鐵路現場巡檢作業可視化智能管理系統的研究

金其炳　朱忠德　中國鐵路上海局集團有限公司上海鐵路機務綜合開發有限公司

1 問題的提出

我國鐵路高速發展，安全隱患逐漸增加，鐵路線路常年暴露在自然環境中，要經受壓力、摩擦力、強風、高溫、雨水、腐蝕等不利因素的侵害，導致線路設備設施加速老化破損。為確保鐵路運輸安全，工務、供電和電務等系統對鐵路沿線相關設備設施及關鍵區域的定期巡檢任務，對設備設施、區域的狀況參數進行記錄，以保證鐵路運輸安全、有序、不間斷。由于巡檢范圍廣、工作量大、工作環境惡劣，特別是夜晚巡檢，天窗時間短，設備設施的安全隱患、病害不易被察覺，如果不及時消除病害，會對鐵路運輸構成威脅。目前，巡檢模式是巡檢人員沿線路巡檢，并以人工臺帳記錄，對于位置則采用人為標定，事后帶回車間上報。該模式采集的數據容易出錯，可能存在漏報、誤報、瞞報等現象，人為因素影響較大，巡檢效率低、規范性差、成本高。同時管理人員對于巡檢人員是否巡檢到位無從知曉，線路安全狀況無法有效保障。為解決巡檢職工對巡檢設備的需求和管理人員對職工管理的受控需要，提高巡檢人員工作效率，保障線路安全，將研究通過信息化手段實時記錄巡檢人員的巡檢工作情況，管理人員在后端平臺能隨時查閱巡檢過程記錄，實現對巡檢過程進行有效監督和有序可控，為行車安全起到良好的保障作用。

2 研究方案

2.1 研究目標

（1）巡檢過程可視化管理；

（2）巡檢人員軌跡查詢；

（3）巡檢工作情況圖片采集與統計分析。

2.2 研究思路

開發一套平臺能實現目標中的要求。

（1）為實現巡檢可視化管理，巡檢設備需要將前端畫面傳回終端，涉及到無線網絡傳輸以及視頻編碼等技術。設備通過感光元件將畫面數據采集到之后，存儲到設備內存中，若管理人員需要獲取實時畫面，只需通過平臺發送指令即可。

（2）鐵路線路上各巡檢點經緯度數據不同，采集各巡檢點的經緯度數據，生成鐵路線路公里標。

相對應的經緯度數據庫。巡檢設備一段時間向平臺上傳一次經緯度數據，平臺獲取后自動與經緯度數據庫進行對比，得出當前設備所在公里標。平臺需要加載網頁地圖，能清晰直觀顯示出作業軌跡以及實時位置。

（3）平臺將巡檢設備上傳的圖片進行存儲，統計設備運行時長、運行距離等信息。

2.3 研究內容

（1）巡檢人員工作的管理，包括巡檢人員巡檢作業中遇到的情況、巡檢工作軌跡、巡檢線路名稱、鐵路線路的巡檢點和未巡檢點。

（2）通過檢查視頻錄像對巡檢過程中記錄情況和操作行為進行分析，做到有據可查。可設重點圖片自動上傳，對需要進行維護、維修的點可拍照自動上傳，同時在平臺的自動統計中自動顯示圖片和鐵路公里所在的位置，在維修結束后對該點拍照自動上傳，對圖像進行存檔比對（維修前后），使維修形成閉環。

（3）建立包括基本屬性、巡檢記錄、位置信息等在內的電子臺帳，結合GIS地圖，為沿線設施設備的運行維護提供基礎數據。數據實時上傳，中心平臺實時查詢。

（4）自動統計報警功能，各單位所屬的線路及公里標預先導入數據中心，在檢查中如未按要求在規定的時間內到達所有的線路點，自動提示，有效杜絕巡檢中的漏點。

（5）重點解決GPS的數據經緯度轉換為鐵路線路名及鐵路公里標，一般GPS及北斗的數據都是以經緯度顯示，而鐵路應用中對經緯度數據是無法查詢和比對，所以必須解決GPS及北斗經緯度數據轉換為鐵路線路名及鐵路公里標使GPS及北斗的數據能在鐵路線路上應用，方便用戶查詢比對。

2.4 研究采用的主要技術2.4.1視頻編解碼技術

本系統將采用H.264標準（見圖1），由控制數據、視頻編碼層、數據劃分、圖像抽象層等組成。

圖1 標準的整體框架

2.4.2 衛星定位技術

GPS是目前采用最為廣泛的系統，也是最穩定的系統，我國的北斗衛星定位系統處于發展期，未來的精度、穩定程度都優于GPS，所以采用GPS+北斗的組合方式達到定位的最佳效果。

2.4.3 GIS技術

GIS是集中、存儲、操作和顯示地理參考信息的數據管理系統。巡檢設備接收來自衛星的定位信息，然后一段時間內將時間及經緯度上傳至平臺，平臺利用GIS將設備顯示在地圖上，管理人員就能清楚的獲取巡檢人員的位置信息，及時傳達有效信息。

3 系統結構組成

GPS和北斗衛星將時間以及位置信息發送給巡檢設備，巡檢設備通過VPN網絡上傳視頻、圖片、位置等信息到服務器，管理人員通過計算機訪問服務器平臺，了解現場作業情況，統計巡檢作業相關信息，也可以使用手機觀看巡檢作業實時視頻。

系統結構組成：由硬件系統、軟件系統、中心平臺等組成（見圖2）。

圖2 系統結構框圖

3.1 硬件系統

（1）中心端：應用服務器、數據庫服務器、操作配套硬件。服務器搭建：配有專用的應用服務器和SQLserver2008數據庫服務器，實現應用和數據分離，服務器通過千兆網絡連接，保障了數據的流暢性。

（2）巡檢終端：巡檢記錄儀。巡檢記錄儀主要由處理器、定位模塊、顯示模塊、通信模塊、電池模塊、存儲模塊以及音視頻采集模塊組成（見圖3）。攝像頭和麥克風將采集到的數據傳輸到處理器，管理人員可通過平臺調取實時畫面，巡檢記錄儀獲取平臺的指令后，CPU將畫面數據和時間定位信息整合后傳輸到通信模塊內，通訊模塊內置4GSIM卡，和服務器之間的連接是通過無線網絡實現的，最后將畫面信息傳輸到服務器。

圖3 巡檢記錄儀結構圖

3.2 軟件系統

軟件系統包括服務器系統、數據庫系統和操作系統。

服務器操作系統：使用Windows2008ServerR2標準版SP1數據庫存放數據；

巡檢記錄儀采用Android系統；

管理應用軟件采用java語言開發，通過tomcat6.0應用服務軟件發布系統程序。GIS一體化技術將地圖加載到網頁上，巡檢設備傳回的經緯度數據在數據庫中與標定數據相比較，計算得出公里標數據，直接顯示在網頁地圖上，各點連接形成巡檢軌跡，通過可視化功能清晰直觀顯示出來。

平臺軟件主要基于B/S平臺架構軟件由Web管理中心和Web客戶端組成，通過中心服務器構架數據庫和Web Server服務，來實現B/S構架下的設備、用戶權限管理以及預覽和回放等操作。Web管理中心：主要完成系統的配置操作，進行區域、設備和用戶的配置等功能Web客戶端：通過Web登錄管理中心獲取相關權限，進行預覽、回放等操作。

接入層：前端設備，即 DVR、DVS、IPC；

數據交換層：由服務器組成，包括：網頁服務器、數據庫服務器、注冊服務器、流媒體服務器、存儲服務器、報警服務器；

應用層：包括網頁監控客戶端、手機監控、普通監控客戶端、管理系統、巡檢記錄、統計等。

作用：網頁服務器主要用于客戶端進行查詢瀏覽。

數據庫服務器主要存儲GPS北斗，公里標對應參數及各索引等數據；注冊服務器：主要用于設備ID注冊，接入；流媒體服務器：主要是轉發音視頻信號實現多用戶同時查詢；存儲服務器：主要存儲圖片（目前視頻流不進行存儲）；報警服務器：主要是處理各種報警信號。

3.3 監控中心平臺

針對巡檢工作需求開發的平臺有監控中心、查詢中心以及配置中心三大功能欄。平臺需要具備巡檢記錄儀監控功能、日常檢查統計功能以及賬戶和設備的注冊管理功能。為了實現監控功能，開發平臺軟件，采用流媒體轉發技術，將前端設備傳輸回服務器的實時畫面數據轉發至管理人員的計算機。日常統計功能是基于鐵路里程和衛星定位實現的，如統計報表功能，巡檢記錄儀將定位信息和圖片傳回至服務器，服務器把該位置信息與數據庫中的數據作對比，經過一系列運算得出巡檢作業人員位于哪條公里標附近，平臺生成的統計信息就可以不同要求導出。

3.3.1 監控中心欄

實時預覽：設備視頻實時預覽及操作實時定位：移動設備實時定位

軌跡回放：移動設備歷史軌跡回放3.3.2查詢中心欄

日志查詢：設備、用戶操作日志查詢及導出系統狀態：設備、服務器狀態查詢及導出統計報表：警告、違規數據統計3.3.3配置中心欄

組織資源：組織、服務器以及設備管理

用戶管理：用戶、角色權限管理

巡更點：巡檢線路

鐵路線路：鐵路線路管理

4 系統實現的功能

4.1 實現可視化和定位管理

本設備采用GPS+北斗雙模式定位。鐵路線路公里標每隔一定距離取一個點，在地圖上顯示，各點連接形成的“鐵路線路”地圖，巡檢設備實時傳輸回來的位置信息在數據庫中通過比對，可視化反映出巡檢作業動態軌跡，設備開機即可實現可視化和定位管理。

4.2 實現真實性和可追述性

通過巡檢記錄儀實現了圖片一鍵抓拍，自動在本地保存并向服務器平臺上傳時間、日期都不可調的圖像和位置信息，并對巡檢工作做實時查詢、錄像回放、軌跡回放，對巡檢工作的真實性和可追述性提供可靠的依據。

4.3 實現辦公自動化管理

平臺按照公里標庫中的數據自動生成巡檢點和未巡檢點，生成的巡檢點和未巡檢點都有車間、工區、線路等信息，有效防止漏檢和盲點產生。平臺可按日期、時間、線路等要求輸出巡檢線路設備、柵欄等的故障和安全隱患圖片，列出已巡檢點和未巡檢點，按日期查詢巡檢軌跡，并提供日、周、月巡檢作業表格，便于管理人員掌握巡檢作業情況，減少管理人員統計工作量，大大提升了工作效率。

4.4 實現管理上的精細化

系統利用先進的視頻編解碼技術，實現視頻錄像的存儲、傳輸，在無線網絡環境下，優化了傳輸的速率和質量。另外通過衛星定位技術實現對巡檢人員精確位置的記錄和上報，統計當前位置與數據庫中對應公里標的距離，實時上傳當前巡檢記錄儀抓拍的畫面，將所屬車間具體線路的故障、隱患、病害等情況反饋至中心管理平臺，實現管理上的精細化。

4.5 實現提高站段標準化作業水平

系統能實現向后臺適時傳輸現場人員巡檢和生產情況，現場人員可以向后臺人員咨詢和請教遇到的問題，同樣，后臺人員也能抽查抽看現場人員作業情況，對違章作業能及時制止，促進現場人員按規章按標準作業，提高站段標準化作業水平。

5 試用情況

基于鐵路里程和衛星定位的巡檢管理系統從2015年9月開始在杭州工務段管轄的杭州-嘉興線路進行試運行。各方面均已達到工務巡檢作業的要求，符合工務巡檢標準化規則，解決了原先巡檢存在安全隱患、記錄繁瑣、管理復雜等問題，規范監督作業流程，節省人力、物力和時間，大大提高工作效率，而且終端巡檢記錄儀人機交互式操作界面簡單、友好，使用方便。使得鐵路防護設施安全“人防、物防、技防”中“技防”功能得到施展與體現。

6 結束語

智能巡檢系統的投入使用，能夠自動記錄巡檢情況和檢修人員的操作行為以及所在位置信息，并將這些數據傳輸、記錄、分類并反饋到中心管理平臺，管理人員能夠在第一時間了解巡檢人員的工作情況，并且在事后對巡檢工作進行有效的分析記錄。實現對巡檢過程進行有效監督和有序可控，為行車安全起到良好的保障作用，可廣泛用于需要記錄現場作業情況的行業。后續，我們將繼續完善產品性能，開發衍生產品，以滿足兄弟單位的工作需求，逐步在工務、供電和電務等系統全面推廣使用。

[1]鄭三立，李正強，趙偉．基于GPS和網絡技術的線路智能巡檢系統．電力系統自動化，2004，28（5）：90．

[2]李浩．基于GPS/GIS技術的標準線路巡檢系統的設計與實現．哈爾濱工業大學，2007,10-12．

[3]尚展壘，方娜．智能巡檢系統的設計與實現．光盤技術，2007，2：24．