智能鐵路計量信息服務平臺的研究

張紀暐 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

1 概述

1.1 引言

計量業(yè)務總體上分為計量管理和計量檢測生產(chǎn)兩部分。鐵路總計量系統(tǒng)的功能僅限于計量管理，如量具臺賬管理、標準臺賬管理、建標管理等，服務平臺的主要用途是服務于鐵路總計量系統(tǒng)對全鐵路計量的總體管理，為鐵路總計量系統(tǒng)的計量管理各項政策和措施的制定提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。而對于計量檢測生產(chǎn)業(yè)務，鑒于其復雜性和多樣性，鐵路總計量系統(tǒng)已經(jīng)明確不會涉及；然而計量檢測生產(chǎn)卻是計量工作的主營業(yè)務，計量檢測生產(chǎn)工作的自動化、智能化程度是計量業(yè)務水平的直接體現(xiàn)。

1.2 現(xiàn)狀分析

以上海局集團公司為例，其正在運用的計量管理信息系統(tǒng)（簡稱“信息系統(tǒng)”）是七年前研制的，運行至今，第一次完成十余萬件計量器具的初始化，用戶數(shù)突破千人，為計量管理的規(guī)范化打下了基礎。但是隨著科技的不斷攀升，自動化、智能化發(fā)展正日漸升入到鐵路計量領域，同時各鐵路企業(yè)內出現(xiàn)了大量的計量管理要求和各類的個性化需求，該信息系統(tǒng)難以適應當今“智能上鐵”形勢的發(fā)展，需要更新?lián)Q代。

1.2.1 技術架構老舊

前端 C#(VisualStudio 2008)、后臺數(shù)據(jù)庫 SQLServer2008），基于微軟.NET架構，對當今流行的移動平臺不能跨平臺兼容支持，難以支撐移動辦公、現(xiàn)場檢測等計量業(yè)務的發(fā)展方向。

1.2.2 功能設計不足

設計中不能完全適應實際業(yè)務需求。如信息系統(tǒng)的菜單歸類不太合理。使用者不能迅速找到需要的功能；如信息系統(tǒng)的運營方、計量管理方、站段方的功能混在一起，沒有實現(xiàn)分類管理；如信息系統(tǒng)缺少檢測主管和人員主管角色，在實際分工時無法一一對應；如實際需求中有非管理部門的人員協(xié)助完成的業(yè)務，需要對該類業(yè)務設立相應的協(xié)管角色，但信息系統(tǒng)沒有該類角色的授權；如信息系統(tǒng)內計劃單、收發(fā)單、原始記錄和證書無法徹底固化；如信息系統(tǒng)未將溯源計劃與量傳計劃進行區(qū)分；如數(shù)據(jù)的共享未充分挖掘；如檢測流程不齊全、不靈活，前后流程互動不便，收發(fā)件登記和確認步驟沒有體現(xiàn)，缺少各類報單的重簽功能；如信息系統(tǒng)查詢功能薄弱，缺少各類資源（人、量具、標準）的組合查詢，缺少量具溯源和量傳的雙軌蹤跡查詢，缺少檢測需求、業(yè)績和質量的查詢，缺少各類資源和流程的到期提醒和逾期警示。

1.2.3 代碼質量不高

程序代碼質量不高，時常發(fā)生信息系統(tǒng)的操作卡頓、頁面響應慢的情況。

1.3 必要性

因此，采用當前最新HTML5跨移動平臺的技術架構，研究一套智能鐵路計量信息服務平臺（簡稱“服務平臺”），安全上提供多種驗證機制的保障，功能上貼合大量的計量管理要求和各類的個性化需求，架構上實現(xiàn)自動化、智能化的高效升級，對于當今“智能上鐵”形勢的發(fā)展，是十分有必要的。

2 架構設計

2.1 邏輯架構

為了保證服務平臺的可靠性和可擴展性，總體方案盡量采用模塊化以及松耦合的設計方式，將整個服務平臺從邏輯層面分為七個模塊（見圖1）：用戶界面模塊、業(yè)務應用模塊、工作流程模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)庫、配置模塊和服務接口模塊。各模塊盡可能獨立完成某個特定的任務，模塊之間有相互依賴但接口相對簡單，整體復雜性較低，程序改動或升級后影響范圍小，適應變化能力強，降低了服務平臺更新時存在的風險。

（1）用戶界面模塊是人機交互的接口，主要提供權限管理、數(shù)據(jù)展示管理、流程業(yè)務操作及待辦處理等功能。

（2）業(yè)務應用模塊是核心，主要任務是處理一個計量器具的檢測和檢測文檔資料的生成與歸檔，及核/簽的技術指標和數(shù)據(jù)。

（3）工作流程模塊是按照用戶的設置，對檢測流程等關鍵流程進行控制、資源調度、參數(shù)轉換、容錯及故障處理等任務。

（4）數(shù)據(jù)處理模塊接收來自工作流程模塊的命令，完成各種數(shù)據(jù)的自動采集、智能分析、展示、生成報告以及根據(jù)用戶制定的策略將數(shù)據(jù)上傳等任務。

（5）數(shù)據(jù)庫可配置備份策略，如生產(chǎn)災備，數(shù)據(jù)切片備份，增量備份等多種備份方式。

（6）配置模塊提供了各種個性化的配置功能，如消息通知的配置，內置字典的配置，用戶可以安裝自己需要配置的個性化功能。對于新開發(fā)模塊，可以使用配置決定是否開啟使用，而不影響現(xiàn)有的模塊和功能，這種可拔插的開發(fā)方式，為后續(xù)需求更新和功能迭代提供了可靠的保證。

（7）服務接口模塊提供主流的數(shù)據(jù)交互的格式標準，如JSON，XML DATA等。同時提供硬件數(shù)據(jù)交互能力，如從傳遞數(shù)據(jù)到硬件設備中，或將硬件設備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)記錄到服務平臺中。

圖1 邏輯架構圖

2.2 物理架構（見圖2）

圖2 物理架構圖

為滿足服務平臺正常運行和業(yè)務、用戶數(shù)據(jù)的增長，服務平臺首先采用云平臺部署；其次在物理層面可實現(xiàn)應用集群，隨著業(yè)務的發(fā)展和數(shù)據(jù)的增長，當單臺服務器可能已不能滿足正常運轉，服務平臺的物理架構保證了應用在物理層面可以橫向拓展，支持服務器集群和應用集群。用戶訪問服務平臺時由Web負載均衡服務器進行路由轉發(fā)到物理距離最近的一臺服務器上，由應用服務器處理相關操作請求，使用緩存機制對非熱點數(shù)據(jù)進行緩存，減輕數(shù)據(jù)訪問壓力，提高服務平臺的整體性能。

2.3 部署架構（見圖3）

圖3 部署架構圖

服務平臺部署在一臺虛擬機上，部署采用應用集群和服務器集群技術，保證高可用狀態(tài)，即使其中任意一臺服務器發(fā)生故障，其他服務器仍可為用戶提供在線服務。

3 功能設計

3.1 總體設計

服務平臺由數(shù)個子平臺組成，子平臺各自互相獨立的，使用主體分為運維和客戶兩大類?？蛻舭从袩o計量器具分為計量器具使用和現(xiàn)場登記單位、計量管理機構。計量器具使用和現(xiàn)場登記單位，即擁有計量器具的企事業(yè)單位（有計量器具使用和現(xiàn)場登記需求的組織）。他們可能是自然人、法人或二級法人，可能是計量器具使用和現(xiàn)場登記單位的母公司、集團公司。計量管理機構，沒有計量器具使用和現(xiàn)場登記需求的、但對計量器具使用和現(xiàn)場登記單位有管理需求的組織。他們可能是計量器具使用和現(xiàn)場登記單位的母公司、集團公司的計量管理機構。每個子平臺各自擁有一套菜單。每個用戶分屬于各自的子平臺，使用該子平臺的全部或部分菜單。

3.2 流程設計

主要設計分為三個流程，第一個流程稱為“送取”，從量具臺賬、計劃待審、送檢任務到待確認；第二個流程稱為“實檢”，從收件登記、待流轉、待檢、待核、待簽、待發(fā)登記、待發(fā)、待確認退件、待退登記到待退；第三個流程稱為“現(xiàn)檢”，從檢測登記、待檢、待核、待簽、待發(fā)登記到待發(fā)，每個“池”代表計量器具的動態(tài)狀況，見圖4。

圖4 流程設計圖

3.3 模塊設計

（1）關聯(lián)模塊

提供信息服務之間共享與獨立的開關設置。

（2）服務模塊

提供不同等級的用戶建立不同的權限與服務。

（3）角色模塊

提供個性化角色的授權，根據(jù)菜單的不同體現(xiàn)出角色的不同。

（4）監(jiān)測模塊

提供對計量器具在各種環(huán)境下的智能監(jiān)測其狀態(tài)的功能，提供條形碼追溯。

（5）預警模塊

提供全覆蓋的智能預警，涉及計量器具、質量體系、人員資質等各方面。

（6）分配模塊

提供對工作任務量的智能判斷和分配給相關人員的功能。

（7）臺賬模塊

提供人員、計量器具、計量標準、項目等資質臺賬管理，及可自定義的個性化分類字典。

（8）計劃模塊

提供不同類型計劃的制定，根據(jù)個性化需求自由制定。

（9）網(wǎng)點模塊

提供多點收件或現(xiàn)場檢測，可實現(xiàn)多點數(shù)據(jù)隔離，高級管理權限查詢所有數(shù)據(jù)。

（10）檢測模塊

提供個性化自主設置流程開關；流程可退回，也可撤回，處理完后可跳轉到指定環(huán)節(jié)。

（11）受理模塊

提供掃碼、批量、歷史、預設等多種受理方式。

（12）現(xiàn)檢模塊

提供現(xiàn)場環(huán)境的檢測流程服務，從現(xiàn)場登記、確認、檢測的全流程的功能。

（13）簽名模塊

提供業(yè)務受理的本地、互聯(lián)網(wǎng)的電子簽名功能。

（14）統(tǒng)計模塊

提供對人員、量具、標準等多種維度運行的數(shù)據(jù)，進行強大的個性化分析組合報表功能。

（15）查詢模塊

提供個性化組合查詢，記錄量具每個環(huán)節(jié)的具體情況。

（16）檔案模塊

提供檢測完成后所有電子檔案的追溯功能。

（17）消息模塊

提供通過手機IM推送，及檢測業(yè)務的相關提醒。

（18）加密模塊

提供給完善加密的電子證書解決方案，針對用戶提供網(wǎng)絡查看與下載方案。

（19）編輯器模塊

提供在線的所見即所得的報告編輯器，與Office Word/Excel無縫集成。

（20）記錄模塊

提供電子原始記錄功能，針對不同的項目可個性化自主編制原始記錄模板，分為線上和線下兩種模式，紙質和電子共存。

（21）證書模塊

提供證書、檢定結果通知書的個性化自主編制證書模板功能，多種證書打印方式，與電子原始記錄同步，雙軌并行功能。

（22）智檢模塊

提供專業(yè)模板支持智能檢測，無需檢測人員手動進行誤差計算、符合性判定、不確定度評定等操作的智能檢測功能。

4 安全設計

服務平臺在安全方面提供全方位的高安全等級防護設計，防范SQL注入、XSS注入攻擊、DOS攻擊、暴力破解；提供IP白名單驗證，圖靈驗證，查詢權限驗證等驗證機制，訪問數(shù)據(jù)接口需要身份鑒權，嚴格執(zhí)行用戶數(shù)據(jù)查詢權限。此外，應用服務器內部所有連接均采用內網(wǎng)通信，不對外暴露端口，包括數(shù)據(jù)庫服務器，文件服務器，鑒權服務器等，從物理層面保證了服務平臺的安全可靠。在用戶與服務平臺交互的整個過程中，服務平臺在每個階段提供相應的安全保障，見圖5。

圖5 安全設計圖

5 結束語

本文是對智能鐵路計量信息服務平臺的架構設計（邏輯、物理、部署）、功能設計（總體、流程、模塊）、安全設計做了一些具體介紹和研究，針對的主要領域是計量檢測生產(chǎn)，利用服務平臺的技術優(yōu)點推進鐵路計量檢測生產(chǎn)的信息化，支撐鐵路計量檢測生產(chǎn)工作的自動化、智能化，在不同層面共同支持計量業(yè)務的發(fā)展具有重大意義。同時，由于服務平臺的柔性化設計，使其具備跨移動平臺的適應功能。相信在不久的未來，服務平臺必將在鐵路計量領域中得到廣泛的應用，為“智能上鐵”形勢下的計量管理和計量檢測生產(chǎn)工作、甚至是鐵路運輸安全工作發(fā)揮出最大的作用。