機車的運用管理一直是機車排程工作的重點，排程員對機車實際軌迹和機車運作狀态的實時掌控、關聯資料的預警和分析對提高排程工作效率尤其重要。目前，鐵路各類機務相關系統建設周期不一、廠家不同、接口各異、标準化程度弱、資訊共享困難[1-3]，機車排程員需查詢的機車運用狀态分散于機車排程、機車運用概況表、機車排程指令、機務運用安全管理、機務閘樓車号自動識别（AEI，Automatic Equipment Identification）、機車整備等各類機務相關系統中，排程指揮人員、分析人員等的查詢界面分散，無法及時查詢所關注的機車資訊，并且需要通過人工查詢既有各類機務相關系統或通過電話人工确認機車狀态，存在查詢資料缺失、工作效率低、系統間缺少關聯性[4]、缺少資料綜合使用及後續分析的途徑等問題，亟需一套機車綜合應用系統[5]。本文以機車排程員能夠高效掌握機車的運用狀态為目的，依托抽取、轉換、加載（ETL，Extract-Transform-Load）技術，設計并實作滿足排程員需求的基于機車資料融合[6]的機車綜合應用系統（簡稱：機車綜合應用系統）。
1. 系統設計目标及原則
1.1 設計目标
依托機車排程員、機車、機車交路、機車排程圖、現場裝置等基礎資料字典，基于機車排程日班計劃、實際周轉圖、機車運用概況表、機車排程指令、派班計劃、出/退勤、整備狀态、機車出/入庫等核心資料，設計和實作面向排程指揮、排程分析的機車綜合應用系統，建立資料間的關聯關系，解決機車排程資料分散、資訊不能共享的問題，為排程員提供綜合資料統計、分析及預警功能，提高機車排程工作效率，為排程決策提供科學依據。
1.2 設計原則
（1）高内聚、低耦合原則。機車綜合應用系統的底層架構穩定，不會因為需求的改變而引起大的調整。
（2）展現形式多樣性原則。基于帆軟報表，根據使用者需要，提供靈活、形式多樣、内容豐富的表格、圖表等展現形式，提供良好的自定制功能。
（3）易用性原則。将機車綜合應用系統中關聯資料集中展示，系統界面簡單直覺，友善使用者查詢。
2. 系統設計
2.1 資料架構
機車綜合應用系統以機車資料為中心，資料主要來源于各類機務系統，如機車排程系統、機車運用概況表、機車排程指令、機務運用安全管理資訊系統、機務閘樓AEI系統、機車整備系統等。
通過ETL技術的Pentaho Data Integratio（PDI）工具處理多源資料，以清晰靈活的圖形化方式展現資料處理過程，實作對資料的抽取、轉換、裝載，同時，進行資料的存放、清洗、過濾、粗加工、細加工等工作，後期可以通過簡單修正，完成針對作業流、業務模型變化的相應調整，進而高效管理作業流程和業務模型。根據機車綜合應用系統的不同需求，對資料進行組合、關聯、封裝，形成前台應用所需要的業務資料。機車綜合應用系統資料架構如圖1所示。
圖 1 機車綜合應用系統資料架構
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2.2 技術架構
機車綜合應用系統采用C/S、B/S結合方式，使用Java語言開發[7]。背景處理為C/S架構，主要完成底層資料顆粒化、格式化、标準化的彙聚，并按機車排程業務邏輯、業務需求進行資料融合，定制化資料；展示層為B/S架構，負責相關資料的展示工作。在設計技術架構時，借鑒了子產品化的設計思想，采用服務化的元件開發模式，減少代碼開發量，提高開發效率。系統技術架構如圖2所示。
圖 2 機車綜合應用系統技術架構
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（1）資料源層、采集層、預處理層：使用PDI工具，完成對多種資料源的抽取、解析、篩選、清洗、轉換、加載等。
（2）資料存儲層：采用Oracle12c資料庫存儲，保證資訊的安全性、完整性、一緻性及恢複能力。
（3）控制層：采用JFinal架構開發，提高程式的開發效率，代碼可讀性強且易于維護[8]；權限、菜單、角色管理等采用Layui架構，提供統一風格界面、靈活友善的菜單系統，以及功能強大的權限角色管理等。
（4）展示層：采用FineReport報表、JavaScript、層疊樣式表單（CSS，Cascading Style Sheet）等技術，提供靈活多變的展示形式。
2.3 資訊共享
機車綜合應用系統主要業務依托于各類機務相關系統的資料內建，資料落地至本地資料庫，不回寫至所通路的系統源。內建的資料隻用于機車綜合應用系統各核心業務間的資料共享。
資料權限開放、采集方式如下：
（1）開放各類機務相關系統的資料查詢權限，以視圖的方式提供給機車綜合應用系統；
（2）使用ETL技術，按照資料特點定時抽取各類機務相關系統的資料。
3. 系統功能
3.1 使用者權限角色管理
基于Layui架構，實作對使用者、崗位、權限、菜單及角色集中管理，提供靈活友善的使用者權限配置管理功能。
3.2 基礎字典管理
對排程所人員字典、機車字典、機車交路字典、機務閘樓AEI字典等進行維護管理。
3.3 資料治理
采用C/S方式，每10 min對所涉及的機車資料處理1次，具體如下：對機車排程日班計劃、實際運轉圖中運作線進行最小化拆分，形成到達、出發、轉交路、機車狀态轉換等機車資料，通過內建平台、行車排程查詢系統、鐵路運輸管理資訊系統/排程指揮管理資訊系統（TMIS/DMIS，Transportation Management Information System/Dispatch Management Information System）結合中的機車和運作線車次等資訊對機車狀态進行校正[8]；對機車運用概況表、機車排程指令中機車運用狀态和指令、機務閘樓AEI中出入段資訊、機務運用安全管理資訊系統中司機出/退勤資訊、機車整備庫的整備狀态進行格式化、标準化後清洗入庫；在背景整合資料，形成基礎資料，該處理功能采用PDI工具，背景處理功能運作結果，如圖3所示。
圖 3 PDI工具背景資料處理運作結果示例
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3.4 機車運用狀态追蹤
按照機車交路、機車型号、時間範圍查詢機車軌迹資訊，包括機車周轉圖中出發、到達、機車、車次、非運用狀态轉換、機車出入機務本段、折返段、機車整備等運用軌迹資訊，同時用行車排程中實際資料進行比對、校驗，在顯示界面中以藍色或綠色文字顯示，分别表示目前為計劃時刻或實際時刻。
3.5 機車折返預警
通過對機車到達、入段、整備、派班計劃、出段、出發等資訊的分析，各機務折返段按不同的門檻值進行判斷，掌握階段計劃執行進度，實作對機車在機務段、折返段及所在站折返的全過程監控。在顯示界面，對逾時情況通過蘭色、橙色和紅色分級别、分階段進行預警。按機車排程台、機車排程圖、交路和區段，查詢、顯示預警資訊。
3.6 本局、外局機車全周轉時間計算及統計分析
按照機車全周轉時間計算規則，分别計算本鐵路局集團公司（簡稱：本局）、其他鐵路局集團公司（簡稱：外局）機車全周轉時間；按排程員、班次、排程台、排程圖進行班次排序，為班次考核提供依據；針對不同機車交路、機務段、折返段，對當月全周轉時間按日進行統計分析。
機車全周轉時間計算規則：機車全周轉時間＝整備時間+出庫到開車時間+上/下行旅行時間+折返時間+到達到入庫時間。
3.7 超勞分析
以實際機車周轉圖上運作線及排程員輸入的出勤時刻為基礎，輸入出勤班次，比對行車排程徑路對應車站，确定超勞時間，實作排程員對超勞列車的掌握及統計。
3.8 派班計劃及出/退勤查詢統計
按照機務段、派班室、出勤線路、機車等資訊查詢各機務段的計劃出發車次、計劃出發機車、出勤人員、出勤計劃、實際時刻、實際出發機車、退勤時刻等資訊。
3.9 整備狀态查詢統計
按照機務段、折返段、交路及機車，查詢并統計機車整備狀态，比對相關進段、出段及整備資訊。
3.10 礦區停留考核統計
在已開發的機車折返預警及分析系統的基礎上，按照給定的班次時間範圍和統計閥值，制定滿足需求的礦區停留超過4 h考核表。該考核表可作為對計劃台和機車排程台的考核依據。
3.11 機車排程相關名額展示
展示的内容包括各機務段可運用機車占比，各機務段機車運用、客運、出租、調車、各類檢修的占比，以及機車折返情況和機車全周轉時間等。
4. 關鍵技術
4.1 ETL技術
ETL技術用來将資料從來源端經過抽取、轉換、加載至目的端。機車綜合應用系統中，采用ETL技術将各類機務相關系統資料經過處理、加載至本地資料庫中，将原來分散、零亂、格式不統一的資料融合、集中為目标使用者明确且随時可用的資料。
4.2 PDI技術
PDI是一款開源的ETL工具，可采用拖拽元件、連線和配置的方式建構資料管道，完成對多源資料的關聯、過濾、格式轉換、計算和統計等，輸出到不同的資料目标，PDI為機車綜合應用系統資料源多且分散、格式不統一提供了良好的解決方案。
4.3 Layui架構
機車綜合應用系統的開發應用了Layui架構。Layui是一款采用自身子產品規範編寫的前端使用者界面（UI，User Interface）架構，遵循原生HTML/CSS的書寫群組織形式，提供統一簡潔的界面，具有靈活的權限配置設定和角色管理功能。
5. 結束語
機車綜合應用系統針對排程資訊化需求而開發，該系統将原本分散在各類機務相關系統中的機車資料彙聚融合；同時，挖掘不同機務系統間機車資料的關聯性，通過對不同人員的權限控制，實作排程指揮人員、分析人員等可以在集中界面中對各自關注的機車關聯資料進行高效查詢。
目前，機車綜合應用系統已在西安局集團公司機車排程崗位應用，有效提升了排程指揮效率。随着系統的使用，将根據需要更深入地挖掘各類機務相關系統間的邏輯關聯性，依托資料的積累，在智能化、超前預警等方面做更多的研究。