智能鐵路計量信息服務平臺的研究

張紀暐 中國鐵路上海局集團有限公司科研所

1 概述

1.1 引言

計量業務總體上分為計量管理和計量檢測生產兩部分。鐵路總計量系統的功能僅限于計量管理，如量具臺賬管理、標準臺賬管理、建標管理等，服務平臺的主要用途是服務于鐵路總計量系統對全鐵路計量的總體管理，為鐵路總計量系統的計量管理各項政策和措施的制定提供強有力的數據支撐。而對于計量檢測生產業務，鑒于其復雜性和多樣性，鐵路總計量系統已經明確不會涉及；然而計量檢測生產卻是計量工作的主營業務，計量檢測生產工作的自動化、智能化程度是計量業務水平的直接體現。

1.2 現狀分析

以上海局集團公司為例，其正在運用的計量管理信息系統（簡稱“信息系統”）是七年前研制的，運行至今，第一次完成十余萬件計量器具的初始化，用戶數突破千人，為計量管理的規范化打下了基礎。但是隨著科技的不斷攀升，自動化、智能化發展正日漸升入到鐵路計量領域，同時各鐵路企業內出現了大量的計量管理要求和各類的個性化需求，該信息系統難以適應當今“智能上鐵”形勢的發展，需要更新換代。

1.2.1 技術架構老舊

前端 C#(VisualStudio 2008)、后臺數據庫 SQLServer2008），基于微軟.NET架構，對當今流行的移動平臺不能跨平臺兼容支持，難以支撐移動辦公、現場檢測等計量業務的發展方向。

1.2.2 功能設計不足

設計中不能完全適應實際業務需求。如信息系統的菜單歸類不太合理。使用者不能迅速找到需要的功能；如信息系統的運營方、計量管理方、站段方的功能混在一起，沒有實現分類管理；如信息系統缺少檢測主管和人員主管角色，在實際分工時無法一一對應；如實際需求中有非管理部門的人員協助完成的業務，需要對該類業務設立相應的協管角色，但信息系統沒有該類角色的授權；如信息系統內計劃單、收發單、原始記錄和證書無法徹底固化；如信息系統未將溯源計劃與量傳計劃進行區分；如數據的共享未充分挖掘；如檢測流程不齊全、不靈活，前后流程互動不便，收發件登記和確認步驟沒有體現，缺少各類報單的重簽功能；如信息系統查詢功能薄弱，缺少各類資源（人、量具、標準）的組合查詢，缺少量具溯源和量傳的雙軌蹤跡查詢，缺少檢測需求、業績和質量的查詢，缺少各類資源和流程的到期提醒和逾期警示。

1.2.3 代碼質量不高

程序代碼質量不高，時常發生信息系統的操作卡頓、頁面響應慢的情況。

1.3 必要性

因此，采用當前最新HTML5跨移動平臺的技術架構，研究一套智能鐵路計量信息服務平臺（簡稱“服務平臺”），安全上提供多種驗證機制的保障，功能上貼合大量的計量管理要求和各類的個性化需求，架構上實現自動化、智能化的高效升級，對于當今“智能上鐵”形勢的發展，是十分有必要的。

2 架構設計

2.1 邏輯架構

為了保證服務平臺的可靠性和可擴展性，總體方案盡量采用模塊化以及松耦合的設計方式，將整個服務平臺從邏輯層面分為七個模塊（見圖1）：用戶界面模塊、業務應用模塊、工作流程模塊、數據處理模塊、數據庫、配置模塊和服務接口模塊。各模塊盡可能獨立完成某個特定的任務，模塊之間有相互依賴但接口相對簡單，整體復雜性較低，程序改動或升級后影響范圍小，適應變化能力強，降低了服務平臺更新時存在的風險。

（1）用戶界面模塊是人機交互的接口，主要提供權限管理、數據展示管理、流程業務操作及待辦處理等功能。

（2）業務應用模塊是核心，主要任務是處理一個計量器具的檢測和檢測文檔資料的生成與歸檔，及核/簽的技術指標和數據。

（3）工作流程模塊是按照用戶的設置，對檢測流程等關鍵流程進行控制、資源調度、參數轉換、容錯及故障處理等任務。

（4）數據處理模塊接收來自工作流程模塊的命令，完成各種數據的自動采集、智能分析、展示、生成報告以及根據用戶制定的策略將數據上傳等任務。

（5）數據庫可配置備份策略，如生產災備，數據切片備份，增量備份等多種備份方式。

（6）配置模塊提供了各種個性化的配置功能，如消息通知的配置，內置字典的配置，用戶可以安裝自己需要配置的個性化功能。對于新開發模塊，可以使用配置決定是否開啟使用，而不影響現有的模塊和功能，這種可拔插的開發方式，為后續需求更新和功能迭代提供了可靠的保證。

（7）服務接口模塊提供主流的數據交互的格式標準，如JSON，XML DATA等。同時提供硬件數據交互能力，如從傳遞數據到硬件設備中，或將硬件設備產生的數據記錄到服務平臺中。

圖1 邏輯架構圖

2.2 物理架構（見圖2）

圖2 物理架構圖

為滿足服務平臺正常運行和業務、用戶數據的增長，服務平臺首先采用云平臺部署；其次在物理層面可實現應用集群，隨著業務的發展和數據的增長，當單臺服務器可能已不能滿足正常運轉，服務平臺的物理架構保證了應用在物理層面可以橫向拓展，支持服務器集群和應用集群。用戶訪問服務平臺時由Web負載均衡服務器進行路由轉發到物理距離最近的一臺服務器上，由應用服務器處理相關操作請求，使用緩存機制對非熱點數據進行緩存，減輕數據訪問壓力，提高服務平臺的整體性能。

2.3 部署架構（見圖3）

圖3 部署架構圖

服務平臺部署在一臺虛擬機上，部署采用應用集群和服務器集群技術，保證高可用狀態，即使其中任意一臺服務器發生故障，其他服務器仍可為用戶提供在線服務。

3 功能設計

3.1 總體設計

服務平臺由數個子平臺組成，子平臺各自互相獨立的，使用主體分為運維和客戶兩大類。客戶按有無計量器具分為計量器具使用和現場登記單位、計量管理機構。計量器具使用和現場登記單位，即擁有計量器具的企事業單位（有計量器具使用和現場登記需求的組織）。他們可能是自然人、法人或二級法人，可能是計量器具使用和現場登記單位的母公司、集團公司。計量管理機構，沒有計量器具使用和現場登記需求的、但對計量器具使用和現場登記單位有管理需求的組織。他們可能是計量器具使用和現場登記單位的母公司、集團公司的計量管理機構。每個子平臺各自擁有一套菜單。每個用戶分屬于各自的子平臺，使用該子平臺的全部或部分菜單。

3.2 流程設計

主要設計分為三個流程，第一個流程稱為“送取”，從量具臺賬、計劃待審、送檢任務到待確認；第二個流程稱為“實檢”，從收件登記、待流轉、待檢、待核、待簽、待發登記、待發、待確認退件、待退登記到待退；第三個流程稱為“現檢”，從檢測登記、待檢、待核、待簽、待發登記到待發，每個“池”代表計量器具的動態狀況，見圖4。

圖4 流程設計圖

3.3 模塊設計

（1）關聯模塊

提供信息服務之間共享與獨立的開關設置。

（2）服務模塊

提供不同等級的用戶建立不同的權限與服務。

（3）角色模塊

提供個性化角色的授權，根據菜單的不同體現出角色的不同。

（4）監測模塊

提供對計量器具在各種環境下的智能監測其狀態的功能，提供條形碼追溯。

（5）預警模塊

提供全覆蓋的智能預警，涉及計量器具、質量體系、人員資質等各方面。

（6）分配模塊

提供對工作任務量的智能判斷和分配給相關人員的功能。

（7）臺賬模塊

提供人員、計量器具、計量標準、項目等資質臺賬管理，及可自定義的個性化分類字典。

（8）計劃模塊

提供不同類型計劃的制定，根據個性化需求自由制定。

（9）網點模塊

提供多點收件或現場檢測，可實現多點數據隔離，高級管理權限查詢所有數據。

（10）檢測模塊

提供個性化自主設置流程開關；流程可退回，也可撤回，處理完后可跳轉到指定環節。

（11）受理模塊

提供掃碼、批量、歷史、預設等多種受理方式。

（12）現檢模塊

提供現場環境的檢測流程服務，從現場登記、確認、檢測的全流程的功能。

（13）簽名模塊

提供業務受理的本地、互聯網的電子簽名功能。

（14）統計模塊

提供對人員、量具、標準等多種維度運行的數據，進行強大的個性化分析組合報表功能。

（15）查詢模塊

提供個性化組合查詢，記錄量具每個環節的具體情況。

（16）檔案模塊

提供檢測完成后所有電子檔案的追溯功能。

（17）消息模塊

提供通過手機IM推送，及檢測業務的相關提醒。

（18）加密模塊

提供給完善加密的電子證書解決方案，針對用戶提供網絡查看與下載方案。

（19）編輯器模塊

提供在線的所見即所得的報告編輯器，與Office Word/Excel無縫集成。

（20）記錄模塊

提供電子原始記錄功能，針對不同的項目可個性化自主編制原始記錄模板，分為線上和線下兩種模式，紙質和電子共存。

（21）證書模塊

提供證書、檢定結果通知書的個性化自主編制證書模板功能，多種證書打印方式，與電子原始記錄同步，雙軌并行功能。

（22）智檢模塊

提供專業模板支持智能檢測，無需檢測人員手動進行誤差計算、符合性判定、不確定度評定等操作的智能檢測功能。

4 安全設計

服務平臺在安全方面提供全方位的高安全等級防護設計，防范SQL注入、XSS注入攻擊、DOS攻擊、暴力破解；提供IP白名單驗證，圖靈驗證，查詢權限驗證等驗證機制，訪問數據接口需要身份鑒權，嚴格執行用戶數據查詢權限。此外，應用服務器內部所有連接均采用內網通信，不對外暴露端口，包括數據庫服務器，文件服務器，鑒權服務器等，從物理層面保證了服務平臺的安全可靠。在用戶與服務平臺交互的整個過程中，服務平臺在每個階段提供相應的安全保障，見圖5。

圖5 安全設計圖

5 結束語

本文是對智能鐵路計量信息服務平臺的架構設計（邏輯、物理、部署）、功能設計（總體、流程、模塊）、安全設計做了一些具體介紹和研究，針對的主要領域是計量檢測生產，利用服務平臺的技術優點推進鐵路計量檢測生產的信息化，支撐鐵路計量檢測生產工作的自動化、智能化，在不同層面共同支持計量業務的發展具有重大意義。同時，由于服務平臺的柔性化設計，使其具備跨移動平臺的適應功能。相信在不久的未來，服務平臺必將在鐵路計量領域中得到廣泛的應用，為“智能上鐵”形勢下的計量管理和計量檢測生產工作、甚至是鐵路運輸安全工作發揮出最大的作用。