LKJ 基础数据管理及检验系统设计与实现

詹志文，翁建辉，林 维

ZHAN Zhi-wen1, WENG Jian-hui2, LIN Wei3

（1.中国铁路南昌局集团有限公司，江西 南昌 330002；2.中国铁路南昌局集团有限公司 电务处，  江西 南昌 330002；3.中国铁路南昌局集团有限公司 总工程师室，江西 南昌 330002）

(1.China Railway Nanchang Group Co.， Ltd.， Nanchang 330002， Jiangxi，China； 2.Electrical Department， China Railway Nanchang Group Co.， Ltd.， Nanchang 330002， Jiangxi，China； 3.Chief Engineer’s Room， China Railway Nanchang Group Co.， Ltd.，Nanchang 330002， Jiangxi，China)

1 LKJ 基础数据管理及检验系统需求分析

1.1 系统目的

列车运行监控装置 (LKJ) 是用于防止列车冒进信号、运行超速事故和辅助机车司机提高操纵能力的重要行车设备。LKJ 以机车信号车载设备接收的地面信号作为列车运行的指令信息源，通过将 LKJ基础数据文件预置于主机的方式获取运行线路参数信息，采用计算机智能处理对运行速度进行安全监控。LKJ 基础数据是编制 LKJ 基础数据文件的依据，其一致性和准确性是 LKJ 监控列车安全运行的前提和保障[1-2]。LKJ 基础数据管理就是对各部门、各专业的 LKJ 基础数据进行提报、审核、汇集、发布管理，其目的是确保 LKJ 基础数据的准确性和时效性。

目前 LKJ 基础数据管理采取站段提报、处室审核、总工程师室汇集发布的 3 级管理方式，数据提报、审核、汇集发布均是以纸质文件的形式办理，文件的审核和数据的修订缺乏连贯性；各专业提报数据之间缺乏逻辑约束，如电务部门提报电务类 LKJ 基础数据时无法直接引用工务部门提报的数据；LKJ 基础数据变化历史数据无系统性的管理手段，无法进行分析、统计和溯源；LKJ 基础数据不能与 LKJ 基础数据文件编制软件有效对接，导致LKJ 基础数据文件的编制目前只能依赖人工，过程控制主要依赖个人素质和经验，浪费人力物力且易出错。针对以上问题，采用工作流、虚拟仪器等技术，研发设计 LKJ 基础数据管理及检验系统，其目的是通过新技术的应用实现 LKJ 基础数据提报过程控制和信息化管理[3]，同时为 LKJ 基础数据文件编制和模拟检验提供标准的数据源，并初步实现自动编制 LKJ 基础数据文件和模拟检验，保证 LKJ基础数据文件准确性的同时提升工作效率。

1.2 系统需求分析

结合 LKJ 基础数据管理现状及存在问题，分析得出 LKJ 基础数据管理及检验系统主要包含LKJ 基础数据提报管理需求和 LKJ 基础数据文件编制、检验需求 2 个方面的需求。

1.2.1 基础数据提报管理需求

（1）通过铁路局集团公司既有网络设备对站段—铁路局集团公司业务处室—总工程师室的 3 级LKJ 基础数据提报全过程进行流程监控，具备相关权限人员可查询相应的过程数据信息和进度情况，并实现无纸化办公。

（2）对跨部门提报业务数据提供协同作业模式，并保证协同作业过程中取用数据的正确性，提升工作效率。提供标准的 LKJ 基础数据提报编辑工具，自动实现数据表单内容的错误检查和相互引用数据的逻辑检查，提高提报数据的准确性。

（3）建立 LKJ 基础数据库，对 LKJ 基础数据进行信息化管理，自动实现年度 LKJ 基础数据结转，实现 LKJ 基础数据发布、查询及销号管理。

1.2.2 基础数据文件编制、检验需求

（1）通过铁路局集团公司既有网络设备对 LKJ基础数据文件编制、检验全过程进行流程监控，具备相关权限人员可查询相应的过程数据信息和进度情况，并实现全过程台账自动生成。

（2）将 LKJ 基础数据转换或分解为 LKJ 基础数据文件编制软件可识别的数据信息实现 LKJ 基础数据源文件预编制，减少人为因素造成的数据修改错误。

（3）代替人工自动换装 LKJ 车载控制文件、车载基础数据文件、LKJ 显示器数据文件及显示器程序；仿真列车运行中色灯、速度、管压等实际条件及司机输入支线号、侧线号等操作，自动控制 LKJ运行过程；自动转储检验 LKJ 运行数据文件；运行中记录 LKJ 回馈信息，结合公布的 LKJ 基础数据及运行记录文件给出检验结果。

2 LKJ 基础数据管理及检验系统设计及实现

2.1 系统架构

LKJ 基础数据管理及检验系统由数据库服务器、工作流服务器、FTP 服务器、应用服务器、高拍仪、数字签名板、PC 终端、LKJ 辅助编制工作站、LKJ 模拟检验平台等组成。数据库服务器用于存储数据信息；工作流服务器用于配置和处理工作流；FTP 服务器用于存储 LKJ 运行记录文件和视频文件，同时对文件进行处理分析；应用服务器用于系统发布包部署；高拍仪用于对外部文件归档管理；数字签名板用于系统业务操作过程的文档审核、批准；PC 终端通过系统软件用户端界面访问数据库服务器，实现对系统的业务操作和数据查询；LKJ 辅助编制工作站用于进行车载 LKJ 数据文件编制；LKJ 模拟检验平台主要用于 LKJ 数据文件控制功能正确性检验和与 LKJ 基础数据的一致性检验[4]。LKJ 基础数据管理及检验系统的网络架构、逻辑架构、技术架构如下。

（1）网络架构。LKJ 基础数据管理及检验系统的网络架构利用既有的铁路综合 IT 网络，由铁路局集团公司级、站段级 2 级组成。铁路局集团公司级部署有系统数据库服务器、工作流服务器、FTP 服务器、应用服务器和多个铁路局集团公司级客户端 (包含总工程师室、各业务处室及电务检测所)，服务器及各客户端之间通过铁路 IT 网络进行通信；站段级部署站、段级客户端等[5-6]。LKJ 基础数据管理及检验系统网络架构如图 1 所示。

（2）逻辑架构。LKJ 基础数据管理及检验系统的逻辑架构分为存储、通信、应用 3 个层次，如图2 所示。①存储层。系统建立统一的数据库模型，各站段及业务处室按照各自的数据标准上传、管理 LKJ 基础数据，电务处 LKJ 专业机构利用发布的LKJ 基础数据，以数据交路为单元来编制的 LKJ 基础数据文件，并最终形成数据仓库。同时将数据库移植到云端，利用数据中心超强能力完成数据的提报、模糊查询、汇总统计及数据挖掘。②通信层。通信层分为系统内部通信和系统对外通信。内部通信借助 Windows 操作系统的文件共享、SQL 数据库的订阅分发同步技术，确保系统内各子系统之间的数据交换流畅、准确等；对外采用 Web Service 技术实现与系统客户端或其他铁路局集团公司系统进行数据分发和提交。③应用层。系统应用层提供数据提报应用、数据编辑应用、数据模拟应用、数据发布应用及其他应用等应用服务。

（3）技术架构。LKJ 基础数据管理及检验系统的技术架构采用 B/S 与 C/S 混合的 3 层数据架构。其中 J2EE 应用服务器、外部服务系统采用 B/S 架构，便于系统功能的统一及用户业务工作的相互协作；应用程序、数据采集服务采用 C/S 架构，提高系统使用的便捷性和应用响应敏捷性[7]。LKJ 基础数据管理及检验系统技术架构如图 3 所示。

2.2 技术手段

图 1 LKJ 基础数据管理及检验系统网络架构图Fig.1 LKJ basic data management and inspection system network architecture diagram

图 2 LKJ 基础数据管理及检验系统逻辑架构图Fig.2 LKJ basic data management and inspection system logic architecture diagram

图 3 LKJ 基础数据管理及检验系统技术架构图Fig.3 LKJ basic data management and inspection system technical architecture diagram

LKJ 基础数据管理及检验系统采用目前广泛使用的工作流技术将 LKJ 基础数据提报管理与 LKJ 数据文件编制、检验工作各环节进行流程化设计，引入数据约束和引用机制确保数据源的唯一性，并达到多部门协同作业的功能。通过利用消息实时推送，保证任务完成的时效性，通过电子签名、电子印章应用实现无纸化办公。采用虚拟仪器技术应用，集成高效的 LKJ 模拟检验平台，提升验证 LKJ数据文件的准确性。

（1）任务流程设计。流程引擎采用当前 Alfresco 公司开源工作流产品 Activiti5。通过任务流程设计，系统可实现由用户自定义生成的各类任务流程，如 LKJ 基础数据提报任务流程，LKJ 数据辅助编制任务流程[6]。

（2）数据约束与引用机制。LKJ 基础数据表在提交时进行表内逻辑检查和与其他关联表之间的逻辑检查，提高 LKJ 基础数据准确性，如工务道岔撤岔号为12，填写限速 30 km/h，提交表单时系统提醒限速应为45 km/h 等。使用者可引用系统历史数据或正在提报的过程数据进行相应的 LKJ 基础数据提报，数据提交后，保留引用的数据信息，一旦引用数据变动，系统通过消息管理对引用数据者进行提醒，达到协调工作的目的。

（3）消息实时推送。基于 AJAX 框架，采用 JSON技术，实现消息的实时推送。消息实时推送能实现对任务进行催办，提醒用户及时完成工作任务，尽量减少工作遗漏，如在任务流转、数据引用信息、角色授权时，对任务执行人进行消息推送。

（4）电子签名、电子印章应用[8]。LKJ 基础数据提报、汇集和 LKJ 数据文件编制等业务办理过程中，涉及大量的文档审核、批准操作，利用签名板采集签名信息完成检查确认人的签字，采用电子印章实现加盖公章，各流程节点流转过程无需打印纸质文档，流程结束后可以自动生成电子文档。

（5）虚拟仪器技术应用。引进信号仿真主机设备和试制信号调理箱，通过配套软件设计，实现对LKJ 模拟检验用的 LKJ2000 型监控装置、LKJ2000测试仪、LKJ 专用 IC 卡及读卡器、数据转存器等设备集成。由信号仿真主机设备控制开关量输入输出、模拟量输出，提供高速 DMA 接口、串行接口、双通道 LVDS 图形采集[9-10]。

2.3 功能设计

LKJ 基础数据管理及检验系统由软件系统和硬件平台组成。软件系统由 LKJ 基础数据管理子系统、辅助编制子系统、LKJ 数据发布子系统、流程管理子系统、LKJ 数据模拟检验子系统组成；硬件平台由一体化 LKJ 模拟检验平台组成。LKJ 基础数据管理及检验系统功能设计如图 4 所示。

LKJ 基础数据管理及检验系统利用流程引擎打造业务流程再造，使用业务流程引导、驱动工作流。将 LKJ 基础数据提报管理与 LKJ 数据文件编制、检验工作各环节进行流程化设计，引入数据约束和引用机制确保数据源的唯一性，多部门协同作业。从而达到规范数据提报、编制和检验作业过程，共享作业过程和历史数据提高数据提报、编制、检验效率及质量。

另外，通过利用信号仿真和信号调理技术实现LKJ 车载数据文件的自动化模拟检验，将产生的数据存储于数据库，为各种验证手段提供数据，实现自动换装 LKJ 车载数据文件、LKJ 检验过程自动控制、模拟检验记录文件自动转储，对 LKJ 屏显进行视频截屏采集比对检验。LKJ 模拟检验平台示意图如图 5 所示。

3 结束语

图 4 LKJ 基础数据管理及检验系统功能设计Fig.4 LKJ basic data management and inspection system function design diagram

图 5 LKJ 模拟检验平台示意图Fig.5 Schematic diagram of LKJ simulated test platform

LKJ 基础数据管理和检验系统设计，通过采用业务流程管控技术实现 LKJ 基础数据管理和检验过程流程化、规范化管理；通过数据源引用约束和协同工作机制设计，提升基础数据提报准确性和多部门协同工作效率；利用电子签名、电子印章应用功能，规范流程进程；通过虚拟仪器应用和设备一体化集成设计，实现 LKJ 数据文件自动换装、检验和运行记录文件自动转储，提升工作效率和数据的准确性；通过数据接口设计，初步实现对 LKJ 基础数据源文件进行自动编制；利用高效的辅助编制工具，对 LKJ 数据修改提供指导方法、范围分析和多重复核手段，降低生产风险。该系统的实现为 LKJ基础数据管理和检验系统的推广应用打下了基础。

参考文献：

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[4]中国铁路总公司. 列车运行监控装置 (LKJ) 数据文件编制规范 (2015 版) [M]. 北京：中国铁道出版社，2015.

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[8]许盛伟，张珍珍，崔敏龙. 电子印章系统的互信互验关键技术研究与设计[J]. 计算机工程与设计，2016，37(7)：1777-1780.XU Sheng-wei，ZHANG Zhen-zhen，CUI Min-long.Research and Design of Key Technology for Mutual Trust and Mutual Verify in Electronic Seal System[J]. Computer Engineering and Design，2016，37(7)：1777-1780.

[9]林 君，谢宣松. 虚拟仪器原理及应用[M]. 北京：科学出版社，2006.

[10]肖 凯，李海涛，杨 磊，等. 虚拟仪器技术概论[M]. 北京：电子工业出版社，2003.