（模式识别与智能系统专业论文）机车能耗分析与司机操纵评价管理系统的设计与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 电力机车上传统的机械式电度表存在计量精度低、需人工读数、不能做 到电量的分区计量。对不同区段的能耗无法统计与分析，无法对司机操纵方 法、节能效果进行科学、合理、准确考评等缺点。针对这一现状，出现了智 能电表系统，该系统主要由两大部分组成，一部分是硬件，安装在电力机车 上面称为智能电度表，它根据机车耗电量和机车参数的变化情况存储机车运 行数据信息；另一部分是分析软件，完成采集数据的分析与汇总，形成各种 报表，对每一车次在每个区间的耗电量及司机操纵情况做出评价。机车能耗 分析与司机操纵评价管理信息系统是在智能电表基础上开发出来的用电管理 地面软件系统。是本论文研究的主要内容。 首先介绍了智能电度表的硬件组成和工作原理，特别是对数据储存的算 法做了详细介绍。针对各个机务段不同的需求及行车方式，将各个机务段的 需求合并，对软件在功能和性能方面的需求做了详细阐述。 本系统基于客户端服务器软件结构，重点研究了软件的总体构架设计， 把整个系统按功能划分为各个子模块并分别做了论述：数据库存储模块、数 据重建处理模块、具体数据处理模块、数据分析统计模块、用户报表模块、 司机操纵评价模块、用户图形界面模块。实现了数据的自动转储，实现了分 段、分人、分车，分时等的能耗统计和查询。 数据存储采用首先存储原始数据，将本地转储的和异地传输过来的属于 本段的数据导入数据库，形成地面系统所需的数据库原始数据，将原始数据 表看待为一个大的容器，以后需要的数据都是从该容器中获取。 最后详细论述了数据库的设计方法。重点阐述了数据库表单和存储过程 的设计。 本系统的基本功能已经全部实现。 关键词：信息管理系统；电力机车；智能电表；数据库；能耗；操纵评价 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t t a c t t h e r ea r es o m e d i s a d v a n t a g e sa b o u t t r a d i t i o n a lm e c h a n i c m e t e r ，w h i c hi n c l u d e sl o wm e a s u r i n gp r e c i s i o n ， m a n u a lr e a d i n g ， i m p r e c i s ec o m p u t a t i o no fb l o c ke l e c t r i c a lp o w e rc o n s u m p t i o n ， i n c a p a b l e t om a k es t a t i s t i c a le v a l u a t i o no fd i f f e r e n tb l o c k e l e c t r i c a l p o w e rc o n s u m p t i o n ，i n c a p a b l et om a k e s c i e n t i f i c 、 r e a s o n a b l ea n dp r e c i s ea p p r e c i a t i o no nt h em o t o r m a no p e r a t i o n ，a n d e n e r g ys a v i n ge f f e c t a i m i n ga tt h o s ep r o b l e m s ，i n t e l i i g e n ta m m e t e r s y s t e mh a db e e nd e v e l o p e d i n t e lli g e n ta m m e t e rs y s t e mi n v o l v e st w o l a r g ea s p e c t s ，h a r d w a r ea n ds o f t w a r e i n t e l l i g e n ta m m e t e ri sf i x e d t ot h ee l e c t r i cl o c o m o t i v e ，w h i c hs t o r e se l e c t r i cl o c o m o t i v e 7 sm o v i n g i n f o r m a t i o nb a s e do nt h ec h a n g eo fe l e c t r i c a lp o w e rc o n s u m p t i o na n d e l e c t r i cl o c o m o t i v e sp a r a m e t e r t h es o f t w a r ec o u l dn o to n l ya n a l y s e a n dt a b u l a t ed a t at of o r ma 1 1k i n d so fs t a t i s t i c s ，b u ta l s oe s t i m a t e t h eb l o c ke l e c t r i c a lp o w e rc o n s u m p t i o na n dm o t o r m a n 7 so p e r a t i o n t h e m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mo fl o c o m o t i v e 7 se l e c t r i c e n e r g y c o n s u m p t i o na n a l y s ea n do p e r a t i o ne v a l u a t i o nb a s e do ni n t e l l i g e n t a m m e t e ri si no r d e rt oc a l c u l a t ea n dm a n a g et h ee l e c t r i c a lp o w e r c o n s u m p ti o no f1 0 c o m o ti r e f i r s t ，i nt h ep a p e r ， i n t e lli g e n ta m m e t e r s sc o m p o n e n t so f h a r d w a r ea n dp r i n c i p l eo fw o r k ，e s p e c i a l l yr u l eo fd a t as t o r a g ea r e e x p o u n d e d i n c o r p o r a t e w i t hd i f f e r e n t r e q u i r e m e n t sa n dd i f f e r e n t r u n n i n gm o d eo fl o c o m o t i v et e r m i n a l s ，t od is c o u r s eu p o nr e q u i r e m e n t s o ff u n c t i o na n dp e r f o r m a n c eo ft h em i si nd e t a i l o v e r a l lf r a m e w o r k 7 sd e s i g no ft h em i si sp r i m a r i l ys t u d i e d ，w h i c h i sb a s e du p o ns o f t w a r es t r u c t i o no fc l i e n t s e r v e r t h ew h o l es y s t e m i sb r e a k sd o w na c c o r d i n gt of u n c t i o n ，a sf o l l o w s ：m o d u l eo fd a t a b a s e s t o r a g e ，m o d u l eo f d a t ar e s t o r ep r o c e s s ，m o d u l eo fs p e c i f i cd a t a p r o c e s s ，m o d u l eo fd a t aa n a l y s i sa n ds t a t i s t i c s ，m o d u l eo fu s e rr e p o r t d a t a ，m o d u l eo fa p p r e c i a t i o no nt h em o t o r m a no p e r a t i o n ，m o d u l eo f g r a p h ic a li n t e r f a c e s t h ec lie n to ft h i ss y s t e ma c c o m p lis h e dt h eq u e r y a n d t h es t a t i s t i c so ft h ee n e r g yc o n s u m p t i o nq u e r yb yp e r s o n ， l o c o m o t i v e ，t i m ea n ds e c t i o n t h es y s t e ma l s oa c h i e v e st h ea u t o m a t i c a c c e s so fd a t a i n i t i a ld a t af r o ml o c a ll o c o m o t i v et e r m i n a l 7 sd u m p i n gs t o r e dd a t a a n df r o mt h eo t h e r l o c o m o t i v et e r m i n a l 7 st r a n s m i t e dd a t aw h i c h b e l o n g st o t h el o c o m o t i v et e r m i n a li sf i r s t l ye n t e r e d i n t ot h e d a t a b a s e l i k et h i s ，i tf o r mai n i t i a ld a t a b a s ew h i c hn e e d e db yt h e s o f e w a r es y s t e m i n i t i a ld a t at a b l e si sr e g a r d e da sal a r g ec o n t a i n e r ， t h ef o ll o w i n gd a t ad e m a n d e dc a ng e tf r o mt h el a r g ec o n t a i n e r f i n a l l y ，i nt h ep a p e r ，t h em e t h o da n dp r o c e s so fd a t a b a s ed e s i g n i sd i s c u s s e di nd e t a i l ，e s p e c i a l l yf o rt h ed e s i g no fd a t a b a s et a b l e s a n ds t o r i n gp r o c e s s t h em a i nf u n c t i o no ft h es y s t e mh a sb e e nc o m p l e t e d k e yw o r d s ：m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s y s t e m ；e l e c t r i c l o c o m o t i v e ： i n t e l l i g e n ta m m e t e r ：d a t a b a s e ：e l e c t r i ce n e r g yc o n s u m p t i o n ：o p e r a t i o n e v a l u a t i o n 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 本论文部分功能模块采用插件的模式，由插件管理器统一进行管理和载 入处理；模块化设计将子模块设计成各个功能模块，每个模块短小精干，同 时在考虑了执行效率的前提下合理地将模块之间的耦合程度降到最低。 华 劲吁斗6 国了图 西南交通大学曲甯父逋大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密囤，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名：阮五华指导老师签名：肜刍荔嗍 日期：勾o f 羟易日多日 日期：如移1 7 军6 日妇 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 目前，我国电力机车的耗电量由机车自身配备的对机车输入电能进行测 量的机械式电度表。这种电度表有计量精度低、需人工读数( 在计量分界点， 副司机离开司机室赴高压室查看电度表并记录) 、不能精确计算区间耗电量、 无法对司机操纵方法、节能效果进行科学、合理、准确考评等缺点。主要从 以下两个方面分析： 1 能耗管理上存在的问题。随着现代铁路运输的进一步提速和高速列 车的发展，对电力机车的用电管理提出了更高的要求。然而铁路系统一直采 用的电能计量的管理体制是：通过机务段人工抄表或机务段、供电段共同人工 抄表来实现的，即乘务员退乘后，记录电表的读数，将数据连同司机报单上交 到机务段统计室。机车回到机务段后，供电段的抄表人员记录电表的读数，将 数据上交到供电段的统计室，机务段和供电段每月各出自己的报表，最后供电 段和机务段的电费结算依靠协商确定，主要依靠水电段的关口表来进行估算， 抄表的数据仅作为参考以及下一年度单耗估计的依据。这种手工抄表方式存 在很多弊端。( 1 ) 人力资源的浪费，表现在机务段和供电段都要配备专门的抄 表工人和统计人员。( 2 ) 存在抄表不到位、估抄、漏抄、错抄、错算问题。 ( 3 ) 跨局、跨段的电能结算问题，当前，铁路的跨越式发展要求长交路运行，机 车需要跨局、跨段间运行采用手工式抄表无法区分各区段的用电量。 2 机械式电表本身存在的技术问题。( 1 ) 机械磨损带来的误差问题。传 统的机械式电表精度容易受磨损、机车震动及其它导致位移事件的影响，而 电子式电能表不存在机械磨损，可在长期运行中保证计量精度不变。( 2 ) 机械 式电表只能计量基波的电能消耗，对于谐波消耗的电能无法计量。( 3 ) 机械式 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 电表只能记录有功功率，不能记录无功功率。理想情况下，输入电流和输入电 压相位完全一致，电压和电流的乘积就等于实际输出的有功电能。然而，在 实际使用时用电设备会导致电流相位偏离与之对应的电压相位，只有同相部 分的区域才能形成有功功率，不同相部分的区域将会以无功功率形式返回电 网，结果实际有功功率小于输入电压和电流的乘积。( 4 ) 机械式电表很难防止 乘务员窃电问题。有一些乘务员采取短路机车电流互感器副边的方法进行窃 电，而机械式电度表由于自身测量方法的限制很难有效地防止窃电，从而造 成供电段和机车电表之间的误差。 1 2 研究内容 近几年随着电子信息技术的高速发展，智能电表也随之出现，智能化程 度也不断提高，取消了机械装置，对电能的计量实现全数字化，可以精确计 量并记录电力机车担当牵引运输任务全过程的用电量。将司机的操纵情况与 机车耗电量联系起来，有利于机车节能操纵和优化操纵技术的推广，从而降 低运营成本，节约机车用电量，于是提出了对智能电表的能耗管理与操作评 价系统的进一步要求。 本论文研究的主要内容： ( 1 ) 根据电力机车智能电表记录的数据信息，对机务段在各种情况下的 耗电情况进行分析和分类统计，以反映出机务段各种机型、车种、区段等情 况下的用电情况，有针对性的对司机节能情况进行考核，并发放节能奖，形 成各种热力报表。 ( 2 ) 根据电表数据结合线路数据中的车站、坡度、公里标等信息绘制机 车运行过程中的速度、能耗、时间曲线，根据机车在同样开车情况下单耗的 情况自动筛选出耗电量较低的报单数据形成优秀司机曲线，通过曲线之间的 对比分析提供具有指导意义的司机操纵模式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 电力机车数字电能表地面软件系统，就是一套以数据库服务器为中心， 针对机务段电力机车用电情况，定制的融合数字电表能耗分析与机车操纵评 价的综合管理系统。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 第2 章机车能耗分析与司机操纵评价管理信息系 统需求分析 电力机车能耗分析与司机操纵评价管理系统由车载系统和地面处理系 统两部分组成。车载部分主要是智能电表( 含i c 卡、u 盘数据转储设备) ； 地面处理部分由计算机、i c 卡数据读取设备及相应的软件组成。 t a x 2 祝安 套缘备佑承黢 涮裴髯 ：枫军熬缴远拓菝驻 ： 。，一一一 0 f 鹾救 珏哇三鹾ll数搿圯黛也锚 蹈翰i - 蕊一幽一编一幽；镒；绍么黼酾幺锸蓄戳舀缮麓 誊 u | t l l l “l l l l h ，l t t l i l 1 i “l “l ，i l 拜n i i 1 l i l l l l l n l n l t i t 靠 ”- _ o - - - - - - _ - - 7 并嚣i c 卡( u s b ) 转储数据一i l 。一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一广1 l 匝查 岖巫巫 圃奠瓣，i 图2 1 电力机车耗电量及操纵评价系统结构示意图n 1 2 1 车载设备 2 1 1 智能电表的硬件结构及工作原理 图2 - - 2 给出了系统的结构图，系统主要由主c p u 中央处理器、电能测量芯片、 t a x 2 通讯单元、存储芯片单元、l c d 显示单元、i c 卡接口电路组成。其中输 入电压、输入电流由电力机车主回路上引入，经过电压分压电路和电流互感器 后，通过电能测量芯片对其进行计量。测的数据包括正向有功、正向无功、反 向有功、反向无功、电压、频率等。主控单元c p u 中央处理器一方面通过r s 2 3 2 接口与电量参数采集模块通讯，处理并记录来自电量记录模块的电能参数； 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 另一方面，智能电表的中央处理器通过r s 4 8 5 接口与机车运行监控装置的 t a x 2 箱( 机车安全综合信息监测装置) 保持通讯联系并使用s r a m 暂存t a x 2 发送来的某些特征数据( 如司机号、车次、机车运行速度等) 当特征数据发 生变化并满足一定条件时，将当时的t a x 2 发送的数据( 如年月日、时分秒、 公里标、运行速度、机车号、车次、车种、区段号、车站号、司机号、副司 机号、列车编组等运行信息) 按指定的格式存储到f l a s h 中。 图2 - 2 智能电表硬件原理图h 1 2 1 2 智能电表基于选择性保存的数据记录算法 t a x 2 机车安全综合信息监控装置在每隔2 0 m s 就会在对外数据线上发送 一个数据包，数据包信息涵盖时间，速度，公里标，车站号，车次，机车号， 司机号，副司机号和总重等信息( 其中时间、速度、公里标是随时变化的动态 量，其他信息是常量) 。如果该数据包每隔2 0m s 保存1 次，那么储存芯片很快 就会被写满。另外，一个智能电表在数据转存以前，可能同时记录着多个司机 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 的监测数据，因此，如何区别不同司机的记录数据也是一个关键问题。所以提 出如图2 - - 3 所示的数据记录算法，解决了这个问题。 图2 3 基于选择性的数据记录算法h 如图2 3 所示，以司机和车次为单位进行能耗记录，所以当司机号、副司机 号、车次这3 个常量之一发生变化时，算法就重新从头开始记录机车运行监测 数据和能耗数据。对于机车运行监测数据记录，除了司机号、副司机号和车次 信息以外的其他常量发生变化时，算法记录下t a x 2 输出的完整数据包。当常 量信息都没有发生变化时，只记录机车速度每变化2k m 时t a x 2 输出数据包 中的时间、公里标和速度信息，这种情况几乎占记录次数的9 8 。由此可见， 这种记录方式不仅大幅度减少了记录的数据量，而且以速度变化为触发记录 条件的原则能更加准确地反应机车运行的动态特性。对于能耗数据记录，从头 完整地记录下第1 个t a x 2 输出数据包后，后面只保存能耗数据每变化1 度电 时，t a x 2 输出数据包中的时间信息，时间记录的个数，就代表使用了多少度电。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 系统硬件中f l a s h 存储芯片6 0 的存储空间是监测数据记录区域，剩余的 4 0 是能耗数据记录区域。采用此选择性记录算法后，在不用任何数据压缩算 法的情况下，1 个5 1 2k 的存储芯片可存储电力机车连续运行l 周的监测数 据。【1 4 】 2 2 机车能耗分析与司机操纵评价管理信息系统需求分析 2 2 1 功能需求分析 软件设计需要满足铁路局进行长交路管理后的电表能耗系统数据的统 计、分析和评价；在尽可能的情况下减少用户的人为参与，让软件更加智能 化处理相关事务，系统最终的使用用户是各机务段热力工程师及运用分析的 工作人员。用户可以生成和打印各种类型的报表及制定能耗标准进行节能奖 的发放，通过评价部分对机车运行曲线进行分析比较，提供具有节能指导意义 的操纵方式供司机行车。考虑到各个机务段不同的需求及行车方式，将各个 机务段需求合并，提供数据库配置功能。具体分析如下： 1 自动数据转存功能 ( 1 ) 数据的存储和导入系统采用自动处理模式，尽量避免人工干预。通 过对数据采集的有效性进行判断( 比如时间信息，不合法的时间信息是不能写 入数据库的，还有一些信息，凭现场经验，也是不会在实际中出现的) ，最大化 的判断电表的好坏，如果数据异常那么根据电量的递增和时间等有效的参考 进行修改，如果完全不能修复给出声音和画面报警； ( 2 ) 对于长交路的数据可以采用多种方式进行分发数据包( e - m a i l f t p h t t p 等) ，对于e - m a i l f t p h t t p 等方式要求使用d e s ( d a t ae n c r y p t i o n s t a n d a r d ) 或a e s 进行加密处理后再传输数据；对于安全性要求较高的部门内 部采用2 3 2 串口数据传输或u s b 模拟2 3 2 传输；传输方式用户可以自由选择 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 应用( 可扩展其它方式) 。 ( 3 ) 能够根据系统的输入数据格式的不同自动处理为统一格式数据 ( 4 ) 对于导入数据库的数据自动进行效验，根据t a x 时间、r t c ( r e a l t i m ec l o c k ) 时间、电量、公路标等可参考数据进行效验，对于不同的数据等 级( 错误等级) 进行颜色区分显示。 2 机车数据自动匹配和计算功能 ( 1 ) 对数据库中的机车数据进行自动的匹配处理。需考虑本补、本本、 本补补、本本补、固定重联型机车( 如：s s 3 b 型机车) 加补车等情况，对于局 部使用的特殊用法需要提供相关处理插件进行升级。 ( 2 ) 对有效数据进行计算和汇总为数据表。 ( 3 ) 对跨局、跨供电段的电量分劈与统计。耗电量统计，计算节电奖， 分时计价电量。对于漏缺的数据提供补充输入界面和辅助输入功能。 ( 4 ) 报表统计。能够查询、排列节能情况，根据线路、车站、交路、司 机名、时刻等方面进行查询和数据复现；需要排列机车、交路、运输种别的 耗能情况；形成符合铁道部标准要求的各类热力报表；形成机务段向路局传 报的报表：考核标准的设置。 3 操纵评价功能 ( 1 ) 数据的动态显示。 ( 2 ) 曲线的叠加、对位、调整设置等。 ( 3 ) 月度针对车次标准的能耗统计与优化、标准能耗曲线的形成与使用。 ( 4 ) 曲线与数据对应的直观查询方式。 ( 5 ) 不同数据组之间的差异处理，以获取最优曲线。 ( 6 ) 数据曲线显示的用户可设置性和自动适应能力。 ( 7 ) 容许进行曲线对比，能做出简单的判断。需要同速度、区间时分、 耗能( 区间单耗) 三者相关联，必要时考虑与时刻的关联处理。 ( 8 ) 方便快捷的交互处理。具有各种简单操作提示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 2 2 1 性能需求分析 ，1 精度需求分析 软件配合硬件处理电能能耗误差为0 。如果在硬件部分给出数据出现异 常后修复尽量保证其数据完整性。 2 灵活性需求分析 ( 1 ) 要求使用插件式开发，可以提供良好的扩展。 ( 2 ) 实现数据和显示分开，数据处理和统计分开。 ( 3 ) 数据库系统要求为s q ls e r v e r2 0 0 5 支持大规模数据运算。 ( 4 ) 数据库数据的运算处理采用c l r 集成处理。 c l r ( c o m m o nl a n g u a g er u n t i m e ，公共语言运行库) 集成是指可以使用任 何一种n e t 语言编写s q ls e r v e r2 0 0 5 的存储过程，触发器，函数，自定 义类型，甚至是自定义的聚合函数。 3 故障处理需求分析 ( 1 ) 数据库采用s q ls e r v e r2 0 0 5 支持动态数据和移动数据，采用定时 自动备份处理。 ( 2 ) 系统建立一键快速恢复区对系统进行镜像处理，解决系统崩溃问题。 ( 3 ) 采用m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 5 的c l r 机制进行数据的备份恢复 处理。 4 其他专门的需求分析 ( 1 ) 数据存储 数据存储的方案采用首先存储原始数据，将原始数据表看待为一个大的 容器，以后需要的数据都是从该容器中获取。在原始数据表中保存了有效的 数据；数据的循环周期本系统设置为9 0 天至用户定义的期限，期限受磁盘容 量限制。当数据存入原始数据表后转储系统中的数据筛选处理部分对原始数 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 据表中的数据进行相关的筛选处理，形成可供统计使用的数据存入统计需求 表，同理将可供评价系统使用的数据存入评价需求表中。从而将统计和评价 系统模块化，变成对数据的需求者而不是生产者。 在系统实际使用中会有大量的数据产生，在产生的数据中存在着无效数 据、部分有效数据( 不可信数据) 、有效可信数据三种可能。 无效数据：当t a x 箱和电表均为损坏的情况下的数据，即随机数据或 无数据。 部分有效数据、不可信数据：当t a x 箱和电表通信故障或t a x 箱损 坏的情况下的数据，即无机车数据。 有效可信数据：正常情况下的数据，包括机车数据和能耗数据。 进入原始数据表的数据： 本车补车都有数据( 正常情况下都有) 。 只有本车或补车的数据。 固定重联机车数据( 必需存储相关的附加信息并进行匹配才能形成数 据) 。 进入临时表的数据： 不可信但是包含有效电表读数等数据。 未知的数据，包含不可预见的错误数据，该数据可能会被用于统计。 ( 2 ) 数据处理模式 可信数据： 对于可信有效的数据直接进入原始数据表( 固定重联机车数据除外) ， 并设定其误差偏移量索引( 预留扩展) 。误差偏移量是用于修正电表进行统计 和计数上的误差。 可信有效数据添加处理标志( 用于区分已经检索的数据和未处理的数 据) 。 不可信或错误数据： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 录入不可信数据表，即临时数据表。 为方便检索，自动添加标示以便区分不可信数据和错误数据。 容许人工修改不可信数据，需要交互进行修改数据。 ( 3 ) 机车匹配 匹配情况如下： 本补车同时开监控。 本车开监控，补车不开监控。 本补车中途重连。 本车中途重连。 固定重联机车匹配( 特例) 。 以上五种情况中除开固定重联机车匹配外均可以看成简单的本补匹配 如何匹配： 对于本补匹配的数据均采用直接进入原始数据库。 本补车的匹配实际上就是在本补车数据中查找匹配的数据记录并进行相 关联形成一对数据可以进行统计和分析。查找的规则为补车找本车，如果补 车找不到本车那么进行自匹配，同理如果本车找不到补车那么同样进行自匹 配。 对于中途重连的情况也是采用上述方法进行匹配，但是如果是重货车有 可能需要三车连接即本补补，那么需要进行相反的本找补处理。把数据库中 的这些数据加入标记进行处理，加入标志的原则为按照配置的吨位进行平均 值计算。 对于固定重联机车的数据采用进入临时数据库后进行匹配处理后再 转入原始数据库。 对于固定重联机车的特例来讲，固定重联机车的b 端不会开监控，相当 于补车不会开监控，那么对于固定重联机车的数据需要进行特殊的处理，其 数据存入临时数据库中进行匹配查找。其查找的标准是机车号、时间，如果 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 机车号不一致就采用内部自动统一匹配方式转化为一致再进行时间上的匹 配。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 第3 章机车能耗分析与司机操纵评价管理信息系统 总体设计 3 1 软件开发平台和c # 语言介绍 c # 可创建运行在n e tc l r 上的应用程序的语言之一，它从c 和c + + 语言 演化而来，是 j l i c r o s o f t 专门为使用n e t 平台创建的，它吸取了其他语言的 优点。使用c # 开发应用程序比使用c + + 简单，是一种强大的语言，c + + 能完成 的任务c # 也能完成。c # 代码通常会比c + + 略长一些，这是因为它是一种类型 安全的语言，在类型之间转换时，必须遵守严格的规则。但c # 代码更健壮， 调试比较简单，n e t 可以随时跟踪数据的类型。c # 能使用n e tf r a m e w o r k 代码库提供的每种功能。 n e tf r a m e w o r k 是m i c r o s o f t 为开发应用程序创建的一个富有革命性的 新平台。由一个运行时环境c l r ( c o m m o nl a n g u a g er u n t i m e ) 和_ 个基类库 f c l ( f r a m e w o r kc l a s sl i b r a r y ) 组成。n e tf r a m e w o r k 的基类库是一个非 常大的代码库，可以通过面向对象编程技术使用这些代码。这个库分为不同 的模块，可以根据希望得到的结果来选择使用其中的各个部分。如，个模 块包含w i n d o w s 应用程序的构件，另一个模块包含联网的代码块。n e t 的通 用语言框架机制c l r ，可以在同一个项目中支持不同的语言所开发的组件。 负责管理用n e t 库开发的所有应用程序的执行，c l r 支持的代码都会被解释 成为c l r 可执行的机器代码然后运行。 2 0 0 5 年，微软发布了v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 。这个版本的v i s u a ls t u d i o 面向n e t 框架的( 版本2 o ) 。是目前最流行的w i n d o w s 平台应用程序开 发环境。v i s u a ls t u d i o 可以用来创建w i n d o w s 平台下的w i n d o w s 应用程 序和网络应用程序，也可以用来创建网络服务、智能设备应用程序和o f f i c e 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 插件。n e tf r a m e w o r k2 0 ，是一种稳健的、功能齐备的开发环境，v s 成为n e t 开发首选工具的一些功能： 1 v s 可以自动执行编译源代码的步骤，同时可以完全控制重写它们时应 使用的任何选项。 2 v s 文本编译器可以配合v s 支持的语言，这样就可以智能检测错误， 在输入代码时给出合适的推荐代码。 3 v s 包括w i n d o w sf o r m s 和w e bf o r m s 设计器，允许u i 元素的简单拖 放设计。 4 在c # 中许多类型的项目都可以用已有的“模板代码来创建，不需要 从头开始。各种代码文件通常已经准备好了，减少了从头开始一个项目所花 的时间。对于新的项目类型来说，尤其如此。 5 v s 包含几个可自动执行常用任务的向导，它们可以在已有的文件中添 加合适的代码，而不需要过多考虑语法的正确性。 6 v s 包含许多强大的工具，可以显示和导航项目中的元素，这系元素可 以是c 并源文件代码，也可以是其他资源，例如图像或声音文件。 7 在v s 中除编写应用程序比较简单外，还可以创建部署项目，以易于为 客户提供代码，并方便安装项目。 8 在开发项目时，v s 可以使用高级调试技巧，如能一次调试一行指令， 并监视应用程序的状态。 3 2 基于c s 和b s 模式s 设计比较 所谓m i s ( 管理信息系统- - m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 系统，是 个由人、计算机及其他外围设备等组成的能进行信息的收集、传递、存贮、 加工、维护和使用的系统。主要任务是最大限度的利用现代计算机及网络通 讯技术加强企业的信息管理，通过对企业拥有的人力、物力、财力、设备、 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 技术等资源的调查了解，建立正确的数据，加工处理并编制成各种信息资料 及时提供给管理人员，以便进行正确的决策，不断提高企业的管理水平和经 济效益。 传统的m i s 系统的核心是c s ( c l i e n t s e r v e r - - 客户端月j b 务器) 架构， 即大家熟知的客户机和服务器结构。b s 架构，即b r o w s e r s e r v e r ( 浏览器 服务器) 结构。 c 1 i e n t s e r v e r 是建立在局域网基础上的，而b r o w s e r s e r v e r 是建立在 广域网基础上的。 c s 架构的优点是，客户端和服务器直连无中间环节。响应速度快，客 户操纵界面个性化设计具有直观、简单、方便、界面漂亮、形式多样的特点： 不足之处就是，它是针对性开发的，缺少通用性特点，业务变更改变不够灵 活，需专门的客户端安装软件，分布功能弱，不能够实现快速部署，安装可 维护性较低，开发成本较高。b s 架构具有分布性特点，业务扩展简单方便， 维护简单方便，更改网页即可实现所有用户同步更新。但是它的个性化特点 明显降低，页面动态刷新，响应速度明显降低。专用性打印输出难以实现， 尤其对票据等打印功能弱，难以实现传统模式下特殊功能要求。 依据以上对两种架构优缺点的分析和第二章的需求分析，本软件系统采 用c s 模式。 3 3 软件总体设计 该软件系统模块组织结构图如图3 - 1 。依据需求分析，该软件系统需要 包含数据库存储系统、数据重建处理系统、具体数据处理系统、数据分析系 统、数据统计系统、用户报表系统、评价系统、图形界面系统。 圈霉姆蒜并辎塔峨d占田 翎|崮 一 暇口一妊 仪嵇掣卦刊恹匿书巨舯k暇州慨陋 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 3 3 1 数据重建处理系统、 数据重建包括数据转储、网络传输、导入数据库等过程，主要实现把从 机车上采集的数据按照所属的机务段进行区分、传输并导入数据库。 流程图如图3 2 ： r e 咖怆r s p l i t i m p o r t 图3 2 数据重建流程图 分割( s p l i t ) ：将从机车上采集的数据按照所属的机务段进行分割。 发送( s e n d ) ：传输的一部分，自动将转储模块区分好的的数据通过 i n t e m e t 网络发送到所属的机务段。 接收( r e c e i v e ) ：传输的一部分，自动接收异地传输过来的属于本段的 数据。 导入数据库( i m p o r t ) ：将本地转储的和异地传输过来的属于本段的数据 导入数据库，形成地面系统所需的数据库原始数据。 在系统实际使用中会有大量的数据产生，在产生的数据中存在着无效数 据( 损坏数据) 、部分有效数据( 不可信数据即部分异常数据) 、有效可信数 据( 正确数据) 三种可能。 正常情况下的数据( 包括机车数据和能耗数据) 原始数据进行前期的判 断处理，正常数据，直接进入数据库原始数据表；部分异常数据，需要自动 数据修复，并检查数据信息，对修正后的数据进行判断处理，修复正常的数 据进入数据库原始数据表，不能修复的数据进入“临时数据表 ；错误并且不 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 能修复的数据，写入处理日志和保存临时数据，并且进入“临时数据表”。 数据重建处理模块如图3 - 3 。 图3 3 数据重建处理模块国 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 1 数据的基本格式 u 盘i c 卡中存储的数据由四种数据结构组成，它们分别是：头数据、记 录数据、电表信息数据和异常数据。其中头数据又分为总头、车站头两种， 记录数据也分为精简格式、全功能格式两种。下面所有数据的存放都是采用 小端对齐的方式。 ( 1 ) 头数据 总头： 当主司机、车种、车次、交路号、总重、计长、辆数、客货本件 、t a x 状态发生变化时，对应有一条6 4 字节的总头。 车站头： 当车站号变化时，对应一条1 6 字节车站头。 ( 2 ) 记录数据 精简格式：( i c 卡方案) 保留能耗统计的所有信息，机车每耗电 - 5 度就对应一条1 6 字节精简格 式记录。 全功能格式：( u 盘方案) 在精简格式的基础上，进一步保留了用于操作评价的信息。每当机车耗 电2 度或者速度变化2 公里d , 时就对应一条3 2 字节全功能格式记录。 在存储的最后，有一条电表信息数据，其格式如下： 记录头( 3 b ) 、固件版本( 4 b ) 、格式版本( 4 b ) 、电表号( 4 b ) 、检测到 的机车号( 2 b ) 、电表记录的机车号( 2 b ) 、保留( 4 4 b ) 、校验码( 1 b ) ( 3 ) 异常数据 满足以上数据格式之外的所有数据为异常数据。可能出现没法识别的记 录头，记录头正确但是校验不对等情况。其格式如下： 非法记录头( 3 个字节) + 若干字节( 1 6 3 个字节) 或者能识别的记录 头( 3 b ) + 若干字节( 1 6 3 2 6 4 3 1 个字节) + 错误的校验( 1 b ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 如果在读取下一个数据记录时，出现的1 6 个字节全是o x f f ，且这种情 况连续出现了4 次就可以认为存储记录结束。 2 转储方式 能耗分析系统采用三种方式转储数据，包括i c 卡数据转储方式，u s b 数 据转储方式，f t p 数据上传方式。本系统主要以u s b 数据转储为主。 u s b 数据转储( 记录数据采用全功能格式) ： u s b ，是u n i v e r s a ls e r i a lb u s 的缩写，它是一种串行总线系统。支 持即插即用功能，支持热拔插功能。把二进制数字信号转为复合二进制数 字信号( 加入分配、核对、堆栈等指令) 读写到u s b 芯片适配接口，通 过芯片处理信号分配给e p r o m 2 存储芯片的相应地址存储二进制数据， 实现数据的存储。 f t p 数据上传方式： f t p ( f i l et r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) ，是文件传输协议的简称。一般来说， 用户联网的首要目的就是实现信息共享，文件传输是信息共享非常重要的一 个内容之一。i n t e r n e t 上早期实现传输文件，并不是一件容易的事，i n t e r n e t 是一个非常复杂的计算机环境，有p c ，有工作站，有m a c ，有大型机，据统 计连接在i n t e r n e t 上的计算机已有上千万台，而这些计算机可能运行不同的 操作系统，有运行u n i x 的服务器，也有运行d o s 、w i n d o w s 的p c 机和运行 m a c o s 的苹果机等等，而各种操作系统之间的文件交流问题，需要建立一个 统一的文件传输协议，这就是所谓的f t p 。基于不同的操作系统有不同的f t p 应用程序，而所有这些应用程序都遵守同一种协议，这样用户就可以把自己 的文件传送给别人，或者从其它的用户环境中获得文件。 f t p 协议用于i n t e r n e t 上的控制文件的双向传输。同时，它也是一个应 用程序( a p p l i c a t i o n ) 。用户可以通过它把自己的p c 机与世界各地所有运行 f t p 协议的服务器相连，访问服务器上的大量程序和信息，或把本地计算机 的文件送到远程计算机去。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 与大多数i n t e r n e t 服务一样，f t p 也是一个客户机服务器系统。用户 通过一个支持f t p 协议的客户机程序，连接到在远程主机上的f t p 服务器程 序。用户通过客户机程序向服务器程序发出命令，服务器程序执行用户所发 出的命令，并将执行的结果返回到客户机。比如说，