【畢業(yè)學位論文】(Word原稿)列車信息管理系統(tǒng)功設計與實現(xiàn)-軟件工程

摘 要 I 摘 要 隨著我國鐵路事業(yè)和城市軌道交通事業(yè)的高速發(fā)展，高速、高效成為列車運行的目標 。 而列車在高速運行 和頻繁使用的 過程中必然會容易發(fā)生故障， 所以如何能夠快速檢測到故障、幫助司機和維護人員快速解決故障， 列車信息管理系統(tǒng)就是在這樣的背景下應運而生 。列車信息管理系統(tǒng)可以說是列車的大腦，依靠它完成指令的發(fā)送和故障的發(fā)現(xiàn)， 成為了保障列車安全運行與維護過程中重要的工具。 本文采用了 C/S 技術架構，選 用了 微軟公司的 010 作為開發(fā)工具進行開發(fā) ，后臺數(shù)據(jù)庫 為 統(tǒng) 程序 采用 C#語言來完成編寫。 本文通過對 列車 信息管理系統(tǒng)功能 詳細 的分析，描述了系統(tǒng)功能性需求、功能性需求分析、非功能性需求 ， 闡述了系統(tǒng)目 標、建設原則、軟件支撐環(huán)境以及系統(tǒng)的概要設計和主要功能劃分，并 有相關圖例。本文還介紹了 信息 管理系統(tǒng)各個功能模塊設計，數(shù)據(jù)庫設計以及各表間的邏輯關系， 給出了幾個主要模塊功能的實現(xiàn)流程圖、軟件實現(xiàn)界面、部分核心代碼，并對最終的軟件系統(tǒng)進行了測試。 最后， 本文總結(jié)了系統(tǒng)的運行狀況 ，指出系統(tǒng)存在的不足 之處， 并提出改 進意見，還展望了該系統(tǒng)的應用前景，為該系統(tǒng)以后 的發(fā)展提供了有益的參考。 關鍵詞： 列車 信息 ； 故障維護； 數(shù)據(jù)庫； 信息 管理系統(tǒng) I s is in of be to so to to to is to as in be to be on it to an to , s 010 as # to In of in of of of on of of to of of 目錄 目錄 摘 要 . I . 1 章 緒 論 . 1 文背景 . 1 車信息管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 . 2 統(tǒng)研究的內(nèi)容和目的 . 3 文的結(jié)構安排 . 4 第 2 章 列車信息管理系統(tǒng)的需求分析 . 5 系統(tǒng)概述 . 5 系統(tǒng)功能性需求 . 7 需求分析概述 . 7 系統(tǒng)性能需求 . 8 系統(tǒng)功能分析 . 9 非功能性需求 . 15 實用性 . 15 安全性 . 15 可維護性 . 15 可靠性 . 15 第 3 章 列車信息管理系統(tǒng)的總體 設計 . 16 系統(tǒng)體系結(jié)構設計 . 16 系統(tǒng)功能模塊設計 . 18 運行模塊設計 . 19 公共顯示模塊設計 . 20 空調(diào)模塊設計 . 21 故障履歷模塊設計 . 23 維修菜單模塊設計 . 24 目錄 維護終端模塊設計 . 26 第 4 章 列車信息管理系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)庫設計 . 30 數(shù)據(jù)庫基本理論 . 30 據(jù)庫設計原則 . 30 據(jù)庫設計階段 . 31 概念模型設計 . 32 物理模型設計 . 34 第 5 章 列車信息管理 系統(tǒng)的功能詳細設計與實現(xiàn) . 39 系統(tǒng)的開發(fā)平臺 . 39 系統(tǒng)功能模塊的實現(xiàn) . 39 登陸模塊的設計與實現(xiàn) . 39 運行模塊的設計與實現(xiàn) . 40 公共顯示模塊的實現(xiàn) . 51 空調(diào)模塊的實現(xiàn) . 52 故障履歷模塊的實現(xiàn) . 54 維修菜單模塊的實現(xiàn) . 56 維護終端模塊的實現(xiàn) . 58 第 6 章 總結(jié)與展望 . 60 總結(jié) . 60 展望 . 61 第 1 章 緒 論 1 第 1 章 緒 論 文背景 自從 1825 年世界上第一條鐵路在英國誕生以來，經(jīng)過一百多年的發(fā)展，現(xiàn)如今鐵路運輸已經(jīng)成為了人類最主要的交通運輸方式之一，為人類的出行提供了許多方便，同時也拉動了經(jīng)濟的快速發(fā)展。我國人口眾多、地大物博，運輸壓力大，所以鐵路運輸顯得尤為重要，決定著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，截止 2013 年 4 月我國鐵路總里程達到約 10 萬公里，位居世界第二，其中高鐵運營里程達到 9300 多公里，位居世界第一，我國現(xiàn)有鐵路路網(wǎng)長度居世界前列，但鐵路路網(wǎng)密 度和人均鐵路長度等指標，在世界 130 多個用于鐵路的國家和地區(qū)中居于靠后的位置 【 1】 。 在人類鐵路發(fā)展的這一百多年的歷史中，人們在追求鐵路路線建設密度的同時，也在提高每條線路的運輸效率，所以列車從最初的蒸汽機式，到如今的全電氣化，列車的速度也有了大幅度的提升，到 2007 年 4 月，法國高速鐵路的試驗速度到底驚人的 h【 2】 。在我國，鐵路路網(wǎng)的建設長期落后與國民經(jīng)濟的發(fā)展，近幾年來，國家一直致力于大力發(fā)展鐵路建設，尤其是在高速鐵路和城市軌道交通方面，政府給予了大力支持，拉到了我國經(jīng)濟的快速發(fā)展。 隨著 人們對列車速度的不斷追求，列車速度越來越快，同時又為了滿足日益增長的運輸需求，列車在軌道上運行的間距也變得越來越短，對列車運行的精確度要求也越來越高。 2007 年 4 月 18 日我國鐵路進行了第六次大提速，而今幾年高速鐵路和動車組的發(fā)展也是越來約快，這都體現(xiàn)了我國列車對高速度的追求，而與此同時在城市交通的發(fā)展過程中，地鐵、輕軌正逐步取代傳統(tǒng)的公交系統(tǒng)，地鐵與輕軌追求速度的同時，其短間距是它們的另外一大特色。所以高速度、高精度、短間距成為了目前列車運行所追求的新目標，在這種情況下，僅憑司機的目測駕駛早已無法完成任務。 列車信息管理系統(tǒng) （ 3就相當于列車的大腦，能時刻顯示列車運行狀態(tài)、及時反應列車運行數(shù)據(jù)，列車哪兒出現(xiàn)了故障，也會及時顯示出來并記錄下故障數(shù)據(jù)，這就能為司機提供操作指示，降低列車操作難度、簡化列車故障排查?？傊?，這個系統(tǒng)為列車實現(xiàn)高速度、高精度、短間距運行提供了保障。 第 1 章 緒 論 2 車信息管理系統(tǒng) 研究現(xiàn)狀 列車信息管理系統(tǒng)（ 的發(fā)展是伴隨著列車通信網(wǎng)絡和列車運行控制系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展的。為了實現(xiàn)列車中分散于各車輛中設備的協(xié)調(diào)工作，列車通信 網(wǎng)絡在初期串行通信總線的基礎上逐步發(fā)展起來，它能夠?qū)崿F(xiàn)整列車中所有設備的信息共享、協(xié)調(diào)工作，以及故障的遠程診斷和維護，為旅客提供信息服務等功能 4。 世界上各個國家鐵道機車車輛在各自的發(fā)展過程中使用了不同的列車通信網(wǎng)絡技術。目前使用廣泛的列車通信網(wǎng)絡技術有符合 準的 絡、符合 準的列車通信網(wǎng)絡 5，以及其他工業(yè)控制網(wǎng)絡等等。下面簡單介紹一下 發(fā)展歷史。 1988 年，受國際電工委員會（ 9 技術委員會（ 委托，來自20 多個國家以及 際鐵路聯(lián)盟）的代表組成的第 22 個工作組（ 共同為鐵路設備的數(shù)據(jù)通信制訂一項標準 6。 1999 年 6 月，經(jīng)長達 11 年的工作， 在 司的 及西門子公司的 意大利的 運行經(jīng)驗的基礎上制訂的列車通信網(wǎng)絡標準 式成為國際標準。我國在 2002 年頒布的鐵道部標準 30252002 也將其正式確認為列車通信網(wǎng)絡標準 20。 各國的列車運行控制系統(tǒng)都歷經(jīng)了一個漫長的發(fā)展歷程。步入 20 世紀 90年代后 ,許多個國家根據(jù)本國國情需要和自身技術實力研發(fā) 了具有自己特色的列車運行控制系統(tǒng)。其中比較有代表性的包括：法國的 U/T 系統(tǒng)、德國的 統(tǒng)、日本新干線的 統(tǒng) 8。這些列車運行控制系統(tǒng)實現(xiàn)了連續(xù)自動地監(jiān)督列車運行速度，防止人為誤操作造成險性事故，確保了列車的高速安全運行。這些系統(tǒng)都有各自的優(yōu)點，并且被借鑒運用在其他許多國家的機車車輛上。我國列車運行控制系統(tǒng)的數(shù)字化研究始于上個世紀 90 年代，針對我國鐵路不同速度列車共線運營、客貨混跑、需要滿足高密度、大重量的運輸需求等一系列特殊條件。我國從 1995 年對列車運行控制系統(tǒng)進行了大規(guī)模地推廣和應用，并于2004 年確立了我國列車運行控制系統(tǒng)的體系框架：將列車運行控制系統(tǒng)分為9五個不同的等級。這五個等級的列車運行控制系統(tǒng)用于滿足我國不同線路的要求，它們都具有安全防護、人機界面操作、自行檢測以及可靠性和安全性的功能。 第 1 章 緒 論 3 統(tǒng)研究的內(nèi)容和目的 目前我國正在大量使用的一些列車信息管理系統(tǒng)存在的不足，本文主要是 針對這些不足之處對系統(tǒng)進行改進和技術升級。本課題主要側(cè)重列車運行信息監(jiān)控和管理的研究與設計 ,包括信息管理平臺和重要車載數(shù)據(jù)的研究與設計 ,具體的研究內(nèi)容包括以下幾點 : （ 1）列車信 息管理系統(tǒng)人機接口裝置的界面設計 研究了列車運行中的信息管理的需求 ,根據(jù)具體需要實現(xiàn)了人機接口設備的硬件設計、操作系統(tǒng)設計和應用軟件設計。從而達到 美化操作界面，使界面能夠及時反映出故障，減少司機誤操作的可能性，操作更加簡單方便。 （ 2）車載數(shù)據(jù)的管理設計 研究了列車運行記錄數(shù)據(jù)的特點 ,根據(jù)數(shù)據(jù)運行時的特點設計了數(shù)據(jù)存儲、在線更新和維護的方法。從而 使列車數(shù)據(jù)管理專業(yè)性更加強，分類更加細化，使各類數(shù)據(jù)能夠被分類下載，方便技術分析時對數(shù)據(jù)的下載。 列車信息管理系統(tǒng)的可靠性和安全性是列車安全運行的重要保障，而其可靠 性和安全性的提高，最主要是信息的正確傳達和及時傳達，在達到這兩點的前提下，還要提高其可操作性，通過人為操作能夠及時消除或者減少故障對列車安全運行的影響，從而使列車安全到達目的地。另外，系統(tǒng)記錄的運行數(shù)據(jù)也是我們用來分析列車故障原因的最重要依據(jù)，但是哪些數(shù)據(jù)是需要記錄的，哪些數(shù)據(jù)是我們經(jīng)常需要使用，各種不同的數(shù)據(jù)其使用頻率和重要程度有所不同，所以需要我們的系統(tǒng)需要根據(jù)這些異同點來設計。我們的系統(tǒng)可以根據(jù)要求對不同種類的數(shù)據(jù)實行跟蹤，增強數(shù)據(jù)跟蹤的靈活性和安全性。系統(tǒng)的最終設計能夠?qū)崿F(xiàn)以下幾個目的： （ 1）操作 界面的分類：根據(jù)司機跟維修人員的不同需要將界面分為兩個板塊 司機模式和維修模式，其中維修模式需要輸入密碼才能進入，這樣就能防止司機在運行過程中人為誤操作引起故障或者是影響運營服務質(zhì)量的事件。 （ 2）故障出現(xiàn)時操作界面彈出故障代碼功能。故障彈出功能可以及時提醒司機，讓司機及時做出反應并發(fā)出指令，達到及時對故障進行處理，保障安全運行的目的。 （ 3）操作界面上的幫助功能：因為操作界面上包含的內(nèi)容很多，操作人員有時候會忘記上面某種顏色或者某個符號所代表的意思，所以設置一個幫助功第 1 章 緒 論 4 能可以給操作人員提供具體的解釋，這 為操作人員能發(fā)出正確指令提供了保障。 （ 4）操作界面上數(shù)據(jù)顯示功能：在操作界面上安裝數(shù)據(jù)顯示功能是為了技術人員的故障分析需求，有時候一些故障需要一邊模擬操作一邊觀察數(shù)據(jù)變化達到故障排查的目的，比如在列車不同制動級別和牽引級別時，顯示不同數(shù)據(jù)。 （ 5）數(shù)據(jù)管理的分類：分為系統(tǒng)記錄數(shù)據(jù)和故障跟蹤數(shù)據(jù)記錄，方便維護人員根據(jù)不同需要下載。 （ 6）數(shù)據(jù)種類設置“增加”功能：列車在長期的運行過程中，可能會出現(xiàn)很多不可預期的問題，從而導致原本的一些數(shù)據(jù)記錄不能滿足維護需要，所以增加一個數(shù)據(jù)種類的“增加”功能，可以靈活滿足 列車的維護維修要求。 文的結(jié)構安排 第一章 緒論。本章主要介紹了論文的研究背景及、發(fā)展現(xiàn)狀，本論文的 研究內(nèi)容、目的以及主要研究范圍，最后介紹了論文的組織結(jié)構安排。 第二章 列車信息管理系統(tǒng)的 需求分析。通過對列車信息管理系統(tǒng)的功能分析，描述了系統(tǒng)功能性需求、功能性需求分析、非功能性需求，介紹了系統(tǒng)使用技術、系統(tǒng)開發(fā)平臺和工具。根據(jù)與客戶的實際接觸，把該系統(tǒng)分為多個功能模塊分別進行開發(fā)。 第三章 列車信息管理系統(tǒng)的 系統(tǒng)設計 。本章主要對列車信息管理 系統(tǒng)的人機接口模塊 的功能進行了分析，并且根據(jù)實際 需求和 設計目的，對幾個重點功能進行了重要分析和介紹 。 第四章 列車信息管理系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)庫設計 。 主要介紹了系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫庫表的詳細物理設計，以及各表間的邏輯關系等。為了加深對數(shù)據(jù)庫表見邏輯關系的了解，通過 可以方便的進行查看。 第五章： 列車信息管理系統(tǒng) 實現(xiàn)。主要介紹了系統(tǒng)幾個主要模塊功能實現(xiàn)的軟件界面、以及部分核心代碼。根據(jù)前期的設計，該章講述了系統(tǒng)如何進入界面、實現(xiàn)邏輯、相關界面的設計工作。 第六章： 列車信息管理系統(tǒng)的 測試。驗證軟件系統(tǒng)的正確性和性能等能否達到設計所想要的功能。從系統(tǒng)穩(wěn)定性和安全性等 方面考慮，進行了比較系統(tǒng)的測試工作。 第七章：總結(jié)與展望。回顧整個論文的特點，總結(jié)了研究成果，指出 存在的問題以及對本課題的展望。第 2 章 需求分析 5 第 2 章 列車信息管理系統(tǒng)的 需求分析 系統(tǒng) 需求分析是軟件系統(tǒng)研發(fā)過程中最重要的一個環(huán)節(jié)。 需求分析 是一個軟件系統(tǒng)設計和開發(fā)的方向標，影響這個系統(tǒng)開發(fā)后能否發(fā)揮出足夠多的價值，也是這個系統(tǒng)能否最終取得成功的重要因素之一，一個失敗的系統(tǒng)，多數(shù)是因為在系統(tǒng)需求分析過程中對用戶的需求了解不夠，分析不徹底造成的 10。系統(tǒng)軟件分析的主要任務是：首先了解用戶現(xiàn)階段管理現(xiàn)狀和業(yè)務處理流程，然后通過充分的實地考察調(diào)研，通過對項目的可行性分析、詳細調(diào)研和系統(tǒng)化分析來確定用戶的實際需求，最終來確定系統(tǒng)的功能模塊劃分等。 列車信息管理系統(tǒng)是一個具有龐大而且比較成熟的系統(tǒng)，已經(jīng)長時間在列車上運用了， 通過對各大地鐵車輛段和各大鐵路公司機務段的訪談調(diào)查和對其列車信息管理模式的實地調(diào)查，獲取多個列車信息管理的相關信息，然后認真總結(jié)出目前該系統(tǒng)在列車上運用上存在的一些不足之處，如人機接口操作界面復雜、數(shù)據(jù)記錄管理死板不夠?qū)嵱玫惹闆r，本系統(tǒng)設計的最終目的就是優(yōu)化人機操作界面，使操作更加簡單方便，從而降低對操作人員的 素質(zhì)要求，還有就是改進數(shù)據(jù)管理，使其更加實用、更加靈活。 系統(tǒng)概述 隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和計算機信息技術的日益進步，加之計算機反應快速、操作簡單、效率極高等許多優(yōu)點，慢慢的計算機技術應用在了各行各業(yè)中。在我國，鐵路行業(yè)一直是國民經(jīng)濟的命脈，也是國家一直以來大力扶持的發(fā)展項目，尤其近幾年國家對高速鐵路和城市軌道交通行業(yè)的大力扶持，進一步加快了鐵路行業(yè)的前進步伐 11。受列車運行速度越來越快，運行環(huán)境變化快、差異大、整體環(huán)境惡劣等一系列因素的影響，這就要求我們對列車的控制更加快速、高效、準確，所以在列 車上加入計算機技術，使其信息化是解決這個問題的最好方式。 列車信息管理系統(tǒng)是列車實現(xiàn)計算機信息化管理的重要標志 【 12】 。該系統(tǒng)功能強大，不僅能時刻監(jiān)測列車運行狀態(tài)，及時反饋列車故障問題，還能自動測試列車性能，在不用開動的情況下實現(xiàn)故障診斷，簡而言之列車信息管理系統(tǒng)第 2 章 需求分析 6 就相當于列車的大腦。所以，這個系統(tǒng)對整個列車而且極其重要，它所反饋出來的信息是指導司機人員操作的直接依據(jù)，它所記錄的數(shù)據(jù)是維護人員對列車進行故障判斷和處理的重要依據(jù)。 現(xiàn)如今列車上的很多執(zhí)行機構和傳感器進行了數(shù)字化改造 ,列車內(nèi)部也建立了局域通信網(wǎng)絡 ，這樣就能保證列車的各個列車的許多重要零部件都在整個網(wǎng)絡的監(jiān)控下工作，一旦出現(xiàn)任何問題就能及時得到反饋，使列車在運行過程獲得了及時的、豐富的行車信息。列車信息管理系統(tǒng)是建立在成熟的計算機技術和通信技術的基礎上誕生的，用于保障列車的安全運行。列車信息管理系統(tǒng)主要包括中央控制裝置（ 近端裝置（ 顯示裝置、顯示控制器、事件記錄儀和 讀寫器這幾個部分。其中 中央控制裝置（ 近端裝置（ 列車信息管理系統(tǒng)網(wǎng)絡建立的重要組成部件，是列車各類信息的傳達與處理中心 【 13】 ；而顯示裝置主要是司機室 的的顯示屏幕，是負責傳達列車信息的界面，為司機能夠及時提供各類列車信息，從來能進一步指導司機操作；顯示控制器也是一個顯示屏幕，只不過它是可以觸控的，司機可以通過它來發(fā)出各類指令；事件記錄儀記錄重要功能的各種操作，如緊急制動（列車操作員通過緊急停止按鈕或緊急開關施加）、緊急車門操作等；各駕駛室中裝有 讀寫器，以便通過 儲卡從 /向 下載 /上傳數(shù)據(jù)。如圖 示為整個列車信息管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲圖 【 14】 。 圖 車信息管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲圖 一個好的列車信息管理系統(tǒng)不僅僅是要求功能強大， 還要求它能簡單方便的操作、能靈活多變的使用，更重要的是能減少對操作人員的本身素質(zhì)要求。 第 2 章 需求分析 7 本文以 術為開發(fā)基礎，充分利用計算機技術，選用 010開發(fā)平臺下的 C#語言進行開發(fā)，并采用 005 數(shù)據(jù)庫技術來實現(xiàn)列車信息管理。通過對列車信息管理系統(tǒng)功能的分析，對該系統(tǒng)的功能模塊進行設計，主要分為司機，維護人員，管理人員等子模塊，從而實現(xiàn)對列車信息的綜合管理。 系統(tǒng)功能性需求 根據(jù)訪談調(diào)查期間各方操作人員建議，和專業(yè)人員的指導，以及自己的認真總結(jié) ，結(jié)合先階段個各種不同的信息管理系統(tǒng)優(yōu)缺點，開發(fā)設計出新的一套列車信息管理系統(tǒng)，用于列車信息管理與維護，使用該系統(tǒng)可以降低對操作人員本身的素質(zhì)要求，操作更加簡單方便，系統(tǒng)的靈活性也很強，可以更加操作人員需要添加與刪改一些數(shù)據(jù)的保存項目。 需求分析概述 通過對 各大地鐵車輛段和各大鐵路公司機務段的 調(diào)查分析，結(jié)合系統(tǒng)開發(fā)目標的要求，該系統(tǒng)應具備以下功能需求： （ 1） 監(jiān)視功能：該系統(tǒng)的監(jiān)視功能主要是體現(xiàn)在兩大方面：一個是監(jiān)視和顯示各個設備的情況， 實時顯示與 行傳輸?shù)脑O備運行情況以及火災報警裝置的 啟動情況，這個功能就要體現(xiàn)在顯示控制器和顯示裝置上面，監(jiān)視對象包括客室門是否關閉、 變壓變頻 (變器和靜逆變器（ 否啟動等等許多方面，監(jiān)視方式主要通過不同符號和不同顏色來表現(xiàn)，這在本文接下來的人機界面設計里面有更加具體的介紹；另外一個是監(jiān)視列車運行的數(shù)據(jù)和司機操作記錄，這個功能主要是體現(xiàn)事件記錄儀里面對司機操作的記錄、中央控制器中 列車運行數(shù)據(jù)的記錄以及其他記錄，這種監(jiān)視主要是用數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的。 （ 2）控制功能：列車在運行過程中，不僅能通過該系統(tǒng)獲取列車運行信息，也同時具備一些控制功能， 其控制主要是對空調(diào)和乘客信息顯示裝置的控制：一，控制空調(diào)，通過 制作空調(diào)運轉(zhuǎn)指令，從系統(tǒng)操作界面以車廂為單位設定空調(diào)溫度與空調(diào)模式的功能；二，控制乘客信息顯示裝置，該功能主要是當列車第 2 章 需求分析 8 內(nèi)發(fā)生火災等異常情況時，利用系統(tǒng)的緊急廣播頁面向所有乘客傳達該信息，在列車自動防護裝置故障時，系統(tǒng)能代替列車自動防護裝置向乘客信息顯示裝置發(fā)送車站信息，從而達到乘客信息顯示裝置可以將車站信息用于廣播的目的。 （ 3）測試功能：系統(tǒng)的測試功能主要是用來在列車不運行的情況下檢查列車的性能，從而方便維護人員對列車的維護和檢修，其測試主要包 括三個方面：一，車載測試功能，主要是車上主逆變器（ 輔助逆變器 (電子本地控制單元 (車上運行的部件自行測試功能，測試結(jié)果由設備判斷得出結(jié)果，司機和維護人員可以直接根據(jù)結(jié)果判斷設備是否符合上線運行條件；二，試運行功能，這個功能主要是列車在正式投入運營之前， 通過實際行駛列車來測量車輛性能的測試，技術人員通過列車在行駛過程中的，對列車的運行數(shù)據(jù)來判斷列車是否能達到上正線運營的標準；三，測試功能，主要是對乘客信息顯示功能的測試，還可以在靜止情況下通過輸入速度可以模擬行駛狀態(tài)。 （ 4）安 全與保密：為了使不同的操作人員能夠各盡所職、互補干擾，該系統(tǒng)通過設定用戶的使用權限來達到這個目的，從而實習安全操作、安全維護、安全管理的目的。該系統(tǒng)對不同權限的用戶設計不同功能的模塊 【 21】 。 系統(tǒng)性能需求 1、操作界面需求 該系統(tǒng)采用 用的界面，易于操作、畫面簡潔，支持觸摸控制操作，界面的設計需要遵循以下設計規(guī)則： （ 1）界面要具有一致性，界面規(guī)范應遵循 件界面的規(guī)范； （ 2）可以提供簡單的錯誤處理提示并且提供信息反饋功能，用多種信息提示用戶當前軟件運行 的狀態(tài)； （ 3）操作可逆操作，動作可以是單個的操作，或者是一個相對獨立的操作序列； （ 4）顯示啟動畫面，畫面簡潔美觀，富有現(xiàn)代氣息。 2、 操作性能需求 （ 1）在精確度上，要求該系統(tǒng)在進行數(shù)據(jù)查詢時，能及時快速的顯示所需信息，而且需要保證所查看信息的完整性，查到的記錄需要與所給定的查詢條件完全匹配。 第 2 章 需求分析 9 （ 2）在適應性上，滿足不同操作人員使用的需求。對于人機界面，系統(tǒng)為用戶提供簡潔的觸控操作方式，同時在界面設置“幫助”一欄，指導操作人員正確快速的操作系統(tǒng)。對于車底中央控制裝置，系統(tǒng)支持鍵盤、鼠標作為輸入設備。 （ 3）在時間上，對于列車運營來說時間就是生命，所以一般操作的響應時間應控制在 2 秒鐘之內(nèi)，車上人機界面的數(shù)據(jù)顯示，則需要滿足及時性和正確性。而車底相關數(shù)據(jù)下載時，也用盡量在可接受的時間內(nèi)完成，減少操作人員的等待時間，同時在下載數(shù)據(jù)時應當顯示數(shù)據(jù)載入界面，避免用戶等待數(shù)據(jù)下載時的枯燥。 系統(tǒng)功能分析 列車信息管理系統(tǒng)的功能強大，在列車的運行、維護以及檢修過程中都需要適用該系統(tǒng)，所以為了適應不同的操作人員，需要對系統(tǒng)進行分類管理，這樣既能保證系統(tǒng)的安全性，也能使不同職責的操作人員能夠各盡所職、互 相不干擾。根據(jù)實際情況認真分析，本系統(tǒng)現(xiàn)共有三個級別的操作者，分別是司機、維護人員和管理人員。下面對這三個級別的操作者能夠進行的操作進行簡單說明： （ 1）司機，為了使列車安全運行，以及為乘客提高安全舒適的運營環(huán)境的操作者。 點擊司機模塊，進入司機操作界面。 通過不同的功能的模塊查看列車的狀態(tài)和對列車信息數(shù)據(jù)進行狀態(tài)查看，通過這些數(shù)據(jù)判斷列車是否適合上線運行。 列車故障查看，能對故障進行應急性操作。 空調(diào)模式選定，客室內(nèi)溫度查看。 （ 2）維護人員，對列車進行常規(guī)維護、故障處理和數(shù)據(jù)設定的操作者。維護人員能操作 司機所有的系統(tǒng)模塊，同時還能有幾項司機無法操作的系統(tǒng)模塊。 點擊維護人員模塊，輸入密碼進入系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)設定，包括空調(diào)目標溫度的設定、輪徑值設定、空載值設定、屏幕亮度設定等。 對系統(tǒng)所有軟件版本進行查看。 第 2 章 需求分析 10 模擬列車行駛功能，以及查看列車監(jiān)測結(jié)果。 （ 3）管理人員，是本系統(tǒng)權限級別最高用戶。該用于可以通過電腦連接車底中央控制裝置進行操作。 維護系統(tǒng)信息，修改密碼。 負責各個軟件的系統(tǒng)更新和備份。 能下載所有數(shù)據(jù)，用于故障分析。 對數(shù)據(jù)監(jiān)測項進行增減和修改 負責軟件版本更換和數(shù)據(jù)上傳。 列車信息管理系統(tǒng) 的系統(tǒng)模塊主要分為車上人機接口顯示器部分，和車底部門（主要包括中央控制器、事件記錄儀），其中車上部分主要是為了司機和維護人員設定的，而車底部門主要是管理人員操作的。該系統(tǒng)的功能邏輯模型如圖 示。 圖 系統(tǒng)功能邏輯模型 系統(tǒng)功能分析是在系統(tǒng)開發(fā)總體任務的基礎上完成的，本系統(tǒng)完成的主要功能有以下幾個方面： （ 1） 運行模塊，能監(jiān)控列車上設備的動作情況。運行模塊主要是列車在運行過程 中司機主要關注的模塊之一， 設計該模塊是為了列車在高速運行過程中以及到站停車、再啟動時，司機需要 通過該模 塊知道列車的實時狀態(tài) ， 根據(jù)列車狀態(tài)來判斷列車是否符合停車或啟動條件，若不符合條件是由什么原因?qū)е碌模枰鍪裁聪嚓P的操作才能使列車正常運行，這些都可以通過該模塊觀察車 上 模 塊列 車 信 息 管 理 系 統(tǒng)運行公共顯示空調(diào)車 底 模 塊維護終端故障履歷維修菜單第 2 章 需求分析 11 到。總之，該模塊就是監(jiān)控實時運行狀態(tài)、指導司機正確操作的的界面 。 運行模塊用例圖如圖 示。 系 統(tǒng) 登 入牽 引 系 統(tǒng) 監(jiān) 視制 動 系 統(tǒng) 監(jiān) 視車 門 狀 態(tài) 監(jiān) 視報 警 狀 態(tài) 監(jiān) 視司 機維 護 人 員軟 旁 路 操 作輔 助 供 電 系 統(tǒng) 監(jiān) 視圖 運行模塊用例圖 （ 2） 公共顯示模塊是一直顯示在整個顯示 車上 界面最上方，并且不會因為操作人員選擇而改變的模塊，也就是說公共模塊是一直顯示，而且是不受操作人員而改變的模塊。 司機在列車運行過程 中需要觀測的信息點比較多，所以設計這個模塊是為了保證重要的信息點能夠時刻顯示在人機界面上。該界面主要是為了方便司機操作，跟故障處理沒有任何關系。 公共模塊用例圖如圖 示。 第 2 章 需求分析 12 系 統(tǒng) 登 入主 電 流 、 主 電 壓 顯示日 期 、 時 間 顯 示實 時 車 速 顯 示當 前 站 、 下 一 站 、 終點 站 顯 示“ 幫 助 ” 功 能司 機維 護 人 員圖 公共 模塊用例圖 （ 3） 使用空調(diào)模塊，能查看空調(diào)的狀態(tài)也能控制空調(diào)。 列車空調(diào)是決定對乘客服務質(zhì)量的重要因素，而列車在運行過程中，司機跟乘客不在同一個空間里，因此對每節(jié)車廂的空調(diào)系統(tǒng)進行實時監(jiān)控是非常有必要的。設計空調(diào)模塊就是為了幫助司機及時了解客室的溫度情況，司機根據(jù)客室溫 度情況來選擇不同空調(diào)模式、設定客室溫度的高低，同時維護人員根據(jù)季節(jié)變化情況設定空調(diào)目標溫度。 空調(diào)模塊用例圖如圖 示。 輸 入 密 碼登 入 系 統(tǒng)客 室 溫 度 查 看空 調(diào) 運 行 模 式 選 定空 調(diào) 目 標 溫 度 查 看空 調(diào) 目 標 溫 度 設 定司 機維 護 人 員圖 空調(diào) 模塊用例圖 第 2 章 需求分析 13 （ 4） 使用故障履歷模塊，能夠查看列車 的故障信息 。 列車在運行過程中發(fā)生的故障需要及時處理，有些故障司機處理不了的需要及時上報的相關技術人員那里，然后讓技術人員遠程指導司機處理，所有 設計故障履歷模塊是為了幫助司機準確、及時的上報故障信息， 除此之外， 還能夠記錄故障信息，方便技術人員故障發(fā)生后查看故障。 故障履歷模塊 用例圖如圖 示。 登 入 系 統(tǒng)查 看 故 障 信 息查 看 故 障 是 否 消 除故 障 自 動 彈 出 任 何 界面司 機維 護 人 員圖 故障履歷 模塊用例圖 （ 5） 維修菜單模塊， 是維護人員對車輛進行常規(guī)維護的輔助工具。為了確保列車每天能夠安全運行，一般來說對列車有嚴格的檢修規(guī)程，但是有些檢查是無法用肉眼去發(fā)現(xiàn)的，比如說列車的通信、電路等這些都無法直接觀察出來，所以設計該模塊就是為了實現(xiàn)對設備這一部分的檢測。另外，維護人員需要每天對列車的能耗、當天行駛距離和總體行駛距離進行記錄，除此之外，列車在運行一段時間過后有些參數(shù)會產(chǎn)生變化，所有該模塊也應具有這一功能。 維修菜單模塊用例圖如圖 示。 第 2 章 需求分析 14 輸 入 密 碼 ， 登 入 系 統(tǒng)維 護 人 員能 耗 、 行 駛 距 離 記 錄車 載 測 試 和 試 運 行空 載 、 輪 徑 值 設 定時 間 、 屏 幕 亮 度 調(diào) 整圖 維修菜單 模塊用例圖 （ 6） 使用維護終端模塊 ，對列車的數(shù)據(jù)和整個程序進行管理 。 前面設計的五個模塊是車上人機界面的操作模塊，系統(tǒng)版本的查看、數(shù)據(jù)的刪除和備份等，這些都不能在人機操作界面上直接實現(xiàn)，為了對實現(xiàn)這些功能、對車上模塊進行統(tǒng)一管理，所以設計維護終端模塊。除此之外，列車在運行過程中需要記錄大量的數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)也需要用專門的軟件來進行查看，所以，終端維護模塊還應具備這一功能。 終端維護 模塊用例圖如圖 示 。 輸 入 密 碼 ， 登 入 系統(tǒng)管 理 人 員列 車 運 行 、 故 障 、跟 蹤 數(shù) 據(jù) 下 載對 數(shù) 據(jù) 進 行 刪 除 、備 份 、 恢 復 管 理向 系 統(tǒng) 上 傳 數(shù) 據(jù)查 看 、 更 改 更 新 軟件 版 本添 加 、 修 正 數(shù) 據(jù) 記錄 項用 電 腦 連 接 C C 維修終端 模塊用例圖 第 2 章 需求分析 15 非功能性需求 系統(tǒng)在完成 操作人員 的功能性需求時，還需要滿足 其他一些系統(tǒng) 運行性能方面的需求。 實用性 該系統(tǒng)是以滿足 操作者 需求為目標，以方便用戶使用為原則，融入先進的信息 管理經(jīng)驗， 充分考慮不同操作人員的需要， 為用戶 定制的一套先進系統(tǒng)。使用該系統(tǒng)可以 提高工作效率， 有效降低培訓和使用維護投入。 安全性 采用物理、網(wǎng)絡、應用全方位的安全策略，確保系統(tǒng)不受外來的非法入侵是本系統(tǒng)著重考慮的重 要因素。系統(tǒng)力求能夠在非正常情況下（如斷電）減少數(shù)據(jù)的丟失。 可維護性 系統(tǒng)的設計與建設都要考到方便維護，包括硬件的維護、軟件的維護（更新、升級等）和網(wǎng)絡的維護。 可靠性 系統(tǒng)在給定的時間內(nèi)以及規(guī)定的環(huán)境條件下，軟件系統(tǒng)能完成所要求功能的概率。其定量指標通常用平均無故障時間和平均修復時間來衡量。 第 3 章 總體設計 16 第 3 章 列車信息管理系統(tǒng) 的總體 設計 系統(tǒng)體系結(jié)構設計 整個軟件 系統(tǒng) 的 體系結(jié)構是一個綜合 的 模型，由許多結(jié)構要素及各種視圖或觀點組成，而各種視圖主要是 由 各組成要素間的 聯(lián)系與 相 互操作而形成。所以，系統(tǒng)體系結(jié)構是一個 需要 綜合各種 要素 的模型，用 以詳細 介紹 整個系統(tǒng) 。 列車 信息 管理 系統(tǒng)的開發(fā)設計的基本架構基于 C/S (客戶機 /服務器 )結(jié)構，通過使用微軟公司的 010 開發(fā)工具、 C#語言實現(xiàn)交互式的管理系統(tǒng)。 C/S 技術架構是一種在異構環(huán)境中，由客戶機、網(wǎng)絡處理設計、服務器等組成的分布式網(wǎng)絡平臺。隨著近年來信息技術的快速發(fā)展， C/S 系統(tǒng)模式已經(jīng)成為最成熟的應用系統(tǒng)技術架構 【 15】 。 C/S 結(jié)構是一種常用的軟件系統(tǒng)體系結(jié)構，通過將任務合理分配到客戶機和服務器， 能夠有效降低系統(tǒng)的通訊壓力，充分使用客戶機和服務器這兩端的硬件環(huán)境優(yōu)勢。具體來講，客戶端 不是簡單單純顯示的一個終端，他 具有了