基于數字化的城市軌道交通保護區巡查系統研究

張冬冬，王 騰，劉友博，李 芳，代長順

（濟南軌道交通集團有限公司，山東濟南 250014）

1 引言

從2015年至今，濟南市軌道交通得到快速發展，目前已開通運營1號、2號、3號線，運營里程達84.1 km，規劃在建項目有3號線二期、4號線一期、6 號線、7號線一期、8號線一期、9號線一期，在建里程159.6 km，保護區內的建設項目也逐年增多。然而城市軌道交通保護區巡查受當前管理機制、人力、物力等因素的限制，存在巡查管理深度不足、檔案管理難度大、無法準確界定保護區范圍、調閱資料不方便的問題，因此，城市軌道交通保護區內違建現象時有發生，對城市軌道交通運行安全造成一定隱患。例如：2021年3月4日15時10分左右，某市垃圾中轉站提升改造項目，由于建設單位未向地鐵集團有關部門核實相關情況，巡查人員未及時發現該違規項目，工人擅自在地鐵安保區范圍內進行勘察作業，導致地鐵1號線隧道被打穿，造成地鐵短暫停運，雖未造成人員傷亡，但導致直接經濟損失73.018 6萬元；

由此可見，保證城市軌道交通保護區的安全是保障城市軌道交通運營安全的重要手段之一。雖然目前對于城市軌道交通保護區內的巡查工作各地均已引起重視，也設立對應的機制和專門的部門，但由于巡查管理手段的落后，智能化、準確性和及時性效果不理想。為提高城市軌道交通保護區巡查工作質量，通過實地調研與走訪，總結城市軌道交通保護區巡查模塊現狀及痛點如表 1所示。

表1 城市軌道交通保護區巡查模塊的控制環節與問題現狀

綜合以上背景及現狀分析，本項目結合移動互聯網、GPS定位技術，研發了城市軌道交通保護區巡查系統，采用信息化手段解決城市軌道交通保護區違建巡查問題，系統實現巡查任務發布、日常巡查、違規項目上報、巡查人員監督管理等業務功能，使城市軌道交通保護區巡查全過程更加規范化、高效化，做到管理有痕跡，信息可追溯。

2 巡查系統

基于瀏覽器/服務器（B/S）結構模式研發的城市軌道交通保護區巡查系統分Web端和移動App端2部分。

2.1 Web 端

基于域名訪問的Web端管理系統，包含審核管理、巡查管理、監測管理、監護管理等功能。

2.2 移動 App 端

基于智能終端的GPS移動App端，借助高精度GPS定位模塊，實現精確定位，準確記錄違規項目與隧道距離，實時更新項目進展信息，實時掌握保護區內建設項目進展情況。

3 巡查管理模塊

巡查管理模塊是城市軌道交通保護區巡查系統的子系統，巡查管理模塊可提供對巡查照片、監護方案、現場確認報告（工前確認報告、過程確認報告、工后確認報告）、巡查記錄（巡查日報、巡查周報、協調記錄等）、項目視頻等的管理功能，實現巡查單位對外部建設項目的監管及過程記錄。

巡查管理模塊主要設計功能包括巡查人員管理、巡查計劃管理、違規項目登記等，其中違規項目登記主要通過手持端現場巡查時錄入。

3.1 巡查人員管理

巡查人員管理模塊主要用于對巡查人員的監管，系統通過獲取巡查人員手持端APP所上傳的巡查數據，對巡查隊員的巡查作業情況進行監管，以達到實時、有效管控的目的。管理人員可通過該模塊查看系統記錄的內容，包括實時定位、巡查軌跡、巡查時間等作業數據，并根據軌跡數據進行巡查工作的考勤。模塊下設功能板塊包括實時定位、考勤統計、覆蓋率統計、區域配置、人員排班管理等。

3.1.1 實時定位

管理人員進入該功能模塊后，模塊首頁展示所有在崗巡查隊員的實時位置，點擊選中其中任一隊員即可展示其基本信息；頁面左側按線路-巡查區域展示巡查隊員列表，右側可按需求選擇圖例內容，包括站點名稱、車站范圍、結構邊線等。選中任一巡查人員即可查看其詳細軌跡，還可通過頁面上方復選框選擇查看某一時間段內的巡查軌跡。功能頁面如圖1所示。

圖1 人員巡查管理

3.1.2 考勤統計

考勤統計是系統根據巡查隊員每日的在崗情況及作業異常記錄，統計每日的應出勤人數、實際出勤人數和異常人數，并將結果在此模塊中展示。管理人員還可根據需求進行線路、日期等條件篩選，模塊亦支持導出、下載考勤記錄。

3.1.3 區域標注及覆蓋率統計

系統根據巡查隊員的每日巡查記錄，通過算法對于巡查作業中沒有覆蓋到的控制保護區巡查范圍進行標注，頻率為每天1次，管理人員亦可手工標注。系統在1個巡查班次結束任務時，會統計各線路的巡查覆蓋率，并將結果歸入考勤統計中。

3.1.4 區域配置

管理人員進入該功能模塊，可根據線路需求對巡查區域進行自定義劃分，將巡查區域分配至指定的中隊，實現對中隊巡查區域可視化的調整。

3.1.5 人員排班管理

管理人員進入此模塊后，可根據每日巡查要求對戶外作業人員進行在崗配置管理，確保控制保護區范圍內人員巡查完全覆蓋。

3.2 巡查計劃管理

巡查計劃管理包括計劃發布、計劃執行及計劃跟蹤功能。系統將提供巡查問題整改跟蹤功能，巡查發現項目存在問題，可通過系統發起問題處置流程，跟蹤每一個環節的處理情況，巡查計劃執行將通過手持端進行。

3.2.1 巡查計劃發布及巡查計劃執行

對于巡查計劃發布，首先在城市軌道交通保護管理系統建立巡查任務，而后可通過終端設備的數據交互模塊實現任務下載，進而達到專人專用的目的，具體功能實現如下。

（1）移動巡查APP可實現巡查任務下發功能，管理人員可通過巡查APP直接下發巡查任務。用戶進入設備終端操作軟件后，首先需要認證登陸。城市軌道交通保護管理系統通過系統管理模塊對巡查人員的基礎信息進行配置，巡查人員在使用終端設備時需要鍵入自己正確的身份信息，聯網（或后臺）通過驗證后才能開始設備的使用。用戶登陸后，終端軟件根據已驗證的用戶身份信息更新下載該用戶對應的相關巡查任務。同時系統日志可以詳細紀錄巡查人員的使用操作。

（2）用戶登陸后通過網絡下載相關的巡查任務信息，移動端巡查項目列表界面如圖2所示，任務信息詳情與城市軌道交通保護管理系統中所發布的信息一致，根據巡查的不同時段對巡查任務工作進行記錄上傳。此外，巡查任務下發或變更時，相關巡查人員能夠及時收到推送消息提醒。

圖2 巡查項目列表

3.2.2 巡查計劃跟蹤及巡檢計劃上報

巡查記錄人員在巡查過程中所產生的文件記錄信息即巡查成果資料可以以如下幾種形式記錄：文字、圖像、GPS定位信息等。

（1）作為手持巡查設備終端最基本的記錄功能，用戶可在執行對應檢查任務的工作環境中任意記錄所需的文字文檔并保存。用戶可以對巡查行走路線的要素、名稱、備注信息和項目違規情況進行記錄。文字記錄可在離線狀態下進行本地緩存，重新聯網后自動上傳更新。

（2）圖像記錄功能通過手持巡查設備終端內置的照相鏡頭來實現，用戶可在執行對應檢查任務的工作環境中任意記錄所需圖像文件并保存。圖像在手持設備中的保存記錄界圖如圖3所示，用戶可以在該界面進行圖像查看。圖像記錄功能同樣支持離線緩存功能。

圖3 圖像記錄

（3）位置記錄功能通過手持巡查設備終端內置GPS定位模塊來實現，根據用戶對于GPS定位精度的需求，可以選擇不同級別的定位模塊。用戶利用終端設備可以在現場巡查工作環境中記錄違規項目或其他設施和人員行走的定位信息，設備可以采集到用戶所在位置的GPS 點坐標、兩點間直線距離及3個點以上所成面域的面積信息。用戶可在執行對應巡查任務的工作環境中記錄所需GPS量測記錄信息，并以相應的文件格式進行保存。

3.3 巡查報告管理

系統不僅支持在線查看所有歷史日報、周報及月報，同時將自動匯總及分析相關巡查數據，并以圖表的方式進行匯總展示，如圖4所示。

圖4 巡查報告及報表

巡查過程中，可在違規項目登記功能界面填寫該項目的基本信息、上傳定位信息和項目現場照片等資料，界面如圖5所示。系統根據定位信息，在地圖上進行預警信息標識。用戶可在此板塊中查看所有現存且未消除的預警信息，確認該預警信息目前的處置狀況，管理人員可根據線下的處置情況，對該預警信息的處置狀況進行更新或消除，功能界面如圖6所示。

圖5 位置拾取

圖6 項目查看界面

如果違規項目是在保護區范圍內沒有按正常手續到軌道交通集團報審的外部作業項目，則按違規項目處理流程，可登記巡查報告、協調記錄。

4 其他模塊

4.1 審核管理模塊

在該模塊中，業務主管人員可對外部報建單位在門戶網站提交的項目進行審核，審核過程中可以會簽轉發給其他人員征求審核意見，審核結論會以短信的形式發送給外部報建單位 。

4.2 監測管理模塊

系統接入自動化和人工監測的數據，具備在線監測、預警、消警等功能，及時有效分析城市軌道交通沿線外部申報項目的監測數據，減少人工計算量、實時掌握監測數據，模塊界面如圖7所示。

圖7 監測管理模塊界面

4.3 監護管理模塊

監護管理模塊是申報項目的所有信息的集中展示頁面，輔助業務主管人員全方面了解項目的信息，包括項目基本信息、項目審核信息、項目位置信息、項目巡查信息、項目監測信息、項目文件資料等，實現對各類項目的全過程及各類資料的管理，模塊界面如圖8所示。

圖8 監護管理模塊界面

5 無人機巡查接口

系統將預留與無人機數據的接口，實現與無人機設備采集巡查數據的對接，并充分利用目前成熟的人工智能（AI）圖形算法，實現基于無人機設備的環境及設備判別，自動識別保護區范圍內存在的違規器具等信息，巡查界面如圖9所示。

圖9 無人機巡查界面

通過后續硬件設備的選型與組裝構建無人機巡查系統，實現沿城市軌道交通線路進行影像采集，并對圖像進行自動化分析，確定是否有影響城市軌道交通隧道結構安全的項目。系統需具備無人機巡查設備的接入功能，通過圖像比對與圖像特征識別實現對特定目標（如鉆機 /施工機械/違建）的搜索與安全預警，自動生成報表與統計圖表。

6 結論

基于數字化的城市軌道交通保護區巡查系統將傳統保護區的巡查方式提升為基于無人機、手持終端設備及巡查系統Web端，并在濟南市軌道交通運營線路開展示范性應用，取得了良好的成效。

（1）研發的城市軌道交通保護區巡查系統將軌道交通線路、車站、風亭、保護區范圍等信息固化在地圖上，精確定位保護區紅線區域，巡查人員可在現場進行保護區內違規項目判定及信息快速采集，大幅縮短了城市軌道交通保護區違規項目的上報和業務處理周期。

（2）系統實現全流程智能化、高效化、標準化。巡查計劃發布→巡查計劃執行→巡查計劃跟蹤→巡查計劃上報，使巡查更加有效且直觀，同時系統支持移動端登錄查看及上報。

（3）系統實現對巡查人員的實時定位、考勤統計、所巡查區域統計分析及標注；可進行巡查區域劃分及巡查人員排班管理，真正做到巡查人員的科學化、全面化管理。