鐵路運輸安全監(jiān)督管理大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究

任強

（中國鐵路烏魯木齊局集團有限公司科學(xué)技術(shù)研究所，新疆 烏魯木齊 830000）

安全大數(shù)據(jù)是鐵路大數(shù)據(jù)應(yīng)用重要方面。經(jīng)過多年的信息化建設(shè)，我國已建成了相對比較完善的鐵路安全監(jiān)督管理信息系統(tǒng)和鐵路技術(shù)規(guī)章管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了全路交通事故和技術(shù)規(guī)章的電子化管理。因此，將鐵路安全信息與鐵路技術(shù)規(guī)章數(shù)據(jù)進行融合應(yīng)用，借助于大數(shù)據(jù)、自然語言處理等先進技術(shù)，對事故概況等安全信息進行智能化的自動分析判斷，在人工輔助下提取相關(guān)技術(shù)規(guī)章條款，實現(xiàn)鐵路安全監(jiān)督管理信息系統(tǒng)與鐵路技術(shù)規(guī)章管理系統(tǒng)的有機融合，有助于提高事故分析的準確性，推動事故調(diào)查手段的智能化。

一、技術(shù)方案

（一）建設(shè)目標

基于鐵路安全監(jiān)督管理的業(yè)務(wù)需要，采用大數(shù)據(jù)和可視化技術(shù)，通過開展鐵路安全監(jiān)督管理相關(guān)數(shù)據(jù)的規(guī)范匯集，提出安監(jiān)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的總體技術(shù)方案，并開發(fā)原型應(yīng)用系統(tǒng)；構(gòu)建“大數(shù)據(jù)、大支撐、大安全”的安監(jiān)大數(shù)據(jù)應(yīng)用示范，逐步實現(xiàn)分級掌握整體安全狀態(tài)、便捷分析事故發(fā)展趨勢、安全風(fēng)險預(yù)警、科學(xué)安全狀態(tài)評價和充分挖掘利用文本數(shù)據(jù)價值；創(chuàng)新鐵路安全監(jiān)督管理工作手段，輔助安全管理決策，提升安全監(jiān)管效能。

（二）總體架構(gòu)

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)，利用鐵路內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)，依托中國國家鐵路集團有限公司主數(shù)據(jù)中心的鐵路數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，部署安監(jiān)大數(shù)據(jù)應(yīng)用。集成鐵路安全監(jiān)督管理信息系統(tǒng)、鐵路局安全管理信息系統(tǒng)、鐵路局安全風(fēng)險管理信息系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，支撐國鐵集團、鐵路局集團公司，實現(xiàn)安全規(guī)律分析、安全狀態(tài)評價和安全風(fēng)險預(yù)警等應(yīng)用。安監(jiān)大數(shù)據(jù)應(yīng)用采用“一級部署，兩級應(yīng)用”的策略，支撐國鐵集團和鐵路局集團公司兩級用戶終端的業(yè)務(wù)訪問及應(yīng)用需要。建立完整的企業(yè)級安監(jiān)大數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用環(huán)境，實現(xiàn)安監(jiān)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)存儲與分析、數(shù)據(jù)共享。

二、功能設(shè)計

依托鐵路局集團公司安全大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，對原先分散在多個系統(tǒng)中的安全管理主題相關(guān)數(shù)據(jù)進行梳理、整合，利用內(nèi)存計算、即席查詢等技術(shù)，為不同層級安全管理業(yè)務(wù)人員提供自助式分析服務(wù)。

（一）安全即席

1.交互式分析。提供可視化分析界面，集中展示安全管理主題相關(guān)數(shù)據(jù)，揭示每一項數(shù)據(jù)的特征和分布規(guī)律，檢視數(shù)據(jù)是否滿足正態(tài)分布及帕累托分布；調(diào)整細分的目標數(shù)據(jù)集合，可切換分析指標、維度和圖形樣式；探查數(shù)據(jù)中是否存在異常情況，可定位發(fā)生異常的目標數(shù)據(jù)，生成直觀的數(shù)據(jù)診斷報告。2.智能檢索。梳理海量的安全管理主題相關(guān)數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)創(chuàng)建便于統(tǒng)計、分析的各種索引。用戶輸入關(guān)鍵字后，系統(tǒng)可主動判斷用戶意圖，根據(jù)索引自動選擇數(shù)據(jù)對象，切分用戶關(guān)注的詳細數(shù)據(jù)集合；在圖形界面上展現(xiàn)對應(yīng)的數(shù)據(jù)分析圖表，以便于開展交互式探查分析。

（二）安全風(fēng)險智能

1.安全風(fēng)險構(gòu)成及趨勢分析。按照鐵路局集團公司、業(yè)務(wù)部門層級，進行安全風(fēng)險總量的構(gòu)成分析，發(fā)現(xiàn)與預(yù)期不符的構(gòu)成部分，對其展開趨勢研判與對比，診斷安全風(fēng)險及管控異常情況。2.安全風(fēng)險分級管控分析。按照重大、較大、一般、較低4 個風(fēng)險級別，分析鐵路局集團公司、業(yè)務(wù)部門、站段、車間安全風(fēng)險總量在各個風(fēng)險級別上的分布情況，發(fā)現(xiàn)與預(yù)期不符的情況，避免重大安全風(fēng)險出現(xiàn)漏檢或少檢。3.安全態(tài)勢感知。（1）異常情況分析：綜合評估鐵路局集團公司、業(yè)務(wù)部門、站段、車間的安全風(fēng)險、隱患、通知書、故障、事故數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)分布規(guī)律及趨勢變化，分析安全管理異常狀況。（2）態(tài)勢感知分析：通過對事故故障、安全問題、安全信息、檢查寫實記錄、安全風(fēng)險管控及隱患排查治理等數(shù)據(jù)研究，實現(xiàn)對各專業(yè)安全態(tài)勢感知。4.安全生產(chǎn)關(guān)鍵指標。匯集安全風(fēng)險過程控制管理系統(tǒng)和安全監(jiān)督管理信息系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析并揭示安全風(fēng)險控制情況、安全隱患排查情況、安全投入情況、網(wǎng)絡(luò)安全情況、高鐵和旅客列車安全情況、從業(yè)人員傷亡情況、責(zé)任鐵路交通事故情況、責(zé)任行車設(shè)備故障情況、安全紅線觸犯情況等安全生產(chǎn)關(guān)鍵指標。

三、關(guān)鍵技術(shù)

（一）文本分析技術(shù)

系統(tǒng)運用文本分析技術(shù)，提取安全事故/故障報告中蘊含的非結(jié)構(gòu)化安全管理主題相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)處理后形成集檢索、提取、歸類、轉(zhuǎn)化等功能于一體的安全管理資料文本知識庫，基于該文本知識庫開展面向風(fēng)險、隱患、安全事故/故障的關(guān)聯(lián)分析，挖掘安全事件的發(fā)展規(guī)律。自然語言處理NL的應(yīng)用主要有機器翻譯、文本摘要、文本情感分析、知識圖譜、智能問答等。鑒于鐵路行業(yè)語料的獨特性，鐵路自然語言處理是一種有別于通用自然語言處理分析的垂直行業(yè)應(yīng)用類型，主要應(yīng)用全文檢索、命名實體識別、不平衡數(shù)據(jù)分類、協(xié)同過濾、知識圖譜、時間序列、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)。此外，從時空、關(guān)聯(lián)、行為等角度，建立面向鐵路安全業(yè)務(wù)的AI模型，提供業(yè)務(wù)應(yīng)用和人工智能分析模型的接口服務(wù)調(diào)用。

面向安全綜合管理的文本分析技術(shù)通過采集與安全事故和故障相關(guān)的文本數(shù)據(jù)，建立故障庫、事故庫和事故/故障報告庫，實現(xiàn)事故/故障追蹤報告的大數(shù)據(jù)分布式存儲和全文檢索。同時，應(yīng)用深度學(xué)習(xí)模型、命名實體識別等大數(shù)據(jù)和文本挖掘等前沿技術(shù)和工具，從非結(jié)構(gòu)化的事故/故障文本數(shù)據(jù)中自動提取出事故/故障名稱、地點、時間、原因、整治措施等關(guān)鍵信息，將非結(jié)構(gòu)化的事故/故障文本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進行存儲，建立鐵路局集團公司歷史事故/故障庫，應(yīng)用文本分析技術(shù)對重點事故/故障、多發(fā)事故/故障區(qū)域等展開分析。

（二）數(shù)據(jù)治理技術(shù)

系統(tǒng)融合數(shù)據(jù)治理技術(shù)，依托鐵路局集團公司安全大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺的元數(shù)據(jù)管理、主數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量管理等模塊，實現(xiàn)對鐵路局集團公司安全管理主題相關(guān)數(shù)據(jù)的全生命周期管理，提供血緣分析、影響分析、關(guān)聯(lián)分析、數(shù)據(jù)質(zhì)量報告等功能。鐵路局集團公司安全大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺可自動同步主數(shù)據(jù)平臺中的安全管理主題相關(guān)數(shù)據(jù)，依據(jù)主數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)稽核規(guī)則，按需建立不同的稽核模型，對接入平臺的安全管理主題相關(guān)數(shù)據(jù)進行質(zhì)量稽核。該平臺采用批處理與流處理相結(jié)合的方式，對各類安全管理主題相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析處理，并生成數(shù)據(jù)質(zhì)量報告；采用 Hadoop 中MapReduce 計算框架，利用基于 Spark 生態(tài)技術(shù)的批處理與流處理、基于Flink 生態(tài)技術(shù)的批處理與流處理以及基于 Storm技術(shù)的流處理，將瞬間計算轉(zhuǎn)換為平穩(wěn)的流式實時計算，以充分利用服務(wù)器的空閑時間，減輕服務(wù)器瞬時壓力，提升鐵路安全管理主題數(shù)據(jù)治理的實時性。

四、構(gòu)建鐵路安全監(jiān)督措施

（一）落實安全監(jiān)督責(zé)任制

在鐵路建設(shè)時期，為保障施工質(zhì)量，可以實施質(zhì)量監(jiān)督責(zé)任制。各施工廠區(qū)都可以成立以項目經(jīng)理為組長的工程質(zhì)量組織機構(gòu)，確立項目部、工區(qū)、架子隊三級質(zhì)量管理的質(zhì)量控制體系。項目經(jīng)理要以第一管理者的身份嚴抓工程質(zhì)量，與各工區(qū)簽訂“工程質(zhì)量責(zé)任書”。建設(shè)單位確定的重點工程由項目部領(lǐng)導(dǎo)負責(zé)落實，項目部再交由各工區(qū)領(lǐng)導(dǎo)分區(qū)負責(zé)，最后高速鐵路的建設(shè)由架子隊最終完成，形成領(lǐng)導(dǎo)責(zé)任制和質(zhì)量終身負責(zé)制，確保質(zhì)量層層落實，追責(zé)有依。在事故處理階段要落實事故責(zé)任調(diào)查制度，可成立專門的調(diào)查小組，動車事故調(diào)查組就由有關(guān)部門單位和地方的負責(zé)人組成，并聘請了鐵路運輸、電力、電氣、自動化、通信、信號、安全管理、建筑等領(lǐng)域?qū)＜遥€邀請了最高人民檢察院派員參加，既保證了事故調(diào)查的準確性和專業(yè)性又保障了事故調(diào)查的獨立性和公正性。要分清事故責(zé)任，依法追究責(zé)任人的法律責(zé)任，并對事故善后進行跟蹤監(jiān)督。

（二）安全監(jiān)督巡檢制度化

高速鐵路施工過程中要實現(xiàn)質(zhì)量安全的常態(tài)監(jiān)督，落實質(zhì)量監(jiān)督檢查制度。首先，要健全內(nèi)部質(zhì)量保證體系，包括制定明確的質(zhì)量計劃，建立專職質(zhì)量管理機構(gòu)，使管理業(yè)務(wù)標準化、監(jiān)督流程程序化，并建立一套靈敏的質(zhì)量信息反饋系統(tǒng)，使工程中出現(xiàn)的問題能及時地被發(fā)現(xiàn)并反饋給領(lǐng)導(dǎo)負責(zé)人，以便進一步改進。其次，制定好檢查管理辦法和檢查標準，使檢查有據(jù)可依。對于需要高質(zhì)量、高技術(shù)、高要求的高速鐵路來說，現(xiàn)有的質(zhì)量驗收及評定標準不能滿足高速鐵路的質(zhì)量要求，因此要針對高速鐵路制定專門的工程建設(shè)質(zhì)量驗收及評定標準，結(jié)合施工技術(shù)的不同細則對不同分工項目的工程設(shè)定相應(yīng)的質(zhì)量指標，以幫助項目經(jīng)理、監(jiān)理機構(gòu)及承包商等監(jiān)督主體順利地開展對高速鐵路的實時監(jiān)督。最后，要把定期監(jiān)督和不定期監(jiān)督結(jié)合起來，讓施工人員從心理上對質(zhì)量要求沒有絲毫放松。另外，要做好宣傳工作，提高參建人員的質(zhì)量意識，強化施工現(xiàn)場監(jiān)控和施工過程監(jiān)控。

（三）安全監(jiān)督管理現(xiàn)代化

目前世界上發(fā)達國家和地區(qū)在施工的監(jiān)督管理上基本都建立以計算機為中心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。要保障高速鐵路建設(shè)項目質(zhì)量監(jiān)督管理的高效、有力，就必須充分運用現(xiàn)代化手段，實現(xiàn)質(zhì)量監(jiān)督管理的信息化、網(wǎng)絡(luò)化來改善高鐵工程質(zhì)量監(jiān)督管理手段，提高監(jiān)督管理的效率和透明度，更好地服務(wù)于各監(jiān)督主體的監(jiān)督工作。高速鐵路的建設(shè)監(jiān)督同樣可以采用高新技術(shù)信息手段，通過計算機網(wǎng)絡(luò)建立一個全面的、立體的工程項目質(zhì)量監(jiān)督管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)實時更新收集高速鐵路施工工作人員的工作情況、施工進度、原材料的購進、設(shè)計的更改、施工問題等所有關(guān)于高速鐵路建設(shè)的信息和資料。由此，一方面，可更好地實現(xiàn)信息共享，加快信息傳遞、反饋的速度，提高監(jiān)督工作的質(zhì)量與效率；另一方面，還有利于增強監(jiān)督工作的透明度，增強監(jiān)督信息的公開性，使高速鐵路的建設(shè)能更充分地接受社會監(jiān)督。此外，現(xiàn)代化手段最直接的應(yīng)用便是遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在施工現(xiàn)場各作業(yè)區(qū)設(shè)置視頻監(jiān)控點，施工企業(yè)可以實時了解各施工點的作業(yè)情況，對施工過程進行動態(tài)掌控。監(jiān)理單位、業(yè)主、審計部門等也可以通過視頻回放做事后監(jiān)督工作，且視頻資料具有可保留性，便于事后的責(zé)任追究。

大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用顯著提升了數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理、綜合分析和共享共用，運用自然語言處理與文本分析技術(shù)對歷史事故調(diào)查報告進行格式化處理，提取同類事故原因特征信息，輔助新發(fā)事故調(diào)查，采用事故特征關(guān)聯(lián)分析模型，發(fā)現(xiàn)事故關(guān)鍵屬性的關(guān)聯(lián)規(guī)律，基于保護層分析提出風(fēng)險量化評價模型對設(shè)備故障類風(fēng)險進行度量，推動了安全監(jiān)督管理工作的科學(xué)化、精細化、智能化創(chuàng)新發(fā)展。