构建铁路通信资源管理系统

■ 佟明杰 焦巍峰

构建铁路通信资源管理系统

■ 佟明杰 焦巍峰

1 概述

铁路通信是铁路运输的重要组成部分，为运输生产组织、行车控制提供信息传递服务。铁路通信部门的日常工作是对通信网中的设备、线缆进行养护，以确保运用质量时刻处于良好状态。随着通信和计算机技术日新月异的快速发展，近年来铁路通信设备中光同步传输设备、数字调度设备、高清会议设备、基于TCP/IP技术的数据传输设备、视频监控设备、GSM设备广泛采用，与此不相适应的是管理手段仍主要依靠人工分散管理，因所管理的设备种类多、关联属性复杂、管辖范围大等因素，造成设备属性等数据记录更新不及时，管控难度较大。目前铁路已经建立了较为完善的“资产管理系统”和“铁路通信技术履历簿系统”（简称履历簿）辅助管理软件，但两套软件均独立自成体系，之间没有数据链接关系，在日常管理中只能依靠人工查询，自动化程度低，且不便于记录，一次查询结果只能用于本次任务，数据更新机制不完备。构建一套铁路通信资源管理系统（简称系统）作为技术管理的自动化辅助手段，可达到提高劳动效率，实现智能化管理的目标，提升技术管理水平。

铁路通信资源管理系统类似于物流企业的物资管理系统。自从有了计算机信息技术，计算机辅助管理技术、数码识别技术、信息传输技术都有了快速发展，为实现物品的动态自动化管理提供了可能，目前在物流和零售行业使用较为广泛，但在铁路通信维护部门鲜有使用。

以一个典型的通信段为例，针对管理中存在的困难，分析研究铁路通信部门资源管理系统的需求目标，依靠有效整合计算机辅助管理技术、数码识别技术、信息传输技术手段，提出一套解决方案，以实现管理自动化。

该系统由计算机硬件、软件系统、条形码形成系统、条形码识别系统、便携式条形码识别终端、信息传送网络构成，在物理构成中包括系统服务器、数据库、条形码识别系统、条形码扫描装置构成（见图1）。

系统服务器：提供安装系统软件的服务器，是整个系统的核心。数据库：储存设备条码信息、安装位置、归属生产单位、容量、厂家型号、开通日期、资产编号及设备编号信息设备，以铁路通信技术履历簿为基础改进。条形码识别系统：包括条形码形成和识别两项功能，一是依据数据库提供的设备编号形成条形码，二是能够将条形码扫描装置中储存的条形码信息转换成设备编号，以提供给软件系统，与数据库对应具体设备。条形码扫描装置：是便于维护人员在移动作业过程中判别设备的便携装置。信息传送网络：为整个系统构成提供信息传输通道。

2 系统技术分析

2.1 条形码管理系统

图1 铁路通信资源管理系统构成

条形码是利用光电扫描阅读设备识读并实现数据输入计算机的一种代码，它是由一组粗细不同、黑白或彩色相间的条、空及其相应的字符、数字、字母组成的标记，用以表示一定的信息。通过光电识别技术，可以快速将被条码标识的物品信息输入到计算机系统，通过查找数据库中对应的编码进行相应的记录查询功能。利用这种条形码作为主要识别手段实现数据记录管理的自动化系统称为条形码管理系统。

条形码或称条码（barcode）是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。常见的条形码是由反射率相差很大的黑条（简称条）和白条（简称空）排成的平行线图案。条形码类似于物品的身份证，可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期等信息，因而在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到了广泛的应用。

条码的优越性表现在：可靠性强：条形码的读取准确率远远超过人工记录，平均每15 000个字符才会出现一个错误。效率高：条形码的读取速度很快，相当于每秒40个字符。成本低：与其他自动化识别技术相比较，条形码技术仅仅需要一小张贴纸和相对构造简单的光学扫描仪，成本相当低廉。易于制作：条形码的编写很简单，制作也仅仅需要印刷，被称作为“可印刷的计算机语言”。易于操作：条形码识别设备的构造简单，使用方便。灵活实用：条形码符号可以手工键盘输入，也可以和有关设备组成识别系统实现自动化识别，还可和其他控制设备联系起来实现整个系统的自动化管理。

与人类所使用的身份证号码相似，条形码本身所记载的数据量有限，并不能记录所有的物品信息。它需要链接一个数据库作为后台支持，来完成“身份证号码”与标识物品的对应关系。

2.2 计算机网络

计算机网络是计算机与通信技术的结合，目的是将地理位置不同，并具有独立功能的多个计算机系统通过通信设备和线路连接起来，且以功能完善的网络软件（网络协议、信息交换方式以及网络操作系统等）实现网络资源共享。按照覆盖范围分为广域网WAN和局域网；按照网络结构可以分为以太网、令牌 环网、令牌总线网络；按用户存取和共享信息的方式分为对等网络和客户/服务器网络。网络协议标准与体系结构在计算机网络技术中占有重要的地位，其中TCP/IP协议簇以其良好的通用性逐渐成为广泛使用的网络协议。TCP/IP是指传输控制协议TCP和网际协议IP（Internet Protocol）。TCP/IP协议包含了大量的协议和应用，是多个独立定义的协议的集合，简称为TCP/IP协议集或协议簇，它最显著的特点是利用IP地址来标注网络上的计算机或网络。常见的网络拓朴结构有总线型拓朴、星型、环型。

为适应铁路运输非运输业务的需要，近年来铁路通信行业建设了基于TCP/IP协议的铁路专用数据网。铁路专用数据网由接入层、汇聚层、核心层三层结构组成。接入层覆盖所有中间站，在每个中间站设有接入路由器，区段站或通信站所在地设有汇聚路由器，编组站或通信枢纽建有核心路由器。为提高网络可靠性，汇聚层和核心层均设双套路由器互为冗余，核心层至汇聚层路由器之间由光纤直连或通过155CPOS链路连接，汇聚层与接入层之间根据业务带宽的需求不同，通过若干E1数字链路连接。接入网路由器下挂DSLAM，用户通过ADSL方式接入专用数据网。图2为北京通信段管内典型数据网结构拓扑图。

2.3 数据库系统

数据库（DB-DataBase）是以一定的组织方式存储在一起的、能为多个用户共享的、独立的于应用程序的、相互关联的数据集合，数据库系统是指引进数据库技术后的整个计算机系统。数据库系统一般由数据库、数据库管理系统（及其开发工具）、应用系统、数据库管理员和最终用户构成。

图2 铁路专用数据网拓扑

关系型数据库是应用最为广泛的数据库模型，在关系型数据库中数据以行和列的形式存储，一系列的行和列称为表。一组表便组成了数据库。在关系数据库中，各数据项之间用关系来组织，关系（Relationship）是表之间的一种连接。通过关系，可以更灵活地表示和管理数据库中的数据。

2.4 系统采用的网络结构和数据库类型

因目前普遍使用的履历簿已经具备较为完善的设备属性管理能力，本次研究将以此为基础，采用与履历簿相一致的数据库，并选择相适应的存储及网络方式。

履历簿是记载铁路通信运维组织、设备装备、资源运用等信息的重要档案资料，是制定维修方案、确定维修成本的主要依据。通信履历簿采用模块化设计。详细记录了组织机构、设备数量、维护仪表、换算皮长（工作量）、资源运用及通信系统图六部分主要内容组成。采用卡片录入方式实施数据输入，卡片建立采用“一物一卡”原则，卡片信息一次性录入后，系统具备自动生成设备数量统计表、通信设备换算皮长公里统计表、资源运用表以及通信系统网图功能。在数据录入时具备自动校验功能，如安装位置为北京站的设备，其所属线别为必须京哈线，选择其他线别将报错拒绝录入。因其具备数据校验功能，确保了录入数据的一致性，如两台安装在石景山南站的设备在录入时分别填写了“石景山南”和“石南”，若无校验机制查询石景山南站设备时所填“石南”的设备数据将不被查询出来。

履历簿采用Oracle数据库，设备及图纸由不同的键值标识属性，具备按组织机构、线别、设备种类及开通时间等多种条件或组合条件提供的数据查询功能，并可将查询结果打印出相应的Excel统计表和图形。履历数据经上级技术主管部门审核后，自动生成设备的编码，作为设备的唯一标识。设备编码采用不定长的编码原则，由大写字母和数字组合生成。编码包含资产归属、维护单位、设备类型及设备数量等信息。因该设备在全路设备中具有唯一性，且符合铁路信息化的规划，为推广使用的方便，将利用该编码作为设备的“身份证号码”，即作为条形码编码。

3 铁路通信资源管理系统功能分析

依据铁路通信部门技术管理的主要内容和管理现状，现存在着人工统计汇总数据工作量，效率低下的缺陷。利用条形码识别技术、计算机联网技术、数据库存储技术、软件编程技术，构建一套铁路通信资源自动化管理系统，可提高管理效率。

系统可实现查询、变化量分析、电子台账、设备变更过程跟踪、年月表（维修）计划编制、计表过程跟踪和分析、设备故障管理分析、固定资产管理、维保设备管理、维修费管理分析10项功能。

查询功能是应用最广泛的功能，该项功能目前的履历簿软件已实现。其主要为设备运用状态调查、各种技术报表提供数据基础，并且可以导出为Excel表格，便于对数据进行重新组合。满足以下几种形式的组合查询：单类通信设备数量查询、单台设备属性查询、车站（机房）设备查询、区间设备查询等各种组合的查询功能。

4 铁路通信资源管理系统设计

铁路通信资源管理系统包括硬件与软件两部分，其中硬件组成拓扑图见图3。软件部分包括系统管理软件、条形码生成和识别系统、与设备相关的数据组成的数据库3部分组成。

4.1 系统硬件设计

4.1.1 管理服务器

根据网络结构结合通信段管理范围点多线长的特点，系统采用B/S架构。管理服务器是整个系统的核心，主要用于部署系统管理软件，协调整个系统工作，实现与关系数据库建立数据交互机制，安装有网络版操作系统Windows 2003 Server及《铁路通信资源管理系统》软件。为提高系统的稳定性，采用主备两套服务器冗余备份。

图3 铁路通信资源管理系统构成拓朴

4.1.2 数据库服务器

主要用于存储设备属性、维修计划、资产属性、执表记录、故障记录、维修费及代维属性等各种数据。关系数据库采用磁盘阵列存储方式，为提高安全性，采用RAID2同步方式。

4.1.3 条形码识别终端

主要将条形码扫描装置存储的条形码转换成设备编码（字母与数字），发给管理服务器用于根据此编码与数据库中的设备编码对应，以确定操作针对的具体设备，主要安装在工区。

4.1.4 条形码扫描装置

用于维修或管理人员扫描设备条形码（设备编码），每次扫描在导入条形码识别终端时视为执行一次操作（作业），因其主要是在不联网与无供电的情况下使用，因此采用无缘的带有数据闪存的便携式条形码扫描器最佳。管理者和维修人员人手一台，具有唯一的扫描器编码，用于区别不同的操作人，在数据库中自动与维修执表人、资产保管人等编码对应。

4.1.5 段、车间管理终端

主要为车间和段管理人员查询设备属性、台账、汇总维修计划表和计划完成表、资产调拨等用途，其数据均由服务器计算，管理终端只是一个复示设备。另外车间管理终端还可以利用条形码打印机打印设备条形码，以适应设备条形码破损后更换的需要。

4.1.6 通信网络

为所有管理终端、条形码识别终端、管理服务器、数据库服务器的之间的数据传输提供通道，利用铁路专用数据网实现。目前铁路专用数据网已覆盖所有的车间和工区，采用ADSL方式接入。

4.2 系统软件设计

4.2.1 数据库

存储在数据库服务器中的数据库由不同的表组成数据集合。为实现各种数据的关联，需要建有组织机构表、设备属性表、资产属性表、维修属性表、故障记录表、维修费记录表、代维记录表、电子台账记录表。

4.2.2 系统管理软件

根据网络结构，按照数据接口实现与各种相连设备的交互和计算结果，并将结果反馈给终端和数据库，以显示结果或更新记录，提供图形化人机交互界面。由录入模块、资源管理模块、查询模块、维修模块、质量模块、接口模块、统计报表输出、条形码识别模块、安全管理模块9个模块组成。其中安全管理模块包括角色管理、用户组管理、用户管理、权限设定、自动告警功能。

4.2.3 条形码生成和识别系统

主要是完成条形码与编码之间的转换。其识别软件安装在工区条形码识别终端和管理终端中。当需要生成条形码时，可以根据数据库中储存的设备编码，转换成条形码，并按照设计好的设备粘贴条码标签格式输出给条形码打印机，由打印机打印双核本粘贴条码，粘贴到设备上以利于扫描识别。

当带有记忆功能的条形码扫描器插入识别终端或管理终端时，终端首先查询扫描器的编码，以确定操作人的身份到底是管理人员还是检修人员，若管理人员弹出管理菜单以供选择，如资产管理；若是检修人员的便携式条码扫描器插入识别终端，则直接启动系统管理软件中的维修计划执行模块，通过条形码扫描器编码调取数据库中的执表人姓名，通过扫入的设备条形码编码调取数据库中设备编码，在维修计划中查找到对应的维修计划记录，根据当前日期自动生成一条维修计划完成记录。

4.3 系统功能

4.3.1 设备属性组合查询功能

查询功能是日常管理中最常用的功能，比如需调查合资公司京沪高铁公司所属设备纳入维保的折合多少皮长公里，这样分别会用到设备属性表中的合资公司字段，和代维记录表中的字段。由系统软件提供的查询界面中，分别选择合资公司－京沪高铁公司，外委维修选项选中，代维单位全部选中，显示结果选项选择“皮长公里”字段，点击查询命令，系统自动计算京沪高铁公司中已纳入外委维修设备折算的皮长公里。

查询功能是履历簿软件已经实现的功能，资源管理系统可以直接调取履历簿软件的查询功能模块实现该功能的调用。它以履历簿数据作为基础的，在组合查询中，系统自动根据查询选择的字段属性，查找对应的表，根据表间关系，计算为用户需要的结果展示出来，并支持导出为Excel表功能。

4.3.2 设备变化量分析

是查询功能的另类体现，根据用户选择的查询设备类型（如电视电话会议高清终端设备），按照一定的周期（例如1年或3年），依据设备属性表中的开通日期，自动计算此日期之前的此类设备数量，并以趋势图形式表现出来，为查询者直观了解某类设备一定周期内的变化。

4.3.3 设备电子台账管理

根据铁路通信部门管理的实际需要，光电缆芯线、配线箱盒、传输设备的各种支路信号、数据通信设备端口所接业务需要建立台账。例如一条12芯光缆，在该条光缆记录落成时，自动生成一个12条记录的表，运用记录默认为“空闲”，维护部门填写运用台账时，点击该光缆记录，并选择填写运用台账，即可对台账进行编辑和修改。为确保台账的准确，只有维护工区人员才有修改权限，其他用户只有调用查看的权限。

4.3.4 设备变更过程跟踪

在设备的日常管理中，经常需要将一台设备调拨到其他处所，例如从甲车间调拨给乙车间使用。设备调拨时，甲车间资产管理员（根据扫描器编码）扫描调出设备的条形码，系统根据扫描器编码确定持有此条码扫描器的人员为车间级资产管理员，具有资产调拨管理权限，并根据扫描的设备条形码，在数据库中查询到该设备编码对应的各种表记录，生成一条设备变更记录。乙车间资产管理员接收该资产时，也扫描一次该设备条形码，与甲车间调出的过程类似，系统查找到该设备的变更记录，将使用部门由甲车间变更为乙车间。然后乙车间资产管理员为新调入的设备填写所属工区、安装位置等属性，而设备型号、生产日期、资产原值等属性依然以往记录值。这样数据库中对这台设备从投入使用到报废全部的变更过程均有记录，防止设备多次变更后设备属性的丢失。

4.3.5 维修计划的辅助编制

编表人以授权身份登录该系统后，系统自动识别编表人所属工区，点选“月度维修计划编制”。系统自动将该工区管内的设备以列表形式列出，以供选择。

以往的维修计划统计均由人工统计，重复性工作量大而且因人为计算错误的情况不可避免。该系统要具有工区维修计划同类项目汇总、工时计算功能、上级部门（车间、段）自动汇总统计功能。维修计划编制完成后以电子图表逐级审批，自动形成成表。其同类项目自动合并排序，工时计算自行完成。提供输出打印接口，按照上级要求的格式成表打印。打印时工区车间名称、编制人、编制年月、审核人、单位公章均自动生成。最大程度保证了成表的美观和一致。

4.3.6 维修计划执行（执表）过程跟踪和分析

执表人在执表期携带便携式条形码扫描装置，计表完成后扫描一次对应检修设备的条形码，这样在便携式条形码扫描装置中就生成了一条记录（见图4）。

执表人回到工区后将便携式条形码扫描装置数据导入条形码识别终端，条形码识别系统根据所记录的条形码与数据库中所对应的设备编码对应查找，生成对应设备的检修记录。

车间和段管理人员调入某工区的检修计划完成情况时，系统自动将检修记录与制订的维修计划进行对比，形成计划完成表，对没有完成的检修计划以显著颜色标出，可以直观方便地查找未检修设备，以督促工区整改。检修期结束，系统自动对工区所形成的维修完成表汇总到车间，车间审核后上报到通信段，形成全段的完成表。

对于区间线路的巡检，一直以来都缺乏有效的技控手段。利用该系统的功能，在各线路区间的线路标石和警示牌上喷涂类似的条形码，并将标识和警示牌的位置存储到数据库中，巡检人在按照线路径路巡视检查行走时，沿线扫描条形码，在工区导入条形码时自动按照条码位置形成一条巡视轨迹，以直观检查巡检人的巡视周期和区段。

4.3.7 设备故障管理分析

因故障由调度部门掌握，因此该项数据由值班调度填写。通信故障（障碍）恢复后，调度查询通过查询单台设备确定故障设备，点击故障记录，填写故障现象、发生及恢复时间、故障部位、故障（障碍）等级等内容，故障延时通过故障发生和恢复自行计算，形成故障表，便于质量分析时定量分析设备时长，以确定发生率较高的设备，或一段时间内主要设备类型。

4.3.8 固定资产管理

资产管理主要涉及到新建资产、资产调拨、资产报废三类。设备建成后，由设备接收单位填写设备履历，在履历簿中生成设备记录，并自动形成设备条形码，打印后粘贴到该设备，以供以后作业扫描。每年资产盘点时，数据库自行汇总设备的资产属性，有实物无资产编号的设备确定为账外资产。

图4 执表时执表人扫描设备条形码

4.3.9 维保（待维）设备管理

每年与设备维保厂家签订委外维修合同时，要在资源管理系统中针对具体设备明确标识出来，系统根据合同有效时限，确定设备当前是否在维保期内。已超出维保期的设备记录自动以显著颜色标出，以提醒管理人员与维保厂家续签维保合同。另外根据维保人员巡视轨迹，也可记录维保厂家的巡视周期，以监督其执行维保合同情况。

4.3.10 维修费用管理分析

每季度和每年计划部门会对维修费的使用进行分析。与故障管理功能类似，在设备维修时，所发生的维修费用均由维修工区进行记录，在季度末多年度末可方便对发生的维修费总额，某部门（车间或工区）或某类设备的维修费支出进行自动统计。

5 结束语

长期以来，铁路对技术管理缺乏有效的辅助管理手段。借助于一条小小的条形码，物流企业将从接收配送任务到将物品安全送达收件人手中，物流企业和物品托运人、收件人均可以适时透明地知道物品配送的环节和操作人，实现了物品的有序流通。物联网是国家“十二五”规划中重点发展的新兴行业，合理有效地利用成熟技术，建成自动化程度较高的管理信息系统，是铁路行业管理的必然趋势，也是通信行业管理的迫切需要。

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佟明杰：北京铁路局北京通信段有线技术科，科长，工程师，北京，100069

焦巍峰：北京铁路局北京通信段有线技术科，助理工程师，北京，100069

责任编辑 杨倩