營(yíng)業(yè)線施工作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

鄧桂星，張 銳，王 瑜，李世春，王俊清

（中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司 信息技術(shù)所， 蘭州 730000）

隨著中國(guó)鐵路的迅猛發(fā)展，鐵路線路施工量也在快速增加。營(yíng)業(yè)線施工作業(yè)是鐵路線路施工的重要組成部分。進(jìn)行該施工作業(yè)必須把行車(chē)安全放在首位，施工作業(yè)的安全與否直接影響著鐵路運(yùn)輸組織的正常開(kāi)展。營(yíng)業(yè)線施工作業(yè)具有結(jié)合部多，綜合性強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)管控難度大等特點(diǎn)，是各種業(yè)務(wù)交集的突出體現(xiàn)[1]。當(dāng)前施工作業(yè)安全管理存在著諸多問(wèn)題：（1）施工參與人員多，資質(zhì)卡控難；（2）管理流程長(zhǎng)、涉及專業(yè)廣，標(biāo)準(zhǔn)化流程執(zhí)行不到位；（3）各信息系統(tǒng)之間沒(méi)有規(guī)范的接口，信息共享難度大；（4）施工現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，難以掌控實(shí)際情況；（5）盯控干部履職不到位的情況時(shí)有發(fā)生，缺少監(jiān)管手段。營(yíng)業(yè)線施工作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱：監(jiān)控系統(tǒng)）是為解決上述問(wèn)題而設(shè)計(jì)研發(fā)的。

1 設(shè)計(jì)原則及目標(biāo)

1.1 設(shè)計(jì)原則

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）突出先進(jìn)性，敢于應(yīng)用當(dāng)前先進(jìn)的信息科技手段；（2）體現(xiàn)實(shí)用性，切實(shí)解決現(xiàn)場(chǎng)存在的問(wèn)題；（3）考慮經(jīng)濟(jì)性，在滿足系統(tǒng)功能和性能的前提下，盡量減少建設(shè)成本；

（4）遵循開(kāi)放性，為其他系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口；

（5）確保安全性，做好安全保障措施，確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，不影響現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)和行車(chē)組織。

1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是為了提高施工安全管控水平、強(qiáng)化施工作業(yè)安全監(jiān)控、規(guī)范施工作業(yè)流程管理、明確施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)、加強(qiáng)施工作業(yè)人員和行為盯控、減輕現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)強(qiáng)度。該系統(tǒng)集生產(chǎn)、管理和監(jiān)控于一體[2]，全面提升鐵路施工作業(yè)質(zhì)量，提高作業(yè)安全性。

2 系統(tǒng)概述

2.1 總體架構(gòu)

系統(tǒng)的總體架構(gòu)是能否實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求、便于現(xiàn)場(chǎng)操作、節(jié)約建設(shè)資金和保障系統(tǒng)安全的關(guān)鍵所在。

監(jiān)控系統(tǒng)采用“集中部署、分散應(yīng)用”的部署方式。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器[3]、文件服務(wù)器、圖形處理器（GPU）、Web服務(wù)器和接口服務(wù)器集中部署在蘭州局集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱：蘭州局）數(shù)據(jù)中心。蘭州局各業(yè)務(wù)處室及各站段用戶通過(guò)內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)的電腦終端接入監(jiān)控系統(tǒng)；手持機(jī)和鐵路施工管控虛擬門(mén)等移動(dòng)終端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，如圖1所示。

圖 1 監(jiān)控系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，包括作業(yè)人員、施工維修計(jì)劃、會(huì)議、參會(huì)人員和小型工機(jī)具等數(shù)據(jù)；文件服務(wù)器主要存儲(chǔ)圖片和會(huì)議資料，通過(guò)Nginx[4]提供服務(wù)，與應(yīng)用進(jìn)行無(wú)縫銜接；GPU服務(wù)器一主一備，負(fù)責(zé)進(jìn)行人臉識(shí)別算法的集中化處理；Web服務(wù)器采用WebLogic控制臺(tái)為內(nèi)網(wǎng)應(yīng)用提供Http服務(wù)；接口服務(wù)器為獨(dú)立的應(yīng)用程序接口（API）服務(wù)器，以中間庫(kù)方式與互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用進(jìn)行加密數(shù)據(jù)的信息交互。

2.2 系統(tǒng)功能

監(jiān)控系統(tǒng)的功能主要包括施工監(jiān)控平臺(tái)、人員資質(zhì)管理、會(huì)議電子化、出入網(wǎng)管理、干部盯控和圖表自動(dòng)繪制。

2.2.1 施工監(jiān)控平臺(tái)

采用數(shù)字驅(qū)動(dòng)文檔（D3）矢量圖形技術(shù)[5]和地理信息數(shù)據(jù)，建立施工作業(yè)監(jiān)控平臺(tái)，如圖2所示，實(shí)現(xiàn)施工作業(yè)流程控制。監(jiān)控人員可實(shí)時(shí)掌握正在進(jìn)行的各項(xiàng)施工狀況和相關(guān)信息。做到了入網(wǎng)前教育、施工預(yù)備會(huì)、施工總結(jié)會(huì)、人員資質(zhì)、盯控干部、施工登銷(xiāo)記、調(diào)度命令轉(zhuǎn)交、現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)和放行前簽認(rèn)等信息一目了然。使得監(jiān)控目標(biāo)更具體，監(jiān)控手段更多樣，監(jiān)控效果更突出。

圖2 施工作業(yè)監(jiān)控平臺(tái)監(jiān)控圖

2.2.2 人員資質(zhì)管理模塊

通過(guò)建立施工作業(yè)人員資質(zhì)和面部特征庫(kù)，實(shí)現(xiàn)人員資質(zhì)的電子化管理。該模塊能夠?qū)κ┕f(xié)調(diào)小組組長(zhǎng)、施工（維修）負(fù)責(zé)人、配合負(fù)責(zé)人、駐站聯(lián)絡(luò)員、現(xiàn)場(chǎng)防護(hù)員、盯控干部等人員信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，滿足了業(yè)務(wù)處室、相關(guān)站段、車(chē)站（工區(qū)）人員資質(zhì)管理要求，實(shí)現(xiàn)了集團(tuán)公司施工作業(yè)人員身份識(shí)別、職級(jí)管理、培訓(xùn)資格和有效期管理電子化。

2.2.3 會(huì)議電子化管理模塊

采用移動(dòng)APP和人臉識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)施工“三會(huì)”，即預(yù)備會(huì)、班前會(huì)和總結(jié)會(huì)的電子化管理。使用移動(dòng)APP對(duì)參會(huì)人員的面部特征、作業(yè)地點(diǎn)和作業(yè)時(shí)間等信息進(jìn)行采集；再運(yùn)用AI人臉識(shí)別技術(shù)與人員資質(zhì)管理庫(kù)中的面部特征進(jìn)行比對(duì)，完成身份識(shí)別和資質(zhì)卡控，確保了讓“正確的人，在正確的時(shí)間，干正確的事”[6]。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了會(huì)議資料的電子化管理，滿足了相關(guān)單位對(duì)會(huì)議資料的共享需求。

2.2.4 出入網(wǎng)管理模塊

自主研發(fā)鐵路施工管控虛擬門(mén)，采用AI人臉識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)了出入網(wǎng)職工的電子化管理；應(yīng)用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了出入網(wǎng)勞務(wù)人員和小型機(jī)具的電子化管理。作業(yè)開(kāi)始時(shí)，虛擬門(mén)對(duì)入網(wǎng)人員和小型機(jī)具進(jìn)行電子登記；作業(yè)結(jié)束時(shí)，再次使用虛擬門(mén)對(duì)出網(wǎng)人員和小型機(jī)具進(jìn)行電子銷(xiāo)記，確保人員和小型機(jī)具撤離至安全地點(diǎn)后，駐站聯(lián)絡(luò)員再進(jìn)行作業(yè)銷(xiāo)記[7]。

2.2.5 干部盯控管理模塊

采用移動(dòng)APP技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)盯控干部“兩定位、N關(guān)鍵、多問(wèn)題”的標(biāo)準(zhǔn)化流程管控。盯控干部必須全程跟班檢查施工過(guò)程，通過(guò)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)定位、關(guān)鍵環(huán)節(jié)影像資料上傳和撤離現(xiàn)場(chǎng)定位等功能，如圖3所示，約束了盯控干部的履職行為，杜絕了盯控干部遲到早退、中途離場(chǎng)、履職盡責(zé)不到位等現(xiàn)象的發(fā)生，使施工作業(yè)安全控制得到有效提升。

圖3 系統(tǒng)中上傳的干部盯控關(guān)鍵影像資料

2.2.6 圖表自動(dòng)繪制模塊

在施工期間，需由站段每日上報(bào)施工日計(jì)劃圖、盯控圖和限速圖信息。各單位相關(guān)業(yè)務(wù)處室指定專人，利用Visio或Excel等工具進(jìn)行繪制，每天的繪圖工作需花費(fèi)2～3 h。

該系統(tǒng)的圖標(biāo)自動(dòng)繪制模塊，應(yīng)用D3矢量圖形技術(shù)，實(shí)現(xiàn)施工各類(lèi)圖表電子化繪制。相關(guān)業(yè)務(wù)處室應(yīng)用該功能模塊在15 min之內(nèi)即可完成施工日計(jì)劃圖、盯控圖和限速圖的繪制和打印工作，其中施工日計(jì)劃圖如圖4所示，并且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤，顯著減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了工作效率，使現(xiàn)場(chǎng)工作人員能將更多的精力放到生產(chǎn)中。每天為相關(guān)部門(mén)及單位共節(jié)省300 h工作量。

圖4 系統(tǒng)自動(dòng)繪制的施工日計(jì)劃圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 人臉識(shí)別技術(shù)

人臉識(shí)別技術(shù)采用百度公司人工智能接口，將接口程序私有化，部署到集團(tuán)公司數(shù)據(jù)中心GPU服務(wù)器上，實(shí)現(xiàn)了人臉識(shí)別算法的集中化處理。目前，集團(tuán)公司施工維修的“三會(huì)”電子化簽到日均為2 000人次，單次識(shí)別可在150 ms內(nèi)完成。

3.2 D3矢量圖形技術(shù)

用于操作和管理基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的文檔的JavaScript 函數(shù)庫(kù)，利用可縮放矢量圖形（SVG）和層疊樣式表（CSS） 技術(shù)把數(shù)據(jù)直觀地展示在網(wǎng)頁(yè)上。系統(tǒng)的監(jiān)控圖、計(jì)劃圖、盯控圖和限速圖均采用D3進(jìn)行鋪畫(huà)，代碼簡(jiǎn)便、響應(yīng)迅速、支持主流瀏覽器。

3.3 前后端分離開(kāi)發(fā)模式

系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)遵循前后端分離原則，前端開(kāi)發(fā)以JavaScript[8]為主，綜合應(yīng)用H5、Ajax、JQuery和D3矢量圖形等技術(shù)，后端服務(wù)的開(kāi)發(fā)采用基于J2EE框架的MVC模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，前后端通過(guò)JSON為主的RESTful架構(gòu)風(fēng)格進(jìn)行交互通信。同時(shí)，采用團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)模式，將任務(wù)逐層分解到研發(fā)人員，項(xiàng)目前后端開(kāi)發(fā)和集成測(cè)試由專人完成，提高了開(kāi)發(fā)效率，縮短了開(kāi)發(fā)周期。

4 結(jié)束語(yǔ)

營(yíng)業(yè)線施工作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)于2018年2月在蘭州局投產(chǎn)應(yīng)用。該系統(tǒng)解決了臨時(shí)變更施工負(fù)責(zé)人及防護(hù)員導(dǎo)致的關(guān)鍵崗位人員無(wú)法卡控，施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)監(jiān)控不到位，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員和小型工機(jī)具未全部撤離就盲目銷(xiāo)記，施工會(huì)議內(nèi)容和資料無(wú)法共享和施工現(xiàn)場(chǎng)影像資料無(wú)法獲取等問(wèn)題，為營(yíng)業(yè)線施工安全管理提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。隨著系統(tǒng)運(yùn)用的不斷深入，施工作業(yè)人員執(zhí)行施工標(biāo)準(zhǔn)流程的行為意識(shí)逐漸增強(qiáng)，施工作業(yè)質(zhì)量得到顯著提升。自系統(tǒng)投產(chǎn)應(yīng)用以來(lái)，蘭州局尚未發(fā)生因施工而導(dǎo)致的行車(chē)安全事故。

系統(tǒng)下一步計(jì)劃引入大數(shù)據(jù)分析預(yù)警功能，分析當(dāng)前施工作業(yè)存在的突出問(wèn)題并對(duì)施工作業(yè)將要面臨的關(guān)鍵安全隱患進(jìn)行預(yù)警。