基于到发管理驱动的铁路客运站客服设备在线监测与维护系统的研究.docx

铁路客运站客服设备在线监测与维护系统的研究詹璇，吕晓军，程清波，刘晓燕，李明（中国铁道科学研究院电子计算技术研究所，北京 100081）摘要：本文在分析了目前铁路客运站设备管理的现状和存在的问题后，根据设备在线监测与评估系统的需求分析，阐述了系统的主要业务流程、功能结构、系统设计、实现以及关键技术，最后给出了系统优点。关键词： 客服设备；在线监测；维护管理；到发管理；消息中间件Research and Realization of Online Monitoring and Maintenance System of Passenger Service Equipment in Railway 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 existing equipment management problems in current railway station, this paper expounds the mainbusiness process,the system function structure,system design,realization andkey technology,finally the systems advantages are given.Key Words：passenger service equipment； online monitoring；maintenance and management；dispatch management；middleware0 引言随着我国高速铁路的快速发展，铁路信息化取得长足的进步。在大规模客运专线建设和既有线改造升级过程中，上线运行的系统越来越多，随着车站自动化程度的不断提升，对设备的依赖性也越来越高。而设备作为支撑信息平台和铁路信息化管理的核心单元，其可靠性、可维修性、安全性直接决定着车站运营组织、安全化生产的好坏。目前，在铁路车站中，购置了大量价格昂贵的服务设施/设备，这些设施/设备来自不同的生产厂家，设备的优劣好坏只有通过工作人员巡检或车站人员通告才能得知，还不能做到实时监测；在遇到春运、暑运等特殊情景下，一些关键的客服设备如引导屏、自动售检票机、查询机等还不能做到事前维修；且设备巡检的劳动强度较大，容易忽略或遗漏问题；目前绝大多数铁路客运站尚未建立一套完善的设备维修体制，维修由外包公司或生产厂家来承担，设备维修完毕后有时不能及时告知车站，造成车站工作人员对设备的好坏优劣心中无数，从而设备的可靠性及安全性不可控制。因此，为了改善这种局面，提高工作人员效率，使工作人员对设备真正心中有数，打造一个智能化、人性化、高效安全、适应现代的铁路生产管理体系，建立设备在线监测与维护管理系统，实时监测设备状态，及时发现故障并上传报警，对设备的故障进行诊断，对设备的质量进行评估，具有重要的应用价值和社会意义。1 系统总体需求该系统的使用对象是与铁路客运站设备管理和使用相关的部门，主要有：综合控制室、技术设备科、设备车间等。（1）实现全站设备的基础信息维护对全站设备的基础数据进行录入、修改，同时提供设备按地点和按分类两种方式查询，对设备有借调用记录的生成借调用记录单，并提供打印功能。（2）实现客服设备的运行状态监测通过制定统一的设备接口规范，自动获取各客服设备（广播、引导、视频监控、自动检票机、查询机等）的在线运行状态情况。（3）实现客服设备故障报警对监测出有故障的设备用不同的颜色进行提示，如故障：红色，异常：灰色，正常：绿色，并生成故障记录单。2 系统业务流程图2.1 主要业务流程（1）设备管理部门设备车间/电算站维护设备基础信息。（2）综控室人员查看设备的在线运行状态。（3）发现故障方式分为四种：设备管理部门巡检发现的故障、综控室人员实时监测发现的设备故障、设备使用部门/干部检查现场发现的故障，发现故障后统一上报设备管理部门设备车间/电算站统一确认。（4）在发现故障后，由车间和使用人员在系统中录入，生成故障记录单。（5）设备在线监测出的故障，自动生成故障记录单。（6）设备车间/电算站审核故障记录单，派工维修。（7）车站管理部门按月度、季度、年度统计设备故障率，形成图表和报表。3 系统功能设计3.1 系统功能结构基于到发驱动的设备在线监测与维护系统包括设备基础信息录入、设备在线监测、设备故障单记录、设备故障统计功能。如下图所示：图3.1 系统功能结构图3.1.1 设备基础信息维护设备基础信息维护包括设备隶属关系配置、基础信息录入、设备信息查询、设备借调用记录。（1） 设备隶属关系配置隶属关系配置包括车站区域基础信息配置和部门所属关系配置，配置车站区域基础信息和位置关系，包括售票厅、进站口、候车室、出站口、天桥、地道、站台、风雨棚、消防通道、办公区等，以形成车站区域关系树。配置车站部门所属关系，如客运车间、设备车间、客运科等，以形成部门关系树。（2） 设备基础信息录入录入设备基础信息，包括设备名称、设备编号、设备所在区域、设备所在部门、设备类别（安检设备类、售、检票类、导向、广播、查询、监控、电梯、空调、电脑、通讯、桌椅家具、厕卫等）、设备状态（库存、在用、维修、借出、停用、报废等）、设备购入途径（客专公司、铁路局、车务段、车站等）、厂家联系电话、计量单位（个、张、排、支、台、套等）。（3） 设备信息查询提供按地点和类别查询设备信息。（4） 设备借调用记录生成设备的借调用记录单，包括借调单号、借出日期、借出部门、借出人、接收部门、接收人、是否归还、归还日期、验收人、备注等。3.1.2 设备在线监测设备在线监测是基于2小时内的列车到发计划来实时监测关键设备的运行状态，并以列表和图表方式展示运行状态结果。以列表方式可以清楚直观的看到每趟车在运行图中不同的客服设备的工作状态和显示内容，以图表方式可以看到车站不同区域内的客服设备的工作状态。根据列车的实际到点和发点判断列车到发状态，分为列车未到站、列车到站、列车离站三种到发状态。列车未到站、旅客候车：监测进站大屏、检票屏、候车厅广播、LCD屏、闸机。列车到站：监测站台屏上屏、站台广播。列车离站：站台屏下屏、出站口广播、出站屏、出站闸机。3.1.3 设备故障单记录根据设备在线监测出的结果，有故障的设备会用红色显示，并自动生成故障记录单，设备车间工作人员在点检巡检过程中发现的故障，要手动录入生成设备故障单。设备故障单内容包括：故障设备资料、故障情况说明等。并可以按故障发生时间和故障分类查询故障。故障设备资料：设备编号、设备名称、设备所在地点、制造厂家等。故障情况说明：故障分类（I类、II类、III类、IV类）、故障位置、发生故障经过及现象、故障发生时间、操作人、填写时间、填写人等。故障分类：I级故障（整个系统处于完全瘫痪状态，不能运行）；II级故障（系统性能严重下降：包括网络性能明显下降、设备出现故障或软件系统出现非瘫痪性错误等，客户业务运作受到严重影响）；III级故障（系统部分设备或者软件出现故障，但整个系统仍可正常运行，客户业务运作受到一定影响）；IV级故障（需要硬件、软件产品功能、安装或配置方面的信息和支援，对客户的业务运作几乎没有影响或者根本没有影响）。3.1.4 设备故障统计按设备分类统计出月度、季度、年度内设备故障次数和设备故障时间（按小时计算），并以图表和列表形式展示；对设备进行质量评估，计算出设备的可用性，生成统计报表。建立设备的性能指标，即可用性指标，对设备进行质量评估。设备的可用性分为优、中、劣三等，优：设备停机次数一年不超过1.825天*24h，即可用性在99.5%；中：设备停机次数一年不超过3.825天*24h，即可性在95%；劣：即停机或死机次数一年在30天*24h以上。4关键技术4.1 消息中间件技术4.1.1 消息中间件的结构消息中间件是基于消息传送的中间件，主要功能是在应用程序之间传送消息，这些消息可以在不同的网络协议、不同的计算机系统和不同的应用软件之间传递。到发管理子系统与客服设备在线监测与维护系统之间的协调与通信是以中间件为接口进行消息传送的，中间件主要管理两个子系统之间的数据计算资源和网络通讯。两个子系统与消息中间件的通信使用Socket连接，由消息中间件建立监听Socket，随时查看客户端是否有请求，如果客户端有请求的话立刻予以响应，建立对话连接，将接收到的数据处理后执行数据库操作，然后返回给客户端。其结构如下图所示：图4.1 消息中间件的组织结构消息中间件由两大部分组成：设备接口、客户端通信部分。设备接口部分集成了各种设备的接口，负责与各种设备通信，每隔2分钟获取设备的状态，再写入数据库；客户端通信部分负责与到发管理和设备管理之间的通信，接收这两个系统之间的查询、访问，然后与数据库交互，执行查询操作，再返回给客户端，同时管理消息队列和消息优先级的控制等。首先，到发管理子系统根据列车的实际到点与发点判断列车运行状态，未到站、到站和离站，根据三种状态下监测的关键的设备类别，如列车未到站、旅客候车情况下监测进站大屏、检票屏、候车厅广播、LCD屏、闸机；列车到站要监测站台屏上屏、站台广播；列车离站时监测站台屏下屏、出站口广播、出站屏、出站闸机；然后通过Socket通信向消息中间件发送设备串码，设备串码中标识了设备类别码和设备位置编号，消息中间件在接收到信息后进行解析，向数据库发送数据查询请求，将查询结果通过Socket通信方式发送至设备在线监测与维护系统并显示。其流程如下图所示：图4.2 消息中间件流程图4.1.2 消息模型到发管理子系统通过Socket通信方式向消息中间件发送消息，消息由消息头和消息体组成。消息头包括消息的识别信息，如消息类型、主题和优先级等，消息体则是实际的传输数据，如车次、列车状态、设备类别码、设备位置码、设备名称、消息优先级等。消息采用XML格式。如下所示的消息体表示车次为G87，列车状态为未到站，监测的设备为进站大屏（用1表示）和LCD屏（用3表示），位置代号分别为112和113，优先级均为1。 4.1.3 消息队列设计消息队列是面向消息中间件的数据结构，消息队列是一片存储缓冲区，队列中可以存放一条或多条消息。在该系统中，消息队列分为请求队列和应答队列。到发管理发送的消息都存放在请求队列中，消息中间件发送给系统的应答消息都放在应答队列中。每个队列都是一个双向链表，一个队列中可以有多条消息，消息从队列头部出队，从尾部入队。消息入队和出队可以并行操作，互不干扰。一次只能发送或取出一条消息。每个队列都采用FIFO原理。如下图所示：图4.3 消息队列队列的具体设计是queue类，是一个线程安全类。当向队列中读写消息时，必须保持线程间同步。如果在队列为空时从队列中取消息，队列会自动阻塞，直到有新的消息入队为止。当队列填满时，能够自动扩张。所以创建时可以指定队列的容量。如果队列满，则抛出异常，删除即将到来的消息。如果不指定，队列会自动扩张，永远不会出现队列满的情况。当队列关闭时，任何读写行为都会产生异常。根据系统生成的2小时之内的到发计划，系统会生成多个队列。每个队列里放5条消息。每个队列对应一个优先级，该优先级与队列中的所有消息的优先级相同，队列的优先级按到发计划的到点时间的先后从大到小排序。每个消息被接收以后，根据消息自身的优先级将其放入对应的队列中。每个队列分配一个权值，表明每次为该队列服务时该队列所获得的服务资源数。所有的队列都要放入服务池中进行处理，消息排队过程有如下特点：1） 服务池中有N个队列，各个队列相互独立的。2） 消息有m个优先级，消息队列有m个，每个队列对应的消息优先级为k。当m=1时，只有一个队列，权值w=1。3） 用于存放优先级为k的消息，其对应的权值为。4） T：一个队列服务的时间。5） ：一个循环中为服务的时间。则=*T。排队工作原理如下：1） 首先检测，如果0，则转入2）；如果=0，则转入3）。2） 为队列服务，持续时间为t，直到下列之一发生：i. =0且t，转入3）。ii. t，服务完当前队列，转入3）。3） k=k+1。i. km，转入1)ii. km，k=1转入1)如下图所示：图4.4 消息排队原理5 系统优点设备在线监测与维护管理系统采用Oracle作为数据库环境，C#为开发语言，系统采用C/S结构。所开发的系统具有以下优点：（1）实现了从故障录入-故障派单-故障处理-故障验收的一体化闭环管理，优化了业务流程，实时跟踪故障处理状态。（2）采用了消息中间件技术实现了在线监测，大大减少了客户端和服务器端的计算压力，跨平台的移植性强。（3）采用了流程可配置的数据字典设计，避免了当系统管理需求变化时而不断的去修改表和程序。（4）建立设备的性能指标，对设备进行质量评估，给领导者提供决策依据。6 总结本文根据设