基于到發(fā)管理驅動的鐵路客運站客服設備在線監(jiān)測與維護系統的研究

1、鐵路客運站客服設備在線監(jiān)測與維護系統的研究詹璇，呂曉軍，程清波，劉曉燕，李明（中國鐵道科學研究院電子計算技術研究所，北京 100081）摘要：本文在分析了目前鐵路客運站設備管理的現狀和存在的問題后，根據設備在線監(jiān)測與評估系統的需求分析，闡述了系統的主要業(yè)務流程、功能結構、系統設計、實現以及關鍵技術，最后給出了系統優(yōu)點。關鍵詞： 客服設備；在線監(jiān)測；維護管理；到發(fā)管理；消息中間件Research and Realization of Online Monitoring and Maintenance System of Passenger Service Equipment in Railway

2、 Station Based on Train Dispatch PlanZhan Xuan，Lv Xiaojun，Cheng Qingbo，Liu Xiaoyan，Li Ming (Institute of Computing Technologies,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)Abstract：According to the requirement analysis of Equipment online Monitoring and Maintenance System, and analysis of

3、 existing equipment management problems in current railway station, this paper expounds the main business process, the system function structure, system design, realization and key technology, finally the system's advantages are given.Key Words：passenger service equ

4、ipment； online monitoring；maintenance and management；dispatch management；middleware0 引言隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，鐵路信息化取得長足的進步。在大規(guī)?？瓦\專線建設和既有線改造升級過程中，上線運行的系統越來越多，隨著車站自動化程度的不斷提升，對設備的依賴性也越來越高。而設備作為支撐信息平臺和鐵路信息化管理的核心單元，其可靠性、可維修性、安全性直接決定著車站運營組織、安全化生產的好壞。目前，在鐵路車站中，購置了大量價格昂貴的服務設施/設備，這些設施/設備來自不同的生產廠家，設備的優(yōu)劣好壞只有通過工作人員巡檢或車站

5、人員通告才能得知，還不能做到實時監(jiān)測；在遇到春運、暑運等特殊情景下，一些關鍵的客服設備如引導屏、自動售檢票機、查詢機等還不能做到事前維修；且設備巡檢的勞動強度較大，容易忽略或遺漏問題；目前絕大多數鐵路客運站尚未建立一套完善的設備維修體制，維修由外包公司或生產廠家來承擔，設備維修完畢后有時不能及時告知車站，造成車站工作人員對設備的好壞優(yōu)劣心中無數，從而設備的可靠性及安全性不可控制。因此，為了改善這種局面，提高工作人員效率，使工作人員對設備真正心中有數，打造一個智能化、人性化、高效安全、適應現代的鐵路生產管理體系，建立設備在線監(jiān)測與維護管理系統，實時監(jiān)測設備狀態(tài)，及時發(fā)現故障并上傳報警，對設備的故

6、障進行診斷，對設備的質量進行評估，具有重要的應用價值和社會意義。1 系統總體需求該系統的使用對象是與鐵路客運站設備管理和使用相關的部門，主要有：綜合控制室、技術設備科、設備車間等。（1）實現全站設備的基礎信息維護對全站設備的基礎數據進行錄入、修改，同時提供設備按地點和按分類兩種方式查詢，對設備有借調用記錄的生成借調用記錄單，并提供打印功能。（2）實現客服設備的運行狀態(tài)監(jiān)測通過制定統一的設備接口規(guī)范，自動獲取各客服設備（廣播、引導、視頻監(jiān)控、自動檢票機、查詢機等）的在線運行狀態(tài)情況。（3）實現客服設備故障報警對監(jiān)測出有故障的設備用不同的顏色進行提示，如故障：紅色，異常：灰色，正常：綠色，并生成故

7、障記錄單。2 系統業(yè)務流程圖2.1 主要業(yè)務流程（1）設備管理部門設備車間/電算站維護設備基礎信息。（2）綜控室人員查看設備的在線運行狀態(tài)。（3）發(fā)現故障方式分為四種：設備管理部門巡檢發(fā)現的故障、綜控室人員實時監(jiān)測發(fā)現的設備故障、設備使用部門/干部檢查現場發(fā)現的故障，發(fā)現故障后統一上報設備管理部門設備車間/電算站統一確認。（4）在發(fā)現故障后，由車間和使用人員在系統中錄入，生成故障記錄單。（5）設備在線監(jiān)測出的故障，自動生成故障記錄單。（6）設備車間/電算站審核故障記錄單，派工維修。（7）車站管理部門按月度、季度、年度統計設備故障率，形成圖表和報表。3 系統功能設計3.1 系統功能結構基于到發(fā)驅

8、動的設備在線監(jiān)測與維護系統包括設備基礎信息錄入、設備在線監(jiān)測、設備故障單記錄、設備故障統計功能。如下圖所示：圖3.1 系統功能結構圖3.1.1 設備基礎信息維護設備基礎信息維護包括設備隸屬關系配置、基礎信息錄入、設備信息查詢、設備借調用記錄。（1） 設備隸屬關系配置隸屬關系配置包括車站區(qū)域基礎信息配置和部門所屬關系配置，配置車站區(qū)域基礎信息和位置關系，包括售票廳、進站口、候車室、出站口、天橋、地道、站臺、風雨棚、消防通道、辦公區(qū)等，以形成車站區(qū)域關系樹。配置車站部門所屬關系，如客運車間、設備車間、客運科等，以形成部門關系樹。（2） 設備基礎信息錄入錄入設備基礎信息，包括設備名稱、設備編號、設備

9、所在區(qū)域、設備所在部門、設備類別（安檢設備類、售、檢票類、導向、廣播、查詢、監(jiān)控、電梯、空調、電腦、通訊、桌椅家具、廁衛(wèi)等）、設備狀態(tài)（庫存、在用、維修、借出、停用、報廢等）、設備購入途徑（客專公司、鐵路局、車務段、車站等）、廠家聯系電話、計量單位（個、張、排、支、臺、套等）。（3） 設備信息查詢提供按地點和類別查詢設備信息。（4） 設備借調用記錄生成設備的借調用記錄單，包括借調單號、借出日期、借出部門、借出人、接收部門、接收人、是否歸還、歸還日期、驗收人、備注等。3.1.2 設備在線監(jiān)測設備在線監(jiān)測是基于2小時內的列車到發(fā)計劃來實時監(jiān)測關鍵設備的運行狀態(tài)，并以列表和圖表方式展示運行狀態(tài)結果。

10、以列表方式可以清楚直觀的看到每趟車在運行圖中不同的客服設備的工作狀態(tài)和顯示內容，以圖表方式可以看到車站不同區(qū)域內的客服設備的工作狀態(tài)。根據列車的實際到點和發(fā)點判斷列車到發(fā)狀態(tài)，分為列車未到站、列車到站、列車離站三種到發(fā)狀態(tài)。列車未到站、旅客候車：監(jiān)測進站大屏、檢票屏、候車廳廣播、LCD屏、閘機。列車到站：監(jiān)測站臺屏上屏、站臺廣播。列車離站：站臺屏下屏、出站口廣播、出站屏、出站閘機。3.1.3 設備故障單記錄根據設備在線監(jiān)測出的結果，有故障的設備會用紅色顯示，并自動生成故障記錄單，設備車間工作人員在點檢巡檢過程中發(fā)現的故障，要手動錄入生成設備故障單。設備故障單內容包括：故障設備資料、故障情況說明

11、等。并可以按故障發(fā)生時間和故障分類查詢故障。故障設備資料：設備編號、設備名稱、設備所在地點、制造廠家等。故障情況說明：故障分類（I類、II類、III類、IV類）、故障位置、發(fā)生故障經過及現象、故障發(fā)生時間、操作人、填寫時間、填寫人等。故障分類：I級故障（整個系統處于完全癱瘓狀態(tài)，不能運行）；II級故障（系統性能嚴重下降：包括網絡性能明顯下降、設備出現故障或軟件系統出現非癱瘓性錯誤等，客戶業(yè)務運作受到嚴重影響）；III級故障（系統部分設備或者軟件出現故障，但整個系統仍可正常運行，客戶業(yè)務運作受到一定影響）；IV級故障（需要硬件、軟件產品功能、安裝或配置方面的信息和支援，對客戶的業(yè)務運作幾乎沒有影

12、響或者根本沒有影響）。3.1.4 設備故障統計按設備分類統計出月度、季度、年度內設備故障次數和設備故障時間（按小時計算），并以圖表和列表形式展示；對設備進行質量評估，計算出設備的可用性，生成統計報表。建立設備的性能指標，即可用性指標，對設備進行質量評估。設備的可用性分為優(yōu)、中、劣三等，優(yōu)：設備停機次數一年不超過1.825天*24h，即可用性在99.5%；中：設備停機次數一年不超過3.825天*24h，即可性在95%；劣：即停機或死機次數一年在30天*24h以上。4關鍵技術4.1 消息中間件技術4.1.1 消息中間件的結構消息中間件是基于消息傳送的中間件，主要功能是在應用程序之間傳送消息，這些消

13、息可以在不同的網絡協議、不同的計算機系統和不同的應用軟件之間傳遞。到發(fā)管理子系統與客服設備在線監(jiān)測與維護系統之間的協調與通信是以中間件為接口進行消息傳送的，中間件主要管理兩個子系統之間的數據計算資源和網絡通訊。兩個子系統與消息中間件的通信使用Socket連接，由消息中間件建立監(jiān)聽Socket，隨時查看客戶端是否有請求，如果客戶端有請求的話立刻予以響應，建立對話連接，將接收到的數據處理后執(zhí)行數據庫操作，然后返回給客戶端。其結構如下圖所示：圖4.1 消息中間件的組織結構消息中間件由兩大部分組成：設備接口、客戶端通信部分。設備接口部分集成了各種設備的接口，負責與各種設備通信，每隔2分鐘獲取設備的狀態(tài)

14、，再寫入數據庫；客戶端通信部分負責與到發(fā)管理和設備管理之間的通信，接收這兩個系統之間的查詢、訪問，然后與數據庫交互，執(zhí)行查詢操作，再返回給客戶端，同時管理消息隊列和消息優(yōu)先級的控制等。首先，到發(fā)管理子系統根據列車的實際到點與發(fā)點判斷列車運行狀態(tài)，未到站、到站和離站，根據三種狀態(tài)下監(jiān)測的關鍵的設備類別，如列車未到站、旅客候車情況下監(jiān)測進站大屏、檢票屏、候車廳廣播、LCD屏、閘機；列車到站要監(jiān)測站臺屏上屏、站臺廣播；列車離站時監(jiān)測站臺屏下屏、出站口廣播、出站屏、出站閘機；然后通過Socket通信向消息中間件發(fā)送設備串碼，設備串碼中標識了設備類別碼和設備位置編號，消息中間件在接收到信息后進行解析，向

15、數據庫發(fā)送數據查詢請求，將查詢結果通過Socket通信方式發(fā)送至設備在線監(jiān)測與維護系統并顯示。其流程如下圖所示：圖4.2 消息中間件流程圖4.1.2 消息模型到發(fā)管理子系統通過Socket通信方式向消息中間件發(fā)送消息，消息由消息頭和消息體組成。消息頭包括消息的識別信息，如消息類型、主題和優(yōu)先級等，消息體則是實際的傳輸數據，如車次、列車狀態(tài)、設備類別碼、設備位置碼、設備名稱、消息優(yōu)先級等。消息采用XML格式。如下所示的消息體表示車次為G87，列車狀態(tài)為未到站，監(jiān)測的設備為進站大屏（用1表示）和LCD屏（用3表示），位置代號分別為112和113，優(yōu)先級均為1。<equMonitor>&

16、lt;Train StationTrainCode=”G87” TrainStatus=”0”> </Train><Equ Classification=”1” Location=”112” Priority=1> <id=”Pa001010”></id> <id=”Pa001011”></id></Equ><Equ Classification=”3” Location=”230” Priority=1> <id=”Pis001012”></id></Equ&g

17、t;</equMonitor>4.1.3 消息隊列設計消息隊列是面向消息中間件的數據結構，消息隊列是一片存儲緩沖區(qū)，隊列中可以存放一條或多條消息。在該系統中，消息隊列分為請求隊列和應答隊列。到發(fā)管理發(fā)送的消息都存放在請求隊列中，消息中間件發(fā)送給系統的應答消息都放在應答隊列中。每個隊列都是一個雙向鏈表，一個隊列中可以有多條消息，消息從隊列頭部出隊，從尾部入隊。消息入隊和出隊可以并行操作，互不干擾。一次只能發(fā)送或取出一條消息。每個隊列都采用FIFO原理。如下圖所示：圖4.3 消息隊列隊列的具體設計是queue類，是一個線程安全類。當向隊列中讀寫消息時，必須保持線程間同步。如果在隊列為空

18、時從隊列中取消息，隊列會自動阻塞，直到有新的消息入隊為止。當隊列填滿時，能夠自動擴張。所以創(chuàng)建時可以指定隊列的容量。如果隊列滿，則拋出異常，刪除即將到來的消息。如果不指定，隊列會自動擴張，永遠不會出現隊列滿的情況。當隊列關閉時，任何讀寫行為都會產生異常。根據系統生成的2小時之內的到發(fā)計劃，系統會生成多個隊列。每個隊列里放5條消息。每個隊列對應一個優(yōu)先級，該優(yōu)先級與隊列中的所有消息的優(yōu)先級相同，隊列的優(yōu)先級按到發(fā)計劃的到點時間的先后從大到小排序。每個消息被接收以后，根據消息自身的優(yōu)先級將其放入對應的隊列中。每個隊列分配一個權值，表明每次為該隊列服務時該隊列所獲得的服務資源數。所有的隊列都要放入服

19、務池中進行處理，消息排隊過程有如下特點：1） 服務池中有N個隊列，各個隊列相互獨立的。2） 消息有m個優(yōu)先級，消息隊列有m個，每個隊列對應的消息優(yōu)先級為k。當m=1時，只有一個隊列，權值w=1。3） 用于存放優(yōu)先級為k的消息，其對應的權值為。4） T：一個隊列服務的時間。5） ：一個循環(huán)中為服務的時間。則=*T。排隊工作原理如下：1） 首先檢測，如果>0，則轉入2）；如果=0，則轉入3）。2） 為隊列服務，持續(xù)時間為t，直到下列之一發(fā)生：i. =0且t，轉入3）。ii. t，服務完當前隊列，轉入3）。3） k=k+1。i. km，轉入1)ii. k>m，k=1轉入1)如下圖所示：圖4.4 消息排隊原理5 系統優(yōu)點設備在線監(jiān)測與維護管理系統采用Oracle作為數據庫環(huán)境，C#為開發(fā)語言，系統采用C/S結構。所開發(fā)的系統具有以下優(yōu)點：（1）實現了從故障錄入-故障派單-故障處理-故障驗收的一體化閉環(huán)管理，優(yōu)化了業(yè)務流程，實時跟蹤故障處理狀態(tài)。（2）采用了消息中間件技術實現了在線監(jiān)測，大大減少了客戶端和服務器端的計算壓力，跨平臺的移植性強。（3）采用了流程可