鐵路工務(wù)檢測數(shù)據(jù)管理信息化研究及應(yīng)用

邵軼琦 秦憲國

（1.北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京100044；2.中國神華神朔鐵路分公司河西運(yùn)輸段 陜西 榆林719316）

1 工務(wù)檢測數(shù)據(jù)內(nèi)容

1.1 數(shù)據(jù)分類

工務(wù)設(shè)備檢測是利用一定工具和儀器對工務(wù)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行量測的活動，此過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)即為工務(wù)設(shè)備檢測數(shù)據(jù)，包括線路檢測數(shù)據(jù)和橋隧建筑物檢測數(shù)據(jù)2大類。其中，線路檢測數(shù)據(jù)又分為靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)、動態(tài)檢測數(shù)據(jù)、鋼軌檢查和春秋檢數(shù)據(jù)。靜態(tài)檢測是利用手工檢測工具沿線路逐點(diǎn)進(jìn)行或用靜態(tài)儀器進(jìn)行檢測；動態(tài)檢測則是在給軌道產(chǎn)生動態(tài)荷載的情況下對軌道進(jìn)行的檢測，為簡便，鋼軌檢查中的小型探傷儀檢測劃分為靜態(tài)檢測，探傷車檢測劃分為動態(tài)檢測。橋隧建筑物檢測主要分為經(jīng)常檢查、定期檢查、水文觀測、臨時檢查和專項檢查等。

1.2 數(shù)據(jù)來源

目前我國工務(wù)生產(chǎn)實(shí)際工作中，各種檢測方式得到的數(shù)據(jù)大致有2種格式：①檢測儀器通過本身自帶的計算機(jī)分析系統(tǒng)得到的電子數(shù)據(jù)，通過編寫特定的數(shù)據(jù)入庫程序?qū)霐?shù)據(jù)庫中；②人工檢測過程中的數(shù)據(jù)，手動記錄至紙質(zhì)文件中。工務(wù)檢查方式多以靜態(tài)檢測為主，因此形成的數(shù)據(jù)格式也多為紙質(zhì)格式，見表1。

表1 工務(wù)檢測數(shù)據(jù)來源Tab.1 Data sources of inspections

2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與整合分析

2.1 數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)

鐵路工務(wù)設(shè)備及其檢測數(shù)據(jù)種類繁多，目前尚未對其進(jìn)行統(tǒng)一編碼，有些編碼雖然已經(jīng)制定，但編碼不具有惟一性，容易對日常生產(chǎn)管理產(chǎn)生不利影響。本文遵循科學(xué)的編碼原則，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備編號和檢查習(xí)慣制定一套“專業(yè)代碼＋分類代碼＋序列碼”為主體的順序?qū)哟尉幋a方案，對檢測數(shù)據(jù)管理相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分類、編碼與標(biāo)識，從而達(dá)到整合、共享現(xiàn)有資源的目標(biāo)。表2展示的是劃分到第2個層次后的編碼示例。

表2 數(shù)據(jù)分類編碼示例Tab.2 Subclass code for data

用這樣的編碼方式，結(jié)合考慮相應(yīng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，把每一大類逐步往下細(xì)分，最后每一種原始入庫數(shù)據(jù)在綜合數(shù)據(jù)平臺中擁有惟一編碼。

2.2 檢測數(shù)據(jù)維度的確定

鐵路線路呈空間線性分布，線路上的每一個設(shè)備的位置都是通過里程來確定的。根據(jù)這個特點(diǎn)，工務(wù)檢測數(shù)據(jù)主要包括3個維度：時間維、地理維、設(shè)備維，各維度的內(nèi)容見圖1。

圖1 工務(wù)檢測數(shù)據(jù)維度Fig.1 Data dimension of railway maintenance inspections

因此工務(wù)檢測數(shù)據(jù)構(gòu)成了如圖2所示的多維數(shù)據(jù)立方體，對工務(wù)檢測數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)整合，可以從時間維度、地理維度、設(shè)備類型維度對數(shù)據(jù)進(jìn)行不同角度的整合。

圖2 工務(wù)檢測數(shù)據(jù)維度多維立方體Fig.2 Inspection data multidimensional cube

2.3 檢測數(shù)據(jù)整合方法

2.3.1 檢測數(shù)據(jù)切片

例（1）中買方加入模糊限制語a little bit想還價，但又不敢肯定賣方能否接受議價。此外，買方也不完全確定這個產(chǎn)品當(dāng)下最低的市場價格時，使用模糊限制語，可以使得還價的話說得更得體一些，與實(shí)際情況更符合一些，從而避免說話武斷，使話語更準(zhǔn)確、更客觀，更能被賣方所接受。

切片分析是指在多維數(shù)組中的某一維上選定一維成員的動作。對于圖2所示的多維數(shù)據(jù)立方體，選定時間維上某一維成員的具體取值（如“20121206”）時，多維立方體轉(zhuǎn)變?yōu)槎S數(shù)據(jù)，此時可以獲得在這個日期的所有空間范圍（工務(wù)段、領(lǐng)工區(qū)、工區(qū)）內(nèi)任何檢查方式、檢查設(shè)備的檢測值，得到當(dāng)日檢測超限數(shù)據(jù)情況。

2.3.2 檢測數(shù)據(jù)切塊

切塊分析是指在多維數(shù)據(jù)的某一維上選定某一區(qū)間的維成員的動作。切片分析是從多維立方體的某一方面對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，切塊分析則是從多個維度、同一維度的值區(qū)間的角度對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，從而將立方體轉(zhuǎn)化為較小的立方體。利用這種整合分析方法，在分析數(shù)據(jù)時考慮了更多的因素，能夠更準(zhǔn)確地把握數(shù)據(jù)的信息。

2.3.3 檢測數(shù)據(jù)鉆取

鉆取分析是通過改變統(tǒng)計數(shù)據(jù)的維度層次來實(shí)現(xiàn)由統(tǒng)計數(shù)據(jù)到細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)的過渡，它是聚合分析的逆操作。以人工道岔檢查為例，通過向下鉆取某工務(wù)段人工道岔檢測的超限統(tǒng)計數(shù)目，可以獲取該段管內(nèi)的所有領(lǐng)工區(qū)的超限分布情況，再向下鉆取某一領(lǐng)工區(qū)超限統(tǒng)計數(shù)目，可以獲取所有工區(qū)的超限分布情況，最終可以獲取超限點(diǎn)都分布在哪些車站的道岔測點(diǎn)上。通過這種鉆取方式，可以使數(shù)據(jù)顯示更簡潔，按不同的需求將大量數(shù)據(jù)以不同的形式展現(xiàn)出來，既能整體把握數(shù)據(jù)的情況，又能方便、快捷地查看細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)。

3 應(yīng)用實(shí)例

筆者在鐵路工務(wù)檢測數(shù)據(jù)管理需求分析和數(shù)據(jù)整合分析的基礎(chǔ)上，采用Java技術(shù)以及Oracle 11g數(shù)據(jù)庫，以神朔鐵路工務(wù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)為對象進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐，構(gòu)建了工務(wù)檢測數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了工務(wù)檢測數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理。

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)采用B／S結(jié)構(gòu)及3層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即用戶表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)服務(wù)層，見圖3。用戶服務(wù)層主要是對信息的表示，業(yè)務(wù)邏輯層與用戶表示層、數(shù)據(jù)服務(wù)層分離，被所有客戶機(jī)所共享，在部署階段將采用Weblogic應(yīng)用服務(wù)器。

在此3層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中，中間層（應(yīng)用服務(wù)器）是整個系統(tǒng)的核心。用戶服務(wù)布置在客戶端，主要是利用網(wǎng)頁瀏覽器。應(yīng)用服務(wù)根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯被劃分為不同的組件并且被封裝。在使客戶機(jī)請求某種應(yīng)用服務(wù)時，只與應(yīng)用服務(wù)器上對應(yīng)的被封裝的應(yīng)用組件通信。

圖3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.3 Design of overall system structure

3.2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，由于星型模型可以為本系統(tǒng)的功能處理優(yōu)化數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)預(yù)連接和建立有選擇的冗余，為訪問和分析過程縮短了數(shù)據(jù)庫的查詢響應(yīng)時間，提高查詢性能。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用星型模型進(jìn)行設(shè)計，見圖4。在星型結(jié)構(gòu)的中央是事實(shí)表，事實(shí)表可以被看作是由2部分組成，一部分是用于和維表連接的外鍵，另一部分是包含了有關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)值測量值。事實(shí)表是數(shù)據(jù)的主體，維表處于事實(shí)表的周圍，提供維的相關(guān)信息，如專業(yè)數(shù)據(jù)、作業(yè)項目數(shù)據(jù)等等，其數(shù)據(jù)量一般較小。事實(shí)表和維表之間是以關(guān)系來連接的。

圖4 數(shù)據(jù)庫星型結(jié)構(gòu)模型Fig.4 Star schema of database

在邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，把每種檢查方式作為一個主題，將各個相關(guān)數(shù)據(jù)表通過主鍵和外鍵關(guān)聯(lián)起來，圖5以動態(tài)檢查方式中的添乘儀檢查為例，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫表間關(guān)系的設(shè)計。

圖5 添乘儀檢查數(shù)據(jù)庫表間關(guān)系Fig.5 Links of tables for portable inspection devices

3.3 系統(tǒng)主要功能

3.3.1 超限統(tǒng)計

該模塊將各種檢查方式產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行切塊和鉆取的處理，以單位和線別為維度，對每次檢查或任意時間段內(nèi)的每個超限等級的超限個數(shù)和單位公里超限個數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計。在統(tǒng)計結(jié)果的基礎(chǔ)上，該功能還對統(tǒng)計出的超限在直屬管轄單位或線路區(qū)間（股道）上的分布情況進(jìn)行分析。另外，該功能還提供了以上統(tǒng)計結(jié)果表和分析結(jié)果表中每一個超限問題的詳細(xì)清單。

3.3.2 超限重復(fù)點(diǎn)

該模塊根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，以單位和線別為維度，對相鄰2次檢查的重復(fù)超限（例如從II變化到II，從II變化到III，從III變化到II和從III變化到III）的個數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計。在統(tǒng)計結(jié)果的基礎(chǔ)上，該功能還對統(tǒng)計出的重復(fù)超限在直屬管轄單位或線路區(qū)間上的分布情況進(jìn)行分析。另外，該功能還提供了以上統(tǒng)計結(jié)果表和分析結(jié)果表中每一處重復(fù)超限問題的詳細(xì)清單。

重復(fù)超限點(diǎn)個數(shù)統(tǒng)計的考察對象是連續(xù)2次檢查中的重復(fù)超限點(diǎn)，表3顯示了2011年3月4類超限重復(fù)點(diǎn)的個數(shù)分布，可以看到上行軌道重復(fù)點(diǎn)較多，這些反復(fù)出現(xiàn)超限的地點(diǎn)需要在工作中加以關(guān)注。

表3 超限重復(fù)點(diǎn)統(tǒng)計的界面圖Tab.3 Interface of overrun repeat points 2011年3月份添乘儀檢查重復(fù)超限點(diǎn)統(tǒng)計

3.3.3 問題庫模塊

問題庫管理以工務(wù)各類檢測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對發(fā)生在同一設(shè)備上的不同檢查結(jié)果進(jìn)行整合，對設(shè)備問題進(jìn)行統(tǒng)一的描述，通過對問題的跟蹤管理實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控，具體的功能設(shè)置如下：

1）最新設(shè)備問題展示。展示任意時間段內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問題列表。

2）問題數(shù)量統(tǒng)計查詢。通過選定日期范圍查詢統(tǒng)計各單位該時間段內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)的線路設(shè)備問題數(shù)量。

問題庫根據(jù)各種檢查方式產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對任意時間段內(nèi)的每個設(shè)備的檢查情況進(jìn)行匯總，以設(shè)備為中心，顯示圍繞此設(shè)備產(chǎn)生的各種檢測數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

本文針對鐵路工務(wù)檢測的數(shù)據(jù)內(nèi)容和利用現(xiàn)狀，提出了用數(shù)據(jù)庫來管理海量的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的物理和邏輯上深層次整合的方法，達(dá)到數(shù)據(jù)的集中式存儲管理、互聯(lián)共享和多維分析?；谠摾碚撗芯?，筆者以神朔鐵路為背景，對數(shù)據(jù)管理模型加以驗(yàn)證并在系統(tǒng)中進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，為神朔鐵路生產(chǎn)管理和養(yǎng)護(hù)維修提供了輔助決策支持。

［1］ 中華人民共和國鐵道部.鐵路線路修理規(guī)則［M］.北京：中國鐵道出版社，2010.

［2］ 孔昱戈.數(shù)據(jù)倉庫和OLAP技術(shù)概述［J］.計算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2010（11）：24－28.

［3］ Kyte T.Effective oracle by design ［M］.USA：McGraw－Hill Osborne Media，2003.

［4］ 張和生，張 毅，胡東成，等.海量數(shù)據(jù)管理框架與方法研究［J］.計算機(jī)工程與應(yīng)用，2004，40（11）：26－29，131.

［5］ 劉榮鳳.淺談鐵路工務(wù)線路設(shè)備管理對安全生產(chǎn)的作用［J］.山西建筑，2010，36（2）：348－349.

［6］ 戴國華，董寶田，李明輝，等.鐵路數(shù)據(jù)資源整合的分析與設(shè)計［J］.鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2009，18（11）：7－10.