高速铁路更新改造与大修整治项目计划管理系统研究与实现

2020-03-13程智博吴艳华郑金子赵正阳

铁路计算机应用 2020年2期

程智博，吴艳华，郑金子，赵正阳

（中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所，北京 100081）

更新改造和大修整治是高铁运输业固定资产投资的重要组成部分，其投资和收益直接影响运输生产的布局、行车安全和经营管理[1-2]。各铁路局集团公司（简称：铁路局）根据高铁沿线管辖范围内的生产需求，编制更新改造等计划，经与之对应的高铁公司（简称：公司）决策后立项，其中，计划提报、项目批复、审批可研、下达计划等均由公司全面负责。目前，公司、各铁路局及站段等通过邮件形式完成项目的申报审批流程，项目的关键信息主要体现在建议计划、立项文件、可研报告和实施计划等不同的文件中，存储形式包括结构化Excel及非结构化文件等数据，其多源异构数据不便于项目计划管理和分析[3]。文献[4]研究了基于GIS的铁路大修预算管理系统的实现与应用，文献[5]研究了铁路线路大修项目预算费用计算方法，其他相关研究主要着重于铁路更新或大修施工管理模式与方法等[6-7]，关于高铁更新改造与大修整治项目如何实现信息化、系统化的研究很少。

本文为实现项目申报与审批过程标准化、系统化，构建高速铁路更新改造与大修整治项目计划管理系统，利用文本分析处理技术，借助工作流模型，采用数据中间件技术，实现对更新改造与大修整治项目的精细化、科学化管理，改变原有邮件申报审批流程的工作方式，提高工作效率，以达到合理控制项目申报数量及成本的目的，提高高铁线路的运输安全和运输效益[8]。

1 高速铁路更新改造与大修整治项目计划管理系统总体设计

1.1 需求分析

明确计划落实、计划过程和计划实施等业务流程，提高项目管理效率，同时，提供费用测算和计划落实依据，促进高铁设施设备安全、协调及可持续发展[9]。根据公司项目计划管理现状，分析其项目管理需求如下。

1.1.1 梳理业务流程

项目从铁路局提交建议计划开始，经过各部门审批相关文件、监控项目实施进度和验收拨款等流程，如图1所示。系统需根据业务为导向形成数据流转和工作流程，实现项目计划审批流程的系统化和审批进度的动态显示。

1.1.2 历史数据统计分析

将历史更新改造与大修整治项目关键信息数字化，并以结构化方式存储在数据库中，系统实现从年份、专业、铁路局等不同维度，对资金使用情况、立项情况等进行统计分析。

1.1.3 项目自动调整类别

铁路局上报项目时，存在将更新改造（大修整治）项目误报成大修整治（更新改造）的情况，系统支持根据项目属性自动判断其所属类别[10]，并自动调整误报项目的类别属性，同时，保留原记录。

1.1.4 自动生成图表和文件

用户任意选择所需分析的字段，根据给定模板或自定义统计表格形式，自动生成相应的图表；根据各专业部门的批复意见自动生成特定模板的文件，实现汇总与分析数据的效率最大化。

1.1.5 分配用户权限

不同级别用户根据实际需要分配不同系统使用权限，主要包括查看项目、审核计划、批复计划和实施计划等。

1.2 系统总体架构

系统由数据库服务器和应用服务器等硬件设备和网络设备构成基础硬件环境，从整体角度对项目计划数据、设备设施台账数据、维修数据进行应用整合，实现公司更新改造与大修整治项目计划审批流程和1.3.1 工作桌面

系统整合工务、电务、供电等全专业更新改造与大修整治项目资料，在系统工作桌面提供不同年份项目数量与金额统计分析，同时提供待办事项提醒、查看铁路局最新上报的项目情况。

1.3.2 项目管理

（1）项目计划录入是各铁路局上报的项目入口，支持单个项目录入与批量项目导入；（2）项目批复意见根据项目所属专业由系统自动（人工）分配到各专业部门进行审核，部门负责人需在规定的期限内填写批复意见；（3）项目意见汇总主要实现项目意见批复，并生成汇总文件进行提交；（4）项目进度管理实现铁路局、年度、专业等多维度查看项目的进度情况等；（5）项目维护管理实现项目查看、项目修改、项目接转、模糊查询等功能。项目统计分析的运营管理需求，系统总体架构，如图2所示。

1.2.1 基础环境层

基础环境层主要包括系统硬件基础资源等，硬件基础环境包括服务器、存储、网络等硬件设备。

1.2.2 数据管理层

数据存储、管理和加工层是系统对动、静态数据进行存储、管理和分析处理的主要场所。数据管理层利用计算机软硬件技术，在对数据进行有效收集、存储的基础上，实现对项目数据、设备设施台账数据及维修数据的分类、检索、更新和维护等。

1.2.3 业务应用层

业务应用层封装系统的各个业务功能模块，实现业务功能按需进行组件式安装，供访问层进行应用调用。

1.2.4 展示访问层

展示访问层通过Flex、Web、JavaScript等技术，构成高速铁路更新改造与大修整治项目计划管理系统应用客户端，支持基于浏览器的访问展示，未来将支持移动客户端等不同方式的平台访问展示。

1.3 系统功能设计

高速铁路更新改造与大修整治项目计划管理系统主要功能模块包括工作桌面、项目管理、月报管理、统计报表、数据管理及系统管理，具体如图3所示。1.3.3 月报管理

月报管理展现各铁路局上报的正在进行和已完成的项目的月报，内容主要包括：施工进展情况、未完成原因分析、完工时间、公司参与验收时间、公司参与验收人员和专业部门接收技术文档情况等。

1.3.4 统计报表

（1）项目明细表展示各铁路局上报项目的详细信息；（2）分年度汇总展示各铁路局项目立项、接转、计划等项目数量和金额等信息；（3）专业统计从专业角度展示各铁路局项目相关信息；（4）分项统计从计划执行对比、费用预测、立项冲突分析、设备设施病害分类等角度开展多维对比分析，为公司全面综合管理提供参考依据。

1.3.5 数据管理

数据管理实现对项目台账、设备设施台账及维修数据进行分类查询，同时支持具有特定权限的用户对项目台账数据进行修改和更新。

1.3.6 系统管理

实现对系统用户的组织机构、用户登陆和访问权限的统一管理。

2 关键技术

2.1 文本分析处理

更新改造与大修整治数据从类型上分为结构化数据和非结构化数据，其中，非结构化数据包括立项文件、可研报告和实施计划文件等，为方便数据管理与分析，需要对非结构化数据进行结构化处理。

对非结构化数据：（1）经过人工的标记，将文件中包含的关键要素用BIO标记；（2）通过Word2vec计算生成文本向量；（3）采用Word2vec算法中的Skip-gram模型，根据标记文件中的目标词预测上下文，获得目标词的词向量。将所获的词向量放入Bi-LSTM+CRF模型中进行训练，通过不断迭代优化模型，利用模型实现非结构化数据转换为结构化数据。通过该方法提取文本中各项关键项目信息和工程信息，形成项目数据库。

2.2 系统架构选择

（1）本系统数据存储层采用开源数据库PostgreSQL+分布式非结构化数据库ElasticSearch混合存储项目数据；（2）逻辑控制层选择Maven+SpringBoot+Hibernate作为后台框架，方便项目维护与发布，其轻量级的应用框架能够简化系统配置，提高开发效率；（3）视图层采用BootStrap前端框架，该框架具有友好的交互性及展现效果，封装的组件能够让前端开发者快速搭建Web应用。

2.3 工作流模型设计

为了提高系统工作效率及优化管理流程，引入工作流技术，负责创建、定义、解释和运行整体业务流程。工作流将现有业务流程分解，按照一定的规则和过程来执行，并监控文档、信息的传递，提高系统开发效率。本文根据业务流程，设计系统工作流模型，实现业务过程的科学设置和分配，方便后续业务动态调整。工作流模型，如图4所示。

2.4 数据中间件技术

为了满足同时查询结构化、非结构化全量数据，并快速返回结果的需求，系统研发数据中间件模块。用户查询某条内容时，不用直接访问数据库，而是由数据中间件进行拦截解析，中间件将查询条件与数据库存储信息相结合，生成对应于不同数据库不同存储节点的专用查询语句，再将最终查询结果统一排序后返回至前端页面。

3 系统应用实例

高速铁路更新改造与大修整治项目计划管理系统采用在公司、委托维管铁路局及站段三级部署及应用方式，实现更新改造与大修整治项目计划信息化管理，并开展专项综合对比分析应用，使得公司财务和业务人员能够直观了解项目进展及费用使用情况。

3.1 年度项目计划及金额完成情况

对某高铁公司计财部某年份各专业更新改造与大修整治计划项目与金额进行统计分析，如图5所示。

由图5可知，通过该系统相比以往Excel表格形式存放并重复计算数据的方式，可提供准确且直观的分析统计结果，显著提升公司更新改造与大修整治项目计划与金额管理水平。

3.2 项目计划录入、接转与维护

系统实现项目计划单个录入与批量导入以形成项目台账库，并支持对项目计划的查看、修改及条件查询，能够对某些关键属性进行一键修改及设置。若某一项目计划本年度未能完成，需要进行项目接转至下一年度，系统通过录入接转信息，关联实施计划文号等，核实相关实施计划金额、剩余金额等，避免手工录入带来的数据错误与维护困难，实现公司对项目计划等相关数据的数字化管理。