邵軼琦 秦憲國(guó)

（1.北京交通大學(xué)軌道交通控制與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京100044；2.中國(guó)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(cè)數(shù)據(jù)內(nèi)容

1.1 數(shù)據(jù)分類(lèi)

工務(wù)設(shè)備檢測(cè)是利用一定工具和儀器對(duì)工務(wù)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行量測(cè)的活動(dòng)，此過(guò)程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)即為工務(wù)設(shè)備檢測(cè)數(shù)據(jù)，包括線路檢測(cè)數(shù)據(jù)和橋隧建筑物檢測(cè)數(shù)據(jù)2大類(lèi)。其中，線路檢測(cè)數(shù)據(jù)又分為靜態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)、鋼軌檢查和春秋檢數(shù)據(jù)。靜態(tài)檢測(cè)是利用手工檢測(cè)工具沿線路逐點(diǎn)進(jìn)行或用靜態(tài)儀器進(jìn)行檢測(cè)；動(dòng)態(tài)檢測(cè)則是在給軌道產(chǎn)生動(dòng)態(tài)荷載的情況下對(duì)軌道進(jìn)行的檢測(cè)，為簡(jiǎn)便，鋼軌檢查中的小型探傷儀檢測(cè)劃分為靜態(tài)檢測(cè)，探傷車(chē)檢測(cè)劃分為動(dòng)態(tài)檢測(cè)。橋隧建筑物檢測(cè)主要分為經(jīng)常檢查、定期檢查、水文觀測(cè)、臨時(shí)檢查和專(zhuān)項(xiàng)檢查等。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

目前我國(guó)工務(wù)生產(chǎn)實(shí)際工作中，各種檢測(cè)方式得到的數(shù)據(jù)大致有2種格式：①檢測(cè)儀器通過(guò)本身自帶的計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)得到的電子數(shù)據(jù)，通過(guò)編寫(xiě)特定的數(shù)據(jù)入庫(kù)程序?qū)霐?shù)據(jù)庫(kù)中；②人工檢測(cè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，手動(dòng)記錄至紙質(zhì)文件中。工務(wù)檢查方式多以靜態(tài)檢測(cè)為主，因此形成的數(shù)據(jù)格式也多為紙質(zhì)格式，見(jiàn)表1。

表1 工務(wù)檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)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(cè)數(shù)據(jù)種類(lèi)繁多，目前尚未對(duì)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(duì)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(chǎng)設(shè)備編號(hào)和檢查習(xí)慣制定一套“專(zhuān)業(yè)代碼＋分類(lèi)代碼＋序列碼”為主體的順序?qū)哟尉幋a方案，對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)管理相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一分類(lèi)、編碼與標(biāo)識(shí)，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(gè)層次后的編碼示例。

表2 數(shù)據(jù)分類(lèi)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(lèi)逐步往下細(xì)分，最后每一種原始入庫(kù)數(shù)據(jù)在綜合數(shù)據(jù)平臺(tái)中擁有惟一編碼。

2.2 檢測(cè)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(gè)設(shè)備的位置都是通過(guò)里程來(lái)確定的。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，工務(wù)檢測(cè)數(shù)據(jù)主要包括3個(gè)維度：時(shí)間維、地理維、設(shè)備維，各維度的內(nèi)容見(jiàn)圖1。

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

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

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

2.3 檢測(cè)數(shù)據(jù)整合方法

2.3.1 檢測(cè)數(shù)據(jù)切片

例（1）中買(mǎi)方加入模糊限制語(yǔ)a little bit想還價(jià)，但又不敢肯定賣(mài)方能否接受議價(jià)。此外，買(mǎi)方也不完全確定這個(gè)產(chǎn)品當(dāng)下最低的市場(chǎng)價(jià)格時(shí)，使用模糊限制語(yǔ)，可以使得還價(jià)的話說(shuō)得更得體一些，與實(shí)際情況更符合一些，從而避免說(shuō)話武斷，使話語(yǔ)更準(zhǔn)確、更客觀，更能被賣(mài)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(dòng)作。對(duì)于圖2所示的多維數(shù)據(jù)立方體，選定時(shí)間維上某一維成員的具體取值（如“20121206”）時(shí)，多維立方體轉(zhuǎn)變?yōu)槎S數(shù)據(jù)，此時(shí)可以獲得在這個(gè)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(cè)值，得到當(dāng)日檢測(cè)超限數(shù)據(jù)情況。

2.3.2 檢測(cè)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(dòng)作。切片分析是從多維立方體的某一方面對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，切塊分析則是從多個(gè)維度、同一維度的值區(qū)間的角度對(duì)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(shí)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(cè)數(shù)據(jù)鉆取

鉆取分析是通過(guò)改變統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的維度層次來(lái)實(shí)現(xiàn)由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)到細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)的過(guò)渡，它是聚合分析的逆操作。以人工道岔檢查為例，通過(guò)向下鉆取某工務(wù)段人工道岔檢測(cè)的超限統(tǒng)計(jì)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(jì)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(chē)站的道岔測(cè)點(diǎn)上。通過(guò)這種鉆取方式，可以使數(shù)據(jù)顯示更簡(jiǎn)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(lái)，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(cè)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(kù)，以神朔鐵路工務(wù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)為對(duì)象進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐，構(gòu)建了工務(wù)檢測(cè)數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了工務(wù)檢測(cè)數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理。

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

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(jiàn)圖3。用戶服務(wù)層主要是對(duì)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(gè)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(yè)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(qǐng)求某種應(yīng)用服務(wù)時(shí)，只與應(yīng)用服務(wù)器上對(duì)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(kù)設(shè)計(jì)

在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)數(shù)據(jù)預(yù)連接和建立有選擇的冗余，為訪問(wèn)和分析過(guò)程縮短了數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢響應(yīng)時(shí)間，提高查詢性能。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用星型模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，見(jiàn)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(cè)量值。事實(shí)表是數(shù)據(jù)的主體，維表處于事實(shí)表的周?chē)?，提供維的相關(guān)信息，如專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)、作業(yè)項(xiàng)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(lái)連接的。

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

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

圖5 添乘儀檢查數(shù)據(jù)庫(kù)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(jì)

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(duì)每次檢查或任意時(shí)間段內(nèi)的每個(gè)超限等級(jí)的超限個(gè)數(shù)和單位公里超限個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在統(tǒng)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，該功能還對(duì)統(tǒng)計(jì)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(jì)結(jié)果表和分析結(jié)果表中每一個(gè)超限問(wèn)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(cè)數(shù)據(jù)，以單位和線別為維度，對(duì)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(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在統(tǒng)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，該功能還對(duì)統(tǒng)計(jì)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(jì)結(jié)果表和分析結(jié)果表中每一處重復(fù)超限問(wèn)題的詳細(xì)清單。

重復(fù)超限點(diǎn)個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)的考察對(duì)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(lèi)超限重復(fù)點(diǎn)的個(gè)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(jì)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(jì)

3.3.3 問(wèn)題庫(kù)模塊

問(wèn)題庫(kù)管理以工務(wù)各類(lèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)發(fā)生在同一設(shè)備上的不同檢查結(jié)果進(jìn)行整合，對(duì)設(shè)備問(wèn)題進(jìn)行統(tǒng)一的描述，通過(guò)對(duì)問(wèn)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(wèn)題展示。展示任意時(shí)間段內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問(wèn)題列表。

2）問(wèn)題數(shù)量統(tǒng)計(jì)查詢。通過(guò)選定日期范圍查詢統(tǒng)計(jì)各單位該時(shí)間段內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)的線路設(shè)備問(wèn)題數(shù)量。

問(wèn)題庫(kù)根據(jù)各種檢查方式產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，對(duì)任意時(shí)間段內(nèi)的每個(gè)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(cè)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)鐵路工務(wù)檢測(cè)的數(shù)據(jù)內(nèi)容和利用現(xiàn)狀，提出了用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)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(chǔ)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(duì)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。

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