基于差分精準(zhǔn)定位技術(shù)和GIS平臺的鐵路安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)運(yùn)用實(shí)踐

王新鐘

(神華新準(zhǔn)鐵路有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000)

1 現(xiàn)狀與需求分析

國內(nèi)鐵路“客運(yùn)高速化、貨運(yùn)重載化、運(yùn)輸生產(chǎn)智能化”的發(fā)展趨勢下，重載鐵路安全生產(chǎn)管理被提升到了一個新的高度，尤其是運(yùn)維作業(yè)方面提出了更高要求和發(fā)展目標(biāo)。當(dāng)前許多新技術(shù)、新設(shè)備、新裝備不斷與鐵路行業(yè)密切結(jié)合，應(yīng)運(yùn)而生諸如：電務(wù)信號集中監(jiān)測和現(xiàn)場作業(yè)管理系統(tǒng)，供電6C系統(tǒng)，工務(wù)晃車儀和軌檢車等一系列檢測監(jiān)測系統(tǒng)和裝備，這些系統(tǒng)和裝備在保障運(yùn)維工作方面發(fā)揮了重要的作用，但是也不可避免的帶來了新的問題。由于各個系統(tǒng)相對獨(dú)立，反而形成了一個個的信息孤島。造成信息共享困難，信息資源利用率不高，信息處理能力不足，數(shù)據(jù)價值沒有得到有效利用的問題。

鐵路現(xiàn)場作業(yè)管理如何實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理，如何對現(xiàn)場作業(yè)人員和作業(yè)過程做到可見、可管、可控，從而提高現(xiàn)場作業(yè)的安全性和工作效率，如何覆蓋現(xiàn)場維修作業(yè)的“最后一公里”， 有效對工作質(zhì)量及現(xiàn)場作業(yè)人員安全進(jìn)行管理與卡控， 對容易出現(xiàn)工作疏漏，造成安全隱患的重點(diǎn)區(qū)域和重點(diǎn)工作事項(xiàng)盯控，成為各層級管理人員面臨的一項(xiàng)難題。

鑒于上述問題，迫切需要一套能夠做到設(shè)備設(shè)施全生命周期管理、作業(yè)現(xiàn)場安全可控、各專業(yè)多工種聯(lián)動、信息高度共享的鐵路安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)，來保證鐵路運(yùn)維作業(yè)順利實(shí)施和高效管理，從而保障鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)安全、提高運(yùn)輸效率、改善行車組織方式，對提升鐵路安全生產(chǎn)的“全生命周期閉環(huán)管理”具有重要意義，開啟鐵路安全生產(chǎn)管理全生命周期、全流程、全要素的“可感”、“可知”、“可測”、“可視”、“可控”的閉環(huán)管理新模式。

2 鐵路安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)總體框架

基于新準(zhǔn)鐵路公司管轄線路運(yùn)營維護(hù)實(shí)際情況，按照鐵路安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)的建設(shè)思路，按照“三層平臺，兩層應(yīng)用”架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

“三層平臺”即底層的智能物聯(lián)平臺，從終端信息采集到數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涸诟兄W(wǎng)絡(luò)；中層的基礎(chǔ)設(shè)施平臺，包括GIS平臺和融合通信平臺；上層的業(yè)務(wù)整合平臺。三層平臺均盡量采用統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、分析與計(jì)算框架。

“兩層應(yīng)用”即基于新準(zhǔn)公司站區(qū)化管理的“車、工、電、供”專業(yè)應(yīng)用和基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的智能化應(yīng)用。鐵路安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

2.1 大數(shù)據(jù)應(yīng)用

通過建設(shè)數(shù)據(jù)整合平臺和智能服務(wù)平臺，采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)共享結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲、篩選、清洗、處理、分析，建立相應(yīng)的關(guān)聯(lián)索引關(guān)系，進(jìn)行可視化呈現(xiàn)、管理、調(diào)用等共享服務(wù)。

大數(shù)據(jù)應(yīng)用包括設(shè)備質(zhì)量評估鑒定子系統(tǒng)、輔助決策子系統(tǒng)、趨勢預(yù)測子系統(tǒng)，其中設(shè)備質(zhì)量評估鑒定子系統(tǒng)主要功能包括：設(shè)備質(zhì)量年度鑒定分析、設(shè)備基礎(chǔ)質(zhì)量鑒定分析、設(shè)備運(yùn)用質(zhì)量鑒定分析、設(shè)備檢修質(zhì)量評價、設(shè)備作業(yè)質(zhì)量評價；輔助決策子系統(tǒng)包括：管理層月度、季度、年度評議，決策層預(yù)演，問題整改策略預(yù)演等；設(shè)備狀態(tài)預(yù)測子系統(tǒng)功能包括：設(shè)備維修指數(shù)預(yù)測、設(shè)備故障指數(shù)預(yù)測、設(shè)備問題研判、設(shè)備故障研判等。

2.2 業(yè)務(wù)系統(tǒng)

1）設(shè)備履歷管理子系統(tǒng)

設(shè)備履歷為上層鐵路智能化應(yīng)用的底層數(shù)據(jù)支撐，實(shí)現(xiàn)以設(shè)備編碼為基礎(chǔ)，匯總設(shè)備靜態(tài)檔案和動態(tài)檔案，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期數(shù)據(jù)管理。設(shè)備的管理方式為基于組織機(jī)構(gòu)的。針對室外設(shè)備，基于組織機(jī)構(gòu)信息和線路信息錄入。針對設(shè)備設(shè)施信息的管理，按照設(shè)備分級的方式。支持按照設(shè)備分級管理，即主設(shè)備和主設(shè)備之下的多級子設(shè)備。

2）現(xiàn)場作業(yè)管理子系統(tǒng)

通過現(xiàn)場作業(yè)管理、集中監(jiān)管管理功能，共同完成了現(xiàn)場作業(yè)過程的可視化及“計(jì)劃—執(zhí)行—反饋”的管理閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)了對作業(yè)內(nèi)容管控、作業(yè)流程管控、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)管控、上下道管控和現(xiàn)場作業(yè)過程的督導(dǎo)。

圖1 鐵路安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 Overall architecture of railway safety production management system

3）問題管理子系統(tǒng)

通過現(xiàn)場登記或集中錄入方式，填報(bào)設(shè)備質(zhì)量問題，經(jīng)審核確定整改措施，處理完成后由問題督導(dǎo)責(zé)任部門進(jìn)行問題解決狀態(tài)的確認(rèn)。審核問題過程中，支持問題升級處理，進(jìn)入上級部門問題庫待審核問題。定義為卡控項(xiàng)的問題，需要整改時上傳整改后過程中的多媒體文件，由審核人審核確定整改合格，方可銷號。

4）專家診斷子系統(tǒng)

通過接口服務(wù)器模塊接收采集的設(shè)備動態(tài)數(shù)據(jù)，傳輸?shù)綄＜以\斷模塊，診斷處理后通過人機(jī)交互模式輸出故障處置方案，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)警、故障報(bào)警、故障診斷、處置指導(dǎo)等主要功能，實(shí)現(xiàn)專家診斷過程的知識積累、自我優(yōu)化。

5）故障緊急處置子系統(tǒng)

現(xiàn)場人員利用手持終端隨時隨地上報(bào)緊急故障，系統(tǒng)自動通知指揮中心，自動定位設(shè)備，自動匹配事件應(yīng)對流程，自動調(diào)用故障處置流程，通過集群通信平臺實(shí)現(xiàn)音視頻應(yīng)急通信，保障應(yīng)急故障處置的快速、高效、有序開展。

2.3 基礎(chǔ)平臺

1）差分精準(zhǔn)定位和GIS平臺

利用GIS地理信息系統(tǒng)和“北斗+GPS”雙模差分精準(zhǔn)定位，實(shí)現(xiàn)新準(zhǔn)鐵路公司管轄范圍內(nèi)，車站，裝車站、橋梁、隧道、路基等基礎(chǔ)設(shè)施，以及工務(wù)、電務(wù)、供電等專業(yè)的設(shè)備信息的靜態(tài)查詢和實(shí)時監(jiān)控定位；實(shí)現(xiàn)新準(zhǔn)鐵路公司范圍內(nèi)眾多“移動體”，包括運(yùn)輸生產(chǎn)相關(guān)的機(jī)車，運(yùn)維過程中使用的軌道車、養(yǎng)路機(jī)械、機(jī)動車輛及人員的定位等，可以實(shí)時掌握專用、特種車輛和相關(guān)人員的實(shí)時位置信息。

基于“北斗+GPS”雙模差分精準(zhǔn)定位和GIS系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)“一人一檔”、“一機(jī)一檔”、“一桿一檔”獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)、動態(tài)檢測維修數(shù)據(jù)的融合，同時各專業(yè)配屬的智能手持終端APP與“鐵路資源一張圖”時間、時鐘同步，資源信息一致，為鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)和運(yùn)維作業(yè)提供強(qiáng)力支撐。

“北斗+GPS”雙模差分精準(zhǔn)定位和GIS系統(tǒng)框架，如圖2所示。

圖2 “北斗+GPS”雙模差分精準(zhǔn)定位和GIS系統(tǒng)框架Fig.2 "Beidou + GPS" dual-mode differential precision positioning and GIS system framework

2）融合通信平臺

融合通信平臺基于IMS架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與控制的分離、控制與承載的分離，使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更為開放、靈活，便于后續(xù)業(yè)務(wù)的擴(kuò)展。系統(tǒng)分為3層架構(gòu)，融合通信平臺架構(gòu)如圖3所示。

終端層：分為專用終端和軟終端兩種，其中專用終端包括多媒體調(diào)度臺、SIP話機(jī)、移動平板、手持臺、應(yīng)急單兵、攝像機(jī)、AR眼鏡、無人機(jī)、機(jī)器人等各類音視頻終端的接入。軟終端支持基于Windows和Android系統(tǒng)的應(yīng)用，支持Web和Linux的調(diào)度終端。

平臺層：包括基本功能層、核心能力層、核心應(yīng)用層，系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)不同業(yè)務(wù)需求，選擇不用的業(yè)務(wù)模塊以及關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建融合通信平臺。

應(yīng)用層：融合通信平臺具備API/SDK接口，可根據(jù)行業(yè)業(yè)務(wù)需求和專業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)定制化應(yīng)用，其上層可搭載的鐵路行業(yè)應(yīng)用包括融合調(diào)度通信、應(yīng)急指揮、安全生產(chǎn)管控、集群對講、隧道應(yīng)急通信、綜合運(yùn)維業(yè)務(wù)等。

3 系統(tǒng)運(yùn)用實(shí)踐

鐵路運(yùn)輸企業(yè)要想持續(xù)發(fā)展，必須重視科技創(chuàng)新與既有鐵路業(yè)務(wù)的深入融合，借助科技手段大幅提升管理效益和運(yùn)營效率。鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)企業(yè)除了管理增效，還需要不斷加強(qiáng)安全生產(chǎn)和現(xiàn)場施工作業(yè)的管控能力。鐵路安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)一方面實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場作業(yè)管理中“最后一公里“的場景化管控，又實(shí)現(xiàn)了鐵路安全生產(chǎn)的全流程閉環(huán)管理，是鐵路安全生產(chǎn)的重要信息化的輔助手段。

1）通過自動化的檢測監(jiān)測手段，提高安全生產(chǎn)效率。

2）通過GIS系統(tǒng)與鐵路既有系統(tǒng)的互聯(lián)，提供人員、列車、設(shè)備、設(shè)施的精準(zhǔn)定位及全景展示。

3）通過系統(tǒng)間互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)專業(yè)間聯(lián)動，減少對專業(yè)人員的依賴等。

4）通過數(shù)據(jù)價值挖掘，有效安全生產(chǎn)數(shù)據(jù)價值。

新準(zhǔn)鐵路公司鐵路安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)運(yùn)用實(shí)踐情況，如圖4、5所示。

3.1 安全生產(chǎn)閉環(huán)管理

綜合安全態(tài)勢展示及管控基于超前防范、過程控制、綜合治理、快速處置，提升安全風(fēng)險防控能力。

通過融合綜合監(jiān)測智能分析信息、周界防護(hù)實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)、鐵路安全視頻管控平臺的視頻監(jiān)測數(shù)據(jù)、安全監(jiān)察數(shù)據(jù)，依托大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)處理能力和電子地圖，展示綜合安全態(tài)勢，并借助融合調(diào)度通信平臺和GIS平臺，實(shí)現(xiàn)對人員、物資、施工全流程、多專業(yè)覆蓋、多工種覆蓋的安全管控。真正做到鐵路安全生產(chǎn)和安全卡控的聯(lián)動機(jī)制和鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)全過程閉環(huán)管理。

圖3 融合通信平臺架構(gòu)Fig.3 Converged communication platform architecture

圖4 鐵路安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)示例Fig.4 Railway safety production management system example

3.2 智能化輔助安全生產(chǎn)決策

利用大數(shù)據(jù)分析工具，在綜合分析車務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、供電、機(jī)務(wù)等專業(yè)設(shè)備的檢修、運(yùn)用、施工維修過程數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)即時統(tǒng)計(jì)、實(shí)時離線應(yīng)用的分析挖掘，并能夠提供快捷、自助式的數(shù)據(jù)分析服務(wù)，為統(tǒng)籌決策模塊的構(gòu)建提供支撐。

綜合利用設(shè)備臺賬、設(shè)施壽命、動態(tài)檢測數(shù)據(jù)、靜態(tài)檢查數(shù)據(jù)、修理作業(yè)數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、設(shè)備病害數(shù)據(jù)、現(xiàn)場控制與管理數(shù)據(jù)、安全問題數(shù)據(jù)、評價指標(biāo)數(shù)據(jù)、人員資質(zhì)數(shù)據(jù)、故障事故缺陷、技術(shù)分析報(bào)告、能耗數(shù)據(jù)等，借助全域數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對資源管理的綜合分析，發(fā)掘企業(yè)數(shù)據(jù)資源價值，充分發(fā)揮企業(yè)數(shù)據(jù)資源戰(zhàn)略作用，為鐵路公司層面提供綜合分析的輔助決策數(shù)據(jù)，提供多方位、多角度的深度數(shù)據(jù)分析服務(wù)，提供科學(xué)、均衡的狀態(tài)修指導(dǎo)決策。

4 結(jié)束語

結(jié)合新準(zhǔn)鐵路公司安全生產(chǎn)的特點(diǎn)，創(chuàng)新性的將精準(zhǔn)定位技術(shù)、GIS系統(tǒng)、融合通信技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)與鐵路安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對人員、物資、施工全流程、多專業(yè)覆蓋、多工種覆蓋的安全管控，在安全生產(chǎn)全過程實(shí)現(xiàn)超前防范、過程控制、綜合治理、快速處置，顯著提升了安全風(fēng)險防控能力，有效的提升生產(chǎn)效率，從而保障運(yùn)輸安全。滿足鐵路安全生產(chǎn)管理全生命周期、全流程、全要素閉環(huán)管理的要求，充分挖掘鐵路安全生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)價值，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行積極業(yè)務(wù)創(chuàng)新，后續(xù)工作中，將重點(diǎn)研究多專業(yè)、多工種，多系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息共享機(jī)制和工作環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)鐵路安全生產(chǎn)工作由“計(jì)劃修”向“狀態(tài)修”、“預(yù)測性”演進(jìn)。