智慧地鐵定位設備管理系統設計

付雨欣，朱帥，鄧平科

（1.全圖通位置網絡有限公司，北京 100176；2.杭州卓軟科技有限公司，浙江 杭州 310051；3.中國移動通信有限公司研究院，北京 100053）

0 引言

地鐵北斗定位系統作為智慧地鐵的基礎設施，為智慧地鐵提供高精度的時間和空間信息。首都機場線地鐵北斗定位系統對首都機場線全部站點的“人、物、料”進行智能化管理。通過建設連續運行的參考基準站，并在線路車站、區間和車輛段沿線部署定位基站，可以對用戶提供實時、快速的高精度定位服務，提供人員、設備和物資的準確位置信息。但是，在機場線部署的定位基站及標簽達百余個，僅靠人工進行設備實時監測、維修任務分配，復雜程度和時間成本較高，嚴重影響定位設備使用。因此，高效、便捷地進行設備管理十分必要。

設計智慧地鐵定位設備管理系統，應用該系統做好地鐵設備管理規劃；對處于報警狀態的設備，通過系統自動發送給當日巡檢人員，巡檢人員有計劃、有目的地完成巡檢要求，由管理者通過巡檢人員跟蹤記錄的信息，下派任務給維修人員，并指定設備的優先級和截止時間等要求；維修人員在截止時間前完成任務，花費工時、延期時間等數據均被系統記錄；系統根據設備的報警狀態、維修信息，對設備進行智能整理，生成維修人員解決方案記錄以供參考，歷史數據的保存也極大地方便了工作中的一些需求。智慧地鐵定位設備管理系統使用B/S架構，降低了系統門檻，方便簡易，加上系統合理、簡潔的流程規劃，盡可能降低時間損耗，做到性能良好且交互友好，以優化事務處理效率、方便管理。

為了使鐵路科技創新基礎不斷夯實、科技管理體制機制進一步健全［1］，對定位設備管理的系統和模式進行深入研究，分析可行性、挖掘應用需求，進而確定系統功能模塊和角色定位。設計規劃整體結構，建立合理的處理流程與交互邏輯，站在客戶角度思考，立足于現實需求，力圖打造一個可靈活應用于各種場景，用戶體驗友好、舒適的管理系統。

1 系統架構

1.1 系統架構

對于定位設備管理系統，首先應滿足管理部門對設備的信息化管理需求，需要積極遵循系統應用過程中的實用性、可擴展性和安全可靠性原則等；其次，系統應具備日程規劃、員工管理模塊，便于管理者進行設備任務分配；最后，系統應具備管理整個部門的權限。

智慧地鐵定位設備管理系統設計包括用戶設置、定位設備管理、統計查詢、員工管理、系統管理等功能（見圖1）。為滿足多場景需求，系統設置了員工、管理者、系統管理員3類用戶：

圖1 系統組成

（1）用戶設置功能。面向管理者，主要實現賬號注冊，具備賬號信息的編輯與密碼修改功能。

（2）定位設備管理功能。面向管理者，主要包括新建設備、設備詳情、編輯設備、狀態設置、刪除設備6個部分。其中，設備詳情重點展示當日巡檢、維修等工作的規劃信息，方便工作人員根據規劃開始一天的工作；狀態設置功能提供工作的開始、暫停、完成和取消操作。

（3）統計查詢功能。面向管理者、員工，主要包括歷史日志、設備巡檢日常統計、圖表展示功能；包括對天、周、月、年的數量、均值、百分比統計計算；并對主要數據進行圖表展示。

（4）員工管理功能。面向管理者，主要包括信息展示、所屬設備查看、提出員工3項功能，以查看員工的基礎信息、當前分配、重要數據，為管理者的決策掌控提供支持。

（5）系統管理功能。該功能為最高權限頁面，主要面向系統管理員，實現查看所有賬號信息，可刪除管理者或員工賬號，并具備設置賬號的權限，為員工設置領導。

1.2 系統模式

系統利用前后端分離的開發方法，采用受眾廣泛的Java語言，能夠支持多平臺的交叉應用［2］，利用MyBatis實現各種數據庫訪問需求；利用MySQL數據庫，實現系統各種數據的存儲和讀寫操作。該系統采用B/S架構，借助超文本傳輸協議（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）和客戶端，實現對Web 服務器的訪問，同時對后臺數據庫技術和體系架構進行連接［3］。利用前后端分離的開發方法，前端使用node.js 開發，實現對Google V8引擎的封裝，運行速度更快、性能更好，并采用非阻塞模式的IO處理，在低資源耗用情況下，帶來高性能與出眾負載能力；后端利用SpringBoot+ MyBatis 框架，加上Maven項目管理工具，優化后端的開發難度，輕松與前端對接，完成對Web服務器的訪問工作，實現頁面展示。頁面通過ajax 調用后端api 接口，從而將頁面與數據訪問工作解耦，將編程工作的開發協作優化到極致。其中，B/S 架構不僅簡化了開發與維護的工作量，還具有應用方便、便于維護、安全性更高的優點。

2 系統總體設計

智慧地鐵定位設備管理系統主要通過設備管理時進行任務分配的計劃與安排，以提高設備的處理效率。在此基礎上，提供歷史保存、歷史數據統計、員工與管理者的協調辦公等功能，并盡可能地優化使用體驗。系統總體架構包括今日日程、歷史日志、新建設備、統計圖表、賬號管理、員工管理、個人設置等7個模塊（見圖2）。企業可通過計算機接入系統，實現對設備的實時監測和任務分配。

圖2 系統總體架構

在系統設計過程中，考慮到用戶無賬號的情況，設計注冊按鈕，采集注冊人的姓名、密碼、電話、郵箱、職位，方便設備有復雜問題出現時，管理員根據信息進行應急聯系。另外，數據庫設計能滿足地鐵不同階段需求，用戶進入系統后，系統根據相關姓名和密碼自動判斷用戶身份，并給予相應權限［4］。

2.1 模塊設計

2.1.1 今日日程

今日日程模塊可查看當日所有設備任務，從而向用戶清晰展示巡檢任務及需維修設備。該模塊主要包括任務類型、任務狀態、已消耗時間、耗時占比、開始與結束時間、截止時間等，頁面展示的設備任務是基于算法實現的。對于多個任務，系統根據任務的截止時間、優先級，實現排序算法。該模塊可查看設備巡檢、維修在過去、現在、未來的所有任務；可利用相對應的篩選條件，選擇、展示地鐵的任務完成情況；可借助篩選技術匯總和統計所需的任務信息，完成所有設備數據匯總。另外，考慮到頁面數據量較大，當需要展示的設備任務過多時，頁面會自動分頁，可隨時輸入關鍵詞或設備編號進行搜索。

2.1.2 歷史日志

歷史日志模塊主要包括日志刪除、設備詳情2項主功能，可實現對訪問日志的統計。默認以開始時間排序，展示當天完成任務，并為使用者提供日志訪問查詢功能。該模塊實現了設備詳情、任務流程查看；通過傳遞參數方式，實現在新建任務上對設備數據及人員任務狀態進行展示，并可展示設備任務從創建到刪除的所有歷史操作；可展示所分配設備管理任務的管理人員，實現雙向管理。歷史日志模塊狀態流程見圖3。

圖3 歷史日志模塊狀態流程

2.1.3 新建設備

新建設備模塊是設備管理中最重要的模塊，使管理者隨時掌控設備，進行基礎設置和員工指派。該模塊包括基本信息、設備位置、作業人員、優先級、設備已用時、設備狀態、備注等功能，可有效檢測設備使用情況。其中，基本信息功能可隨時查閱員工巡檢以及維修的設備；設備位置功能將根據定位設備感知的數據匯聚至系統，獲得當前設備位置；作業人員功能可實現為設備制定固定作業人員功能，而作業人員在系統中收到任務，所有員工的設備管理任務均由直屬領導派發，避免了任務分配不均的情況；設備狀態功能主要根據設備向數據平臺發送的心跳包進行變動，通過部署在地鐵服務器的系統，實現對設備狀態的自動更改；備注功能主要防止設備損壞嚴重，出現無法維修情況，進行備注說明可避免遺忘。新建設備模塊狀態流程見圖4。

圖4 新建設備模塊狀態流程

2.1.4 統計圖表

統計圖表模塊由統計、圖表2種功能構成。統計功能包括數量、均值、百分比3種子功能。圖表功能包括歷史設備信息、任務狀態、任務時間3種子功能。統計功能主要統計今日與歷史巡檢、維修定位設備總數、個人數據、各項屬性之間對比結果等。其中，已暫停、已取消的設備數統計，可反映設備的不可修復性，需要管理員及時記錄。統計頁面可自由選擇時間段，通過調整時間選擇器，實現天、周、月、年的自由切換。圖表功能的歷史設備信息可展示計劃巡檢、維修數和對應的實際完成數，刷新頁面是實現計劃任務重新計算和規劃功能，可直觀展示每日的工作效率。任務狀態功能包括進行中、未開始、已取消、已完成、已暫停5種，可用餅圖展示各狀態占比，觀察是否有異常比例，便于管理員分析處理。統計圖表模塊狀態流程見圖5。

圖5 統計圖表模塊狀態流程

2.1.5 賬號管理

賬號管理模塊主要實現系統管理員對賬號信息、賬號權限、設置主負責人3項功能，并具備對管理員信息管理、賬號數據量匯集等功能。賬號管理模塊狀態流程見圖6。

圖6 賬號管理模塊狀態流程

2.1.6 員工管理

員工管理模塊可對作業人員進行管理，該模塊除了包含作業人員的基本信息，還提供人員的平均工時、工作效率、延期占比等數據，使管理人員進一步觀察員工對設備管理的工作態度。員工管理模塊狀態流程見圖7。

圖7 員工管理模塊狀態流程

2.1.7 個人設置

個人設置模塊可修改個人信息或更新密碼，也可清除不是必選項的信息。其中，密碼修改功能為保障安全，需要重新輸入原密碼，并輸入新密碼。管理者和員工具有該模塊的所有權限。

2.2 數據庫設計

數據庫設計對設備管理系統的執行效率和使用性有直接影響。MySQL 數據庫是一種關系型的數據庫管理系統，通過簡單明了的結構化查詢語言（SQL）進行相應的規劃和編輯。由于其進程的輕量化，所以在內存占用較少的情況下，MySQL 數據庫運行相對方便快捷，具有相對突出的易用性、可移植性、安全性、開放性和穩定性［5］。數據庫設計主要由概念結構設計、邏輯結構設計組成。邏輯結構設計實現將實體模型轉換為關系模式，因為設備與操作歷史是一對多的關系模式，在操作歷史實體表中添加設備編號字段，通過設備表中的設備編號實現兩表關聯；而設備與員工是多對多的關系模式，需要通過建立中間表實現儲存兩表間的關系模式。

2.2.1 需求分析

登錄系統需要創建用戶，用戶信息包括賬號、姓名、權限、注冊時間等。用戶創建設備，設備信息包括設備名稱、預計用時、已用時、設備位置、優先級、當前狀態等。在設備詳情中需要設備的操作歷史，主要包括所作操作、開始時間、結束時間。當用戶角色為員工時，需要有對應管理者，系統管理員需要知道用戶的最后登錄時間。

2.2.2 概念結構設計

一般來說，通過實體-關系圖（Entity-Relation圖，E-R 圖）模型將現實事物抽象為概念模型。ER 圖由實體、屬性、關系3 個基本要素組成。其中，實體指具有相同特征和性質的對象的抽象，屬性指實體具有的某一特性，關系指實體內部或實體之間的聯系，一般包括一對一、一對多、多對多3 種關系。以E-R 圖模型為描述設備管理系統的主要概念模型［5］，通過對系統的需求分析，得出數據庫全局E-R 圖（見圖8）。

圖8 數據庫全局E-R圖

2.2.3 邏輯結構設計

邏輯結構設計需要將實體模型轉換為關系模式，設備與操作歷史是一對多的關系模式，在操作歷史實體表中添加設備編號字段，通過設備表中的設備編號將兩表關聯：

（1）設備（設備編號、設備名稱、優先級、狀態、已用時、開始時間、截止時間、備注）；

（2）操作歷史（設備編號、歷史操作、開始時間、結束時間）。

設備與員工是多對多的關系模式，建立中間表以儲存兩表間的關系模式：

（1）設備（設備編號、設備名稱、優先級、狀態、已用時、開始時間、截止時間、備注）；

（2）員工（員工編號、賬號、姓名、權限、注冊時間、最后登錄時間、管理者）；

（3）項目（項目編號、設備編號、員工編號）。

3 結束語

在現代社會化的高速發展中，地鐵是人們生活的常用交通工具。隨著地鐵的重要性逐步提高，地鐵在調度、操作、施工管理、安全防患上的要求也隨之提高［6-8］。研究設計的智慧地鐵定位設備管理系統，可大幅提升地鐵運營管理質量，從根本上增強地鐵實時調度能力，避免安全隱患［9-10］。在調度方面，充分利用信息化技術，針對整個地鐵的設備情況選擇最合適的調度方案，全面提升信息化操作的應用范圍，盡可能實現自動數據采集、統計與分析。對此，需積極打造定位設備管理系統，實現各類資源的有效整合與利用，全面提高智慧地鐵管理成效。