基于云平台的城市轨道交通检测数据系统构建研究与应用

李倩

摘 要：首先，在研究城市轨道交通检测信息化平台需求和云平台搭建技术的基础上，将云平台及相关技术引入城市轨道交通检测行业。然后，从系统架构和系统功能设计 2 方面提出搭建城市轨道交通检测数据管理云平台的基本思路。最后，通过系统开发和功能验证，为未来城市轨道交通检测信息化平台建设提供借鉴。

关键词：城市轨道交通;检测数据系统;云平台;构建;研究与应用

中图分类号：U121

当前，城市轨道交通检测行业的检测数据普遍采用人工管理模式，即依靠人工进行数据收集、统计、整理和分析，以文本或表格的形式存档，存在工作量庞大，工作效率低等问题。同时，基于互联网+云服务技术的快速发展，城市轨道交通行业向信息化、智能化方向发展已成为必然趋势。

1 系统需求分析

通过文献收集和对深圳市地铁集团有限公司、厦门轨道交通集团有限公司的调研发现，不管是城市轨道交通第三方检测公司，还是城市轨道交通运营单位，在实际检测工作中都存在数据储存困难、分析深度不够、数据维护困难，以及数据利用率低等问题，因此急需建立城市轨道交通检测数据管理信息化平台。

具体需求主要体现在以下几个方面。

（1）整合现有检测数据资源。现阶段，由于城市轨道交通检测涉及运营管理、设施设备、供电系统、土建环境等方面，检测内容繁多，人工整理统计检测结果工作量大，检测数据、分析资料及相关档案难以长期规范保存;同时，现有城市轨道交通运营管理部门等的检测维护资料一般保留在自己手中，无法保证与政府和第三方检测机构等的检测资料无缝衔接，因此，迫切需要通过信息化手段整合现有检测数据资源，促进城市轨道交通检测资料向电子化方向发展。

（2）提高检测数据利用率。城市轨道交通检测数据存在数据类型多样、数据存储困难、数据查阅统计复杂等一系列问题，导致运营单位对检测数据的处理分析较少，数据利用率较低。因此，城市轨道交通运营单位急需依托互联网和云计算等技术进行数据统计分析和数据共享，以提高数据利用率。

（3）降低企业运维成本。现如今，大多数企业都开始进行互联网转型升级，但是大部分企业仍旧保留着传统的系统架构，即采用本地数据库管理，系统架构繁杂，依赖大量的人力和财力保证设备稳定运行，维护成本高。而基于云平台的系统架构虽然更新成本较高，但其具备相互連通、维护成本低、搭建流程简单、易于迭代等特点，是未来发展的主要趋势。据统计，2017年至今，数据库市场的增长率已超过20%，而云服务数据库占增长的80%左右，充分说明其具有的优势。因此，急需引入云服务技术，降低企业运维成本。

2 云平台系统架构研究

云平台系统架构即搭建一个系统平台的基本框架，展示各子系统之间的关联性、交互机制和指导原则。基于云平台的城市轨道交通检测数据管理系统架构如图1所示，系统划分为基础层、数据库、数据层、业务层和用户层。该系统利用容器云平台将基础设施及数据库向云端迁移，实现系统应用的快速集成化部署;利用日志记录功能记录系统中硬件、软件和系统问题信息;还设置了权限控制功能，针对不同类型的用户可提供不同的系统功能，从而提高系统安全性。另外，该系统遵循标准系统所遵循的运行管理体系、标准规范体系和安全保障体系。

云平台系统架构中，基础层主要为系统功能实现所需要的系统软件和硬件设备及其运行环境，涉及云服务器、IP地址资源、网络设备以及一些安全设备等，是系统平台架构的基础;数据库用于对检测数据的储存;数据层可实现对现有系统数据库的资源整合利用，借助云端服务器，对数据模型进行定义，实现数据的采集、组织、存储和管理;业务层通过设定固定的业务逻辑流程实现所需的系统功能，包含了系统需要的所有功能上的算法和计算过程，并可访问数据层和与用户层交互;用户层又可称为表现层，进行系统中各项功能的页面展示，实现用户与系统间的信息传递。

目前，云平台按提供的资源模式差异分为基础设施即服务模式 IaaS、平台即服务模式PaaS和软件即服务模式SaaS 3种类型。IaaS模式由外部公司提供基础设施，用户根据需求进行租用，但是应用软件开发还需要自己完成。PaaS模式提供一套支持用户独立开发需求的支持软件，用户可在此基础上直接应用。SaaS模式是直接提供给用户的可以满足其功能需求的软件，通过移动网络即可直接接入远程服务器上的应用软件。

3 城市轨道交通检测数据管理系统方案设计

3.1 系统架构设计

根据云平台系统构架，基于云平台的城市轨道交通检测数据管理系统选择采用SaaS服务模式，利用云服务器提供数据管理、数据存储和数据服务功能。同时，采用浏览器/服务器（B/S） 架构方式，应用程序以网页的形式存放在Web服务器上，用户只需将网址输入到浏览器中进行搜索，即可打开相应的应用程序，避免系统的重复开发与部署，节约了软硬件资源的投入，并且可以降低系统运维和升级的难度与成本。检测数据管理系统云平台架构如图2所示。

3.2 系统功能设计

系统整体架构中的业务层即为满足用户实际需求而实现的业务系统功能，基于需求分析研究，确定系统功能主要包括基本功能、数据管理功能、数据智能分析功能和系统管理功能。系统功能架构设计如图3所示。

3.2.1 基本功能

系统基本功能包括通知公告、检测业务管理和报告报表。其中，通知公告是指发布检测项目、检测报告等相关通知公告，将重要信息第一时间告知用户。检测业务管理包括检测项目信息管理、检测类别管理、检测标准管理、检测样品资料管理及检测合作伙伴管理，主要是面向第三方检测公司，为了方便其开展检测业务和进行业务信息管理。报告报表是管理检测项目报告，同时，可实现报告报表模板的定制，满足客户多样化的检测报告需求。

3.2.2 数据管理功能

数据管理功能包括检测数据管理、检测人员管理和检测设备管理。对于检测数据，可根据城市轨道交通的不同系统及其子系统进行检测数据划分，从而分类存储;对于检测人员管理，建立检测人员资料库，按照不同专业、职称、项目经历等信息进行存储管理;对于检测设备管理，包括设备基本信息管理和设备保养维护管理，主要是面向第三方检测公司。

同时，在检测数据采集方面，对于“在线式”数据，可调用城市轨道交通运营管理部门现有自动化系统监测数据，采用统一接口标准进行数据主动获取，并具备随时获取、及时更新功能;对于“离线式”数据，进行数据录入，将纸质数据转变为电子数据，实现对存储的检测数据进行增、删、改、查等管理操作，支持数据导入及导出功能，为检测数据管理和分析提供基础保障。在数据存储方面，使用分布式文件系统存储安全检测数据及相关安全检测资料，并实现快速全文检索功能，体现了系统数据存储的高可用性。

3.2.3 数据智能分析功能

城市轨道交通检测数据智能分析包括车辆系统、信号通信系统、供电系统和机电系统4大设备系统检测数据智能分析。分析内容包括设备故障率、检测计划执行率、设备维修完成率、设备可靠性、设备安全性、关键设备、设备运行状态等方面，采用柱状图、饼状图和折线图等形式进行结果的直观显示，使用户客观把握数据状态;同时，基于基础检测数据，利用随机森林、机器学习、决策树等大数据算法，对检测数据进行挖掘利用，如进行设备故障预测、设备效能评价等方面的分析研究。针对大批量数据采集、数据校核、安全监控、模型分析等计算任务，采用MapReduce并行计算框架可提高程序的执行效率。

3.2.4 系统管理功能

系统管理功能主要指用户管理、角色管理、权限管理及日志管理等功能，用户涉及第三方检测公司、城市轨道交通运营企业和城市轨道交通管理用户3种。因此，基于云平台的城市轨道交通检测信息化系统涉及了第三方检测机构、城市轨道交通运营企业、城市轨道交通管理用户3级权限控制体系。根据每个系统用户管理其所拥有的系统功能权限，每项系统功能可以授权给多名系统用户。系统角色根据检测业务进行划分，包括系统管理员、实验室检测员、报告审核人、委托单审核人等多种，并支持系统角色的自定义;另外，可以采用Apache Shiro框架实现系统可配置化权限控制，并以系统日志的形式记录用户操作过程，实现对系统事件的监视及事后追踪。

同时，为满足城市轨道交通检测工作的需要，城市轨道交通检测数据管理及分析系统采用通用化系统设计原则，主要体现在数据通用化和智能分析通用化2个方面。

（1）数据通用化。充分考虑城市轨道交通检测数据结构，设计满足大规模数据应用需求的安全监测数据库表结构，并结合定制开发的数据交换程序，能够在数据层兼容各类安全监测自动化系统或业务系统，以实现数据的通用化。

（2）智能分析通用化。能够定制安全检测分析报表及报告模板，支持模型分析及检测指标数据的自定义，以实现安全检测数据智能分析的通用化。

4 应用实例

为了验证城市轨道交通检测数据管理系统的实用性和优点，对该系统进行初步开发，并利用第三方检测机构的部分数据进行系统功能测试。

图4为检测项目管理界面，界面左侧包含所有已完成的城市轨道交通检测设备类别，右侧为测试设备类别中的具体设备。如用戶点击自动检票机，则出现关于该设备的具体检测信息，如图5所示。图6为检测设备管理界面，用户可通过搜索查看设备信息。相较于以前的人工管理模式，该系统界面简洁，功能实用，实现了检测数据的在线管理，具有检测数据统计方便、查找高效、储存安全等优点。

图7为数据智能分析界面。在数据智能分析中，可以直观显示数据总量、数据变化趋势、数据下载量以及数据利用率等信息，使用户客观把握总体数据状态;同时，针对不同类别的数据，用户可自定义选择需求数据，如选择车辆检修故障数据，系统将直接展示其迄今为止的车辆系统故障数量为1 781个，各子系统的故障百分比分别为28.79%、21.04%、19.73%、14.83%、7.8%和7.8%，结果直观明了，实用性强。

图8为角色信息管理界面。选择不同的用户角色可使用不同的系统功能，角色根据检测业务设定，包括系统管理员、实验室检测员、报告审核人、委托单审核人等。同时，用户可通过系统新增、修改和删除功能，实现用户权限的个性化设计，从而保障系统的实用性。

综上所述，本文建立的城市轨道交通检测数据管理平台可实现检测业务在线管理和系统角色权限的多级控制，满足多角色、多场景、多功能使用需求。同时，在平台搭建方案中，引入主流云服务技术，租用外部服务器，采用Saas模式极大地降低了维护成本，提高了平台的稳定性与安全性。

5 结束语

当前，城市轨道交通信息化系统建设正处于快速发展时期，应积极借鉴云平台的技术优势，带动城市轨道交通行业向信息化、智能化方向发展。然而，目前在城市轨道交通检测数据管理方面，信息化建设缓慢。本文通过对城市轨道交通检测信息化系统进行需求分析和系统架构研究，提出了基于云平台的城市轨道交通检测数据管理平台搭建思路。通过系统开发验证，该系统能很好地实现城市轨道交通检测数据管理和分析，应用技术先进，功能满足用户需求，易于企业使用与维护，能够有效提升安全检测的工作效率，具有很好的应用推广价值，同时为未来城市轨道交通行业的信息化系统建设提供借鉴。

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收稿日期 2019-09-16

责任编辑 党选丽