基于云服务优选的高铁乘务人员调度系统设计.pdf

自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期计算机与通信技术Computer and Communication TechnologyTechniques ofAutomation&Applications基于云服务优选的高铁乘务人员调度系统设计*梁 烨1,孙瑞娟2（1.陕西交通职业技术学院，陕西 西安 710018；2.山西农业大学，山西 太谷 030800）摘要:为提高工作人员的调度效果，提出基于云服务优选的高铁乘务人员调度系统设计。系统硬件部分由微控制器LPC2368、云服务优选软件模块、通信模块、GPS模块以及数据采集模块组成，设计各模块的电路。系统软件部分采用云服务优选算法规划乘务人员的排班计划，并采用三角模糊函数层次分析评价影响云服务优劣的指标，实现高铁乘务人员调度。仿真实验验证，系统的登录功能、人员信息管理功能及排班合理性达标，可以完全实现实验预期，实际应用价值较高。关键词:微控制器LPC2368；云服务优选；GPS定位；数据采集模块中图分类号：TP391文献标识码:A文章编号:1003-7241(2023)08-0111-05Design of High Speed Railway Crew Scheduling SystemBased on Cloud Service OptimizationLIANG Ye1,SUN Rui-juan2(1.Shanxi College of Communication Technology,Xian 710018 China;2.Shanxi Agricultural University,Taigu 030800 China)Abstract:In order to improve the staff scheduling effect,this paper puts forward the design of high-speed rail crew scheduling system basedon cloud service optimization.The hardware part of the system is composed of microcontroller LPC2368,cloud service optimiza-tion software module,communication module,GPS module and data acquisition module,and the circuits of each module are de-signed.In the software part of the system,the cloud service optimization algorithm is used to plan the crew scheduling plan,andthe triangular fuzzy number hierarchy analysis is used to evaluate the indicators that affect the advantages and disadvantages ofcloud services,so as to realize the crew scheduling of high-speed rail.Simulation experiments verify that the systems login func-tion,personnel information management function and scheduling rationality meet the standard,which can fully realize the experi-mental expectations and has high practical application valueKeywords:Microcontroller LPC2368;Cloud service optimization;GPS positioning;Analytic hierarchy process of triangular fuzzy numbers*基金项目：基于新能源与物联网技术的农业设备创新研究项目（SXYBKY2019015）收稿日期:2021-07-29DOI:10.20033/j.1003-7241.（2023）08-0111-05.1引言我国高铁技术已经发展成规模较大，运行公里较长且速度较快的一种轨道运输。2020年高铁客运专线已超过1.6万公里，在经济发达地区，例如珠三角、湘东、中原等地区构建了城际高铁网络，并通过四纵四横干线将各个城市的高铁网络连成一个整体。与普通铁路列车相比，高铁运行速度较高导致其对列车性能、运行条件、运行环境以及人员配备的要求也有所改变，因此对乘务人员合理调度也变得尤为重要。1971年，日本学者开始对使用计算机完成乘务人员调度进行了研究。我国对乘务调度的研究起步较晚，但是经过多年探索也构建了较多排班模型，但是由于其中的大部分数学模型限制条件较多，仅仅适用于规定区域乘务的排班情况，但是各地区的高铁运行情况均有所不同，站点位置、运行时长、车次密集程度的改变均会影响模型的最优解生成结果，使算法的适用性较低。基于此，本文提出一种基于云服务优选的高铁乘务人员调度系统设计。首先根据系统的功能要求给出各硬件部分的电路设计方案，随后结合云服务优选设计出系统软件部分，最后实验所提方法设计出的系统根据实际情况自定义输入排班规则，并通过云服务优选完成最佳排班方式的计算。2基于云服务优选的乘务人员调度系统总设计系统由微控制器LPC2368、通信模块、GPS模块、云服务优选软件模块以及数据采集模块组成，具体框架如111计算机与通信技术Computer and Communication Technology自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期Techniques ofAutomation&Applications图1所示。图1系统总结构设计首先通过数据采集模块完成乘员工作情况以及车辆信息，随后通信模块将信息传输至微控制器内，通过GPS给出车辆及乘务人员的具体定位，并且通过通信模块将定位信息传输给微控制器，微控制器对多方面信息进行整合后，实现基于云服务优选的乘务人员调度。3系统硬件设计3.1微控制器设计微控制器是调度系统的核心模块，模块中采用了32位LPC2368芯片，该芯片具有丰富的内部资源和外部接口。其具体电路如图2。图2微控制器电路设计图2电路图中若将供电电压与WP管脚直接相连那么整个系统将处于只读模式，若将WP管脚和GND直接连接，则进行读/写操作1。本文采用GND-WP的连接方式，并通过图中R14电阻对电路进行限流保护。3.2通信电路设计通信电路主要负责系统各模块的数据交互，本模块选用SIM300C芯片，其能够将微控制器与60脚的ZIF相连2。在电路开启的同时还需要报出CALLRDY才能正常使用。用户可以使用系统默认速率完成通讯，也能够根据实际需求通过AT+1PR=命令自定义选择其他通信速率。在系统正常进行通信时，可以互相连接电路中的GND、RXD、TXD三种引脚，余下引脚悬空。当电路中DTR为低时，通信模块正常运行，可以进行数据的缓冲传输，在DTR为高时，通讯模块将停止工作。3.3数据采集电路设计数据采集电路主要负责汇总高铁乘务员及车辆的相关信息，例如乘务员所乘车次、工作时间、工作地点等，具体电路设计如图3所示。图3数据采集模块电路设计图3中，ADI与微控制器P0.24引脚连接，并通过采集点和电路板接插件连接进行各模块之间的数据传输。为防止电压过高引起系统崩溃3，在电路中加入两个电阻进行分压，并串联了另外一个电阻对系统进行保护，确保系统能够正常运行，同时为降低采集点电压波动，在电路中并联了一个电容器。在信号入口处并联了一个二极管，以避免电源开启时产生的瞬时脉冲对信号采集的干扰，并通过A/D口将采集点状态传输给微控制，以实现各模块之间的信息交互。3.4GPS模块设计GPS芯片主要用于精准获得列车及乘务人员的经纬度、列车运行速度以及当前时间等信息。该模块中本文选用GPS9805芯片，如图4所示。图4GPS芯片将GPS模块芯片的UARTA和微控制器的UART3相连接，确保GPS模块所得数据信息能够传输至微控制器。数据进入微控制器内被解析即可获取到各相关信息。GPS9805芯片的18脚为复位信号输入引脚4，直接与微控制器的I/O连接，运行一段时间后微控制器对芯片进行复位处理，使其在运行时间较长时仍可以维持高精度定位，并通过接插件连接天线，实现信号的接收，将电路中的R10设为3.3 V，使得芯片处于省电工作模式中。112自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期计算机与通信技术Computer and Communication TechnologyTechniques ofAutomation&Applications4系统软件设计4.1系统功能需求系统的主要功能为高铁乘务人员的排班计划规划，而排班计划也直接取决于列车的换乘点数量、运营计划5。高铁的人员复杂，为适应各阶层人员操作，系统的设计页面应具备简洁、美观的特点，并且可以进行一些业务逻辑警告，例如某乘务人员请假，或所选司机不能被排入该排班时系统会主动给出提示并自动选择预备人员再次调整班次。系统需根据列车的运营计划，途径车站属性，在符合相关法律法规的前提下，设计出交路计划，随后将轮班任务分配给各乘务班组，并给出班次表。本文采用云服务优选算法完成系统的软件计算。本文系统中云服务优选模块主要是筛选出符合各方面需求的排班序列6，即优选过程为一种对多种指标进行综合评价的问题。通常该类问题是确保用户需求后，对各指标的权重7进行分析，并根据权重实施综合评估。高铁乘务人员调度系统需要实现的功能如下：（1）乘务交路计划生成系统应具备设置排班限制条件的功能，若排班结果不符合管理人员的实际需求，可以直接再次排班，或者也可以在原有基础上对个别人员进行重新调整。编制好排班结果后将其储存至数据库中系统可以直接调用已保存的排班结果，一定程度上提高了工作效率。（2）乘务轮班调整当列车运行图有所改动或乘务人员临时请假时，需要对当前机队进行合理调整，使个人原因的任务量已知，不能发生一人工作量较高，而另一人一直休息的情况发生。4.2基于服务云优化的乘务人员排班规划采用云服务优劣8进行排班规划，使系统排班等既能满足高铁管理人员的主观愿望的同时合理性和有效性也较高。假设云服务需要结合多个指标完成乘务人员的排班，即p=(p1,p2,pi,pn)，pi为第i个评价指标，在获得客观、主观权重i、i后，通过式（1）进行组合赋权获得pi的组合权重i。（1）采用三角模糊计算法求解出主观权重i、熵值法求解出客观权重i，具体流程如下：构建判断矩阵，根据排班需求的重要性通过三角模糊函数构建判断矩阵，记作B=(i=1,2,n；j=1,2,n)。其中且。表示B内各项指标所对应的三角模糊函数。，为指标pi和pj的进行比较时。在对两两指标进行评价时可能发生逻辑不一致的情况，因此需要再次检测矩阵B的一致性，采用期望值一致性法完成检测，其过程如下：（2）式中，。通过式（2）构建矩阵B的期望矩阵E与E的互反叛矩阵H，随后通过下式确定一致性。（3）式（3）中，为H的最大特征根，那么可得随机一致性比率如下：（4）式中，CI表示一致性指标，RI表示随机一致性指标，最后对CR值进行判定，若CR0.1，那么矩阵具有满意一致性，即云服务优选结果能够符合排班要求，反之矩阵H(B)不具备一致性，还需进行进一步修正。随后确定各指标的主观权重完成排班制定，设=(1,2,i,n)表示主观权重向量，则：（5）5仿真实验5.1实验环境为验证所提系统的有效性，对系统进行自动化测试。系统的开发环境如下：（1）开发平台：Microsoft NET 4.5（2）开发语言：javascript，C（3）操作系统：Windows7企业版（4）数据库：Micrisoft SOL 2012根据高铁乘务人员调度的实际要求，本系统采用ja-vascript和C两种语言联合开发。前端界面运用ja-vascript，后端业务运用C语言使得前后端构架分离，有效降低系统耦合性。5.2测试工具采用测试工具Robot Framework，该工具是基于可扩展的驱动框架完成测试的，具有较好的兼容性并且可以跨平台测试，主要适用于验收测试驱动的开发，测试结束后会输出测试日志及测试报告，实现功能测试。5.3测试过程及结果根据本文所设计系统特点，本文采用黑盒测试法来检测，黑盒测试主要检测系统的功能实现与预期是否一113计算机与通信技术Computer and Communication Technology自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期Techniques ofAutomation&Applications致，并不考虑系统究竟是如何实现相关功能的。并通过测试工具Robot Framework完成测试用例的验证。测试的主要内容为系统是否易于操作，各项功能是否齐全，系统能否将各项功能一一实现。测试方法如下：a.输入正确数据，观察系统是否能够将数据正确输出。b.输入错误数据，观察系统是否能给出相应的错误提示。c.系统的事件响应和预期设计是否一致。d.系统业务流程与实际业务是否保持一致。接下来对系统的各项功能进行验证。（1）用户登录功能验证每个管理人员的登录名及密码均不相同，且各用户的角色不同，其在系统中的权限也不同。测试出各用户间的关系如图5所示。图5用户间权限关系根据实际用户登录案例编写测试案例，随后根据该高铁站的实际情况输入相应参数。最后根据以上数据运行案例，测试系统给出测试报告表明本文设计的调度系统用户登录功能完全可以正常运行。（2）乘务人员信息选择功能测试编写乘务人员班组信息管理功能测试案例，测试结果如表1所示，此时系统界面如图6。表1乘务人员信息管理功能测试结果测试功能查看班组信息修改班组信息删除班组信息具体操作管理人员电机班组信息链接点击修改按钮点击删除按钮预期结果页面跳转至班组信息界面页面跳转至修改界面页面跳转至删除界面测试结果与预期相符与预期相符与预期相符图6修改班组信息页面从表1与图6可以看出，本文系统能够成功进行乘务人员的信息管理，且系统弹出页面与预期效果完全一致。（3）乘务人员排班合理性测试进行排班前，需要排班规则输入系统当中，测试时输入的规则如图7所示。测试结果如表2所示。从结果可以看出，本文系统的测试结果与预期保持一致，能够给出符合规则的排班方案。图7系统排班规则编辑页面表2排班测试结果测试功能规则选中规则设置规则提交具体操作（1）点击全选按钮（2）取消全选，点击1选项（1）设置加班时间（2）设置乘务人员每月休息天数（1）用户直接提交（2）用户自主选择排班规则预期结果（1）所有规则全部被选中（2）只选中1选项（1）能够输入（2）能够输入（1）系统发出选择排班规则提醒（2）用户选择规则成功测试结果符合预期符合预期符合预期经过上述对系统的主要功能进行测试表明，系统可以完全满足客户需求，正常实现高铁乘务人员调度的相关操作。6结束语乘务人员调度为高铁管理系统中的重要组成部分，因此本文提出了一种基于云服务优选的高铁乘务人员调度系统设计，首先详细介绍了系统硬件电路，并且通过系统软件部分的服务云优选完成的乘务人员的排班规划，实验结果表明，本文的各项功能均能达到预期效果，实际应用价值较高。参考文献:1 周艳榕.基于ASP的城市物流配送调度系统化设计J.现代电子技术,2020,43(7):159-162.2 孙鹏举,刘俊,李博.高速铁路列车调度员应急场景处置仿真系统设计研究J.铁道运输与经济,2019,41(5):77-82.3 郭小乐,宋瑞,何世伟,等.高铁车站接运公交时刻表与车辆调度综合优化J.铁道学报,2019,41(1):20-28.(下转第122页)114行业应用与交流Industrial Applications and Communications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 8 期Techniques ofAutomation&Applications表3不同负载下考核点1响应结果对比负载工况123试验值/m/s2490372.4245仿真值/m/s2500350205将测得的冲击负载输入曲线作为冲击环境，通过典型箱体结构仿真分析模型计算，得到各考核点应变响应进而计算冲击应力，结果如表4。冲击响应在0.004 s之后逐渐达到峰值，仿真计算峰值加速度略大于实测值。综合来看，在冲击输入负载下，仿真结果可以反映箱体结构响应情况，响应曲线趋势一致，幅值比较接近，峰值误差在10%以内。在有效工况中，取相同质量负载及冲击负载下，同一高度不同位置的冲击负载响应考核点（测点4、15、23）比较可知，其冲击响应趋势及峰值相近；取不同高度同一垂直位置的冲击负载响应考核点（测点21、22、23）比较可知，其冲击响应趋势相近，但冲击应力响应峰值由底部向上略有减小。表4相同负载不同考核点响应结果对比考核点415212223试验值/MPa421291101265结束语本文针对典型箱体结构开展抗冲击特性仿真分析，用DDAM方法确定薄弱位置，进行多组试验测试，并与仿真计算结果分析，根据分析结果判定齿轮箱负载传递特性，分别从冲击负载、测点位置及质量负载三个方面验证试验数据与仿真数据的一致性，证明本研究所采用的数值计算方法精度满足验证要求；仿真结果显示，典型箱体结构冲击响应受模型边界条件影响较大，箱体上下部冲击响应结果有一定差异，若将箱体上下部处理成一体模型，会导致结构刚度增加，造成加速度响应无衰减，且结构应变响应偏小，影响计算精度；跌落式冲击试验机模拟冲击试验过程的特点是使试验件以非自由落体形式跌落，冲击后不产生响应位移，因此在仿真和试验测试过程中应避免二次冲击响应，可增加对冲击性能评估的准确性。参考文献:1 汪玉,华宏星.舰船现代冲击理论及应用M.北京:科学出版社,2005.2 姚熊亮.舰船结构振动冲击与噪声M.北京:国防工业出版社,2007.3 陈海龙,姚熊亮,张阿漫,等.船用典型动力设备抗冲击性能评估研究J.振动与冲击,2009,28（2）:45-50.4 冯麟涵,汪玉,杜俭业,等.舰船设备冲击响应计算方法等效性研究J.船舶工程,2011,33(2):210-214.5 肖正明.水下设备抗冲击分析与性能评估C.中国振动工程学会,第十二届全国振动理论及应用学术会议论文集，2017:1258-1263.6 计晨，汪玉，赵建华，等.舰用柴油机抗冲击性能频域分析J.振动与冲击,2010,29(11):171-176.7 周其新，姚熊亮，张阿漫，等.舰用齿轮箱抗冲击能力时域计算J.中国舰船研究，2007,6（3）:44-48.8 刘浩，王朝杰，杨峰，张翠.船用隔振结构的实验室振动响应模拟试验系统设计J.造船技术,2017(1):12-17.9 周其新.舰载设备冲击动力学数值实验技术体系研究D.哈尔滨：哈尔滨工程大学,2008.10 王军，郭君，杨棣，等.水下爆炸不同冲击环境下的舰载设备响应分析J.振动与冲击,2015,34(15):181-187.11 王贡献，张志谊，楮德英，华宏星.新型双波冲击试验机的机理分析与动态特性研究J.机械设计与研究,2007(5):80-86.12 张影.船用齿轮箱抗冲击计算方法分析D.哈尔滨：哈尔滨工程大学,2009.13 姚熊亮,戴绍仕,周其新,等.船体与设备一体化冲击分析J.爆炸与冲击,2009,29（4）:367-374.14 张晓晖.舰船设备对安装基础的冲击环境反作用研究D.北京：中国舰船研究院，2017.15 陈海龙，姚熊亮，张阿漫，刘敏.船用典型动力设备抗冲击性能评估研究J.振动与冲击,2009,28(2):45-50.作者简介:孙侨（1990-），女，工程师，从事机械设计、项目管理的工作。通信作者：赵松涛（1989-），男，高级工程师，研究方向：船舶设备振动噪声控制，故障诊断与健康管理。4 张春杰,武智博,张硕桐.基于云平台的城市轨道交通线网综合指挥调度系统设计J.集成电路应用,2020,37(6):154-156.5 杨美皓,潘佩芬.基于北斗的铁路作业人员安全监控系统研究J.中国安全科学学报,2019,29(S2):168-173.6 丁涛,闫光荣,雷毅,等.一种多层次制造服务建模和组合优选方法J.北京航空航天大学学报,2019,45(7):1398-1405.7 金莹.基于贝叶斯粒子群算法的控制权重矩阵优化J.机械制造与自动化,2020,49(3):130-133.8 江泽豪,伊德景,朱光宇.考虑剔除虚假云服务的制造云服务优选J.计算机集成制造系统,2020,26(8):2020-2029.作者简介:梁烨（1986-），女，硕士，副教授，研究方向：经济管理、信息化教学、城市轨道交通等。(上接第114页)122