基于物聯網技術的軌道交通設備精益化作業管理系統應用研究

顏新發 劉陽輝 黃 燕

1.長沙市軌道交通運營有限公司，湖南長沙 410000；2.廈門物之聯智能科技有限公司，福建廈門 361000

長沙市城市軌道交通進入快速發展期，地鐵線路組網的逐年擴大，同時也對地鐵運營企業關于地鐵現場的監管管理、地鐵設施的日常保養監督、鐵路零部件產品與耗材品質諸多領域提出了更高的管理要求與挑戰。本文探討引入先進的物聯網NFC 技術運用于設備巡檢作業中，可對設備巡檢管理流程及過程規范、標準化、設備履歷和運行數據信息化、人員管理科學智能化、工作管理高效化，使得地鐵設備管理水平發生質的提升。

1 設備巡檢管理存在的問題

1.1 人工計劃、排班、派工

設備巡檢、檢修工作是以人工排計劃、排班、派工、手工記錄檢修內容；效率較低、容易出現漏錯。

1.2 數據分散、不利于質量分析

設備質量分析統計的數據來源為臺賬記錄，數據分散、共享程度不高，使得統計分析工作任務重，容易出錯，即數據利用程度低。

1.3 數據采集記錄均依靠紙質臺賬

紙質臺賬種類多、量大、打印費用高；且不易于保存和實時查詢。

1.4 設備履歷記錄檔案不全

設備狀態記錄、巡檢記錄、檢修記錄及故障維修記錄僅在臺賬中進行登記，無法形成完整設備履歷。

由上可知，長沙軌道交通主要采用智能化的設備以提高設備巡檢工作整體質量與效率，同時采取全天候的智能管理流程，有效地提升設備巡檢的規范化程度。

2 巡檢系統的設計方案

基于NFC的設備巡檢智能管理系統著眼于物聯網技術的應用，利用無線通信技術無紙化、智能化的檢修手段，使用NFC技術與智能手機地鐵相關設備運行情況進行巡檢與檢修，將巡檢人員的監督到位和現場數據錄入有機結合在一起，巡檢的過程控制與監督工作均需要加強，使設備的運行管理的智能化與信息化進程加快，實現設備“巡檢智能化、管理規范化”，確保設備安全運行。

3 關鍵性技術分析

3.1 NFC技術

NFC 技術，即近場通信[2]，是一種由免接觸式射頻識別(RFID)演變而來的短距離的高頻無線通信技術，可以實現電子設備間完成點對點的非接觸數據傳輸與交換過程，NFC芯片擁有即時相互通信功能，并具有計算能力。該項目中利用NFC標簽標識設備位置，只有在巡檢員到位掃描標簽的情況下，才可執行巡檢記錄，保證巡檢到位。

3.2 無線通訊技術

3G/4G/WIFI無線通信技術，利用電波信號在自由空間中傳播的特性進行系統數據信息交換。

3.3 移動智能終端技術

手持巡檢終端采用NFC智能手機，通過NFC智能識別技術掃描NFC標簽進行對巡檢點的定位，并通過安裝在手機中的手機客戶端軟件實現巡檢數據的現場錄入及本地存儲，避免數據的混淆或丟失[3]。

3.4 現代數據挖掘技術

應用的前提是確定好挖掘主旨、數據間建立連接、構建數據結構及模型等基本步驟，使得數據分析過程體現的比較完整。在本項目中，評定設備故障等級與預測故障是數據挖掘的主旨問題。而數據之間的連接通過DOTNET平臺所包含的函數ADOMD.NET、ADO.NET等實現。數據結構從本質上說是與故障有關結構，而數據挖掘模型建立離不開數據維度的選取及分割，同時還有選取合適的維度屬性、實事數據項等，在完成上述基本框架內容后，就可以進行維度體系方面的設計。在后續的設計中，對維度類型詳細定義必不可少，需要定義維度的名稱及度成員，同時做必要的說明。故障模板維、時間維、設備維以及故障等級維構成了設備智能巡檢系統主要的四個維度。結合實際情況，開發設備智能巡檢管理系統軟件，指導設備管理部門工作。

4 系統硬件架構分析

4.1 系統架構

基于物聯網的地鐵設備智能巡檢系統的主要硬件設備包括了設備房NFC電子標簽、手持式NFC手機與應用服務器等三部分。本系統的硬件架構設計圖如圖1所示。

圖1 智能巡檢系統硬件架構設計圖

計算機、數據服務器、巡檢終端、NFC 標簽、數據通訊設備構成了本系統的硬件架構。根據企業所需最低要求對數據服務器進行裝配，數據庫服務器是通過存儲型服務器中的數據庫管理系統軟件實現的，其中數據庫服務器能夠提供形式多樣的服務，包含了事務管理、查詢、索引、更新、查詢優化、安全等，數據服務器采用數據雙備份，保證數據存儲的安全性[4]。

具有NFC功能的Android 系統手機作為巡檢終端，同時手機還具有較高的耐用性與可靠性，可以適應多種環境。同時具有簡單便捷的操作界面，使用人員容易掌握系統的操作。與其它設備不同的是，本系統的智能終端擁有4G網絡通訊模塊，便于巡檢人員在工作過程中實時發送、接收數據。巡檢終端的屏幕采用高亮度的設計，即使在陽光照射下仍能夠清晰識讀巡檢參數[5]。

4.2 電子標簽

本系統實現了對設備巡檢的智能化管理，很大程度上簡化了巡檢員的工作流程，根據前期的調研情況可知，在一般的設備房中只需安裝1個NFC標簽，對于那些規模較大的設備房（例如：環控機房（空調）、隧道風機房）應該增加至3個左右的標簽，電子標簽的意義在于標識巡檢位置，目的是確保巡檢工作到位，同時只有巡檢員掃描電子標簽的情況下，系統才會有巡檢記錄。電子標簽一般采用膠粘或機械固定方式進行固定。通常在設備房入口的醒目位置進行標注。NFC電子標簽內只存儲標簽卡號，在后臺與設備房互相綁定。

電子標簽沒有裝配內置電池，其工作原理是：在閱讀器的讀出范圍之內時，電子標簽可以從閱讀器發出的射頻能量中獲取其工作所需電源，采用反射調制方式完成電子標簽信息向閱讀器的傳送。閱讀器接收到NFC卡號內容后，通過后臺系統匹配巡檢任務。

4.3 手持設備

手持機采用結實耐用的三防智能機，智能機的性能優越，保證了智能機高效運轉，設備屏幕為4.7寸的電容觸摸屏，同時擁有4G與NFC模塊，參考了最新的設計工藝，使得手持設備更加輕薄，攜帶便捷。這種三防智能設備能夠做到防水防塵防摔功能，其內部更是配備了高容量電池，可以保證設備長期穩定工作。

同時，手持機也內置了WiFi模塊，能夠通過無線網絡與服務器進行連接，接收到每日的巡檢任務，同時也可以下載巡檢設備的作業指導書和臺賬，當環境中沒有無線網絡時，也可以通過電腦與手持機有線連接的方式進行數據傳輸。一旦手持機獲取巡檢任務，后續的整個巡檢過程將通過單機狀態進行。手持機的NFC模塊讀寫距離約為2～5cm，具體的讀寫距離可以通過調整RFID模塊功率來進行調節。

5 系統軟件功能架構

5.1 總體設計

巡檢系統按照軟件功能總體可以分為巡檢管理系統、巡檢終端系統、數據通信子系統等三大系統。巡檢管理系統主要包括了巡檢管理、設備信息、故障管理及設置等模塊，管理系統主要由管理人員、與業工程師、計劃員、工班長等進行操作。

5.2 巡查工作業務流程

根據軟件總體設計，分為巡檢后臺和巡檢終端，智能巡檢系統業務流程如圖2所示。

圖2 智能巡查工作的業務流程示意圖

5.3 巡查管理

巡檢管理模塊為智能巡檢的核心功能，使用人主要為工班長角色，其可分配任務、查詢進度、打查看（抽檢）巡檢記錄。

（1）巡檢任務。工班長對巡檢計劃進行任務分配，分配時可選該工班的在崗人員，任務分配需將該天所有巡檢計劃全部分配完。

（2）巡檢統計。服務器接收到巡檢數據后，對巡檢數據內容將進行全面分析，這樣可以便于管理者快速的掌握巡檢點實時情況。與此同時，巡檢管理者能夠參考巡檢位置、專業設備以及工班組巡檢人和巡檢日期等方面檢索相應的巡檢數據，實現了全部查詢與缺陷查詢的兩種模式。

5.4 故障管理

以設備故障處理流程為核心進行功能結構設計，主要包括故障工單管理、故障查詢統計和故障分析。

（1）故障工單管理：主要是對從各方人員的反饋接收到的設備故障信息進行記錄，根據具體可行的故障解決方案進行處理，并對故障任務狀態進行實時跟蹤，當故障任務解決完成并進行確認后，關閉故障單。故障處理流程主要有故障提報、指派、處理、確認、跟蹤、確認、關閉等。

（2）故障查詢統計：故障統計功能是故障事務管理中非常重要的一項功能，故障信息查詢、統計主要包括按故障進行查詢統計（故障現象、故障解決措施等），按設備信息進行查詢統計（設備編號、故障所屬系統等），模糊統計（根據對于數據需求的實際情況，任意選擇故障信息中的一個或者多個字段進行查詢、統計）。

（3）故障分析：故障分析主要是利用故障歷史記錄中的資料，針對相同、相似故障信息，可形成典型故障，并形成故障分析報表；故障提報錄入時可根據故障現象關聯典型故障，為故障處理人員能夠快速、準確地進行故障處理提供有參考價值的解決方案。可形成定期故障分析報表，提供分析決策。

6 結語

2018年長沙地鐵2號線光達站首先開始使用該設備巡檢系統。通過使用該巡檢系統，使巡檢人員、線路及設備檢修部門的巡檢工作更標準化和流程化。

物聯網NFC技術運用于地鐵設備智能巡檢工作中，能夠使線路和設備檢修部門在設備巡檢工作上實現無紙化數據收集，對巡檢人員的工作情況進行了有效監督，使得地鐵設備巡檢工作智能化程度極大提高，地鐵運營成本極大降低、管理工作實現了精細化，智能化設備巡檢系統具有低成本、易操作等顯著優勢，為地鐵設備低故障率和安全運行保駕護航，推動了長沙地鐵設備巡檢的信息化、智能化建設進程。

[1] 蔣偉，周衛軍.基于空間句法的長沙地鐵線路規劃可達性評價[J].湖南文理學院學報（自科版），2012，24（1）: 74-77.

[2] 呂一鋒，陳淋.地鐵運營隧道安全巡檢系統及其應用[J].城市軌道交通研究，2014，17（10）: 126-128.

[3] 董曉婷.上海地鐵電梯巡檢管理系統及其標準化流程研究[J].交通世界，2016（22）: 130-132.

[4] 李聰，劉曉軍，吳永城，等.基于B/S架構的可視化地鐵設備巡檢管理系統的巡檢方法: CN，CN103544739A[P].2014.

[5] 劉明明.南京地鐵FAS系統設備維護與管理[J].現代城市軌道交通，2009（2）:30-31.