電氣化鐵路供電信息管理系統(tǒng)研究

邢 挺

（中國鐵路青藏集團有限公司供電部，青海 西寧 810006）

0 前言

鐵路信息化是交通信息化的重要組成部分，也是鐵路朝著智能化發(fā)展的必由之路。將先進的信息技術(shù)和現(xiàn)代管理理念相結(jié)合，并融入鐵路生產(chǎn)經(jīng)營管理的實際工作中，可以有效提升鐵路系統(tǒng)整體的作業(yè)效率、保障能力和服務(wù)水平[1]。近年來，鐵路客票預(yù)定與發(fā)售系統(tǒng)、鐵路運輸管理信息系統(tǒng)和鐵路供電管理信息系統(tǒng)等專業(yè)化信息系統(tǒng)[2]的應(yīng)用顯著提高了鐵路現(xiàn)代化水平，也驗證了信息系統(tǒng)在推動鐵路事業(yè)可持續(xù)發(fā)展中具有戰(zhàn)略意義。

1 應(yīng)用現(xiàn)狀分析

鐵路供電信息管理系統(tǒng)的建設(shè)是隨著信息化的發(fā)展而逐步應(yīng)用起來的，早在21 世紀(jì)初，當(dāng)時的鐵道部就出臺了文件對牽引供電專業(yè)信息化建設(shè)工作進行了規(guī)范化管理[3]。經(jīng)過幾十年的發(fā)展和完善，目前已經(jīng)有不少供電段引入了供電信息管理系統(tǒng)，為供電信息管理系統(tǒng)在其他供電段的全面建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗[4]。供電信息管理系統(tǒng)在應(yīng)用過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，例如與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息共享程度較低，業(yè)務(wù)覆蓋不夠全面，技術(shù)架構(gòu)落后，終端類型較少，操作使用方式單一，造成部分工作的重復(fù)，不能對觸網(wǎng)巡視等日常工作進行有效監(jiān)督。當(dāng)前信息技術(shù)已十分成熟，軟件平臺的架構(gòu)和實現(xiàn)技術(shù)較十幾年前有了巨大的進步，通過科學(xué)的設(shè)計和分析，傳統(tǒng)供電信息管理系統(tǒng)存在的問題可以得到解決，這對鐵路供電段提升自身信息化管理水平而言是一個難得的機會。

2 系統(tǒng)需求分析

供電段是電氣化鐵路運行管理的核心組成部分，主要負(fù)責(zé)電氣化鐵路牽引供電任務(wù)，其相關(guān)工作的規(guī)范化和有效性對鐵路牽引供電的穩(wěn)定性有直接影響，因此一直受到鐵路部門的高度重視。然而，當(dāng)前的供電段在信息化建設(shè)方面仍然比較滯后，難以滿足鐵路事業(yè)的發(fā)展需求。近期許多鐵路局的供電段也正在采用信息化手段解決日常工作規(guī)范性以及有效性低的問題，而電氣化鐵路供電信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用是被實踐證明較優(yōu)的解決方案。

鐵路供電段的日常管理工作十分復(fù)雜，這不僅是鐵路線路數(shù)量和規(guī)模增加的結(jié)果，更是牽引供電系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜度不斷提高的結(jié)果，如果仍以傳統(tǒng)的人力勞動為主進行日常管理，顯然不能滿足鐵路事業(yè)的發(fā)展需求。供電信息管理系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用目標(biāo)就是要降低勞動強度，提高工作效率。避免工作盲區(qū)，提高工作質(zhì)量。提高職工素養(yǎng)，提升管理水平。

3 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

為了實現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用的預(yù)期目標(biāo)，首先要做好系統(tǒng)的總體設(shè)計工作。該文將從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計、軟件邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計和系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)選擇等方面進行重點研究。

3.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)選擇

作為一個典型的信息化系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)一般可以分為三種模式，分別為C/S（客戶機/服務(wù)器結(jié)構(gòu)）體系結(jié)構(gòu)、B/S（瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)）體系結(jié)構(gòu)和P2P （對等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）體系結(jié)構(gòu)。體系結(jié)構(gòu)的選擇要結(jié)合鐵路供電段的實際情況，綜合考慮安裝和維護成本。在鐵路供電段的組織架構(gòu)中，相關(guān)科室的地理位置分布一般比較分散，尤其是車間和工區(qū)更是具有點多線長的特點。但當(dāng)前供電段的網(wǎng)絡(luò)覆蓋率較高，帶寬也較大。根據(jù)這些特點，如果采用C/S體系結(jié)構(gòu)將帶來非常繁重的部署和升級管理工作，因此該文選用B/S 結(jié)構(gòu)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)所需的硬件設(shè)備、電氣化鐵路供電系統(tǒng)的運營要求和信息化系統(tǒng)的一般特征，該文設(shè)計的電氣化鐵路供電信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

出于安全考慮，該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分為內(nèi)外和外網(wǎng)兩部分，其中內(nèi)網(wǎng)與鐵路系統(tǒng)的專網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，外網(wǎng)則與互聯(lián)網(wǎng)相通，各類供電信息管理系統(tǒng)部署在內(nèi)網(wǎng)，可以與鐵路系統(tǒng)的其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)方便地進行信息交換而不受外部網(wǎng)絡(luò)威脅。供電信息管理系統(tǒng)對外網(wǎng)映射端口并申請域名，使外部網(wǎng)絡(luò)可以通過特定的網(wǎng)址訪問供電信息管理系統(tǒng)，真正發(fā)揮B/S 架構(gòu)的優(yōu)勢。內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)各設(shè)置一臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，用于部署應(yīng)用程序和存儲系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。內(nèi)外網(wǎng)通過隔離網(wǎng)閘進行安全隔離，內(nèi)網(wǎng)客戶端只能訪問內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器，而外網(wǎng)客戶端只能訪問外網(wǎng)服務(wù)器，不能直接訪問內(nèi)網(wǎng)。為提高系統(tǒng)的可用性和便捷性，還通過移動互聯(lián)網(wǎng)接入了移動終端，移動終端一方面通過GPS、RFID 標(biāo)簽和二維碼等途徑獲取供電設(shè)備信息，另一方面將這些信息通過移動網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到外網(wǎng)服務(wù)器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和交互。

3.3 軟件邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)前文設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電氣化鐵路供電信息管理系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求，該文對系統(tǒng)的軟件邏輯進行了設(shè)計，設(shè)計方案如圖2 所示。

如圖2 所示，整個系統(tǒng)以服務(wù)器為核心，內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器和外網(wǎng)服務(wù)器采用相同的部署方案，均部署了Web 服務(wù)端和PHP 應(yīng)用程序，系統(tǒng)中的所有核心服務(wù)均由這些應(yīng)用軟件提供，是軟件運行的核心部分。內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器和外網(wǎng)服務(wù)器各部署一套MySQL 數(shù)據(jù)庫，但內(nèi)網(wǎng)服務(wù)器的軟件程序只能訪問內(nèi)部數(shù)據(jù)庫，外網(wǎng)服務(wù)器的軟件程序也只能訪問外部數(shù)據(jù)庫，必要時可以通過安全隔離網(wǎng)閘的安全設(shè)置實現(xiàn)內(nèi)外數(shù)據(jù)庫的同步或交叉訪問。用戶可以通過移動終端或PC 端訪問系統(tǒng)平臺，開展各項業(yè)務(wù)管理工作，其中移動終端采用安卓平臺，運行安卓應(yīng)用程序，通過內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)器與內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互。PC 端則通過瀏覽器訪問外網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)器和外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。

圖2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

該設(shè)計方案的優(yōu)點在于，通過安全隔離網(wǎng)閘的運用，內(nèi)外網(wǎng)兩套應(yīng)用系統(tǒng)既可以方便快捷地與鐵路專網(wǎng)進行數(shù)據(jù)共享，又允許外網(wǎng)用戶接入系統(tǒng)。內(nèi)網(wǎng)系統(tǒng)和外網(wǎng)系統(tǒng)可以互為主備，在特殊情況下可以相互切換，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。

3.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

為滿足電氣化鐵路供電信息管理需求，該文的MySQL 數(shù)據(jù)庫中設(shè)計了大量的數(shù)據(jù)表，其定義如表1 所示。

表1 數(shù)據(jù)表定義

4 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

根據(jù)當(dāng)前鐵路供電段的工作特點和業(yè)務(wù)需求，該系統(tǒng)將實現(xiàn)以下功能模塊：人員管理、巡視管理、檢修管理、設(shè)備管理和物料管理，其功能結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

4.1 人員管理模塊

人員管理模塊的功能是對系統(tǒng)的所有用戶進行統(tǒng)一管理，對用戶的基本信息是向系統(tǒng)管理員開放的，一般用戶不具備操作該模塊的權(quán)限。人員基本信息管理的基本操作包括添加、刪除、修改和查詢，而人員基本信息主要是指人員的姓名、性別、工號、部門、崗位等。具備管理權(quán)限的用戶可以進行人員調(diào)動管理、人員考核管理等操作，例如需要對某員式進行部門調(diào)動或職務(wù)調(diào)動時，可以通過該模塊進行修改，并發(fā)布人事變動通知。管理者可以對每位員工的工作進行考核，考核結(jié)果會記錄在系統(tǒng)中，員工登錄后可以查看自己的考核結(jié)果。

4.2 巡視管理模塊

在電氣化鐵路供電信息管理系統(tǒng)中，巡視管理主要是指牽引供電接觸網(wǎng)的巡視管理，具體內(nèi)容包括巡視計劃制定、發(fā)布、查看以及巡視過程記錄、拍照、軌跡查看等。如果巡視過程中未發(fā)現(xiàn)問題，則系統(tǒng)只記錄基本的巡視過程；如果巡視中發(fā)現(xiàn)問題，則系統(tǒng)還會記錄發(fā)現(xiàn)的問題或缺陷信息，將其統(tǒng)一納入缺陷庫，作為月度檢修計劃的內(nèi)容。只有當(dāng)問題完全解決之后，才能在系統(tǒng)中對該問題的記錄進行銷號，確保每個發(fā)現(xiàn)的問題都得到解決。人員的現(xiàn)場巡視過程會在系統(tǒng)中生成巡查軌跡，便于考核及監(jiān)督。界面設(shè)計如圖4 所示。

圖4 巡視管理界面

4.3 檢修管理模塊

檢修是指對接觸網(wǎng)的設(shè)備狀態(tài)進行檢查并對存在的問題進行維修，傳統(tǒng)的檢修管理更多是依賴于人力勞動，該系統(tǒng)的檢修模塊改變了這一現(xiàn)狀。系統(tǒng)采用了先進的電子化和網(wǎng)絡(luò)化管理，進一步提升了接觸網(wǎng)運行檢修管理的效率和質(zhì)量，提高精細(xì)化管理水平。用戶可以制定檢修計劃并上傳系統(tǒng)，檢修后會形成檢修臺賬，使信息實時查詢和工作量實時統(tǒng)計等工作更加快捷方便。檢修通常是對巡視中發(fā)現(xiàn)的問題進行維修，系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵代碼如下。

4.4 設(shè)備管理模塊

電氣化鐵路中使用了大量的電力電子設(shè)備，這些設(shè)備的類型、規(guī)格、價值、使用年限、責(zé)任部門、管理要求等均不相同，大量的信息給日常管理工作帶來了很大的難度。信息化系統(tǒng)對設(shè)備管理具有獨特的優(yōu)勢，電氣化鐵路供電信息管理系統(tǒng)通過建立設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫，對設(shè)備信息進行多維度的管理，可以準(zhǔn)確地記錄和快速地查詢設(shè)備的基本信息和服役狀態(tài)。

4.5 物料管理模塊

設(shè)備管理模塊主要是針對鐵路供電系統(tǒng)中正在服役的設(shè)備，而物料管理則是針對仍在倉庫中未開始服役的物料，兩者的管理側(cè)重點是不同的。物料管理模塊與一般的庫存管理系統(tǒng)基本相同，所有物料的出入庫均通過掃描確認(rèn)，數(shù)據(jù)庫的庫存量會相應(yīng)的變更，物料出庫后會對其去向進行記錄，方便后期產(chǎn)品追溯。

5 系統(tǒng)的應(yīng)用

該系統(tǒng)已在國鐵集團供電段推廣使用，運行期間系統(tǒng)各項性能指標(biāo)正常，各項業(yè)務(wù)可正常使用，系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整、準(zhǔn)確、可靠，極大地規(guī)范了電氣化鐵路供電系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)的管理工作和流程，顯著提高了工作效率和工作質(zhì)量。另外，由于對平臺進行了統(tǒng)一規(guī)劃，管理系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)間以及管理系統(tǒng)與鐵路系統(tǒng)中的其他平臺均可通過數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，方便匯總和篩選供電信息，為供電段的工作規(guī)劃和決策提供了科學(xué)的依據(jù)。

6 結(jié)語

近年來，隨著我國電氣化鐵路建設(shè)的完善，電氣化鐵路供電信息管理系統(tǒng)應(yīng)用得越來越普遍，這直接改變了傳統(tǒng)鐵路供電段的作業(yè)模式，有效提高了工作效率。電氣化鐵路正朝著信息化、智能化鐵路的方向發(fā)展，越來越多的新技術(shù)和新工藝被運用到鐵路供電系統(tǒng)中，部分專業(yè)實時性要求比較強，技術(shù)難度較大，如何把這些新技術(shù)融入電氣化鐵路供電信息管理系統(tǒng)中，進一步推動電氣化鐵路相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，又成了一個新的熱點話題。該文對電氣化鐵路供電信息管理系統(tǒng)進行的一系列研究，可以為電氣化鐵路的發(fā)展提供新的視角。