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基于智能终端的动车组掌上运维系统的设计与应用

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王川　牟琳　雷灵光　周健

摘要：动车组的运用维护和运行途中故障应急处置直接关系到旅客的生命财产安全，进而关乎社会的和谐稳定，其重要性不容忽视。然而，动车组机械结构复杂并且集成了多项尖端技术，使得运维工作复杂，也给高效、及时的故障排除带来了一定的挑战。论文设计开发了一套全方位、一体化的动车组掌上运维系统，和传统技术相比，我们的系统充分利用了移动终端便携性好、多媒体效果好的特点，基于成熟的移动互联网技术、移动应用开发技术，有效整合了离散的动车组运维资源，为动车组现场运维人员提供便捷、高效的技术支持。系统在动车组运用维护中已投入应用，取得了良好的应用效果和社会效益。

关键词：掌上运维；故障信息采集；手册动态发布；远程视频通讯；动车组

中图分类号：TP311 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.03.024

本文著录格式：王川，牟琳，雷灵光，等，基于智能终端的动车组掌上运维系统的设计与应用[J]，软件，2015，36（3）：122-126

0.引言

截至2014年3月，中国高铁总里程达到11028公里，高速铁路的发展为经济社会的发展提供了巨大的助力Ⅲ。动车组系统是高速铁路不可或缺的重要组成部分。动车组的运用维护和运行途中故障应急处置直接关系到旅客的生命财产安全，进而关乎社会的和谐稳定，其重要性不容忽视。然而，动车组机械结构复杂（涉及多达5万个零部件）并且集成了多项尖端技术（包括动车组总成、车体、转向架等9大关键技术及10项配套技术），使得运维工作复杂、任务繁重，对现场运维人员的技术要求非常高，也给高效、及时的故障排除带来了一定的挑战。随着动车组配属新增和新线路的开通，对运维现场高级技术人员和运维时效性的需求与日俱增。如何更好的整合既有的动车组运维技术资源为运维现场提供有效的技术支撑成为了摆在高铁人面前的新课题。

移动互联网、智能终端、云计算等技术的飞速发展大大提高了移动办公的实时性和可靠性，也为动车组、飞机等交通设施的现场运维提供了新的思路。移动互联网使得人与人之间随时能够进行更快、更远的交流；移动终端硬件性能的提升，使得在移动设备上进行大量数据存储和复杂数据处理越来越容易；云计算技术利用资源共享和分布式计算等优势，更是提高了网络服务质量。美国航空公司基于移动互联网及智能终端等技术研发了“电子魔术包”，将航空图表、用于故障报告及操作的飞行手册、最低设备清单以及飞行日志等资料进行数字化处理，从而大大方便了机组人员的资料查询，飞机驾驶员通过iPad可以访问生动形象的文图数据资料，成功打造“无纸化”驾驶舱。然而，国内轨道交通行业的相关领域研究尚属空白。

为此，本文设计开发了一套全方位、一体化的动车组掌上运维系统，有效整合离散的动车组运维资源（比如动车组产品手册、动车组运维故障信息系统历史故障库等），充分利用移动终端便携性好、多媒体效果好的特点和成熟的移动互联网技术、移动应用开发技术，通过移动终端为动车组现场运维人员提供便捷、高效的技术支持，并在动车组运用维护中投入应用，取得了良好的应用效果和社会效益。

本文的结构如下：第1节，阐述系统的整体架构设计；第2节，详细介绍具体功能模块的设计和实现；第3节，描述系统的实现效果及应用；第4节，对本文进行小结。

1.系统架构设计

为了打造全方位、一体化的动车组掌上运维系统，在系统设计时需要充分考虑现有动车组运维资源在系统中的合理、有效整合，总体来说包括如下几个方面：

1）现有手册和技术资料的快速发布推送和查询阅读，比如操作手册、运用维护手册、应急故障处理手册、图纸模型等。

2）动车组运维过程中故障信息的合理采集、闭环管理和历史解决方案查询。

3）现有动车组运维系统的有效集成，比如动车组运维信息系统、WTD系统（车地通讯系统）等。

4）技术专家与现场运维人员的方便快捷的远程协助指挥通讯。

基于上述考虑，本文设计的动车组掌上运维系统的总体包含5个部分，即移动应用云服务端、通讯网络、现场服务终端、技术服务终端和外部资源系统，网络拓扑结构如图1所示。

1.1移动应用云服务端

主要用于移动终端的注册管理、技术资料的发布、通讯的管理、各种技术资料的存储和提供移动应用业务服务，包括数据库服务器、客户服务器和数据动态发布服务器，服务器均部署于服务器虚拟化平台上以保障硬件资源的灵活配置和硬件的高可用性。数据服务器和客户服务器均以双机形式部署，以保障业务的负载均衡和业务连续性。

1.2通讯网络

主要用于提供系统各个组成部分安全、快捷的互联互通，包括1）内部局域网络：在有效保障内部不同服务系统之间方便的访问需求的同时，通过划分VLAN（虚拟局域网）的方式，实现内部网络的隔离性和安全性，具体包含3个VLAN（如图1虚线方框所示），分别为移动应用云服务端VLAN、外部资源系统VLAN和技术服务终端VLAN，同时在VLAN之间提供通讯通道，以满足技术服务终端对移动应用云服务端的访问、云服务端与外部资源系统的通讯。2）现场终端通讯网络：支持现场服务终端通过Wifi、3G、4G、GPRS等不同的网络接入到移动应用云服务端，以实现移动终端的注册、技术资料的下载查阅、应用服务的访问等。3）接入链路：实现多供应商链路接入并通过F5或其他网络接入设备实现链路的负载均衡。

1.3现场服务终端

主要用于将平台发布的技术资料、系统提供的应用服务等以直观、友好的方式提供给现场服务人员，包括便携式移动终端设备和平台提供的移动应用程序。为了提供友好的用户体验，在具体实现时可以采用iPad（iOS平板电脑）作为终端设备。

1.4技术服务终端

技术服务端为后端支持人员的PC，技术支持人员和技术专家可通过办公PC以Web方式访问移动应用云服务端的相关应用，通过服务端应用完成技术资料发布、数据管理、终端管理、通讯管理。同时技术专家可以通过Windows客户端与现场终端进行视频通讯，以达到提供远程技术协助的目的。

1.5外部资源系统

整合已有资源为动车组掌上运维系统提供有效基础数据支持和服务支撑，包括动车组运维信息系统故障库、WTD系统列车运行状态数据库、ERP系统部件仓储数据库、sip通讯服务器等。

2.功能模块设计及实现

基于第1小节所述架构，在具体实现时将系统拆分为7个功能模块进行设计和开发，如图2所示。

包括：1）产品手册动态发布系统，用于产品手册的动态发布、版本管理和终端查询阅读；2）列车故障信息多媒体采集/反馈系统，用于现场服务人员以视频、图片、声音、文字等混合媒体形式将动车组故障报告发送给后方支持专家并接收专家回复形成故障处置记录闭环；3）动车组运维信息系统移动终端支持系统，实现了动车组运维信息的终端化，实现业务信息统计、故障信息统计、历史故障信息查阅等功能；4）WTD系统移动终端数据呈现，实现移动终端检测动车组运行状态；5）即时通讯远程协助系统，实现技术专家对现场运维人员方便快捷的远程协助指挥；6）应用发布门户，实现移动应用App的分发和版本管理；7）平台安全认证模块，解决用户认证、权限管理、数据保密等需求。

以下对关键功能模块和具体实现技术进行阐述。

2.1产品手册动态发布系统功能设计

产品手册动态发布系统利用iPad便携性好、存储量大的特点实现动车组产品手册的电子化存储和阅读，有效提高了手册的便携性，同时减少了纸质材料的印刷，更加节能环保。系统包括服务器端和客户端：

·客户端：以iOS移动应用的方式提供，实现了基于树状结构目录的跨文档内容检索功能和按照车型及手册用途进行条件筛选的功能，以提高资料的查询效率，为现场运维人员提供便捷的技术支撑资料的查询途径。

·服务器端：进行动车组电子产品手册的版本管理和更新推送，使客户端及时获取最新版本和最有效的技术手册，使得产品手册的时效性和可用性得到有效的保障；系统实现按照动车组司机、机械师和公司检修诊断工程师不同角色进行电子手册推送分发功能，一方面限定阅读范围，使用户仅阅读与本职工作有关手册、只呈现必要信息，符合使用和操作习惯，另一方面也使得技术资料的阅读可控性增强，有利于技术保密。为了保障系统的义务连续性和高可用性，在部署时采用云架构的服务器集群，并将服务器集群部署在服务器虚拟化系统上。

2.2列车故障信息多媒体采集/反馈系统功能设计

为了确保现场运维的高效、便捷，动车组运用过程中的故障信息收集、梳理和共享利用是关键。为此，我们设计了列车故障信息多媒体采集/反馈系统，依托移动终端技术和既有的运维信息系统，为动车组故障信息处理提供了一套较为完备的解决方案，具体实施过程如图3所示。

首先，运维人员通过现场运维终端上装载的App对动车组运维现场进行终端采集，辅以图片、声音、图像、文字等多媒体信息辅助说明故障问题所在，并通过网络将终端采集信息提交至移动应用云服务端进行存储，待进一步处理；

接着，公司内运维专家通过技术服务终端以Web方式接入到移动应用云服务端管理系统查看现场发回的故障报告，及时回复给出处理意见形成单个故障处理的闭环，同时将其发布至动车组运维故障信息系统历史故障库以便后期查阅；

最后，运维人员通过现场运维终端上的App查阅故障信息解决方案，并可以检索历史故障信息和解决方案，以高效解决动车组运用过程中遇到的同类故障，保障动车组高效、安全的运用。

2.3视频通讯远程应急指挥协助故障排除关键技术

作为列车故障信息采集/反馈系统的补充，我们设计开发了一个基于Sip的iPad终端点对点视频通讯系统，使得动车组运用维护现场与后方应急指挥中心的联络更为便利，通过视频图像应急指挥中心专家对故障现象可以更清楚直观的把握，应急指挥中心的专家可通过视频会诊列车故障并指挥现场作业人员用最短的时间诊断并排除故障。

2.4移动应用系统集成多个运维支持系统的关键技术

本系统实现了WTD系统、动车组产品运维平台两个系统的移动应用集成，可在终端上呈现WTD系统返回的动车组监控数据为动车组故障诊断提供有力依据，可查询运维平台的历史故障数据为典型故障的快速排除提供支撑，并实现了关键业务数据的统计呈现为动车组售后服务工作的决策提供科学依据。

2.5平台安全模块功能设计

由于系统中的大部分数据都是与动车组运维相关的关键数据，因此在系统设计时我们从多个层面研究可能存在的风险，并采用了多重手段保障数据的安全：

·通讯安全：基于SSL协议保证服务终端与服务端之间的安全数据通信。

·本地数据安全：系统中流转的动车组产品手册技术资料采用了256位的AES算法进行数据加密保障技术数据安全，利用iOS平台程序的沙盒特性将手册文件存储于自主研发的App程序中，确保手册文件与外界隔离，无法拷贝且离开终端手册无法正常解密阅读。

·认证和权限控制：在服务器端实现了用户的身份验证并进行角色/权限的分离，比如由不同的人员进行手册发布和故障信息处理；在客户端实现了iPad固件认证功能，非授信固件不能安装公司App程序，不能进行技术资料的下载阅读，无法连接故障采集反馈系统。

·数据远程擦除：实现了客户端远程数据擦除功能，当设备丢失时，服务器端发送指令可擦除客户端全部资料，让保密信息又多了一重安全保障。

3.应用效果

基于移动终端的动车组掌上运维系统利用计算机网络、移动通讯、软件开发等技术，实现了依托于产品技术手册、检修故障库、图纸模型资源、运维专家经验和应急指挥通讯等多种后台资源的整合型动车组运维现场作业支撑终端。平台提供的技术资料发布服务有效减少了纸质材料的印刷节能环保，同时保障了动车组运维现场技术资料的有效性和实效性，提高了现场作业人员的资料查询效率；平台提供的运维支持终端服务，实现了故障信息的多媒体采集、历史故障信息查询利用、列车运行状态信息跟踪查看和远程多媒体应急指挥通讯，为动车组的运维保障工作提供了有效的信息化支撑。

平台应用于京广高铁全线贯通、2012年春运和2013年春运的售后服务保障工作，为动车组运营保障服务提供了强有力的信息化支撑，为动车组运用和售后服务保障工作赢得了良好的社会声誉。平台的路局推广应用将为动车组运用单位提供更加便捷的信息化支撑，更好的保障动车组运营的安全性和高效性。

4.结束语

随着动车组配属新增和新线路的开通，对动车组的运用维护和运行途中故障及时处置的需求与日俱增。本文设计开发了一套全方位、一体化的动车组掌上运维系统，有效整合离散的动车组运维资源，通过移动终端为动车组现场运维人员提供产品手册查阅、故障信息采集/反馈、远程视频通讯协助故障排除、现有运维系统信息统计查询等功能，为动车组的运维保障工作提供了有效的信息化支撑。

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