程智博，吳艷華，鄭金子，趙正陽

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

更新改造和大修整治是高鐵運(yùn)輸業(yè)固定資產(chǎn)投資的重要組成部分，其投資和收益直接影響運(yùn)輸生產(chǎn)的布局、行車安全和經(jīng)營管理[1-2]。各鐵路局集團(tuán)公司（簡稱：鐵路局）根據(jù)高鐵沿線管轄范圍內(nèi)的生產(chǎn)需求，編制更新改造等計(jì)劃，經(jīng)與之對應(yīng)的高鐵公司（簡稱：公司）決策后立項(xiàng)，其中，計(jì)劃提報、項(xiàng)目批復(fù)、審批可研、下達(dá)計(jì)劃等均由公司全面負(fù)責(zé)。目前，公司、各鐵路局及站段等通過郵件形式完成項(xiàng)目的申報審批流程，項(xiàng)目的關(guān)鍵信息主要體現(xiàn)在建議計(jì)劃、立項(xiàng)文件、可研報告和實(shí)施計(jì)劃等不同的文件中，存儲形式包括結(jié)構(gòu)化Excel及非結(jié)構(gòu)化文件等數(shù)據(jù)，其多源異構(gòu)數(shù)據(jù)不便于項(xiàng)目計(jì)劃管理和分析[3]。文獻(xiàn)[4]研究了基于GIS的鐵路大修預(yù)算管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用，文獻(xiàn)[5]研究了鐵路線路大修項(xiàng)目預(yù)算費(fèi)用計(jì)算方法，其他相關(guān)研究主要著重于鐵路更新或大修施工管理模式與方法等[6-7]，關(guān)于高鐵更新改造與大修整治項(xiàng)目如何實(shí)現(xiàn)信息化、系統(tǒng)化的研究很少。

本文為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目申報與審批過程標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化，構(gòu)建高速鐵路更新改造與大修整治項(xiàng)目計(jì)劃管理系統(tǒng)，利用文本分析處理技術(shù)，借助工作流模型，采用數(shù)據(jù)中間件技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對更新改造與大修整治項(xiàng)目的精細(xì)化、科學(xué)化管理，改變原有郵件申報審批流程的工作方式，提高工作效率，以達(dá)到合理控制項(xiàng)目申報數(shù)量及成本的目的，提高高鐵線路的運(yùn)輸安全和運(yùn)輸效益[8]。

1 高速鐵路更新改造與大修整治項(xiàng)目計(jì)劃管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 需求分析

明確計(jì)劃落實(shí)、計(jì)劃過程和計(jì)劃實(shí)施等業(yè)務(wù)流程，提高項(xiàng)目管理效率，同時，提供費(fèi)用測算和計(jì)劃落實(shí)依據(jù)，促進(jìn)高鐵設(shè)施設(shè)備安全、協(xié)調(diào)及可持續(xù)發(fā)展[9]。根據(jù)公司項(xiàng)目計(jì)劃管理現(xiàn)狀，分析其項(xiàng)目管理需求如下。

1.1.1 梳理業(yè)務(wù)流程

項(xiàng)目從鐵路局提交建議計(jì)劃開始，經(jīng)過各部門審批相關(guān)文件、監(jiān)控項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度和驗(yàn)收撥款等流程，如圖1所示。系統(tǒng)需根據(jù)業(yè)務(wù)為導(dǎo)向形成數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)和工作流程，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目計(jì)劃審批流程的系統(tǒng)化和審批進(jìn)度的動態(tài)顯示。

1.1.2 歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

將歷史更新改造與大修整治項(xiàng)目關(guān)鍵信息數(shù)字化，并以結(jié)構(gòu)化方式存儲在數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從年份、專業(yè)、鐵路局等不同維度，對資金使用情況、立項(xiàng)情況等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1.1.3 項(xiàng)目自動調(diào)整類別

鐵路局上報項(xiàng)目時，存在將更新改造（大修整治）項(xiàng)目誤報成大修整治（更新改造）的情況，系統(tǒng)支持根據(jù)項(xiàng)目屬性自動判斷其所屬類別[10]，并自動調(diào)整誤報項(xiàng)目的類別屬性，同時，保留原記錄。

1.1.4 自動生成圖表和文件

用戶任意選擇所需分析的字段，根據(jù)給定模板或自定義統(tǒng)計(jì)表格形式，自動生成相應(yīng)的圖表；根據(jù)各專業(yè)部門的批復(fù)意見自動生成特定模板的文件，實(shí)現(xiàn)匯總與分析數(shù)據(jù)的效率最大化。

1.1.5 分配用戶權(quán)限

不同級別用戶根據(jù)實(shí)際需要分配不同系統(tǒng)使用權(quán)限，主要包括查看項(xiàng)目、審核計(jì)劃、批復(fù)計(jì)劃和實(shí)施計(jì)劃等。

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器等硬件設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成基礎(chǔ)硬件環(huán)境，從整體角度對項(xiàng)目計(jì)劃數(shù)據(jù)、設(shè)備設(shè)施臺賬數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用整合，實(shí)現(xiàn)公司更新改造與大修整治項(xiàng)目計(jì)劃審批流程和1.3.1 工作桌面

系統(tǒng)整合工務(wù)、電務(wù)、供電等全專業(yè)更新改造與大修整治項(xiàng)目資料，在系統(tǒng)工作桌面提供不同年份項(xiàng)目數(shù)量與金額統(tǒng)計(jì)分析，同時提供待辦事項(xiàng)提醒、查看鐵路局最新上報的項(xiàng)目情況。

1.3.2 項(xiàng)目管理

（1）項(xiàng)目計(jì)劃錄入是各鐵路局上報的項(xiàng)目入口，支持單個項(xiàng)目錄入與批量項(xiàng)目導(dǎo)入；（2）項(xiàng)目批復(fù)意見根據(jù)項(xiàng)目所屬專業(yè)由系統(tǒng)自動（人工）分配到各專業(yè)部門進(jìn)行審核，部門負(fù)責(zé)人需在規(guī)定的期限內(nèi)填寫批復(fù)意見；（3）項(xiàng)目意見匯總主要實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目意見批復(fù)，并生成匯總文件進(jìn)行提交；（4）項(xiàng)目進(jìn)度管理實(shí)現(xiàn)鐵路局、年度、專業(yè)等多維度查看項(xiàng)目的進(jìn)度情況等；（5）項(xiàng)目維護(hù)管理實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目查看、項(xiàng)目修改、項(xiàng)目接轉(zhuǎn)、模糊查詢等功能。項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)分析的運(yùn)營管理需求，系統(tǒng)總體架構(gòu)，如圖2所示。

1.2.1 基礎(chǔ)環(huán)境層

基礎(chǔ)環(huán)境層主要包括系統(tǒng)硬件基礎(chǔ)資源等，硬件基礎(chǔ)環(huán)境包括服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等硬件設(shè)備。

1.2.2 數(shù)據(jù)管理層

數(shù)據(jù)存儲、管理和加工層是系統(tǒng)對動、靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、管理和分析處理的主要場所。數(shù)據(jù)管理層利用計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效收集、存儲的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目數(shù)據(jù)、設(shè)備設(shè)施臺賬數(shù)據(jù)及維修數(shù)據(jù)的分類、檢索、更新和維護(hù)等。

1.2.3 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層封裝系統(tǒng)的各個業(yè)務(wù)功能模塊，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能按需進(jìn)行組件式安裝，供訪問層進(jìn)行應(yīng)用調(diào)用。

1.2.4 展示訪問層

展示訪問層通過Flex、Web、JavaScript等技術(shù)，構(gòu)成高速鐵路更新改造與大修整治項(xiàng)目計(jì)劃管理系統(tǒng)應(yīng)用客戶端，支持基于瀏覽器的訪問展示，未來將支持移動客戶端等不同方式的平臺訪問展示。

1.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

高速鐵路更新改造與大修整治項(xiàng)目計(jì)劃管理系統(tǒng)主要功能模塊包括工作桌面、項(xiàng)目管理、月報管理、統(tǒng)計(jì)報表、數(shù)據(jù)管理及系統(tǒng)管理，具體如圖3所示。1.3.3 月報管理

月報管理展現(xiàn)各鐵路局上報的正在進(jìn)行和已完成的項(xiàng)目的月報，內(nèi)容主要包括：施工進(jìn)展情況、未完成原因分析、完工時間、公司參與驗(yàn)收時間、公司參與驗(yàn)收人員和專業(yè)部門接收技術(shù)文檔情況等。

1.3.4 統(tǒng)計(jì)報表

（1）項(xiàng)目明細(xì)表展示各鐵路局上報項(xiàng)目的詳細(xì)信息；（2）分年度匯總展示各鐵路局項(xiàng)目立項(xiàng)、接轉(zhuǎn)、計(jì)劃等項(xiàng)目數(shù)量和金額等信息；（3）專業(yè)統(tǒng)計(jì)從專業(yè)角度展示各鐵路局項(xiàng)目相關(guān)信息；（4）分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)從計(jì)劃執(zhí)行對比、費(fèi)用預(yù)測、立項(xiàng)沖突分析、設(shè)備設(shè)施病害分類等角度開展多維對比分析，為公司全面綜合管理提供參考依據(jù)。

1.3.5 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目臺賬、設(shè)備設(shè)施臺賬及維修數(shù)據(jù)進(jìn)行分類查詢，同時支持具有特定權(quán)限的用戶對項(xiàng)目臺賬數(shù)據(jù)進(jìn)行修改和更新。

1.3.6 系統(tǒng)管理

實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)用戶的組織機(jī)構(gòu)、用戶登陸和訪問權(quán)限的統(tǒng)一管理。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 文本分析處理

更新改造與大修整治數(shù)據(jù)從類型上分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，其中，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括立項(xiàng)文件、可研報告和實(shí)施計(jì)劃文件等，為方便數(shù)據(jù)管理與分析，需要對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理。

對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)：（1）經(jīng)過人工的標(biāo)記，將文件中包含的關(guān)鍵要素用BIO標(biāo)記；（2）通過Word2vec計(jì)算生成文本向量；（3）采用Word2vec算法中的Skip-gram模型，根據(jù)標(biāo)記文件中的目標(biāo)詞預(yù)測上下文，獲得目標(biāo)詞的詞向量。將所獲的詞向量放入Bi-LSTM+CRF模型中進(jìn)行訓(xùn)練，通過不斷迭代優(yōu)化模型，利用模型實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。通過該方法提取文本中各項(xiàng)關(guān)鍵項(xiàng)目信息和工程信息，形成項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)選擇

（1）本系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲層采用開源數(shù)據(jù)庫PostgreSQL+分布式非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫ElasticSearch混合存儲項(xiàng)目數(shù)據(jù)；（2）邏輯控制層選擇Maven+SpringBoot+Hibernate作為后臺框架，方便項(xiàng)目維護(hù)與發(fā)布，其輕量級的應(yīng)用框架能夠簡化系統(tǒng)配置，提高開發(fā)效率；（3）視圖層采用BootStrap前端框架，該框架具有友好的交互性及展現(xiàn)效果，封裝的組件能夠讓前端開發(fā)者快速搭建Web應(yīng)用。

2.3 工作流模型設(shè)計(jì)

為了提高系統(tǒng)工作效率及優(yōu)化管理流程，引入工作流技術(shù)，負(fù)責(zé)創(chuàng)建、定義、解釋和運(yùn)行整體業(yè)務(wù)流程。工作流將現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程分解，按照一定的規(guī)則和過程來執(zhí)行，并監(jiān)控文檔、信息的傳遞，提高系統(tǒng)開發(fā)效率。本文根據(jù)業(yè)務(wù)流程，設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作流模型，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)過程的科學(xué)設(shè)置和分配，方便后續(xù)業(yè)務(wù)動態(tài)調(diào)整。工作流模型，如圖4所示。

2.4 數(shù)據(jù)中間件技術(shù)

為了滿足同時查詢結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化全量數(shù)據(jù)，并快速返回結(jié)果的需求，系統(tǒng)研發(fā)數(shù)據(jù)中間件模塊。用戶查詢某條內(nèi)容時，不用直接訪問數(shù)據(jù)庫，而是由數(shù)據(jù)中間件進(jìn)行攔截解析，中間件將查詢條件與數(shù)據(jù)庫存儲信息相結(jié)合，生成對應(yīng)于不同數(shù)據(jù)庫不同存儲節(jié)點(diǎn)的專用查詢語句，再將最終查詢結(jié)果統(tǒng)一排序后返回至前端頁面。

3 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

高速鐵路更新改造與大修整治項(xiàng)目計(jì)劃管理系統(tǒng)采用在公司、委托維管鐵路局及站段三級部署及應(yīng)用方式，實(shí)現(xiàn)更新改造與大修整治項(xiàng)目計(jì)劃信息化管理，并開展專項(xiàng)綜合對比分析應(yīng)用，使得公司財(cái)務(wù)和業(yè)務(wù)人員能夠直觀了解項(xiàng)目進(jìn)展及費(fèi)用使用情況。

3.1 年度項(xiàng)目計(jì)劃及金額完成情況

對某高鐵公司計(jì)財(cái)部某年份各專業(yè)更新改造與大修整治計(jì)劃項(xiàng)目與金額進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如圖5所示。

由圖5可知，通過該系統(tǒng)相比以往Excel表格形式存放并重復(fù)計(jì)算數(shù)據(jù)的方式，可提供準(zhǔn)確且直觀的分析統(tǒng)計(jì)結(jié)果，顯著提升公司更新改造與大修整治項(xiàng)目計(jì)劃與金額管理水平。

3.2 項(xiàng)目計(jì)劃錄入、接轉(zhuǎn)與維護(hù)

系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目計(jì)劃單個錄入與批量導(dǎo)入以形成項(xiàng)目臺賬庫，并支持對項(xiàng)目計(jì)劃的查看、修改及條件查詢，能夠?qū)δ承╆P(guān)鍵屬性進(jìn)行一鍵修改及設(shè)置。若某一項(xiàng)目計(jì)劃本年度未能完成，需要進(jìn)行項(xiàng)目接轉(zhuǎn)至下一年度，系統(tǒng)通過錄入接轉(zhuǎn)信息，關(guān)聯(lián)實(shí)施計(jì)劃文號等，核實(shí)相關(guān)實(shí)施計(jì)劃金額、剩余金額等，避免手工錄入帶來的數(shù)據(jù)錯誤與維護(hù)困難，實(shí)現(xiàn)公司對項(xiàng)目計(jì)劃等相關(guān)數(shù)據(jù)的數(shù)字化管理。

4 結(jié)束語

以高鐵公司更新改造與大修整治計(jì)劃項(xiàng)目管理現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)劃管理需求分析，從數(shù)據(jù)整合、總體架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)等方面設(shè)計(jì)了高速鐵路更新改造與大修整治計(jì)劃項(xiàng)目管理系統(tǒng)。（1）根據(jù)高鐵公司管理更新改造與大修整治項(xiàng) 目的特點(diǎn)，梳理業(yè)務(wù)流程形成系統(tǒng)工作流，明確系統(tǒng)功能需求；

（2）實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)源的集成，利用文本分析等技術(shù)將非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)統(tǒng)一數(shù)字化管理；

（3）構(gòu)建系統(tǒng)總體架構(gòu)及功能模塊，提高管理人員工作效率，為高鐵科學(xué)化管理提供決策支持。

目前，本系統(tǒng)已完成并在某高鐵公司上線應(yīng)用，能夠滿足高鐵公司、鐵路局更新改造與大修整治的業(yè)務(wù)使用需求，具有一定的應(yīng)用和推廣價值。