LKJ数据灌制校验系统研究与开发

张亚军，张冬冬，李 阳，周志辉

LKJ 车载数据文件由铁路线路基础数据［1］构成，是LKJ 稳定、安全工作的基础信息。目前由于存在线路改造、车站改造等施工作业［2］，线路基础数据经常处于变化的状态，导致LKJ 数据频繁地进行换装作业，给安全生产带来了巨大的风险和压力。为避免LKJ 数据的漏换、错换，电务部门虽然采用了多种技术手段，对安全风险进行有效规避［3］，但依然存在LKJ数据灌制分散，LKJ数据换装作业设备器材错拿、错用，无法知悉所换作业设备内LKJ数据的相关信息等问题［4］。

国铁集团工电部“关于加强LKJ 数据管理的通知”再次强调，要通过技术手段避免数据错换的问题，要在LKJ 数据灌制、验证环节引入技术手段。为此，本文设计了LKJ 数据灌制校验系统，实现LKJ 数据换装作业的安全管理、自动验证、流程卡控、过程可追溯，人物匹配、设备数据查询等功能，有效封堵LKJ 数据换装作业环节漏洞，进一步提高LKJ数据换装的准确性［5］。

1 研制目标

1）研制专用设备，提高数据换装作业的专业性，并能通过标签、摄像头、扫描器等设备，实现对设备和人员的管理。

2）数据换装作业有计划、有校核、有记录、可追溯［6］。

3）结合换装计划，自动校验写入数据，降低人工作业风险。

4）提供有效识别LKJ 数据换装作业设备数据信息的手段，降低错误风险。

2 系统结构

LKJ数据灌制校验系统以工控机为主体，利用软件开发技术，将外部设备进行整合，实现与LKJ数据换装作业设备相关的应用功能［7］，其系统结构见图1。

图1 LKJ数据灌制校验系统结构

1）一体化平台。以一体机形态构建系统运行平台，支持触摸操作，界面布局简洁、清晰；支持声音播放，通过声音进行操作同步提示。

2）高清摄像头。为人脸识别系统提供清晰的人脸图像，通过人脸识别系统保障系统安全。

3）设备读写接口。配备读写LKJ 数据转存器、IC 卡接口。其中，转存器专用接口6 个，IC卡专用接口6 个，方便用户一次进行多设备操作，大幅提高数据灌制效率。

4）二维码扫描器。每一列设备读写接口配备一个扫描器（共4 个），插入接口后自动读取转存器/IC 卡的标签信息，确保设备校验时能够准确检查设备标签与设备数据内容是否一致。

5）标签打印机。可打印专用二维码的标签，且标签应具备耐高温、防潮、耐摩擦等特性，确保设备使用过程中标签字迹清晰，不会脱落。

6）USB接口。方便用户向一体机传输数据。

3 关键技术

3.1 人脸识别技术

通过对动态采集的视频进行帧处理和识别，完成人脸特征采集。与系统已存储的用户人脸特征信息进行比对识别，若识别成功，则获取用户信息、角色，并初始化系统权限。基于应用环境，人脸图像采集采用可见光摄像头，如有特殊应用场景，考虑设置补光灯或红外、可见光双摄像头。使用人脸识别方式登录系统，杜绝了一人登录多账号，冒名顶替等影响数据安全的操作发生。

3.2 二维码技术

设备粘贴任务标签，有助于维护人员有效识别所用设备信息。原有设备标签以文字形式打印，虽然可以正确地反馈设备信息，但验证标签信息时需要人工通过设备读写软件读取，不能实现自动化，且易发生人工校验错误。采用二维码技术，可将设备信息及换装数据信息写入设备标签的二维码，通过识别比较二维码信息与任务信息，保证了换装数据的正确性。

3.3 数据库技术

作为信息系统的核心技术，数据库可对LKJ数据换装作业进行统一组织和管理。根据LKJ 数据换装作业的特点，先形成数据关系模型，按照指定的结构建立数据库；再利用数据库管理和挖掘系统，实现对数据的处理和分析，达到有组织、动态地管理LKJ数据换装作业流程及LKJ数据的目的。

4 技术创新点

4.1 LKJ数据转存器识别

LKJ 数据转存器接入计算机后，系统自动安装设备驱动并分配盘符。在使用原有LKJ 转存器读写程序读写信息时，需要选择设备专用盘符后才可继续操作［8］。为了保证在数据灌制及校验过程中设备接口与设备的正确对应，需要对使用设备及接入接口进行识别。转存器插入接口后，系统获取Windows 消息，消息内容附带设备盘符，通过查询检索WMI 对象，得到所有转存器所接集线器的特征值及端口信息，经与系统配置参数匹配，即可得到接口接入设备情况及盘符。LKJ 数据转存器自动识别流程见图2。

图2 LKJ数据转存器自动识别

4.2 LKJ数据换装设备校验

LKJ数据采用三位一体的校验方式，保证数据换装的准确性。只有标签信息、设备内信息与任务创建时录入换装信息完全相同，才可确认数据校验通过，有效避免了作业人员错换问题。

数据灌制不但要将LKJ 数据写入换装设备中，还要将换装信息写入设备。设备完成数据灌制后，需要粘贴任务标签，这样有助于技术人员有效识别所用设备信息。虽然采用二维码技术，保证了换装数据的正确性，但由于设备标签纸带大小限制，无法将数据信息写入二维码，故需将数据信息先生成MD5校验码，再写入二维码中。

当数据校验时，先将设备接入系统，系统自动识别设备类型与设备接入接口，通过串口向标签扫描器发送命令，获取标签上的二维码信息。当二维码标签信息、设备信息与换装任务信息三者的MD5 码完全一致时，则校验通过；否则，校验不通过。数据校验流程见图3。

图3 数据校验流程

5 系统实现

系统将LKJ 数据灌制校验作业分为：任务创建、数据灌制、数据校验、设备验证与领用和设备归还5个步骤，工作流程见图4［9］。

图4 系统工作流程

Step 1LKJ 数据主管工程师接到数据换装指令，创建换装任务。

Step 2数据灌制人员领取换装设备，对换装设备进行数据灌制，灌制完成一个设备，打印一个与之相对应的标签，并粘贴。

Step 3完成数据灌制任务后，数据校验人员将设备插入一体机相应接口，系统自动扫描标签，记录标签信息；校验数据时，系统比较标签、设备信息及任务信息，完全一致时，校验通过。

Step 4工区工长领用设备，需要进行设备验证。验证内容为标签与设备信息是否一致，未经校验的设备无法验证与领用；工区工人领用设备，同样需要进行设备验证，未经校验的设备无法工作。

Step 5完成设备数据换装任务后归还设备，所有设备归还时，任务流程结束。

LKJ数据灌制校验系统引入流程管控，每一台换装设备在完成每一流程后，均需记录流程流转情况，当存在未完成流程的换装设备，流程无法进入下一阶段。

6 结论

LKJ数据灌制校验系统已于2021年6月起在北京电务段北京车载设备车间实际运用，车间技术人员通过使用人脸识别登录、数据批量灌制、数据自动校验及操作记录管理等功能，验证了该系统操作简单、性能稳定、安全可靠，提升LKJ 数据换装作业安全性的同时，可大幅提高工作效率。

LKJ数据灌制校验系统以行规、操规、技规作为标准，充分挖掘和利用已有的LKJ 数据管理经验［10］，在LKJ 数据灌制、校验环节引入人脸识别、工作流及二维码等技术手段，促进了LKJ 数据灌制校验自动化与安全管理的有机融合，有效降低数据换装作业人员的安全风险操作。该系统的运用，将大幅度提升数据灌制工作效率，并降低日常管理工作难度，实现对换装作业人员与设备的自动化与流程闭环管理，同时为推动LKJ 数据换装作业安全风险管控的自动化做出重要贡献。