李 利，芮孟寨，莊 哲

（1.中國中車戚墅堰機車有限公司，常州 213011；2.常州路航軌道交通科技有限公司，常州 213164）

內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)設(shè)計

李 利1，芮孟寨1，莊 哲2

（1.中國中車戚墅堰機車有限公司，常州 213011；2.常州路航軌道交通科技有限公司，常州 213164）

針對內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺海量數(shù)據(jù)的高效管理，基于B/S架構(gòu)和C/S架構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢，提出一種基于B/S和C/S架構(gòu)的內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)，介紹監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫概念模型和邏輯模型設(shè)計、物理結(jié)構(gòu)設(shè)計以及系統(tǒng)功能模塊設(shè)計，該系統(tǒng)為車輛遠程運行狀態(tài)的綜合監(jiān)測、質(zhì)量維護、故障診斷提供有效的數(shù)據(jù)支撐，為降低車輛安全隱患、維護安全運營提供保障。

內(nèi)燃機車；遠程診斷平臺；信息管理系統(tǒng)

隨著我國鐵路現(xiàn)代化管理以及鐵路事業(yè)不斷發(fā)展，需要機車運行速度不斷提高、運輸密度不斷增加。內(nèi)燃機車的工作過程是復(fù)雜的動態(tài)過程和隨機過程，隨著運行里程的增加，由于自然磨損、環(huán)境腐蝕、材料疲勞、元件老化、使用不當(dāng)?shù)仍颍霈F(xiàn)各種故障。因此，在線實時地提供機車的狀態(tài)信息和故障處理信息，是預(yù)防機車故障、保障運行安全、提高運輸效率的一個重要技術(shù)手段。

為此，提出基于B/S和C/S架構(gòu)的內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)，設(shè)計了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫概念模型和邏輯模型、物理結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)功能模塊，以實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)高效綜合管理。

1 內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)體系架構(gòu)

1.1 需求分析

信息管理系統(tǒng)需求分析是根據(jù)遠程監(jiān)控平臺的工作目標(biāo)，確定信息管理系統(tǒng)需要承擔(dān)的基本任務(wù)及其數(shù)據(jù)管理范圍，并形成完善的數(shù)據(jù)流向圖、數(shù)據(jù)字典等分析文檔。實時在線監(jiān)測內(nèi)燃機車運營狀態(tài)，可為機車安全運營提供有力、可靠的技術(shù)支持，隨著時間的積累，會產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，并且還需將這些數(shù)據(jù)進行共享、有效控制、保證其完整性、獨立性和安全性，因此建立完善的內(nèi)燃機車信息管理系統(tǒng)是建好遠程監(jiān)控平臺的關(guān)鍵工作之一。

內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)開發(fā)的總體目標(biāo)是實現(xiàn)內(nèi)燃機車監(jiān)測數(shù)據(jù)、故障數(shù)據(jù)、6A數(shù)據(jù)等管理的系統(tǒng)化、規(guī)范化和自動化。系統(tǒng)中有如下3類數(shù)據(jù)：

（1）產(chǎn)品基本標(biāo)識數(shù)據(jù)：用戶信息、車輛數(shù)據(jù)；（2）平臺采集數(shù)據(jù)：列車狀態(tài)以及故障類實時數(shù)據(jù)；（3）平臺輸出數(shù)據(jù)：根據(jù)用戶自定義需求對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向如圖1所示。

圖1 內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向圖

根據(jù)平臺設(shè)計的要求，數(shù)據(jù)在信息管理系統(tǒng)需達到如下要求：

（1）數(shù)據(jù)錄入和處理的準(zhǔn)確性和實時性；（2）數(shù)據(jù)的一致性與完整性；（3）數(shù)據(jù)的共享與獨立性；（4）數(shù)據(jù)可以進行查詢、分析、統(tǒng)計。

1.2 體系架構(gòu)

內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)是實現(xiàn)機車遠程實時在線監(jiān)控的管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)將無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，通過無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將機車供應(yīng)方、用戶和機車設(shè)備聯(lián)系起來。通過對機車數(shù)據(jù)實時傳輸分析，使機車供應(yīng)方能夠同步遠程監(jiān)控機車及其重要零部件的運行狀況，對可能出現(xiàn)的故障進行預(yù)測，并給與用戶及時有效的指導(dǎo)，可提高機車故障診斷效率及預(yù)判能力，同時本平臺還具有將機車遠程信息實時存儲的功能，為機車將來的維修及其改進工作提供豐富的數(shù)據(jù)資料和技術(shù)支持。

內(nèi)燃機車監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)的技術(shù)體系架構(gòu)如圖2所示，軟件體系分為標(biāo)準(zhǔn)的三層次，依次為用戶層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層。

圖2 內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)體系架構(gòu)

2 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)的需求分析，信息管理系統(tǒng)軟件采用混合模式，即C/S和B/S架構(gòu)并存的結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)實時監(jiān)控對數(shù)據(jù)的安全性、反饋及時性等要求較高；C/S架構(gòu)運行速度快、數(shù)據(jù)安全性高、實時性較好，正可滿足實時監(jiān)控的需求，同時系統(tǒng)采用靈活的權(quán)限設(shè)置，使不同用戶具有相應(yīng)權(quán)限的數(shù)據(jù)使用能力，并采用.Net平臺，充分利用IIS的安全特性，進一步確保數(shù)據(jù)安全[1～2]。

B/S架構(gòu)的優(yōu)勢在于適用于Internet，維護工作量小，增加了系統(tǒng)的可擴展性，更新方便，互動性強，易于管理和維護；數(shù)據(jù)管理、查詢、分析與統(tǒng)計采用C/S架構(gòu)，可使系統(tǒng)工作反饋及時，數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)后可隨時隨地通過網(wǎng)絡(luò)查詢、分析相關(guān)歷史數(shù)據(jù)，使查詢分析工作網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)信息共享，及時對機車運行狀態(tài)進行評估。

2.1 數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計

基于需求分析，通過用戶觀點，對數(shù)據(jù)域信息構(gòu)建模型，稱之為概念模型設(shè)計，可用“實體-關(guān)系”圖最直觀的予以表現(xiàn)，概念模型是對真實世界中問題域內(nèi)的事物描述，這種概念模型稱為E-R圖[3]。

根據(jù)需求分析階段收集到的數(shù)據(jù)進行分類統(tǒng)計，整理實體及其屬性，進而確定實體間的聯(lián)系，設(shè)計整體E-R圖，如圖3和圖4所示。

圖3 內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)實體及其屬性圖

2.2 數(shù)據(jù)庫邏輯模型設(shè)計

圖4 內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)實體及其聯(lián)系圖

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)概念結(jié)構(gòu)設(shè)計階段產(chǎn)生的E-R圖形成與內(nèi)燃機車信息數(shù)據(jù)庫軟件所支持的數(shù)據(jù)模型相吻合的邏輯概念結(jié)構(gòu)。

SQL Sever 支持關(guān)系模型，在進行內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，將E-R圖直接轉(zhuǎn)換了關(guān)系模型，通過關(guān)系屬性將實體主鍵變換為關(guān)系主鍵。轉(zhuǎn)換結(jié)果以用戶與車輛信息為例，數(shù)據(jù)庫設(shè)計中建立了用戶與車輛的信息表，各個表的字段設(shè)計如表1、表2所示，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的用戶信息、權(quán)限、機車狀態(tài)信息等管理，便于數(shù)據(jù)安全操作與資源共享。

表1 內(nèi)燃機車信息字段信息表

表2 用戶信息字段信息表

2.3 數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計為邏輯數(shù)據(jù)模型提供相適應(yīng)的工作環(huán)境并實施，提供數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)、存取方式。該設(shè)計從數(shù)據(jù)的存儲結(jié)構(gòu)、存取路徑、存放位置、系統(tǒng)配置4個方面入手[4]，在實施過程中，充分考慮維護成本、引用效率、客戶需求等各方面要求，推出符合實際的數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)。

3 功能設(shè)計

內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集與管理、數(shù)據(jù)庫管理兩部分設(shè)計實現(xiàn)，完成海量數(shù)據(jù)的管理與共享。

基于以上信息管理數(shù)據(jù)庫的基本設(shè)計，可完成大數(shù)據(jù)存儲；針對注重數(shù)據(jù)實時傳輸、長期保存等要求，需建立數(shù)據(jù)采集與管理功能，以便更好的發(fā)揮內(nèi)燃機車信息管理數(shù)據(jù)庫的資源共享等功能，該部分包括信息管理模塊、實時車輛數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊、數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計模塊，如圖5所示。

圖5 內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)圖

3.1 信息管理模塊

信息管理主要對車輛信息與用戶信息進行管理。

車輛信息管理主要錄入車型、車號、服役時間、服役地點、檢修信息等，通過對數(shù)據(jù)庫表的訪問，實現(xiàn)對信息的管理，例如車輛信息的增加、信息修改等。

用戶管理模塊是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊，是系統(tǒng)后臺管理的安全保障，通過對用戶個人信息、角色、權(quán)限、操作日志的變更、添加、刪除等操作實現(xiàn)權(quán)限管理，負責(zé)數(shù)據(jù)庫外部訪問服務(wù)。

3.2 實時數(shù)據(jù)監(jiān)控

數(shù)據(jù)監(jiān)控模塊實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)、機車信息、故障數(shù)據(jù)等信息的采集、存儲，以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的簡單計算和轉(zhuǎn)換，為查詢提供基礎(chǔ)，同時實現(xiàn)同步實時動態(tài)顯示數(shù)據(jù)信息并對故障進行及時預(yù)警。

3.3 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計

數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計是為充分掌握機車故障狀況奠定基礎(chǔ)，對列車的故障信息數(shù)據(jù)以及運行狀態(tài)數(shù)據(jù)按照用戶個性化需要進行統(tǒng)計查詢，并以列表和圖表的方式具體提供統(tǒng)計結(jié)果。

4 結(jié)束語

內(nèi)燃機車遠程監(jiān)控平臺信息管理系統(tǒng)將無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)有機結(jié)合，該系統(tǒng)基于B/S和C/S架構(gòu)，在保證數(shù)據(jù)的完整性、安全性的同時，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)高效綜合管理與數(shù)據(jù)共享，為機車安全運營提供有力、可靠的技術(shù)支持，為降低車輛安全隱患，維護安全運營提供保障。

[1]曹 斌，韓中孝.ASP.NET 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)項目開發(fā)實踐[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[2]孫銘霞.基于B_S_C_S架構(gòu)的開放式實驗室選課系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].長春：吉林大學(xué),2013.

[3]James L J.數(shù)據(jù)庫：模型、語言與設(shè)計[M].李天柱，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2004：38-44.

[4]仰燕蘭，葉 樺，費樹岷.車輛定位監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與優(yōu)化[J].東南大學(xué)學(xué)報，2010，（40）：43.

責(zé)任編輯 徐侃春

Information Management System for remote monitoring platform of diesel locomotive

LI Li1,RUI Mengzhai1,ZHUANG Zhe2
( 1.CRRC Qishuyan Co.Ltd.,Changzhou 213011,China;2.Luhang Rail Transport Technology Co.Ltd.,Changzhou 213164,China)

For effcient management of massive data to the remote monitoring platform of diesel locomotive,this article proposed B/S and C/S based Information Management System for the platform,introduced the database,logic structure,physical structure and system function model.This System could provide effcient data supports for integrated monitoring,quality maintenance,fault diagnosis of diesel locomotive remote running state,ensured to reduces vehicle safety hazard and maintain safe operation.

diesel locomotive;remote diagnosis platform;Information Management System

U260.42∶TP39

A

1005-8451（2016）06-0031-04

2015-09-16

李 利，工程師；芮孟寨，教授級高級工程師。