LKJ數據灌制校驗系統研究與開發

張亞軍，張冬冬，李 陽，周志輝

LKJ 車載數據文件由鐵路線路基礎數據［1］構成，是LKJ 穩定、安全工作的基礎信息。目前由于存在線路改造、車站改造等施工作業［2］，線路基礎數據經常處于變化的狀態，導致LKJ 數據頻繁地進行換裝作業，給安全生產帶來了巨大的風險和壓力。為避免LKJ 數據的漏換、錯換，電務部門雖然采用了多種技術手段，對安全風險進行有效規避［3］，但依然存在LKJ數據灌制分散，LKJ數據換裝作業設備器材錯拿、錯用，無法知悉所換作業設備內LKJ數據的相關信息等問題［4］。

國鐵集團工電部“關于加強LKJ 數據管理的通知”再次強調，要通過技術手段避免數據錯換的問題，要在LKJ 數據灌制、驗證環節引入技術手段。為此，本文設計了LKJ 數據灌制校驗系統，實現LKJ 數據換裝作業的安全管理、自動驗證、流程卡控、過程可追溯，人物匹配、設備數據查詢等功能，有效封堵LKJ 數據換裝作業環節漏洞，進一步提高LKJ數據換裝的準確性［5］。

1 研制目標

1）研制專用設備，提高數據換裝作業的專業性，并能通過標簽、攝像頭、掃描器等設備，實現對設備和人員的管理。

2）數據換裝作業有計劃、有校核、有記錄、可追溯［6］。

3）結合換裝計劃，自動校驗寫入數據，降低人工作業風險。

4）提供有效識別LKJ 數據換裝作業設備數據信息的手段，降低錯誤風險。

2 系統結構

LKJ數據灌制校驗系統以工控機為主體，利用軟件開發技術，將外部設備進行整合，實現與LKJ數據換裝作業設備相關的應用功能［7］，其系統結構見圖1。

圖1 LKJ數據灌制校驗系統結構

1）一體化平臺。以一體機形態構建系統運行平臺，支持觸摸操作，界面布局簡潔、清晰；支持聲音播放，通過聲音進行操作同步提示。

2）高清攝像頭。為人臉識別系統提供清晰的人臉圖像，通過人臉識別系統保障系統安全。

3）設備讀寫接口。配備讀寫LKJ 數據轉存器、IC 卡接口。其中，轉存器專用接口6 個，IC卡專用接口6 個，方便用戶一次進行多設備操作，大幅提高數據灌制效率。

4）二維碼掃描器。每一列設備讀寫接口配備一個掃描器（共4 個），插入接口后自動讀取轉存器/IC 卡的標簽信息，確保設備校驗時能夠準確檢查設備標簽與設備數據內容是否一致。

5）標簽打印機。可打印專用二維碼的標簽，且標簽應具備耐高溫、防潮、耐摩擦等特性，確保設備使用過程中標簽字跡清晰，不會脫落。

6）USB接口。方便用戶向一體機傳輸數據。

3 關鍵技術

3.1 人臉識別技術

通過對動態采集的視頻進行幀處理和識別，完成人臉特征采集。與系統已存儲的用戶人臉特征信息進行比對識別，若識別成功，則獲取用戶信息、角色，并初始化系統權限。基于應用環境，人臉圖像采集采用可見光攝像頭，如有特殊應用場景，考慮設置補光燈或紅外、可見光雙攝像頭。使用人臉識別方式登錄系統，杜絕了一人登錄多賬號，冒名頂替等影響數據安全的操作發生。

3.2 二維碼技術

設備粘貼任務標簽，有助于維護人員有效識別所用設備信息。原有設備標簽以文字形式打印，雖然可以正確地反饋設備信息，但驗證標簽信息時需要人工通過設備讀寫軟件讀取，不能實現自動化，且易發生人工校驗錯誤。采用二維碼技術，可將設備信息及換裝數據信息寫入設備標簽的二維碼，通過識別比較二維碼信息與任務信息，保證了換裝數據的正確性。

3.3 數據庫技術

作為信息系統的核心技術，數據庫可對LKJ數據換裝作業進行統一組織和管理。根據LKJ 數據換裝作業的特點，先形成數據關系模型，按照指定的結構建立數據庫；再利用數據庫管理和挖掘系統，實現對數據的處理和分析，達到有組織、動態地管理LKJ數據換裝作業流程及LKJ數據的目的。

4 技術創新點

4.1 LKJ數據轉存器識別

LKJ 數據轉存器接入計算機后，系統自動安裝設備驅動并分配盤符。在使用原有LKJ 轉存器讀寫程序讀寫信息時，需要選擇設備專用盤符后才可繼續操作［8］。為了保證在數據灌制及校驗過程中設備接口與設備的正確對應，需要對使用設備及接入接口進行識別。轉存器插入接口后，系統獲取Windows 消息，消息內容附帶設備盤符，通過查詢檢索WMI 對象，得到所有轉存器所接集線器的特征值及端口信息，經與系統配置參數匹配，即可得到接口接入設備情況及盤符。LKJ 數據轉存器自動識別流程見圖2。

圖2 LKJ數據轉存器自動識別

4.2 LKJ數據換裝設備校驗

LKJ數據采用三位一體的校驗方式，保證數據換裝的準確性。只有標簽信息、設備內信息與任務創建時錄入換裝信息完全相同，才可確認數據校驗通過，有效避免了作業人員錯換問題。

數據灌制不但要將LKJ 數據寫入換裝設備中，還要將換裝信息寫入設備。設備完成數據灌制后，需要粘貼任務標簽，這樣有助于技術人員有效識別所用設備信息。雖然采用二維碼技術，保證了換裝數據的正確性，但由于設備標簽紙帶大小限制，無法將數據信息寫入二維碼，故需將數據信息先生成MD5校驗碼，再寫入二維碼中。

當數據校驗時，先將設備接入系統，系統自動識別設備類型與設備接入接口，通過串口向標簽掃描器發送命令，獲取標簽上的二維碼信息。當二維碼標簽信息、設備信息與換裝任務信息三者的MD5 碼完全一致時，則校驗通過；否則，校驗不通過。數據校驗流程見圖3。

圖3 數據校驗流程

5 系統實現

系統將LKJ 數據灌制校驗作業分為：任務創建、數據灌制、數據校驗、設備驗證與領用和設備歸還5個步驟，工作流程見圖4［9］。

圖4 系統工作流程

Step 1LKJ 數據主管工程師接到數據換裝指令，創建換裝任務。

Step 2數據灌制人員領取換裝設備，對換裝設備進行數據灌制，灌制完成一個設備，打印一個與之相對應的標簽，并粘貼。

Step 3完成數據灌制任務后，數據校驗人員將設備插入一體機相應接口，系統自動掃描標簽，記錄標簽信息；校驗數據時，系統比較標簽、設備信息及任務信息，完全一致時，校驗通過。

Step 4工區工長領用設備，需要進行設備驗證。驗證內容為標簽與設備信息是否一致，未經校驗的設備無法驗證與領用；工區工人領用設備，同樣需要進行設備驗證，未經校驗的設備無法工作。

Step 5完成設備數據換裝任務后歸還設備，所有設備歸還時，任務流程結束。

LKJ數據灌制校驗系統引入流程管控，每一臺換裝設備在完成每一流程后，均需記錄流程流轉情況，當存在未完成流程的換裝設備，流程無法進入下一階段。

6 結論

LKJ數據灌制校驗系統已于2021年6月起在北京電務段北京車載設備車間實際運用，車間技術人員通過使用人臉識別登錄、數據批量灌制、數據自動校驗及操作記錄管理等功能，驗證了該系統操作簡單、性能穩定、安全可靠，提升LKJ 數據換裝作業安全性的同時，可大幅提高工作效率。

LKJ數據灌制校驗系統以行規、操規、技規作為標準，充分挖掘和利用已有的LKJ 數據管理經驗［10］，在LKJ 數據灌制、校驗環節引入人臉識別、工作流及二維碼等技術手段，促進了LKJ 數據灌制校驗自動化與安全管理的有機融合，有效降低數據換裝作業人員的安全風險操作。該系統的運用，將大幅度提升數據灌制工作效率，并降低日常管理工作難度，實現對換裝作業人員與設備的自動化與流程閉環管理，同時為推動LKJ 數據換裝作業安全風險管控的自動化做出重要貢獻。