基于差分精準定位技術和GIS平臺的鐵路安全生產管理系統運用實踐

王新鐘

(神華新準鐵路有限責任公司，內蒙古鄂爾多斯 017000)

1 現狀與需求分析

國內鐵路“客運高速化、貨運重載化、運輸生產智能化”的發展趨勢下，重載鐵路安全生產管理被提升到了一個新的高度，尤其是運維作業方面提出了更高要求和發展目標。當前許多新技術、新設備、新裝備不斷與鐵路行業密切結合，應運而生諸如：電務信號集中監測和現場作業管理系統，供電6C系統，工務晃車儀和軌檢車等一系列檢測監測系統和裝備，這些系統和裝備在保障運維工作方面發揮了重要的作用，但是也不可避免的帶來了新的問題。由于各個系統相對獨立，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，數據價值沒有得到有效利用的問題。

鐵路現場作業管理如何實現閉環管理，如何對現場作業人員和作業過程做到可見、可管、可控，從而提高現場作業的安全性和工作效率，如何覆蓋現場維修作業的“最后一公里”， 有效對工作質量及現場作業人員安全進行管理與卡控， 對容易出現工作疏漏，造成安全隱患的重點區域和重點工作事項盯控，成為各層級管理人員面臨的一項難題。

鑒于上述問題，迫切需要一套能夠做到設備設施全生命周期管理、作業現場安全可控、各專業多工種聯動、信息高度共享的鐵路安全生產管理系統，來保證鐵路運維作業順利實施和高效管理，從而保障鐵路運輸生產安全、提高運輸效率、改善行車組織方式，對提升鐵路安全生產的“全生命周期閉環管理”具有重要意義，開啟鐵路安全生產管理全生命周期、全流程、全要素的“可感”、“可知”、“可測”、“可視”、“可控”的閉環管理新模式。

2 鐵路安全生產管理系統總體框架

基于新準鐵路公司管轄線路運營維護實際情況，按照鐵路安全生產管理系統的建設思路，按照“三層平臺，兩層應用”架構進行設計。

“三層平臺”即底層的智能物聯平臺，從終端信息采集到數據傳輸的泛在感知網絡；中層的基礎設施平臺，包括GIS平臺和融合通信平臺；上層的業務整合平臺。三層平臺均盡量采用統一的技術架構、技術標準、分析與計算框架。

“兩層應用”即基于新準公司站區化管理的“車、工、電、供”專業應用和基于大數據技術的智能化應用。鐵路安全生產管理系統總體架構如圖1所示。

2.1 大數據應用

通過建設數據整合平臺和智能服務平臺，采用先進的數據處理技術，實現共享結構化數據和非結構化數據的存儲、篩選、清洗、處理、分析，建立相應的關聯索引關系，進行可視化呈現、管理、調用等共享服務。

大數據應用包括設備質量評估鑒定子系統、輔助決策子系統、趨勢預測子系統，其中設備質量評估鑒定子系統主要功能包括：設備質量年度鑒定分析、設備基礎質量鑒定分析、設備運用質量鑒定分析、設備檢修質量評價、設備作業質量評價；輔助決策子系統包括：管理層月度、季度、年度評議，決策層預演，問題整改策略預演等；設備狀態預測子系統功能包括：設備維修指數預測、設備故障指數預測、設備問題研判、設備故障研判等。

2.2 業務系統

1）設備履歷管理子系統

設備履歷為上層鐵路智能化應用的底層數據支撐，實現以設備編碼為基礎，匯總設備靜態檔案和動態檔案，實現設備全生命周期數據管理。設備的管理方式為基于組織機構的。針對室外設備，基于組織機構信息和線路信息錄入。針對設備設施信息的管理，按照設備分級的方式。支持按照設備分級管理，即主設備和主設備之下的多級子設備。

2）現場作業管理子系統

通過現場作業管理、集中監管管理功能，共同完成了現場作業過程的可視化及“計劃—執行—反饋”的管理閉環，實現了對作業內容管控、作業流程管控、作業標準管控、上下道管控和現場作業過程的督導。

圖1 鐵路安全生產管理系統總體架構Fig.1 Overall architecture of railway safety production management system

3）問題管理子系統

通過現場登記或集中錄入方式，填報設備質量問題，經審核確定整改措施，處理完成后由問題督導責任部門進行問題解決狀態的確認。審核問題過程中，支持問題升級處理，進入上級部門問題庫待審核問題。定義為卡控項的問題，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

通過接口服務器模塊接收采集的設備動態數據，傳輸到專家診斷模塊，診斷處理后通過人機交互模式輸出故障處置方案，系統實現設備預警、故障報警、故障診斷、處置指導等主要功能，實現專家診斷過程的知識積累、自我優化。

5）故障緊急處置子系統

現場人員利用手持終端隨時隨地上報緊急故障，系統自動通知指揮中心，自動定位設備，自動匹配事件應對流程，自動調用故障處置流程，通過集群通信平臺實現音視頻應急通信，保障應急故障處置的快速、高效、有序開展。

2.3 基礎平臺

1）差分精準定位和GIS平臺

利用GIS地理信息系統和“北斗+GPS”雙模差分精準定位，實現新準鐵路公司管轄范圍內，車站，裝車站、橋梁、隧道、路基等基礎設施，以及工務、電務、供電等專業的設備信息的靜態查詢和實時監控定位；實現新準鐵路公司范圍內眾多“移動體”，包括運輸生產相關的機車，運維過程中使用的軌道車、養路機械、機動車輛及人員的定位等，可以實時掌握專用、特種車輛和相關人員的實時位置信息。

基于“北斗+GPS”雙模差分精準定位和GIS系統，真正實現“一人一檔”、“一機一檔”、“一桿一檔”獨立又相互關聯的靜態基礎數據、實時監測數據、動態檢測維修數據的融合，同時各專業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，為鐵路運輸生產和運維作業提供強力支撐。

“北斗+GPS”雙模差分精準定位和GIS系統框架，如圖2所示。

圖2 “北斗+GPS”雙模差分精準定位和GIS系統框架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架構設計，實現業務與控制的分離、控制與承載的分離，使網絡架構更為開放、靈活，便于后續業務的擴展。系統分為3層架構，融合通信平臺架構如圖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度臺、SIP話機、移動平板、手持臺、應急單兵、攝像機、AR眼鏡、無人機、機器人等各類音視頻終端的接入。軟終端支持基于Windows和Android系統的應用，支持Web和Linux的調度終端。

平臺層：包括基本功能層、核心能力層、核心應用層，系統采用模塊化設計，可根據不同業務需求，選擇不用的業務模塊以及關鍵技術，構建融合通信平臺。

應用層：融合通信平臺具備API/SDK接口，可根據行業業務需求和專業特點進行相應的業務定制化應用，其上層可搭載的鐵路行業應用包括融合調度通信、應急指揮、安全生產管控、集群對講、隧道應急通信、綜合運維業務等。

3 系統運用實踐

鐵路運輸企業要想持續發展，必須重視科技創新與既有鐵路業務的深入融合，借助科技手段大幅提升管理效益和運營效率。鐵路運輸生產企業除了管理增效，還需要不斷加強安全生產和現場施工作業的管控能力。鐵路安全生產管理系統一方面實現了現場作業管理中“最后一公里“的場景化管控，又實現了鐵路安全生產的全流程閉環管理，是鐵路安全生產的重要信息化的輔助手段。

1）通過自動化的檢測監測手段，提高安全生產效率。

2）通過GIS系統與鐵路既有系統的互聯，提供人員、列車、設備、設施的精準定位及全景展示。

3）通過系統間互聯，實現專業間聯動，減少對專業人員的依賴等。

4）通過數據價值挖掘，有效安全生產數據價值。

新準鐵路公司鐵路安全生產管理系統運用實踐情況，如圖4、5所示。

3.1 安全生產閉環管理

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

通過融合綜合監測智能分析信息、周界防護實時監測數據和報警數據、鐵路安全視頻管控平臺的視頻監測數據、安全監察數據，依托大數據平臺的數據處理能力和電子地圖，展示綜合安全態勢，并借助融合調度通信平臺和GIS平臺，實現對人員、物資、施工全流程、多專業覆蓋、多工種覆蓋的安全管控。真正做到鐵路安全生產和安全卡控的聯動機制和鐵路運輸生產全過程閉環管理。

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

圖4 鐵路安全生產管理系統示例Fig.4 Railway safety production management system example

3.2 智能化輔助安全生產決策

利用大數據分析工具，在綜合分析車務、工務、電務、供電、機務等專業設備的檢修、運用、施工維修過程數據的基礎上，實現即時統計、實時離線應用的分析挖掘，并能夠提供快捷、自助式的數據分析服務，為統籌決策模塊的構建提供支撐。

綜合利用設備臺賬、設施壽命、動態檢測數據、靜態檢查數據、修理作業數據、地理信息數據、設備病害數據、現場控制與管理數據、安全問題數據、評價指標數據、人員資質數據、故障事故缺陷、技術分析報告、能耗數據等，借助全域數據處理技術，實現對資源管理的綜合分析，發掘企業數據資源價值，充分發揮企業數據資源戰略作用，為鐵路公司層面提供綜合分析的輔助決策數據，提供多方位、多角度的深度數據分析服務，提供科學、均衡的狀態修指導決策。

4 結束語

結合新準鐵路公司安全生產的特點，創新性的將精準定位技術、GIS系統、融合通信技術和大數據技術與鐵路安全生產管理系統相結合，實現對人員、物資、施工全流程、多專業覆蓋、多工種覆蓋的安全管控，在安全生產全過程實現超前防范、過程控制、綜合治理、快速處置，顯著提升了安全風險防控能力，有效的提升生產效率，從而保障運輸安全。滿足鐵路安全生產管理全生命周期、全流程、全要素閉環管理的要求，充分挖掘鐵路安全生產過程數據價值，在此基礎上進行積極業務創新，后續工作中，將重點研究多專業、多工種，多系統的數據信息共享機制和工作環節的關聯機制，從而實現鐵路安全生產工作由“計劃修”向“狀態修”、“預測性”演進。