张纪暐 中国铁路上海局集团有限公司科研所

1 概述

1.1 引言

计量业务总体上分为计量管理和计量检测生产两部分。铁路总计量系统的功能仅限于计量管理，如量具台账管理、标准台账管理、建标管理等，服务平台的主要用途是服务于铁路总计量系统对全铁路计量的总体管理，为铁路总计量系统的计量管理各项政策和措施的制定提供强有力的数据支撑。而对于计量检测生产业务，鉴于其复杂性和多样性，铁路总计量系统已经明确不会涉及；然而计量检测生产却是计量工作的主营业务，计量检测生产工作的自动化、智能化程度是计量业务水平的直接体现。

1.2 现状分析

以上海局集团公司为例，其正在运用的计量管理信息系统（简称“信息系统”）是七年前研制的，运行至今，第一次完成十余万件计量器具的初始化，用户数突破千人，为计量管理的规范化打下了基础。但是随着科技的不断攀升，自动化、智能化发展正日渐升入到铁路计量领域，同时各铁路企业内出现了大量的计量管理要求和各类的个性化需求，该信息系统难以适应当今“智能上铁”形势的发展，需要更新换代。

1.2.1 技术架构老旧

前端 C#(VisualStudio 2008)、后台数据库 SQLServer2008），基于微软.NET架构，对当今流行的移动平台不能跨平台兼容支持，难以支撑移动办公、现场检测等计量业务的发展方向。

1.2.2 功能设计不足

设计中不能完全适应实际业务需求。如信息系统的菜单归类不太合理。使用者不能迅速找到需要的功能；如信息系统的运营方、计量管理方、站段方的功能混在一起，没有实现分类管理；如信息系统缺少检测主管和人员主管角色，在实际分工时无法一一对应；如实际需求中有非管理部门的人员协助完成的业务，需要对该类业务设立相应的协管角色，但信息系统没有该类角色的授权；如信息系统内计划单、收发单、原始记录和证书无法彻底固化；如信息系统未将溯源计划与量传计划进行区分；如数据的共享未充分挖掘；如检测流程不齐全、不灵活，前后流程互动不便，收发件登记和确认步骤没有体现，缺少各类报单的重签功能；如信息系统查询功能薄弱，缺少各类资源（人、量具、标准）的组合查询，缺少量具溯源和量传的双轨踪迹查询，缺少检测需求、业绩和质量的查询，缺少各类资源和流程的到期提醒和逾期警示。

1.2.3 代码质量不高

程序代码质量不高，时常发生信息系统的操作卡顿、页面响应慢的情况。

1.3 必要性

因此，采用当前最新HTML5跨移动平台的技术架构，研究一套智能铁路计量信息服务平台（简称“服务平台”），安全上提供多种验证机制的保障，功能上贴合大量的计量管理要求和各类的个性化需求，架构上实现自动化、智能化的高效升级，对于当今“智能上铁”形势的发展，是十分有必要的。

2 架构设计

2.1 逻辑架构

为了保证服务平台的可靠性和可扩展性，总体方案尽量采用模块化以及松耦合的设计方式，将整个服务平台从逻辑层面分为七个模块（见图1）：用户界面模块、业务应用模块、工作流程模块、数据处理模块、数据库、配置模块和服务接口模块。各模块尽可能独立完成某个特定的任务，模块之间有相互依赖但接口相对简单，整体复杂性较低，程序改动或升级后影响范围小，适应变化能力强，降低了服务平台更新时存在的风险。

（1）用户界面模块是人机交互的接口，主要提供权限管理、数据展示管理、流程业务操作及待办处理等功能。

（2）业务应用模块是核心，主要任务是处理一个计量器具的检测和检测文档资料的生成与归档，及核/签的技术指标和数据。

（3）工作流程模块是按照用户的设置，对检测流程等关键流程进行控制、资源调度、参数转换、容错及故障处理等任务。

（4）数据处理模块接收来自工作流程模块的命令，完成各种数据的自动采集、智能分析、展示、生成报告以及根据用户制定的策略将数据上传等任务。

（5）数据库可配置备份策略，如生产灾备，数据切片备份，增量备份等多种备份方式。

（6）配置模块提供了各种个性化的配置功能，如消息通知的配置，内置字典的配置，用户可以安装自己需要配置的个性化功能。对于新开发模块，可以使用配置决定是否开启使用，而不影响现有的模块和功能，这种可拔插的开发方式，为后续需求更新和功能迭代提供了可靠的保证。

（7）服务接口模块提供主流的数据交互的格式标准，如JSON，XML DATA等。同时提供硬件数据交互能力，如从传递数据到硬件设备中，或将硬件设备产生的数据记录到服务平台中。

图1 逻辑架构图

2.2 物理架构（见图2）

图2 物理架构图

为满足服务平台正常运行和业务、用户数据的增长，服务平台首先采用云平台部署；其次在物理层面可实现应用集群，随着业务的发展和数据的增长，当单台服务器可能已不能满足正常运转，服务平台的物理架构保证了应用在物理层面可以横向拓展，支持服务器集群和应用集群。用户访问服务平台时由Web负载均衡服务器进行路由转发到物理距离最近的一台服务器上，由应用服务器处理相关操作请求，使用缓存机制对非热点数据进行缓存，减轻数据访问压力，提高服务平台的整体性能。

2.3 部署架构（见图3）

图3 部署架构图

服务平台部署在一台虚拟机上，部署采用应用集群和服务器集群技术，保证高可用状态，即使其中任意一台服务器发生故障，其他服务器仍可为用户提供在线服务。

3 功能设计

3.1 总体设计

服务平台由数个子平台组成，子平台各自互相独立的，使用主体分为运维和客户两大类。客户按有无计量器具分为计量器具使用和现场登记单位、计量管理机构。计量器具使用和现场登记单位，即拥有计量器具的企事业单位（有计量器具使用和现场登记需求的组织）。他们可能是自然人、法人或二级法人，可能是计量器具使用和现场登记单位的母公司、集团公司。计量管理机构，没有计量器具使用和现场登记需求的、但对计量器具使用和现场登记单位有管理需求的组织。他们可能是计量器具使用和现场登记单位的母公司、集团公司的计量管理机构。每个子平台各自拥有一套菜单。每个用户分属于各自的子平台，使用该子平台的全部或部分菜单。

3.2 流程设计

主要设计分为三个流程，第一个流程称为“送取”，从量具台账、计划待审、送检任务到待确认；第二个流程称为“实检”，从收件登记、待流转、待检、待核、待签、待发登记、待发、待确认退件、待退登记到待退；第三个流程称为“现检”，从检测登记、待检、待核、待签、待发登记到待发，每个“池”代表计量器具的动态状况，见图4。

图4 流程设计图

3.3 模块设计

（1）关联模块

提供信息服务之间共享与独立的开关设置。

（2）服务模块

提供不同等级的用户建立不同的权限与服务。

（3）角色模块

提供个性化角色的授权，根据菜单的不同体现出角色的不同。

（4）监测模块

提供对计量器具在各种环境下的智能监测其状态的功能，提供条形码追溯。

（5）预警模块

提供全覆盖的智能预警，涉及计量器具、质量体系、人员资质等各方面。

（6）分配模块

提供对工作任务量的智能判断和分配给相关人员的功能。

（7）台账模块

提供人员、计量器具、计量标准、项目等资质台账管理，及可自定义的个性化分类字典。

（8）计划模块

提供不同类型计划的制定，根据个性化需求自由制定。

（9）网点模块

提供多点收件或现场检测，可实现多点数据隔离，高级管理权限查询所有数据。

（10）检测模块

提供个性化自主设置流程开关；流程可退回，也可撤回，处理完后可跳转到指定环节。

（11）受理模块

提供扫码、批量、历史、预设等多种受理方式。

（12）现检模块

提供现场环境的检测流程服务，从现场登记、确认、检测的全流程的功能。

（13）签名模块

提供业务受理的本地、互联网的电子签名功能。

（14）统计模块

提供对人员、量具、标准等多种维度运行的数据，进行强大的个性化分析组合报表功能。

（15）查询模块

提供个性化组合查询，记录量具每个环节的具体情况。

（16）档案模块

提供检测完成后所有电子档案的追溯功能。

（17）消息模块

提供通过手机IM推送，及检测业务的相关提醒。

（18）加密模块

提供给完善加密的电子证书解决方案，针对用户提供网络查看与下载方案。

（19）编辑器模块

提供在线的所见即所得的报告编辑器，与Office Word/Excel无缝集成。

（20）记录模块

提供电子原始记录功能，针对不同的项目可个性化自主编制原始记录模板，分为线上和线下两种模式，纸质和电子共存。

（21）证书模块

提供证书、检定结果通知书的个性化自主编制证书模板功能，多种证书打印方式，与电子原始记录同步，双轨并行功能。

（22）智检模块

提供专业模板支持智能检测，无需检测人员手动进行误差计算、符合性判定、不确定度评定等操作的智能检测功能。

4 安全设计

服务平台在安全方面提供全方位的高安全等级防护设计，防范SQL注入、XSS注入攻击、DOS攻击、暴力破解；提供IP白名单验证，图灵验证，查询权限验证等验证机制，访问数据接口需要身份鉴权，严格执行用户数据查询权限。此外，应用服务器内部所有连接均采用内网通信，不对外暴露端口，包括数据库服务器，文件服务器，鉴权服务器等，从物理层面保证了服务平台的安全可靠。在用户与服务平台交互的整个过程中，服务平台在每个阶段提供相应的安全保障，见图5。

图5 安全设计图

5 结束语

本文是对智能铁路计量信息服务平台的架构设计（逻辑、物理、部署）、功能设计（总体、流程、模块）、安全设计做了一些具体介绍和研究，针对的主要领域是计量检测生产，利用服务平台的技术优点推进铁路计量检测生产的信息化，支撑铁路计量检测生产工作的自动化、智能化，在不同层面共同支持计量业务的发展具有重大意义。同时，由于服务平台的柔性化设计，使其具备跨移动平台的适应功能。相信在不久的未来，服务平台必将在铁路计量领域中得到广泛的应用，为“智能上铁”形势下的计量管理和计量检测生产工作、甚至是铁路运输安全工作发挥出最大的作用。