應服務完成相應處理；利用Shiro技術實現身份驗證、授權、密碼和會話的管理。

（5）控制層

采用Spring MVC框架。當用戶點擊前端頁面發送請求后，控制器根據配置的訪問路徑接受用戶請求，并注入合適的服務接口，調用業務邏輯方法對模型進行業務處理，完成后使用Json或頁面方式將結果返回控制器；控制器調用前端渲染邏輯對相應的視圖進行渲染，向用戶展示請求結果。該框架采用松耦合可插拔組件結構，具有高可配置性、可擴展性和靈活性。

（6）展示層

系統瀏覽器界面由基于JavaScript的Vue前端框架和Bootstrap框架開發，采用Thymeleaf引擎模板渲染頁面；采用Revit軟件構建建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling），通過Echarts工具構建可視化圖表，通過FineReport報表軟件完成報表功能的開發；采用 Html5、層疊樣式表3（CSS3，Cascading Style Sheets Level3）開發移動App界面，界面友好，可操作性強。

2 系統功能

2.1 設備管理

（1）設備錄入管理：錄入濟南局集團公司內所有客運設備信息，針對這些設備信息，從管理角度、關注的屬性等方面歸類，通過提取設備名稱、投產日期、品牌、型號、生產廠家、維保單位等公共屬性，以及特有的個性化屬性進行基本信息的錄入，同時，錄入設備使用過程中的動態信息，如巡檢保養、故障、維修等信息，提供二維碼掃描、手工錄入、批量入庫等多種錄入方式。

（2）設備查詢：根據用戶選擇的條件動態過濾設備信息，查詢本級及下級單位設備。

（3）設備變更管理：進行設備信息變更、閑置報廢等狀態的轉換、導出、上傳等。

（4）設備合同管理：管理設備采購合同及維保合同。

（5）特種設備相關人員資質管理：提供特種設備（如電梯、消防）管理或維保人員特種資質的上傳及查詢。

2.2 設備維修管理

實現設備計劃維修和日常維修的流程管理。

（1）計劃維修：設備管理人員根據設備運行與維護（簡稱：運維）管理辦法，在系統內生成設備維修計劃，推送給維保人員，維保人員完成設備的檢查維修后在系統內填報維修計劃完成情況，并將現場作業圖片及視頻等上傳入系統，設備管理人員對設備維修結果驗收后在系統內填寫驗收意見。

（2）日常維修：設備管理人員或維保人員發現設備故障后在系統內對故障設備進行維修申報。維保人員在系統內完成維修接單并去現場進行故障處理，故障修復后在系統內完成報單，報單時填寫維修情況，并將現場作業圖片及視頻等上傳入系統；設備管理人員收到報單后驗收故障修復結果，并在系統內填寫驗收意見。

2.3 巡檢保養管理

實現設備巡檢、保養的流程管理。設備管理人員根據設備運行規律及巡檢、保養標準，在系統內生成巡檢、保養計劃并提交上級管理部門審批；上級管理部門在系統內進行審批后，設備巡檢、保養人員現場完成巡檢、保養工作，在系統內進行巡檢、保養情況登記，并將現場作業圖片及視頻等上傳入系統。在巡檢、保養過程中如果發現故障信息，巡檢保養人員可直接在系統內填報故障信息，進行維修申報，進入設備日常維修管理流程。

2.4 故障信息管理

對設備故障信息的收集、統計及查詢。故障信息主要通過2種方式獲取：（1）通過外部數據接口提供；（2）巡檢保養人員在巡檢保養過程中發現故障后手工錄入。支持對設備故障信息的查看和展示，并生成相關分析報表，對設備故障率、故障原因進行統計和查詢。

2.5 備品備件管理

對保證設備正常運行必須儲備的設備、部件、配件（即備品備件）等的管理，包含對備品備件的出入庫管理和庫存管理。使設備管理或維保單位在處理設備故障或設備保養時能及時更換設備或部件，降低故障處置時間。

2.6 設備質量分析

按照用戶和設備的屬性、特點、功能等，從不同維度對設備故障、廠商、成本等數據進行統計分析和比對。分析結果以表格、折線圖、柱狀圖、餅狀圖等方式進行展示。例如，通過FineReport報表展示故障設備的廠商分布情況；通過折線圖展示設備故障次數曲線；通過柱狀圖展示各單位設備保養情況及設備備件更換情況；通過餅圖展示設備狀態信息等。通過分析，使鐵路局集團公司等部門分配運維費用時更加合理。

2.7 輔助決策分析

對在設備管理中積累的大量數據進行綜合分析，分析設備的基礎信息、使用壽命、故障原因、故障發生頻次、運維保養周期、質量等，建立設備故障樹，預測設備使用壽命，科學定制巡檢維修計劃；為設備質量分析、設備廠商考核、備品備件采購計劃等提供依據。

3 關鍵技術

3.1 BIM的輕量化處理技術

系統運用BIM技術、Revit軟件，實現對重要建筑、車站設備的三維展示，構建與車站實景相對應的虛擬環境，展示客運車站設備基本屬性、維修巡檢保養情況，對故障設備進行自動標注和提醒，實現客運車站旅客進站候車、檢票乘車、出站等流線的展示。系統開發初期，由于建筑工程項目交付的原BIM精細化程度高，占用空間大，加載速度慢。為此，在滿足信息無損、模型精度、使用功能等要求的前提下，對模型進行了輕量化處理，對模型數據在幾何實體、承載信息、構建邏輯等方面進行了精簡、轉化和縮減，極大地提高了響應速度。設備模型采用單體化設計，方便場景的更新和替換，具有較強的可擴展性。BIM輕量化處理后的展示界面如圖3所示。

圖3 BIM輕量化處理后的展示界面

3.2 故障樹分析法的應用

故障樹分析法是一種簡單、有效的可靠性分析和故障診斷方法。以設備故障為分析目標，將設備按其組成、結構及功能關系，由上而下，逐層分析導致該設備故障發生的所有直接原因，并通過邏輯門將這些故障與相應的原因事件連接起來，建立設備故障樹，從而形象地表達出設備的故障類型、故障分布的邏輯關系，并且，將故障和其對應設備進行分類，定性分析故障原因，找出導致故障的原因等。自動售取票機故障樹如圖4所示。

圖4 自動售取票機故障樹示意

3.3 ECharts可視化庫

ECharts是一款基于JavaScript的數據可視化圖表庫，底層依賴于輕量級的Canvas類庫ZRender，基于伯克利軟件發行版（BSD，Berkeley Software Distribution）開源協議。系統通過ECharts中地理數據可視化的地圖功能，標注車站、車務段、客運段等單位的地理位置，對重點設備的統計分析結果采用折線圖、柱狀圖、餅圖等進行大屏展示，展示效果直觀、交互豐富，還可個性化定制圖表。

3.4 FineReport報表軟件

FineReport報表軟件由Java語言編程，是集數據展示和數據錄入功能于一體的企業級報表工具，具有簡潔、靈活的特點。系統使用FineReport報表軟件，支持多源數據，數據源可以是對象集合、數據庫查詢結果集等，圖形支持豐富，產生的報表支持多種輸出格式，根據需求可靈活選擇輸出格式，并可將輸出結果直接輸出到打印機。

4 系統應用

目前，鐵路客運設備管理信息系統已經研發完成，已將濟南局集團公司的客運設備全部納入管理，客運部、車務段、客運段及客運車站的日常設備管理工作均可通過本系統進行。管理人員通過該系統可直觀、快速地掌握本單位設備的數量、種類、位置分布、運行狀態及故障信息、備品備件狀態；維保人員通過系統方便快捷進行故障申報、接單、報單，提高了工作效率。同時，系統通過對大量數據的綜合分析，建立了設備故障樹，可為設備的監測與維護提供建議，為設備的更新與采購提供決策支持。

5 結束語

本文設計、實現了鐵路客運設備管理信息系統，該系統在濟南局集團公司取得了良好的應用效果。下一步，將基于物聯網技術，擴展系統的數據采集方式，研究標準數據接口，接收車站樓宇自動化系統（BAS，Building Automation System）的實時監測數據，打造綜合自動化監控平臺，實現設備集中化、智能化管理。