薛龐祥

（晉能控股煤業(yè)集團鐵路運營公司塔山鐵路分公司，山西 大同 037001）

0 引言

目前，我國重載鐵路設(shè)計、運行能力位居世界領(lǐng)先地位。2 萬t 運煤專用線擔(dān)負著國家能源保供的任務(wù)，為我國經(jīng)濟社會發(fā)展發(fā)展作出了重要貢獻。電務(wù)段是鐵路系統(tǒng)的重要組成部分，包括信號和通信兩類專業(yè)，負責(zé)管理和維護地面信號機、道岔、軌道電路、計算機聯(lián)鎖和通信設(shè)備的正常運行。信號專業(yè)承載調(diào)度、控制、安全、監(jiān)測等多種數(shù)據(jù)的傳輸。在“新基建”的背景下，以大數(shù)據(jù)、人工智能為代表的新技術(shù)體系成為各行各業(yè)的發(fā)展新動能。作為大數(shù)據(jù)體系架構(gòu)中的“最后一公里”，數(shù)據(jù)可視化技術(shù)在鐵路行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。電務(wù)設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)實時性強、種類復(fù)雜，通過運用二維碼技術(shù)、數(shù)據(jù)庫操作和BI 工具對數(shù)據(jù)進行整理分析、同步上傳、可視化交互展示，使維修人員更方便地處理數(shù)據(jù)，更有效地利用數(shù)據(jù)，達到及時發(fā)現(xiàn)并處理問題的目的。

1 研究的必要性

鐵路行業(yè)作為一個歷史悠久的傳統(tǒng)行業(yè)，以往它的發(fā)展觀念更側(cè)重于通過硬件設(shè)施設(shè)備的不斷更新改造來提高運輸生產(chǎn)效率，信息化技術(shù)對于鐵路企業(yè)來說重視度并不高。近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展，智能化、信息化技術(shù)成為了企業(yè)發(fā)展的強大助力。在這樣的背景下，大數(shù)據(jù)、人工智能等概念在鐵路行業(yè)開始迅速萌芽、發(fā)展。在這個過程中，傳統(tǒng)的硬件設(shè)備設(shè)施與現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理方式相結(jié)合也是不可缺少的，鐵路企業(yè)也在不斷探索使用更加先進、更加可靠、更經(jīng)濟適用的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，來提高綜合管理水平，進而提升運輸效率。

設(shè)備基礎(chǔ)信息是否清楚，其運行狀態(tài)是否良好，關(guān)系著鐵路運輸?shù)陌踩?。比如在設(shè)備信息管理、檢修記錄管理、其他相關(guān)信息的統(tǒng)計及查詢方面，以往的人工操作、紙質(zhì)材料管理等方式的效率較低、準確性不高，相關(guān)信息的更新與維護處理較為復(fù)雜；同時，對于運煤專用線，列車越來越快的運行速度和運煤總量使得鐵路安全壓力上漲，要實現(xiàn)鐵路設(shè)備設(shè)施的標準化管理要求需要進行的工作量變得越來越多，其中往往還伴隨著數(shù)據(jù)處理不方便、自動化程度低、相關(guān)信息的傳遞阻礙。重載貨運鐵路的站點多且站線長，軌旁設(shè)備的投運時間與使用周期都各有差異，這導(dǎo)致了設(shè)備檔案的更新，設(shè)備巡檢保養(yǎng)維修較為不便，如果沒有進行科學(xué)合理的管理，非常容易發(fā)生失修或者超期限運轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這將會引起鐵路運輸?shù)娘L(fēng)險。

如何改進鐵路設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)處理方式，提高數(shù)據(jù)處理效率，減少非必要費用消耗、降低人力成本、降低安全風(fēng)險，是鐵設(shè)備管理中亟待解決的問題。鐵路電務(wù)設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)實時顯示動態(tài)分析系統(tǒng)實現(xiàn)了對巡檢數(shù)據(jù)進行整合分析、即時共享、可視化交互展現(xiàn)，使鐵路電務(wù)專業(yè)人員更直觀地分析數(shù)據(jù)，更有效地利用數(shù)據(jù)，進而及時發(fā)現(xiàn)并處理問題，大大提高設(shè)備管理效率和人員利用率。因此，研究和設(shè)計鐵路電務(wù)設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)實時顯示動態(tài)分析系統(tǒng)對于提高鐵路設(shè)備管理效率具有重要意義。

2 相關(guān)技術(shù)路線研究

為了實現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)的實時顯示、動態(tài)分析目的，系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、上傳、同步、分析和可視化等基本功能。巡檢數(shù)據(jù)來源于巡檢人員日常工作中對設(shè)備的檢修情況記錄，過去檢修人員通過填寫檢修記表和運行日志記錄數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)的紙質(zhì)資料處理數(shù)據(jù)效率低下，無法滿足鐵路信息化建設(shè)的要求。

設(shè)備運行數(shù)據(jù)的采集可以通過二維碼、手持終端和傳感器等方式。二維碼和手持終端是一個原理，都需要工人手動輸入巡檢數(shù)據(jù)，優(yōu)點是數(shù)據(jù)格式不受限制，采集的巡檢情況數(shù)據(jù)內(nèi)容全面，缺點是必須由工人手動輸入。二維碼本質(zhì)上是個信息入口，我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷亩S碼一般是指QRcode，它是二維碼碼制中的一種，由日本DENSO WAVE 公司于1994年發(fā)明。目前，二維碼應(yīng)用場景已覆蓋到生活的方方面面，使用方便快捷，在設(shè)備管理領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。傳感器通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對設(shè)備運行情況進行實時監(jiān)控，使用優(yōu)點是自動采集運行數(shù)據(jù)，缺點是受傳感器類別不同只能采集某一種信息，如溫濕度、開關(guān)切換位置、設(shè)備聲光報警等，無法覆蓋所有巡檢內(nèi)容。

數(shù)據(jù)上傳、同步可以通過云存儲服務(wù)器和服務(wù)器兩種形式實現(xiàn)。云服務(wù)器無需提前購買硬件，即可迅速創(chuàng)建或釋放任意多臺服務(wù)器，其管理方式比物理服務(wù)器更簡單高效。

數(shù)據(jù)可視化主要旨在借助于圖形化手段，清晰有效地傳達與溝通信息。數(shù)據(jù)可視化與信息圖形、信息可視化、科學(xué)可視化以及統(tǒng)計圖形密切相關(guān)。當(dāng)前，在研究、教學(xué)和開發(fā)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)可視化極為活躍而關(guān)鍵?！皵?shù)據(jù)可視化”這條術(shù)語實現(xiàn)了成熟的科學(xué)可視化領(lǐng)域與較年輕的信息可視化領(lǐng)域的統(tǒng)一。實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化的工具一般有三類，分別為報表類、BI 類和編程類。BI 類是專為數(shù)據(jù)分析而生的，從連接數(shù)據(jù)到可視化輸出是一整套解決方案，應(yīng)用軟件包括Power BI、Fine BI 和百度Sugar BI。百度Sugar BI 是百度智能云旗下產(chǎn)品，基于百度AI 能力，提供各種智能化功能。

3 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)共分為三個部分，分別是設(shè)備二維碼巡檢數(shù)據(jù)采集模塊、云服務(wù)器數(shù)據(jù)同步上傳模塊和數(shù)據(jù)可視化模塊。將設(shè)備二維碼中的表單數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)API將存儲在云端的海量二維碼表單數(shù)據(jù)連接到百度智能云Sugar 平臺上創(chuàng)建數(shù)據(jù)大屏。項目使用到的主要工具是草料二維碼生成器和百度智能云Sugar BI。草料二維碼是一家專業(yè)的二維碼云服務(wù)提供商，提供自助式的二維碼制作、應(yīng)用搭建和配套服務(wù)。Sugar BI是百度智能云推出的敏捷BI（商業(yè)智能）和數(shù)據(jù)可視化平臺，支持各種數(shù)據(jù)來源，通過拖拽圖表組件可實現(xiàn)搭建數(shù)據(jù)可視化頁面，組件豐富，低代碼編程。項目研究的關(guān)鍵部分是設(shè)備二維碼巡檢表單創(chuàng)建的和數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建和直觀的數(shù)據(jù)可視化頁面設(shè)計工作，系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)

3.1 數(shù)據(jù)采集、同步模塊

數(shù)據(jù)采集、同步模塊完成巡檢數(shù)據(jù)電子化轉(zhuǎn)換，這部分為可視化分析模塊提供了數(shù)據(jù)。采集部分基于用戶需求，完成二維碼表單的創(chuàng)建。

3.1.1 設(shè)備二維碼生成的設(shè)計

基于草料二維碼平臺制作設(shè)備二維碼，張貼在設(shè)備上。二維碼包含兩部份內(nèi)容首頁和表單。二維碼首頁展示設(shè)備的名稱、設(shè)備類型、安裝地點、投用時間、設(shè)備編號、設(shè)備相關(guān)技術(shù)圖紙和資料等信息。表單用來采集巡檢數(shù)據(jù)，制作的表單應(yīng)包含三部分信息，巡檢基礎(chǔ)信息、設(shè)備運行情況和巡檢過程的圖片、視頻證明材料。

1）巡檢基礎(chǔ)信息收集巡檢人信息、巡檢日期和巡檢地點，通過日期、地點、掃碼人功能組件添加至表單。

2）設(shè)備運行情況記錄巡檢是設(shè)備的運行情況，主要收集設(shè)備的故障報警信息、《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》中規(guī)定的設(shè)備檢修內(nèi)容，通過文本、下拉列表等功能組件添加至表單。

3）巡檢過程的圖片、視頻證明材料用于反應(yīng)巡檢的真實性，防止偷懶作弊，通過添加圖片、視頻功能模塊添加至表單。

3.1.2 二維碼巡檢主要過程

1）巡檢時工作人員掃描設(shè)備上的二維碼，判斷用戶類型、權(quán)限。

2）若有相應(yīng)權(quán)限則能查看設(shè)備基礎(chǔ)信息、填寫表單并查看表單歷史數(shù)據(jù)，若無用戶權(quán)限則只能查看設(shè)備基礎(chǔ)信息。

3）工作人員填寫巡檢相關(guān)信息，并提交，完成設(shè)備巡檢。

4）提交后后臺管理員收到提交申請，對相關(guān)信息確認無誤，審核通過。

3.1.3 數(shù)據(jù)同步模塊設(shè)計

草料提供了阿里云數(shù)據(jù)庫官方數(shù)據(jù)庫，同步后臺的數(shù)據(jù),后續(xù)可以用數(shù)據(jù)分析軟件連接這個云數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫版本為Mysql 5.7 版，通過數(shù)據(jù)API 實現(xiàn)與可視化模塊的數(shù)據(jù)同步。數(shù)據(jù)庫中共包含以下數(shù)據(jù)表：table_dXX（表單數(shù)據(jù)表）、base_codeinfo（碼的基本信息表）、code_state（碼的狀態(tài)表）、base_auth_msg（填表人信息）、code_state_log（碼的狀態(tài)的更新日志），各數(shù)據(jù)表之間一些關(guān)鍵信息如code_id（碼的唯一標識）、auth_id（填表人唯一標識）、record_id（表單數(shù)據(jù)唯一標識）實現(xiàn)各表之間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，各數(shù)據(jù)表與二維碼一一對應(yīng)。

3.2 數(shù)據(jù)可視化模塊

使用百度Sugar 智能數(shù)據(jù)分析軟件，Sugar 里豐富的可視化數(shù)據(jù)分析組件支持數(shù)據(jù)分析。可視化分析流程包含以下三個步驟：整理數(shù)據(jù)、可視化組件設(shè)計、分享使用。

3.2.1 整理數(shù)據(jù)

1）創(chuàng)建數(shù)據(jù)模型，選擇需要連接的數(shù)據(jù)源，輸入數(shù)據(jù)模型名稱。進入到模型編輯頁面，頁面的左側(cè)會列出數(shù)據(jù)源中的所有數(shù)據(jù)表，拖動要分析的數(shù)據(jù)表至頁面中間區(qū)域。如這里需要分析設(shè)備巡檢完成情況，就需code_task_log 這個表，同時關(guān)聯(lián)上base_codeinfo來獲取碼的詳細信息，包括綜合巡檢結(jié)果、值班（巡檢）人、記錄時間等。

2）有時候需要轉(zhuǎn)換字段的數(shù)據(jù)類型，在度量和緯度之間轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后能夠?qū)⒆址愋彤?dāng)成數(shù)字類型來處理、計算和展示。如數(shù)據(jù)表中日期字段為字符串類型，通過設(shè)置數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換字符串類型將轉(zhuǎn)換為日期類型。

3）新建計算度量，當(dāng)需要分析的參數(shù)數(shù)據(jù)表中沒有時，使用MySQL 5.X 常用函數(shù)輸入表達式或表計算，新建計算度量完成分析。

4）添加篩選組件：篩選組件可以查看指定數(shù)據(jù)的情況。

3.2.2 可視化組件設(shè)計

電務(wù)信號設(shè)備大致分為兩類，室內(nèi)設(shè)備和室外設(shè)備。

室內(nèi)設(shè)備主要為聯(lián)鎖系統(tǒng)和電源屏，針對聯(lián)鎖系統(tǒng)、電源屏的設(shè)備運行數(shù)據(jù)、設(shè)備故障、設(shè)備報警信息等綜合運維信息進行可視化組件設(shè)計。根據(jù)數(shù)據(jù)種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，采用圓角環(huán)圖與表格組合設(shè)計、按時間段查詢設(shè)計及異常數(shù)據(jù)報警顯示三種可視化方法設(shè)計可視化應(yīng)用組件。圓角環(huán)圖統(tǒng)計分析各設(shè)備總的巡檢數(shù)據(jù)量以及該設(shè)備正常、異常數(shù)據(jù)占比。表格需要詳細展示設(shè)備的各項運行參數(shù)，為了使可視化頁面更加簡潔，使用“圖表下鉆”功能顯示表格?！皥D表下轉(zhuǎn)鉆”指在點擊本圖表的某一部分，可以打開一個新的圖表或超鏈接，進而參看與圖表此部分相關(guān)的詳細信息。

室外設(shè)備主要為轉(zhuǎn)轍機、信號機、軌道電路三大件。這里主要分析設(shè)備的電氣特性Ⅰ級測試記錄，在數(shù)據(jù)篩選器內(nèi)對字段進行篩選，設(shè)置閾值，只有電壓、電流超出規(guī)定標準時才顯示該條巡檢記錄。

對每日掃碼量，總計掃碼量進行統(tǒng)計。每日掃碼量的統(tǒng)計是監(jiān)督值班人員巡檢設(shè)備情況的重要手段，通過添加日期范圍控件的形式調(diào)度人員能夠在數(shù)據(jù)大屏上查詢到任意時間段內(nèi)的巡檢情況。

3.2.3 分享使用

分享方式有兩種方式，分別為公開分享和IP 白名單訪問。公開分享是指對所有的互聯(lián)網(wǎng)用戶開放，用戶不需要使用Sugar BI 的賬號登錄，直接通過您公開分享url 鏈接地址就能在瀏覽器上直接訪問您開發(fā)的Sugar BI 可視化頁面，并且沒有任何的權(quán)限管理，所有用戶都可以訪問。公開分享有三種模式公開分享、加密公開分享和通過Token 驗證。IP 白名單訪問是指開啟IP 白名單后，發(fā)布的大屏僅允許在指定的IP 白名單范圍內(nèi)訪問，如果您使用了非白名單IP 訪問當(dāng)前大屏，將被拒絕訪問。

4 結(jié)語

本文基于二維碼技術(shù)和可視化工具提出了一套滿足鐵路電務(wù)設(shè)備巡檢實時顯示動態(tài)分析需求的解決方案，用于解決傳統(tǒng)的硬件設(shè)備設(shè)施與現(xiàn)代化的數(shù)據(jù)處理方式相結(jié)合的問題。基于本設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)同步上傳和數(shù)據(jù)可視化分析功能。經(jīng)過測試，系統(tǒng)處理巡檢數(shù)據(jù)速度提高至實時級別（500 ms 以內(nèi)），數(shù)據(jù)大屏能夠反應(yīng)各設(shè)備巡檢情況，極大地提高了設(shè)備管理效率和人員利用率。