铁路客运设备管理信息系统的设计与实现

邵丽丽，司仙伟，谷 赟

（中国铁路济南局集团有限公司 信息技术所，济南 250001）

高速铁路客运站的逐年增加，投入使用的客运设备随之大幅增长，对客运设备运行质量的要求也在不断提高。铁路信息化总体规划中提出要深化铁路客运设备的管理、应用功能[1]；文献[2]分析了客运站设备管理现状，结合新形势对设备管理的新要求，探索客运站设备管理的优化办法；文献[3]介绍从设备购买渠道、建立管理台账等方面完善设备管理模式；文献[4-5]介绍设备台账的管理方法；文献[6]将大数据分析技术应用到设备管理中；文献[7]论述基于BIM铁路工程管理平台发展模式，为新时期铁路工程建设信息化发展指明方向与途径；文献[8]深入研究BIM技术在高速铁路客运服务信息系统工程中的应用。

上述研究各有侧重，有对客运设备管理的思考，有对新技术应用的研究。本文基于上述研究，针对中国铁路济南局集团有限公司（简称：济南局集团公司）设备管理中存在的管理方式落后、水平低，以及设备数量掌握不准确、状态掌握不及时、超期服役不能自动预警等问题，设计并实现了铁路客运设备管理信息系统，内容包括设备基础台账管理、设备状态全方位展示、巡检保养管理和报修维修管理等，为设备管理人员提供决策支持。

1 系统设计

1.1 总体架构

系统设计遵循标准化、模块化、可扩展、高安全性原则，采用虚拟化、大数据、微服务等技术，如图1所示。

图1 系统总体架构

（1）网络层

系统应用部署在综合信息网，设备相关各类数据存储在综合信息网，通过安全接口从客票网、旅客服务网获得部分外部数据，各类用户通过综合信息网或移动网络对本系统进行访问。

（2）数据资源层

将设备的基本信息、故障信息、履历信息等结构化数据，以及设备的图片、视频等非结构化数据集中存储，同时，存储来自客票网和旅客服务网的设备状态信息，为数据分析、决策支持提供数据来源。

（3）数据处理与分析层

多源数据采集模块为不同网络间的数据交换提供标准接口；数据存储模块配置结构化数据的关系型数据库及非结构化数据存储空间；数据分析模块提供数据分析工具。

（4）应用层

提供设备基本信息、设备维修、巡检保养、故障信息、备品备件等的管理功能，为客运设备建立完善的电子档案，实现对设备的全生命周期管理，使设备信息可视、可查、可追溯，便于信息共享，同时实现设备质量分析及辅助决策分析。

（5）访问层

系统用户包括铁路局集团公司级客运部、车务段、客运段，以及车站和维修保养（简称：维保）等单位，各类用户可通过2种方式对系统进行访问：①管理人员通过浏览器方式访问，完成对设备的各种管理及统计分析工作；②维保单位用户通过移动App方式访问，完成设备巡检保养、维修及故障等信息的记录。系统可以灵活配置不同用户的功能权限及数据范围。各类用户均需进行身份认证后才可访问系统。

1.2 技术架构

系统基于JavaEE架构开发，应用Bootstrap、Shiro、MyBatis、Thymeleaf等技术部署，采用Maven项目管理工具构建，支持在线定时任务定义、集群部署、多数据源接入，实现灵活的权限配置。同时，采用组件式开发模式，提高界面组件的复用度，界面展示简洁、美观。系统技术架构如图2 所示。

图2 系统技术架构

（1）基础设施层

基础设施层提供系统部署资源，采用虚拟化资源池搭建服务器集群，配置相关网络设备及负载均衡设备。

（2）安全接口层

不同网络之间的数据交换，均通过安全接口层提供的安全接口完成。通过客票网安全接口及旅客服务网安全接口，接收中国铁路客票发售和预订系统及旅客服务系统的设备状态数据；通过铁路局集团公司内/外网传输安全接口，实现与综合信息网和移动网络的数据交互。

（3）数据处理与分析层

系统采用Oracle关系型数据库存储设备基本信息，以及故障、履历、分析等结构化数据，采用Hadoop分布式文件系统（HDFS，Hadoop Distributed File System）存储图片、视频等非结构化数据；采用Web Service交换协议，Json传输格式，实时接收客票网、旅客服务网上运行的设备状态数据；基于Hadoop技术搭建数据分析模块，通过Hive工具进行数据提取、转化及加载，实现大数据的处理与分析；利用MyBatis持久层框架，支持结构化查询语言（SQL，Structured Query Language），实现数据映射功能，使得数据处理更加灵活，提高系统的开发效率和可维护性。

（4）服务层

将各类逻辑处理需求抽象为数据服务，实现用户认证、权限分配、消息队列、报表引擎、接口服务、定时任务等模块化服务，通过调用相应服务完成相应处理；利用Shiro技术实现身份验证、授权、密码和会话的管理。

（5）控制层

采用Spring MVC框架。当用户点击前端页面发送请求后，控制器根据配置的访问路径接受用户请求，并注入合适的服务接口，调用业务逻辑方法对模型进行业务处理，完成后使用Json或页面方式将结果返回控制器；控制器调用前端渲染逻辑对相应的视图进行渲染，向用户展示请求结果。该框架采用松耦合可插拔组件结构，具有高可配置性、可扩展性和灵活性。

（6）展示层

系统浏览器界面由基于JavaScript的Vue前端框架和Bootstrap框架开发，采用Thymeleaf引擎模板渲染页面；采用Revit软件构建建筑信息模型（BIM，Building Information Modeling），通过Echarts工具构建可视化图表，通过FineReport报表软件完成报表功能的开发；采用 Html5、层叠样式表3（CSS3，Cascading Style Sheets Level3）开发移动App界面，界面友好，可操作性强。

2 系统功能

2.1 设备管理

（1）设备录入管理：录入济南局集团公司内所有客运设备信息，针对这些设备信息，从管理角度、关注的属性等方面归类，通过提取设备名称、投产日期、品牌、型号、生产厂家、维保单位等公共属性，以及特有的个性化属性进行基本信息的录入，同时，录入设备使用过程中的动态信息，如巡检保养、故障、维修等信息，提供二维码扫描、手工录入、批量入库等多种录入方式。

（2）设备查询：根据用户选择的条件动态过滤设备信息，查询本级及下级单位设备。

（3）设备变更管理：进行设备信息变更、闲置报废等状态的转换、导出、上传等。

（4）设备合同管理：管理设备采购合同及维保合同。

（5）特种设备相关人员资质管理：提供特种设备（如电梯、消防）管理或维保人员特种资质的上传及查询。

2.2 设备维修管理

实现设备计划维修和日常维修的流程管理。

（1）计划维修：设备管理人员根据设备运行与维护（简称：运维）管理办法，在系统内生成设备维修计划，推送给维保人员，维保人员完成设备的检查维修后在系统内填报维修计划完成情况，并将现场作业图片及视频等上传入系统，设备管理人员对设备维修结果验收后在系统内填写验收意见。

（2）日常维修：设备管理人员或维保人员发现设备故障后在系统内对故障设备进行维修申报。维保人员在系统内完成维修接单并去现场进行故障处理，故障修复后在系统内完成报单，报单时填写维修情况，并将现场作业图片及视频等上传入系统；设备管理人员收到报单后验收故障修复结果，并在系统内填写验收意见。

2.3 巡检保养管理

实现设备巡检、保养的流程管理。设备管理人员根据设备运行规律及巡检、保养标准，在系统内生成巡检、保养计划并提交上级管理部门审批；上级管理部门在系统内进行审批后，设备巡检、保养人员现场完成巡检、保养工作，在系统内进行巡检、保养情况登记，并将现场作业图片及视频等上传入系统。在巡检、保养过程中如果发现故障信息，巡检保养人员可直接在系统内填报故障信息，进行维修申报，进入设备日常维修管理流程。

2.4 故障信息管理

对设备故障信息的收集、统计及查询。故障信息主要通过2种方式获取：（1）通过外部数据接口提供；（2）巡检保养人员在巡检保养过程中发现故障后手工录入。支持对设备故障信息的查看和展示，并生成相关分析报表，对设备故障率、故障原因进行统计和查询。

2.5 备品备件管理

对保证设备正常运行必须储备的设备、部件、配件（即备品备件）等的管理，包含对备品备件的出入库管理和库存管理。使设备管理或维保单位在处理设备故障或设备保养时能及时更换设备或部件，降低故障处置时间。

2.6 设备质量分析

按照用户和设备的属性、特点、功能等，从不同维度对设备故障、厂商、成本等数据进行统计分析和比对。分析结果以表格、折线图、柱状图、饼状图等方式进行展示。例如，通过FineReport报表展示故障设备的厂商分布情况；通过折线图展示设备故障次数曲线；通过柱状图展示各单位设备保养情况及设备备件更换情况；通过饼图展示设备状态信息等。通过分析，使铁路局集团公司等部门分配运维费用时更加合理。

2.7 辅助决策分析

对在设备管理中积累的大量数据进行综合分析，分析设备的基础信息、使用寿命、故障原因、故障发生频次、运维保养周期、质量等，建立设备故障树，预测设备使用寿命，科学定制巡检维修计划；为设备质量分析、设备厂商考核、备品备件采购计划等提供依据。

3 关键技术

3.1 BIM的轻量化处理技术

系统运用BIM技术、Revit软件，实现对重要建筑、车站设备的三维展示，构建与车站实景相对应的虚拟环境，展示客运车站设备基本属性、维修巡检保养情况，对故障设备进行自动标注和提醒，实现客运车站旅客进站候车、检票乘车、出站等流线的展示。系统开发初期，由于建筑工程项目交付的原BIM精细化程度高，占用空间大，加载速度慢。为此，在满足信息无损、模型精度、使用功能等要求的前提下，对模型进行了轻量化处理，对模型数据在几何实体、承载信息、构建逻辑等方面进行了精简、转化和缩减，极大地提高了响应速度。设备模型采用单体化设计，方便场景的更新和替换，具有较强的可扩展性。BIM轻量化处理后的展示界面如图3所示。

图3 BIM轻量化处理后的展示界面

3.2 故障树分析法的应用

故障树分析法是一种简单、有效的可靠性分析和故障诊断方法。以设备故障为分析目标，将设备按其组成、结构及功能关系，由上而下，逐层分析导致该设备故障发生的所有直接原因，并通过逻辑门将这些故障与相应的原因事件连接起来，建立设备故障树，从而形象地表达出设备的故障类型、故障分布的逻辑关系，并且，将故障和其对应设备进行分类，定性分析故障原因，找出导致故障的原因等。自动售取票机故障树如图4所示。

图4 自动售取票机故障树示意

3.3 ECharts可视化库

ECharts是一款基于JavaScript的数据可视化图表库，底层依赖于轻量级的Canvas类库ZRender，基于伯克利软件发行版（BSD，Berkeley Software Distribution）开源协议。系统通过ECharts中地理数据可视化的地图功能，标注车站、车务段、客运段等单位的地理位置，对重点设备的统计分析结果采用折线图、柱状图、饼图等进行大屏展示，展示效果直观、交互丰富，还可个性化定制图表。

3.4 FineReport报表软件

FineReport报表软件由Java语言编程，是集数据展示和数据录入功能于一体的企业级报表工具，具有简洁、灵活的特点。系统使用FineReport报表软件，支持多源数据，数据源可以是对象集合、数据库查询结果集等，图形支持丰富，产生的报表支持多种输出格式，根据需求可灵活选择输出格式，并可将输出结果直接输出到打印机。

4 系统应用

目前，铁路客运设备管理信息系统已经研发完成，已将济南局集团公司的客运设备全部纳入管理，客运部、车务段、客运段及客运车站的日常设备管理工作均可通过本系统进行。管理人员通过该系统可直观、快速地掌握本单位设备的数量、种类、位置分布、运行状态及故障信息、备品备件状态；维保人员通过系统方便快捷进行故障申报、接单、报单，提高了工作效率。同时，系统通过对大量数据的综合分析，建立了设备故障树，可为设备的监测与维护提供建议，为设备的更新与采购提供决策支持。

5 结束语

本文设计、实现了铁路客运设备管理信息系统，该系统在济南局集团公司取得了良好的应用效果。下一步，将基于物联网技术，扩展系统的数据采集方式，研究标准数据接口，接收车站楼宇自动化系统（BAS，Building Automation System）的实时监测数据，打造综合自动化监控平台，实现设备集中化、智能化管理。