智慧地铁定位设备管理系统设计

付雨欣，朱帅，邓平科

（1.全图通位置网络有限公司，北京 100176；2.杭州卓软科技有限公司，浙江 杭州 310051；3.中国移动通信有限公司研究院，北京 100053）

0 引言

地铁北斗定位系统作为智慧地铁的基础设施，为智慧地铁提供高精度的时间和空间信息。首都机场线地铁北斗定位系统对首都机场线全部站点的“人、物、料”进行智能化管理。通过建设连续运行的参考基准站，并在线路车站、区间和车辆段沿线部署定位基站，可以对用户提供实时、快速的高精度定位服务，提供人员、设备和物资的准确位置信息。但是，在机场线部署的定位基站及标签达百余个，仅靠人工进行设备实时监测、维修任务分配，复杂程度和时间成本较高，严重影响定位设备使用。因此，高效、便捷地进行设备管理十分必要。

设计智慧地铁定位设备管理系统，应用该系统做好地铁设备管理规划；对处于报警状态的设备，通过系统自动发送给当日巡检人员，巡检人员有计划、有目的地完成巡检要求，由管理者通过巡检人员跟踪记录的信息，下派任务给维修人员，并指定设备的优先级和截止时间等要求；维修人员在截止时间前完成任务，花费工时、延期时间等数据均被系统记录；系统根据设备的报警状态、维修信息，对设备进行智能整理，生成维修人员解决方案记录以供参考，历史数据的保存也极大地方便了工作中的一些需求。智慧地铁定位设备管理系统使用B/S架构，降低了系统门槛，方便简易，加上系统合理、简洁的流程规划，尽可能降低时间损耗，做到性能良好且交互友好，以优化事务处理效率、方便管理。

为了使铁路科技创新基础不断夯实、科技管理体制机制进一步健全［1］，对定位设备管理的系统和模式进行深入研究，分析可行性、挖掘应用需求，进而确定系统功能模块和角色定位。设计规划整体结构，建立合理的处理流程与交互逻辑，站在客户角度思考，立足于现实需求，力图打造一个可灵活应用于各种场景，用户体验友好、舒适的管理系统。

1 系统架构

1.1 系统架构

对于定位设备管理系统，首先应满足管理部门对设备的信息化管理需求，需要积极遵循系统应用过程中的实用性、可扩展性和安全可靠性原则等；其次，系统应具备日程规划、员工管理模块，便于管理者进行设备任务分配；最后，系统应具备管理整个部门的权限。

智慧地铁定位设备管理系统设计包括用户设置、定位设备管理、统计查询、员工管理、系统管理等功能（见图1）。为满足多场景需求，系统设置了员工、管理者、系统管理员3类用户：

图1 系统组成

（1）用户设置功能。面向管理者，主要实现账号注册，具备账号信息的编辑与密码修改功能。

（2）定位设备管理功能。面向管理者，主要包括新建设备、设备详情、编辑设备、状态设置、删除设备6个部分。其中，设备详情重点展示当日巡检、维修等工作的规划信息，方便工作人员根据规划开始一天的工作；状态设置功能提供工作的开始、暂停、完成和取消操作。

（3）统计查询功能。面向管理者、员工，主要包括历史日志、设备巡检日常统计、图表展示功能；包括对天、周、月、年的数量、均值、百分比统计计算；并对主要数据进行图表展示。

（4）员工管理功能。面向管理者，主要包括信息展示、所属设备查看、提出员工3项功能，以查看员工的基础信息、当前分配、重要数据，为管理者的决策掌控提供支持。

（5）系统管理功能。该功能为最高权限页面，主要面向系统管理员，实现查看所有账号信息，可删除管理者或员工账号，并具备设置账号的权限，为员工设置领导。

1.2 系统模式

系统利用前后端分离的开发方法，采用受众广泛的Java语言，能够支持多平台的交叉应用［2］，利用MyBatis实现各种数据库访问需求；利用MySQL数据库，实现系统各种数据的存储和读写操作。该系统采用B/S架构，借助超文本传输协议（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）和客户端，实现对Web 服务器的访问，同时对后台数据库技术和体系架构进行连接［3］。利用前后端分离的开发方法，前端使用node.js 开发，实现对Google V8引擎的封装，运行速度更快、性能更好，并采用非阻塞模式的IO处理，在低资源耗用情况下，带来高性能与出众负载能力；后端利用SpringBoot+ MyBatis 框架，加上Maven项目管理工具，优化后端的开发难度，轻松与前端对接，完成对Web服务器的访问工作，实现页面展示。页面通过ajax 调用后端api 接口，从而将页面与数据访问工作解耦，将编程工作的开发协作优化到极致。其中，B/S 架构不仅简化了开发与维护的工作量，还具有应用方便、便于维护、安全性更高的优点。

2 系统总体设计

智慧地铁定位设备管理系统主要通过设备管理时进行任务分配的计划与安排，以提高设备的处理效率。在此基础上，提供历史保存、历史数据统计、员工与管理者的协调办公等功能，并尽可能地优化使用体验。系统总体架构包括今日日程、历史日志、新建设备、统计图表、账号管理、员工管理、个人设置等7个模块（见图2）。企业可通过计算机接入系统，实现对设备的实时监测和任务分配。

图2 系统总体架构

在系统设计过程中，考虑到用户无账号的情况，设计注册按钮，采集注册人的姓名、密码、电话、邮箱、职位，方便设备有复杂问题出现时，管理员根据信息进行应急联系。另外，数据库设计能满足地铁不同阶段需求，用户进入系统后，系统根据相关姓名和密码自动判断用户身份，并给予相应权限［4］。

2.1 模块设计

2.1.1 今日日程

今日日程模块可查看当日所有设备任务，从而向用户清晰展示巡检任务及需维修设备。该模块主要包括任务类型、任务状态、已消耗时间、耗时占比、开始与结束时间、截止时间等，页面展示的设备任务是基于算法实现的。对于多个任务，系统根据任务的截止时间、优先级，实现排序算法。该模块可查看设备巡检、维修在过去、现在、未来的所有任务；可利用相对应的筛选条件，选择、展示地铁的任务完成情况；可借助筛选技术汇总和统计所需的任务信息，完成所有设备数据汇总。另外，考虑到页面数据量较大，当需要展示的设备任务过多时，页面会自动分页，可随时输入关键词或设备编号进行搜索。

2.1.2 历史日志

历史日志模块主要包括日志删除、设备详情2项主功能，可实现对访问日志的统计。默认以开始时间排序，展示当天完成任务，并为使用者提供日志访问查询功能。该模块实现了设备详情、任务流程查看；通过传递参数方式，实现在新建任务上对设备数据及人员任务状态进行展示，并可展示设备任务从创建到删除的所有历史操作；可展示所分配设备管理任务的管理人员，实现双向管理。历史日志模块状态流程见图3。

图3 历史日志模块状态流程

2.1.3 新建设备

新建设备模块是设备管理中最重要的模块，使管理者随时掌控设备，进行基础设置和员工指派。该模块包括基本信息、设备位置、作业人员、优先级、设备已用时、设备状态、备注等功能，可有效检测设备使用情况。其中，基本信息功能可随时查阅员工巡检以及维修的设备；设备位置功能将根据定位设备感知的数据汇聚至系统，获得当前设备位置；作业人员功能可实现为设备制定固定作业人员功能，而作业人员在系统中收到任务，所有员工的设备管理任务均由直属领导派发，避免了任务分配不均的情况；设备状态功能主要根据设备向数据平台发送的心跳包进行变动，通过部署在地铁服务器的系统，实现对设备状态的自动更改；备注功能主要防止设备损坏严重，出现无法维修情况，进行备注说明可避免遗忘。新建设备模块状态流程见图4。

图4 新建设备模块状态流程

2.1.4 统计图表

统计图表模块由统计、图表2种功能构成。统计功能包括数量、均值、百分比3种子功能。图表功能包括历史设备信息、任务状态、任务时间3种子功能。统计功能主要统计今日与历史巡检、维修定位设备总数、个人数据、各项属性之间对比结果等。其中，已暂停、已取消的设备数统计，可反映设备的不可修复性，需要管理员及时记录。统计页面可自由选择时间段，通过调整时间选择器，实现天、周、月、年的自由切换。图表功能的历史设备信息可展示计划巡检、维修数和对应的实际完成数，刷新页面是实现计划任务重新计算和规划功能，可直观展示每日的工作效率。任务状态功能包括进行中、未开始、已取消、已完成、已暂停5种，可用饼图展示各状态占比，观察是否有异常比例，便于管理员分析处理。统计图表模块状态流程见图5。

图5 统计图表模块状态流程

2.1.5 账号管理

账号管理模块主要实现系统管理员对账号信息、账号权限、设置主负责人3项功能，并具备对管理员信息管理、账号数据量汇集等功能。账号管理模块状态流程见图6。

图6 账号管理模块状态流程

2.1.6 员工管理

员工管理模块可对作业人员进行管理，该模块除了包含作业人员的基本信息，还提供人员的平均工时、工作效率、延期占比等数据，使管理人员进一步观察员工对设备管理的工作态度。员工管理模块状态流程见图7。

图7 员工管理模块状态流程

2.1.7 个人设置

个人设置模块可修改个人信息或更新密码，也可清除不是必选项的信息。其中，密码修改功能为保障安全，需要重新输入原密码，并输入新密码。管理者和员工具有该模块的所有权限。

2.2 数据库设计

数据库设计对设备管理系统的执行效率和使用性有直接影响。MySQL 数据库是一种关系型的数据库管理系统，通过简单明了的结构化查询语言（SQL）进行相应的规划和编辑。由于其进程的轻量化，所以在内存占用较少的情况下，MySQL 数据库运行相对方便快捷，具有相对突出的易用性、可移植性、安全性、开放性和稳定性［5］。数据库设计主要由概念结构设计、逻辑结构设计组成。逻辑结构设计实现将实体模型转换为关系模式，因为设备与操作历史是一对多的关系模式，在操作历史实体表中添加设备编号字段，通过设备表中的设备编号实现两表关联；而设备与员工是多对多的关系模式，需要通过建立中间表实现储存两表间的关系模式。

2.2.1 需求分析

登录系统需要创建用户，用户信息包括账号、姓名、权限、注册时间等。用户创建设备，设备信息包括设备名称、预计用时、已用时、设备位置、优先级、当前状态等。在设备详情中需要设备的操作历史，主要包括所作操作、开始时间、结束时间。当用户角色为员工时，需要有对应管理者，系统管理员需要知道用户的最后登录时间。

2.2.2 概念结构设计

一般来说，通过实体-关系图（Entity-Relation图，E-R 图）模型将现实事物抽象为概念模型。ER 图由实体、属性、关系3 个基本要素组成。其中，实体指具有相同特征和性质的对象的抽象，属性指实体具有的某一特性，关系指实体内部或实体之间的联系，一般包括一对一、一对多、多对多3 种关系。以E-R 图模型为描述设备管理系统的主要概念模型［5］，通过对系统的需求分析，得出数据库全局E-R 图（见图8）。

图8 数据库全局E-R图

2.2.3 逻辑结构设计

逻辑结构设计需要将实体模型转换为关系模式，设备与操作历史是一对多的关系模式，在操作历史实体表中添加设备编号字段，通过设备表中的设备编号将两表关联：

（1）设备（设备编号、设备名称、优先级、状态、已用时、开始时间、截止时间、备注）；

（2）操作历史（设备编号、历史操作、开始时间、结束时间）。

设备与员工是多对多的关系模式，建立中间表以储存两表间的关系模式：

（1）设备（设备编号、设备名称、优先级、状态、已用时、开始时间、截止时间、备注）；

（2）员工（员工编号、账号、姓名、权限、注册时间、最后登录时间、管理者）；

（3）项目（项目编号、设备编号、员工编号）。

3 结束语

在现代社会化的高速发展中，地铁是人们生活的常用交通工具。随着地铁的重要性逐步提高，地铁在调度、操作、施工管理、安全防患上的要求也随之提高［6-8］。研究设计的智慧地铁定位设备管理系统，可大幅提升地铁运营管理质量，从根本上增强地铁实时调度能力，避免安全隐患［9-10］。在调度方面，充分利用信息化技术，针对整个地铁的设备情况选择最合适的调度方案，全面提升信息化操作的应用范围，尽可能实现自动数据采集、统计与分析。对此，需积极打造定位设备管理系统，实现各类资源的有效整合与利用，全面提高智慧地铁管理成效。