周婉

摘? 要： 結(jié)合國內(nèi)外鐵路試驗發(fā)展的經(jīng)驗，闡述了建設(shè)環(huán)行鐵道試驗數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的必要性。針對環(huán)行鐵道試驗數(shù)據(jù)服務(wù)平臺的構(gòu)建開展研究，結(jié)合試驗中心業(yè)務(wù)發(fā)展需求提出環(huán)行鐵道試驗數(shù)據(jù)服務(wù)平臺建設(shè)目標(biāo)及原則，分析了環(huán)行鐵道試驗數(shù)據(jù)服務(wù)平臺總體架構(gòu)、系統(tǒng)功能以及關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞： 試驗;數(shù)據(jù);總體架構(gòu)

【Abstract】： Based on the experience of railway test development at home and abroad， the necessity of constructing the test data service platform for loop railway is expounded. This paper studies the construction of railway test data service platform， puts forward the construction objectives and principles of railway test data service platform， and analyzes the overall structure， system functions and key technologies of railway test data service platform.

【Key words】： Experiment; Date; Overall architecture

0? 引言

鐵科院環(huán)行鐵道試驗基地近年來承接了各類專業(yè)科學(xué)試驗，包括機車車輛、鐵道建筑、通信信號、鐵道電氣化設(shè)施、客貨運輸、特種運送等。為我國鐵路運輸和城市軌道交通的發(fā)展提供了良好的科技支撐條件。

通過多年的發(fā)展，美國、歐洲、日本的鐵路數(shù)據(jù)服務(wù)已較為成熟，德國鐵路股份公司通過規(guī)劃建設(shè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心平臺，實現(xiàn)了對設(shè)備故障分析等精確分析功能在內(nèi)的數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺，在設(shè)備狀態(tài)可視化展示、檢修成本優(yōu)化分析等方面發(fā)揮了作用。瑞士聯(lián)邦鐵路運用大量數(shù)據(jù)進行基礎(chǔ)設(shè)施管理，這些數(shù)據(jù)來源于眾多不同的數(shù)據(jù)源，包括軌道使用時間、軌道狀態(tài)、歷史工作記錄等，用來評估整體性能。美國raillinc公司自2015年開始相大數(shù)據(jù)方向轉(zhuǎn)變，開發(fā)了定制化的數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，包括元數(shù)據(jù)自助管理、ELT抽象層、數(shù)據(jù)存儲和備份等層面，

利用Spark進行流數(shù)據(jù)分析，利用SAS進行歷史數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)服務(wù)促進了預(yù)測性維護、設(shè)備故障分析智能化[1]。

在調(diào)研了解國內(nèi)外數(shù)據(jù)服務(wù)平臺建設(shè)現(xiàn)狀及鐵科院各所對試驗中心試驗數(shù)據(jù)服務(wù)需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)行鐵道試驗基地試驗服務(wù)流程，研究環(huán)行鐵道試驗數(shù)據(jù)服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)。環(huán)行鐵道試驗基地是鐵科院的公共基礎(chǔ)試驗平臺，實現(xiàn)了冗余雙千兆網(wǎng)卡連接環(huán)線試驗區(qū)與數(shù)據(jù)中心，上述硬件環(huán)境為研究數(shù)據(jù)服務(wù)平臺關(guān)鍵技術(shù)奠定了基礎(chǔ)和條件。

1? 設(shè)計目標(biāo)及原則

1.1? 設(shè)計目標(biāo)

通過對試驗業(yè)務(wù)和現(xiàn)狀的分析，可以得出系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)，就是要逐步建設(shè)覆蓋多個板塊試驗業(yè)務(wù)，多個試驗室，建立試驗項目執(zhí)行過程規(guī)范、試驗數(shù)據(jù)高效利用、試驗資源可控、試驗知識不斷積累的統(tǒng)一管理平臺。建立統(tǒng)一的試驗數(shù)據(jù)存儲和高效利用平臺，統(tǒng)一數(shù)據(jù)出入口，將試驗數(shù)據(jù)、過程文檔、資源信息統(tǒng)一在系統(tǒng)中進行存儲[2]。統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式解決數(shù)據(jù)大范圍共享問題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效利用。建立標(biāo)準(zhǔn)化試驗室信息管理平臺，實現(xiàn)試驗室人機料法環(huán)的管理。

1.2? 設(shè)計原則

系統(tǒng)建設(shè)秉持在以實際需求為牽引的基礎(chǔ)上，以注重先進性、確保操作易用性、保障構(gòu)建靈活性、發(fā)揮擴展集成性、保證安全可靠性五個方面為設(shè)計總原則，作為系統(tǒng)整體建設(shè)總體要求貫徹執(zhí)行。

1.2.1? 先進性、擴展性原則

充分借鑒國內(nèi)外和前期建設(shè)成果、技術(shù)、經(jīng)驗，立足眼前需求的同時，兼顧長期發(fā)展趨勢，做到不落后國內(nèi)國外先進水平。系統(tǒng)要兼顧后續(xù)發(fā)展規(guī)劃，具有高度的擴展性和持續(xù)發(fā)展能力，能夠適應(yīng)試驗業(yè)務(wù)管理的發(fā)展和理念的變化。

1.2.2? 嚴(yán)格遵循試驗室相關(guān)管理和運行標(biāo)準(zhǔn)

在試驗數(shù)據(jù)服務(wù)平臺建設(shè)過程中，將全面貫徹ISO/IEC17025：2005《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力的通用要求》標(biāo)準(zhǔn)中提出的對檢測和校準(zhǔn)試驗室在組織、管理體系、文件控制、改進、內(nèi)部審核等方面的管理要求，在人員、設(shè)備、檢測和校準(zhǔn)質(zhì)量保證、結(jié)果報告等方面的技術(shù)要求，以確保系統(tǒng)在設(shè)計方面的規(guī)范性、安全性，并保證系統(tǒng)的可擴展的靈活性和良好的集成性。

1.2.3? 緊扣試驗室對試驗管理的實際需求

充分結(jié)合試驗室實際的試驗業(yè)務(wù)流程、試驗設(shè)備和試驗工裝等的管理辦法和相關(guān)的規(guī)章制度等，以客戶需求為牽引，努力做到易學(xué)易用，保證系統(tǒng)業(yè)務(wù)符合性和實用性。

通過先進的技術(shù)手段及硬件設(shè)備，來保證系統(tǒng)安全可靠的長期運行，并具備較強的數(shù)據(jù)備份和系統(tǒng)恢復(fù)功能。充分考慮數(shù)據(jù)的保密措施，系統(tǒng)管理采取涉密信息系統(tǒng)“三員”（系統(tǒng)管理員、安全保密管理員、安全審計員）分離的要求，嚴(yán)格各種數(shù)據(jù)的流向控制，防止非正常渠道的提取、修改。

2? 試驗數(shù)據(jù)服務(wù)平臺架構(gòu)設(shè)計

2.1? 總體架構(gòu)

試驗數(shù)據(jù)服務(wù)平臺采用B/S架構(gòu)、JAVA語言開發(fā)，總體架構(gòu)包括五個層面。

第一層面是基礎(chǔ)支撐組件，提供系統(tǒng)在性能處理、負載處理、備份處理方面的功能，具體包括連接池監(jiān)控、SQL監(jiān)控、URL監(jiān)控、Session監(jiān)控、API調(diào)用監(jiān)控、應(yīng)用負載均衡、數(shù)據(jù)備份。

第二層面是技術(shù)配置組件，提供試驗業(yè)務(wù)需要的基礎(chǔ)技術(shù)組件，包括表單/模型配置、流程配置、業(yè)務(wù)系統(tǒng)接口配置、門戶配置、消息配置、菜單配置、控件配置。

第三層面是業(yè)務(wù)配置組件，這層提供與試驗業(yè)務(wù)相關(guān)的組件配置，包括采集規(guī)則配置、試驗記錄單配置、報告模板配置、統(tǒng)計配置、編號規(guī)則配置。

第四層面試驗業(yè)務(wù)模塊組件，提供可供直接利用的業(yè)務(wù)模塊，包括項目管理、試驗業(yè)務(wù)管理、數(shù)據(jù)中心、能力管理、資源管理等模塊[3]。

第五層面是訪問端的支持，可以支持PC終端、平板終端、手機終端。

2.2? 功能設(shè)計

系統(tǒng)提供6個大的功能模塊，全面覆蓋試驗數(shù)據(jù)服務(wù)各方面的管理需求，包括試驗數(shù)據(jù)匯集及預(yù)處理、數(shù)據(jù)存儲與管理、數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計、實時數(shù)據(jù)處理、業(yè)務(wù)流程處理、數(shù)據(jù)安全與報警。

2.2.1? 數(shù)據(jù)匯集及預(yù)處理

數(shù)據(jù)匯集和預(yù)處理功能提供數(shù)據(jù)的規(guī)范化入庫操作，包括結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)的完整性檢查功能，通過數(shù)據(jù)的匯集和預(yù)處理，實現(xiàn)各類城軌項目中不同類型和不同專業(yè)的試驗數(shù)據(jù)規(guī)范試驗數(shù)據(jù)的規(guī)范整理和入庫。

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)錄入，檢測過程中，對于設(shè)備軟件產(chǎn)生的試驗結(jié)果很多都是以txt、xls或不常見格式的文件暫時存儲的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。對于這類文件，系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能或者對于不常見格式的文件，在用戶提供數(shù)據(jù)格式說明或解析接口文件的情況下可實現(xiàn)數(shù)據(jù)文件的解析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化入庫。同時，對于資源、設(shè)備、人員等數(shù)據(jù)量大類型的數(shù)據(jù)，可以在設(shè)置好導(dǎo)入模板后，對其進行批量的數(shù)據(jù)導(dǎo)入、定時導(dǎo)入、數(shù)據(jù)后臺導(dǎo)入等一系列數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能，滿足用戶的數(shù)據(jù)錄入需求，保證系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)錄入，試驗室內(nèi)對于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的類型通常為知識、標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量文件等數(shù)據(jù)類型。此類文件系統(tǒng)需要存儲，但是不需要系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化存儲。系統(tǒng)會以附件的方式對文件進行管理。包括上傳、下載、刪除等功能操作[4]。

數(shù)據(jù)完整性檢查，導(dǎo)入數(shù)據(jù)以結(jié)構(gòu)化方式進行存儲，在數(shù)據(jù)導(dǎo)入時提供導(dǎo)入向?qū)渲?，可以配置表頭位置和格式，可以配置數(shù)據(jù)位置和格式，提供導(dǎo)入前的預(yù)覽功能，確認后進行數(shù)據(jù)導(dǎo)入。系統(tǒng)提供斷點續(xù)傳功能，在發(fā)送的過程中，記錄下發(fā)送的進度，當(dāng)出現(xiàn)包括網(wǎng)絡(luò)中斷等發(fā)送出錯的情況下，斷開連接。等下次網(wǎng)絡(luò)好的情況下，繼續(xù)發(fā)送剩余文件的過程。

2.2.2? 數(shù)據(jù)存儲與管理模塊

系統(tǒng)建立關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，根據(jù)系統(tǒng)中不同的業(yè)務(wù)單據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)系情況創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫表單，定義數(shù)據(jù)庫字段和每個數(shù)據(jù)庫表之間的關(guān)系。將系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)構(gòu)造出便于管理、查詢、的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。便于用戶的查找，有效避免了數(shù)據(jù)的碎片化，保證了數(shù)據(jù)的完整性，便于用戶的追溯。

為了用戶方便快捷的試用存儲的數(shù)據(jù)，加大數(shù)據(jù)的利用率，針對數(shù)據(jù)檢索系統(tǒng)提供以下功能：

1）數(shù)據(jù)以關(guān)聯(lián)表結(jié)構(gòu)進行存儲，在查找時用戶可根據(jù)樹狀結(jié)構(gòu)進行查找數(shù)據(jù)、實時在線瀏覽數(shù)據(jù)和下載數(shù)據(jù)。下載數(shù)據(jù)主要提供非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的下載，其他存儲數(shù)據(jù)的導(dǎo)出功能。便于用戶對數(shù)據(jù)的進一步處理的需求[5]。

2）系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)的模糊查詢、關(guān)鍵字查詢、組合查詢、自定義查詢等多種查詢功能，方便用戶快速的找到想要的試驗數(shù)據(jù)信息。

系統(tǒng)可對數(shù)據(jù)的查詢、進行權(quán)限控制。根據(jù)用戶不同崗位的授權(quán)，不同人員可查看的數(shù)據(jù)可以不一樣。根據(jù)不同崗位授權(quán)，用戶可對數(shù)據(jù)的處理也不同。系統(tǒng)允許有權(quán)限的用戶將試驗數(shù)據(jù)導(dǎo)出成指定的txt、xls文件格式或用戶需要的文件格式（用戶提供文件格式說明）。

2.2.3? 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計

系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)分析功能，將原始的數(shù)據(jù)根據(jù)用戶的算法結(jié)合成可以利用的，有分析和借鑒意義的數(shù)據(jù)，提高了數(shù)據(jù)的利用率，便于實驗室對試驗結(jié)果的分析。

系統(tǒng)同時提供數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能，按照實驗室檢測業(yè)務(wù)按照一定維度進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，便于實驗室對人員、資源、設(shè)備、費用、成本等的運營數(shù)據(jù)的管理，節(jié)省了檢測中心每個月末對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計工作，提高了實驗室工作效率。

系統(tǒng)根據(jù)實驗室具體業(yè)務(wù)需求提供多種數(shù)據(jù)分析功能，提供對來自不同試驗任務(wù)、不同試驗設(shè)備、不同試驗類別的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)繪圖和對比的功能：

（1）在線分析功能：系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)分析算法、公式、數(shù)據(jù)字段、數(shù)據(jù)判斷標(biāo)準(zhǔn)的維護功能。系統(tǒng)可按照用戶維護的公式、算法對數(shù)據(jù)進行處理分析，并根據(jù)判斷標(biāo)準(zhǔn)進行分析結(jié)果的判斷。

（2）離線數(shù)據(jù)處理：對于某些復(fù)雜的、專業(yè)性要求嚴(yán)格的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可提供數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能，用戶將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)導(dǎo)入至專業(yè)的分析軟件進行數(shù)據(jù)分析。

系統(tǒng)可根據(jù)用戶提供的數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法，自定義配置不同的統(tǒng)計模板，例如，提供折線圖、柱狀圖、散點圖、餅圖，多維數(shù)據(jù)可視化的平行坐標(biāo)，儀表盤等多種試驗數(shù)據(jù)分析展示功能，對不同數(shù)據(jù)進行多維度數(shù)據(jù)統(tǒng)計。便于用戶的查詢、總結(jié)、匯報等工作[6]。

2.2.4? 實時數(shù)據(jù)處理

系統(tǒng)支持數(shù)據(jù)實時狀態(tài)的監(jiān)控和試驗后數(shù)據(jù)的解析，滿足企業(yè)對試驗數(shù)據(jù)實時狀態(tài)監(jiān)控的要求，為滿足實時數(shù)據(jù)監(jiān)控要求，系統(tǒng)支持內(nèi)存數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫的，滿足實時展示性能。

為試驗過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，提供試驗相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一展示入口，以及數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。試驗數(shù)據(jù)對整個試驗生命周期的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一錄入、分類、組織、展示，提供統(tǒng)一的查詢?nèi)肟?，并對?shù)據(jù)向檔案系統(tǒng)統(tǒng)一發(fā)送歸檔內(nèi)容。系統(tǒng)自動針對不同的試驗類型生成多維度的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹，包括試驗任務(wù)結(jié)構(gòu)樹、原始記錄結(jié)構(gòu)樹、試驗報告結(jié)構(gòu)樹等。通過結(jié)構(gòu)樹對各種試驗類型的試驗數(shù)據(jù)和試驗信息進行數(shù)據(jù)總覽。

2.2.5? 業(yè)務(wù)流程處理

系統(tǒng)支持相關(guān)部門數(shù)據(jù)查看、下載的申請，支持上傳后的文檔申請，同時可以在系統(tǒng)中定制試驗報告并生成實驗報告。

系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)單據(jù)審批的功能。包括審批意見的填寫、審批流程的駁回、撤銷等。用以滿足用戶對審批流程不同業(yè)務(wù)場景下的不同需求。

試驗數(shù)據(jù)申請。系統(tǒng)支持試驗數(shù)據(jù)的查看、下載的申請，系統(tǒng)可以指定人員范圍、項目范圍、起始時間和結(jié)束時間[7]。

試驗數(shù)據(jù)審核，試驗數(shù)據(jù)上傳后，可以提交數(shù)據(jù)確認審核，提交審核流程，數(shù)據(jù)審核后歸檔到試驗數(shù)據(jù)中心池，審核流程可以根據(jù)實際情況選擇是否需要。

試驗完成后，系統(tǒng)支持報告的自動生成和數(shù)據(jù)的發(fā)布，報告生后和數(shù)據(jù)發(fā)布需要進行審核，審核完成后，數(shù)據(jù)進入數(shù)據(jù)中心。

2.2.6? 數(shù)據(jù)安全與報警通知

數(shù)據(jù)權(quán)限管理系統(tǒng)提供用戶名密碼登錄機制，實現(xiàn)對用戶身份的鑒別。依托組織架構(gòu)根據(jù)企業(yè)不同的崗位角色分配不同的數(shù)據(jù)權(quán)限，包括數(shù)據(jù)的查看權(quán)限、數(shù)據(jù)編輯權(quán)限、表單權(quán)限、按鈕權(quán)限、以及單個數(shù)據(jù)文件是否具有讀取、刪除、修改、下載等相關(guān)操作[8]。

報警通知。系統(tǒng)提供報警通知功能，在數(shù)據(jù)導(dǎo)入過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)匹配問題，可以在彈出框中查看錯誤信息，也可以勾選自動跳過導(dǎo)入失敗的數(shù)據(jù)，在導(dǎo)入完成后，下載錯誤日志查看完整錯誤信息。

日志管理。主要包括數(shù)據(jù)修改日志審計、操作日志審計、系統(tǒng)錯誤日志審計等功能。系統(tǒng)用戶行為都有審計日志，包括：用戶名、IP地址、操作對象、操作時間、操作內(nèi)容、操作結(jié)果等信息。具有權(quán)限的用戶可以查詢、統(tǒng)計、導(dǎo)出審計日志。

3? 關(guān)鍵技術(shù)

3.1? 基于試驗數(shù)據(jù)分析的輔助決策模型

緊密結(jié)合試驗數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，提供多種基于數(shù)據(jù)分析的輔助決策模型，可有效協(xié)助用戶掌握試驗情況，分析試驗問題，制定試驗計劃[9]。

數(shù)字化環(huán)行鐵道系統(tǒng)建設(shè)不僅僅是存儲管理數(shù)據(jù)，更為重要的是將數(shù)據(jù)用起來。數(shù)字化環(huán)行鐵道系統(tǒng)建設(shè)的最終目的是有效使用這些試驗數(shù)據(jù)，為相關(guān)部門提供有效的決策支持。

3.2? 數(shù)據(jù)入庫的關(guān)鍵技術(shù)

數(shù)據(jù)入庫的關(guān)鍵技術(shù)：動態(tài)創(chuàng)建數(shù)據(jù)表、Web Service技術(shù)和數(shù)據(jù)庫.DataAccess.Client組件提供的批量入庫技術(shù)[10]。

本系統(tǒng)的入庫策略采用了數(shù)據(jù)庫的ADO.Net實現(xiàn)。利用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫自帶的批處理功能，通過設(shè)定ArrayBindCount來實現(xiàn)對參數(shù)數(shù)組的傳遞。當(dāng)ArrayBindCount設(shè)置為大于1時，傳遞給數(shù)據(jù)庫Command參數(shù)不再是參數(shù)值，而是參數(shù)數(shù)組，這樣，一條Command指令就可以執(zhí)行多個處理。使用這種方法，利用了數(shù)據(jù)庫本身對批量數(shù)據(jù)操作的優(yōu)化機制，極大提高了數(shù)據(jù)操作效率。

4? 結(jié)束語

試驗數(shù)據(jù)服務(wù)平臺是一個對各專業(yè)、各種不同類型的試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的收集管理、存儲、分析應(yīng)用、共享服務(wù)的平臺[11]。具備試驗現(xiàn)場數(shù)據(jù)實時匯集管理、試驗基礎(chǔ)信息管理、數(shù)據(jù)專項分析等功能，支持數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)臺帳關(guān)聯(lián)、關(guān)聯(lián)綜合應(yīng)用，并通過試驗數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)清洗、格式轉(zhuǎn)換、元數(shù)據(jù)建模等建立大數(shù)據(jù)融合應(yīng)用的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)權(quán)限、數(shù)據(jù)服務(wù)等途徑實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全和共享管理，通過模塊化分析、標(biāo)準(zhǔn)化接口等實現(xiàn)定制化的大數(shù)據(jù)應(yīng)用能力。

系統(tǒng)可以將正在進行和計劃進行的試驗項目數(shù)據(jù)進行管理，為長期積累各類試驗過程數(shù)據(jù)、對歷史試驗數(shù)據(jù)綜合對比分析挖掘、試驗項目立項分析等提供支撐。

參考文獻

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