薛龐祥

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)鐵路運(yùn)營(yíng)公司塔山鐵路分公司，山西 大同 037001）

0 引言

目前，我國(guó)重載鐵路設(shè)計(jì)、運(yùn)行能力位居世界領(lǐng)先地位。2 萬(wàn)t 運(yùn)煤專用線擔(dān)負(fù)著國(guó)家能源保供的任務(wù)，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。電務(wù)段是鐵路系統(tǒng)的重要組成部分，包括信號(hào)和通信兩類專業(yè)，負(fù)責(zé)管理和維護(hù)地面信號(hào)機(jī)、道岔、軌道電路、計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖和通信設(shè)備的正常運(yùn)行。信號(hào)專業(yè)承載調(diào)度、控制、安全、監(jiān)測(cè)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(dòng)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(shí)時(shí)性強(qiáng)、種類復(fù)雜，通過(guò)運(yùn)用二維碼技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)操作和BI 工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(dá)到及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)題的目的。

1 研究的必要性

鐵路行業(yè)作為一個(gè)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(guò)硬件設(shè)施設(shè)備的不斷更新改造來(lái)提高運(yùn)輸生產(chǎn)效率，信息化技術(shù)對(duì)于鐵路企業(yè)來(lái)說(shuō)重視度并不高。近年來(lái)，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(qiáng)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(gè)過(guò)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(jìn)、更加可靠、更經(jīng)濟(jì)適用的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，來(lái)提高綜合管理水平，進(jìn)而提升運(yùn)輸效率。

設(shè)備基礎(chǔ)信息是否清楚，其運(yùn)行狀態(tài)是否良好，關(guān)系著鐵路運(yùn)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(jì)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(zhǔn)確性不高，相關(guān)信息的更新與維護(hù)處理較為復(fù)雜；同時(shí)，對(duì)于運(yùn)煤專用線，列車越來(lái)越快的運(yùn)行速度和運(yùn)煤總量使得鐵路安全壓力上漲，要實(shí)現(xiàn)鐵路設(shè)備設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化管理要求需要進(jìn)行的工作量變得越來(lái)越多，其中往往還伴隨著數(shù)據(jù)處理不方便、自動(dòng)化程度低、相關(guān)信息的傳遞阻礙。重載貨運(yùn)鐵路的站點(diǎn)多且站線長(zhǎng)，軌旁設(shè)備的投運(yùn)時(shí)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(méi)有進(jìn)行科學(xué)合理的管理，非常容易發(fā)生失修或者超期限運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，這將會(huì)引起鐵路運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。

如何改進(jìn)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(fèi)用消耗、降低人力成本、降低安全風(fēng)險(xiǎn)，是鐵設(shè)備管理中亟待解決的問(wèn)題。鐵路電務(wù)設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析、即時(shí)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(jìn)而及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)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(jì)鐵路電務(wù)設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)對(duì)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(shí)現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、動(dòng)態(tài)分析目的，系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)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(lái)源于巡檢人員日常工作中對(duì)設(shè)備的檢修情況記錄，過(guò)去檢修人員通過(guò)填寫檢修記表和運(yùn)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(wú)法滿足鐵路信息化建設(shè)的要求。

設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集可以通過(guò)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(gè)原理，都需要工人手動(dòng)輸入巡檢數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是必須由工人手動(dòng)輸入。二維碼本質(zhì)上是個(gè)信息入口，我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的二維碼一般是指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(chǎng)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(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使用優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)采集運(yùn)行數(shù)據(jù)，缺點(diǎn)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(bào)警等，無(wú)法覆蓋所有巡檢內(nèi)容。

數(shù)據(jù)上傳、同步可以通過(guò)云存儲(chǔ)服務(wù)器和服務(wù)器兩種形式實(shí)現(xiàn)。云服務(wù)器無(wú)需提前購(gòu)買硬件，即可迅速創(chuàng)建或釋放任意多臺(tái)服務(wù)器，其管理方式比物理服務(wù)器更簡(jiǎn)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(dá)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(jì)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。“數(shù)據(jù)可視化”這條術(shù)語(yǔ)實(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化的工具一般有三類，分別為報(bào)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(gè)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(guò)數(shù)據(jù)API將存儲(chǔ)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(tái)上創(chuàng)建數(shù)據(jù)大屏。項(xiàng)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(tái)，支持各種數(shù)據(jù)來(lái)源，通過(guò)拖拽圖表組件可實(shí)現(xiàn)搭建數(shù)據(jù)可視化頁(yè)面，組件豐富，低代碼編程。項(xiàng)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(yè)面設(shè)計(jì)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(jì)

基于草料二維碼平臺(tái)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(yè)和表單。二維碼首頁(yè)展示設(shè)備的名稱、設(shè)備類型、安裝地點(diǎn)、投用時(shí)間、設(shè)備編號(hào)、設(shè)備相關(guān)技術(shù)圖紙和資料等信息。表單用來(lái)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(yùn)行情況和巡檢過(guò)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(diǎn)，通過(guò)日期、地點(diǎn)、掃碼人功能組件添加至表單。

2）設(shè)備運(yùn)行情況記錄巡檢是設(shè)備的運(yùn)行情況，主要收集設(shè)備的故障報(bào)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(guò)文本、下拉列表等功能組件添加至表單。

3）巡檢過(guò)程的圖片、視頻證明材料用于反應(yīng)巡檢的真實(shí)性，防止偷懶作弊，通過(guò)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(guò)程

1）巡檢時(shí)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(wú)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(tái)管理員收到提交申請(qǐng)，對(duì)相關(guān)信息確認(rèn)無(wú)誤，審核通過(guò)。

3.1.3 數(shù)據(jù)同步模塊設(shè)計(jì)

草料提供了阿里云數(shù)據(jù)庫(kù)官方數(shù)據(jù)庫(kù)，同步后臺(tái)的數(shù)據(jù),后續(xù)可以用數(shù)據(jù)分析軟件連接這個(gè)云數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)版本為Mysql 5.7 版，通過(guò)數(shù)據(jù)API 實(shí)現(xiàn)與可視化模塊的數(shù)據(jù)同步。數(shù)據(jù)庫(kù)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(biāo)識(shí)）、auth_id（填表人唯一標(biāo)識(shí)）、record_id（表單數(shù)據(jù)唯一標(biāo)識(shí)）實(shí)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(duì)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?jǐn)?shù)據(jù)分析?？梢暬治隽鞒贪韵氯齻€(gè)步驟：整理數(shù)據(jù)、可視化組件設(shè)計(jì)、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(jìn)入到模型編輯頁(yè)面，頁(yè)面的左側(cè)會(huì)列出數(shù)據(jù)源中的所有數(shù)據(jù)表，拖動(dòng)要分析的數(shù)據(jù)表至頁(yè)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(gè)表，同時(shí)關(guān)聯(lián)上base_codeinfo來(lái)獲取碼的詳細(xì)信息，包括綜合巡檢結(jié)果、值班（巡檢）人、記錄時(shí)間等。

2）有時(shí)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(lái)處理、計(jì)算和展示。如數(shù)據(jù)表中日期字段為字符串類型，通過(guò)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(jì)算度量，當(dāng)需要分析的參數(shù)數(shù)據(jù)表中沒(méi)有時(shí)，使用MySQL 5.X 常用函數(shù)輸入表達(dá)式或表計(jì)算，新建計(jì)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(jì)

電務(wù)信號(hào)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(duì)聯(lián)鎖系統(tǒng)、電源屏的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備故障、設(shè)備報(bào)警信息等綜合運(yùn)維信息進(jìn)行可視化組件設(shè)計(jì)。根據(jù)數(shù)據(jù)種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，采用圓角環(huán)圖與表格組合設(shè)計(jì)、按時(shí)間段查詢?cè)O(shè)計(jì)及異常數(shù)據(jù)報(bào)警顯示三種可視化方法設(shè)計(jì)可視化應(yīng)用組件。圓角環(huán)圖統(tǒng)計(jì)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(xì)展示設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，為了使可視化頁(yè)面更加簡(jiǎn)潔，使用“圖表下鉆”功能顯示表格?！皥D表下轉(zhuǎn)鉆”指在點(diǎn)擊本圖表的某一部分，可以打開一個(gè)新的圖表或超鏈接，進(jìn)而參看與圖表此部分相關(guān)的詳細(xì)信息。

室外設(shè)備主要為轉(zhuǎn)轍機(jī)、信號(hào)機(jī)、軌道電路三大件。這里主要分析設(shè)備的電氣特性Ⅰ級(jí)測(cè)試記錄，在數(shù)據(jù)篩選器內(nèi)對(duì)字段進(jìn)行篩選，設(shè)置閾值，只有電壓、電流超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)才顯示該條巡檢記錄。

對(duì)每日掃碼量，總計(jì)掃碼量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。每日掃碼量的統(tǒng)計(jì)是監(jiān)督值班人員巡檢設(shè)備情況的重要手段，通過(guò)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(shí)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(wèn)。公開分享是指對(duì)所有的互聯(lián)網(wǎng)用戶開放，用戶不需要使用Sugar BI 的賬號(hào)登錄，直接通過(guò)您公開分享url 鏈接地址就能在瀏覽器上直接訪問(wèn)您開發(fā)的Sugar BI 可視化頁(yè)面，并且沒(méi)有任何的權(quán)限管理，所有用戶都可以訪問(wèn)。公開分享有三種模式公開分享、加密公開分享和通過(guò)Token 驗(yàn)證。IP 白名單訪問(wèn)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(wèn)，如果您使用了非白名單IP 訪問(wèn)當(dāng)前大屏，將被拒絕訪問(wèn)。

4 結(jié)語(yǔ)

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(shí)時(shí)顯示動(dòng)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(wèn)題?；诒驹O(shè)計(jì)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(guò)測(cè)試，系統(tǒng)處理巡檢數(shù)據(jù)速度提高至實(shí)時(shí)級(jí)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。