高速鐵路更新改造與大修整治項目計劃管理系統研究與實現

程智博，吳艷華，鄭金子，趙正陽

（中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所，北京 100081）

更新改造和大修整治是高鐵運輸業(yè)固定資產投資的重要組成部分，其投資和收益直接影響運輸生產的布局、行車安全和經營管理[1-2]。各鐵路局集團公司（簡稱：鐵路局）根據高鐵沿線管轄范圍內的生產需求，編制更新改造等計劃，經與之對應的高鐵公司（簡稱：公司）決策后立項，其中，計劃提報、項目批復、審批可研、下達計劃等均由公司全面負責。目前，公司、各鐵路局及站段等通過郵件形式完成項目的申報審批流程，項目的關鍵信息主要體現在建議計劃、立項文件、可研報告和實施計劃等不同的文件中，存儲形式包括結構化Excel及非結構化文件等數據，其多源異構數據不便于項目計劃管理和分析[3]。文獻[4]研究了基于GIS的鐵路大修預算管理系統的實現與應用，文獻[5]研究了鐵路線路大修項目預算費用計算方法，其他相關研究主要著重于鐵路更新或大修施工管理模式與方法等[6-7]，關于高鐵更新改造與大修整治項目如何實現信息化、系統化的研究很少。

本文為實現項目申報與審批過程標準化、系統化，構建高速鐵路更新改造與大修整治項目計劃管理系統，利用文本分析處理技術，借助工作流模型，采用數據中間件技術，實現對更新改造與大修整治項目的精細化、科學化管理，改變原有郵件申報審批流程的工作方式，提高工作效率，以達到合理控制項目申報數量及成本的目的，提高高鐵線路的運輸安全和運輸效益[8]。

1 高速鐵路更新改造與大修整治項目計劃管理系統總體設計

1.1 需求分析

明確計劃落實、計劃過程和計劃實施等業(yè)務流程，提高項目管理效率，同時，提供費用測算和計劃落實依據，促進高鐵設施設備安全、協調及可持續(xù)發(fā)展[9]。根據公司項目計劃管理現狀，分析其項目管理需求如下。

1.1.1 梳理業(yè)務流程

項目從鐵路局提交建議計劃開始，經過各部門審批相關文件、監(jiān)控項目實施進度和驗收撥款等流程，如圖1所示。系統需根據業(yè)務為導向形成數據流轉和工作流程，實現項目計劃審批流程的系統化和審批進度的動態(tài)顯示。

1.1.2 歷史數據統計分析

將歷史更新改造與大修整治項目關鍵信息數字化，并以結構化方式存儲在數據庫中，系統實現從年份、專業(yè)、鐵路局等不同維度，對資金使用情況、立項情況等進行統計分析。

1.1.3 項目自動調整類別

鐵路局上報項目時，存在將更新改造（大修整治）項目誤報成大修整治（更新改造）的情況，系統支持根據項目屬性自動判斷其所屬類別[10]，并自動調整誤報項目的類別屬性，同時，保留原記錄。

1.1.4 自動生成圖表和文件

用戶任意選擇所需分析的字段，根據給定模板或自定義統計表格形式，自動生成相應的圖表；根據各專業(yè)部門的批復意見自動生成特定模板的文件，實現匯總與分析數據的效率最大化。

1.1.5 分配用戶權限

不同級別用戶根據實際需要分配不同系統使用權限，主要包括查看項目、審核計劃、批復計劃和實施計劃等。

1.2 系統總體架構

系統由數據庫服務器和應用服務器等硬件設備和網絡設備構成基礎硬件環(huán)境，從整體角度對項目計劃數據、設備設施臺賬數據、維修數據進行應用整合，實現公司更新改造與大修整治項目計劃審批流程和1.3.1 工作桌面

系統整合工務、電務、供電等全專業(yè)更新改造與大修整治項目資料，在系統工作桌面提供不同年份項目數量與金額統計分析，同時提供待辦事項提醒、查看鐵路局最新上報的項目情況。

1.3.2 項目管理

（1）項目計劃錄入是各鐵路局上報的項目入口，支持單個項目錄入與批量項目導入；（2）項目批復意見根據項目所屬專業(yè)由系統自動（人工）分配到各專業(yè)部門進行審核，部門負責人需在規(guī)定的期限內填寫批復意見；（3）項目意見匯總主要實現項目意見批復，并生成匯總文件進行提交；（4）項目進度管理實現鐵路局、年度、專業(yè)等多維度查看項目的進度情況等；（5）項目維護管理實現項目查看、項目修改、項目接轉、模糊查詢等功能。項目統計分析的運營管理需求，系統總體架構，如圖2所示。

1.2.1 基礎環(huán)境層

基礎環(huán)境層主要包括系統硬件基礎資源等，硬件基礎環(huán)境包括服務器、存儲、網絡等硬件設備。

1.2.2 數據管理層

數據存儲、管理和加工層是系統對動、靜態(tài)數據進行存儲、管理和分析處理的主要場所。數據管理層利用計算機軟硬件技術，在對數據進行有效收集、存儲的基礎上，實現對項目數據、設備設施臺賬數據及維修數據的分類、檢索、更新和維護等。

1.2.3 業(yè)務應用層

業(yè)務應用層封裝系統的各個業(yè)務功能模塊，實現業(yè)務功能按需進行組件式安裝，供訪問層進行應用調用。

1.2.4 展示訪問層

展示訪問層通過Flex、Web、JavaScript等技術，構成高速鐵路更新改造與大修整治項目計劃管理系統應用客戶端，支持基于瀏覽器的訪問展示，未來將支持移動客戶端等不同方式的平臺訪問展示。

1.3 系統功能設計

高速鐵路更新改造與大修整治項目計劃管理系統主要功能模塊包括工作桌面、項目管理、月報管理、統計報表、數據管理及系統管理，具體如圖3所示。1.3.3 月報管理

月報管理展現各鐵路局上報的正在進行和已完成的項目的月報，內容主要包括：施工進展情況、未完成原因分析、完工時間、公司參與驗收時間、公司參與驗收人員和專業(yè)部門接收技術文檔情況等。

1.3.4 統計報表

（1）項目明細表展示各鐵路局上報項目的詳細信息；（2）分年度匯總展示各鐵路局項目立項、接轉、計劃等項目數量和金額等信息；（3）專業(yè)統計從專業(yè)角度展示各鐵路局項目相關信息；（4）分項統計從計劃執(zhí)行對比、費用預測、立項沖突分析、設備設施病害分類等角度開展多維對比分析，為公司全面綜合管理提供參考依據。

1.3.5 數據管理

數據管理實現對項目臺賬、設備設施臺賬及維修數據進行分類查詢，同時支持具有特定權限的用戶對項目臺賬數據進行修改和更新。

1.3.6 系統管理

實現對系統用戶的組織機構、用戶登陸和訪問權限的統一管理。

2 關鍵技術

2.1 文本分析處理

更新改造與大修整治數據從類型上分為結構化數據和非結構化數據，其中，非結構化數據包括立項文件、可研報告和實施計劃文件等，為方便數據管理與分析，需要對非結構化數據進行結構化處理。

對非結構化數據：（1）經過人工的標記，將文件中包含的關鍵要素用BIO標記；（2）通過Word2vec計算生成文本向量；（3）采用Word2vec算法中的Skip-gram模型，根據標記文件中的目標詞預測上下文，獲得目標詞的詞向量。將所獲的詞向量放入Bi-LSTM+CRF模型中進行訓練，通過不斷迭代優(yōu)化模型，利用模型實現非結構化數據轉換為結構化數據。通過該方法提取文本中各項關鍵項目信息和工程信息，形成項目數據庫。

2.2 系統架構選擇

（1）本系統數據存儲層采用開源數據庫PostgreSQL+分布式非結構化數據庫ElasticSearch混合存儲項目數據；（2）邏輯控制層選擇Maven+SpringBoot+Hibernate作為后臺框架，方便項目維護與發(fā)布，其輕量級的應用框架能夠簡化系統配置，提高開發(fā)效率；（3）視圖層采用BootStrap前端框架，該框架具有友好的交互性及展現效果，封裝的組件能夠讓前端開發(fā)者快速搭建Web應用。

2.3 工作流模型設計

為了提高系統工作效率及優(yōu)化管理流程，引入工作流技術，負責創(chuàng)建、定義、解釋和運行整體業(yè)務流程。工作流將現有業(yè)務流程分解，按照一定的規(guī)則和過程來執(zhí)行，并監(jiān)控文檔、信息的傳遞，提高系統開發(fā)效率。本文根據業(yè)務流程，設計系統工作流模型，實現業(yè)務過程的科學設置和分配，方便后續(xù)業(yè)務動態(tài)調整。工作流模型，如圖4所示。

2.4 數據中間件技術

為了滿足同時查詢結構化、非結構化全量數據，并快速返回結果的需求，系統研發(fā)數據中間件模塊。用戶查詢某條內容時，不用直接訪問數據庫，而是由數據中間件進行攔截解析，中間件將查詢條件與數據庫存儲信息相結合，生成對應于不同數據庫不同存儲節(jié)點的專用查詢語句，再將最終查詢結果統一排序后返回至前端頁面。

3 系統應用實例

高速鐵路更新改造與大修整治項目計劃管理系統采用在公司、委托維管鐵路局及站段三級部署及應用方式，實現更新改造與大修整治項目計劃信息化管理，并開展專項綜合對比分析應用，使得公司財務和業(yè)務人員能夠直觀了解項目進展及費用使用情況。

3.1 年度項目計劃及金額完成情況

對某高鐵公司計財部某年份各專業(yè)更新改造與大修整治計劃項目與金額進行統計分析，如圖5所示。

由圖5可知，通過該系統相比以往Excel表格形式存放并重復計算數據的方式，可提供準確且直觀的分析統計結果，顯著提升公司更新改造與大修整治項目計劃與金額管理水平。

3.2 項目計劃錄入、接轉與維護

系統實現項目計劃單個錄入與批量導入以形成項目臺賬庫，并支持對項目計劃的查看、修改及條件查詢，能夠對某些關鍵屬性進行一鍵修改及設置。若某一項目計劃本年度未能完成，需要進行項目接轉至下一年度，系統通過錄入接轉信息，關聯實施計劃文號等，核實相關實施計劃金額、剩余金額等，避免手工錄入帶來的數據錯誤與維護困難，實現公司對項目計劃等相關數據的數字化管理。

4 結束語

以高鐵公司更新改造與大修整治計劃項目管理現狀為基礎，結合計劃管理需求分析，從數據整合、總體架構、功能設計等方面設計了高速鐵路更新改造與大修整治計劃項目管理系統。（1）根據高鐵公司管理更新改造與大修整治項 目的特點，梳理業(yè)務流程形成系統工作流，明確系統功能需求；

（2）實現系統數據源的集成，利用文本分析等技術將非結構化數據轉換為結構化數據，便于數據統一數字化管理；

（3）構建系統總體架構及功能模塊，提高管理人員工作效率，為高鐵科學化管理提供決策支持。

目前，本系統已完成并在某高鐵公司上線應用，能夠滿足高鐵公司、鐵路局更新改造與大修整治的業(yè)務使用需求，具有一定的應用和推廣價值。