企業(yè)鐵路施工人員安全管理信息平臺的研發(fā)與設(shè)計

摘要：在企業(yè)鐵路運輸生產(chǎn)活動中，現(xiàn)場施工生產(chǎn)管理一直是重要挑戰(zhàn)。首先闡述了企業(yè)鐵路施工生產(chǎn)安全管理的現(xiàn)狀，然后針對企業(yè)鐵路施工全過程可能出現(xiàn)的安全事故風(fēng)險因素，在現(xiàn)有企業(yè)鐵路施工管理基礎(chǔ)上，提出一種基于大數(shù)據(jù)處理、人工智能、電子圍欄的安全防護(hù)技術(shù)，實現(xiàn)企業(yè)鐵路施工全階段的信息集成與共享，保證施工現(xiàn)場、機車、地面管理三方互控，推進(jìn)企業(yè)鐵路施工信息化、可視化、智能化、一體化，提升管理效率，降低鐵路運營安全事故風(fēng)險。

關(guān)鍵詞：企業(yè)鐵路施工安全管理；施工一體化管理；人工智能；大數(shù)據(jù)處理

一、前言

在企業(yè)鐵路運輸生產(chǎn)活動中，現(xiàn)場施工生產(chǎn)管理一直是重要挑戰(zhàn)。目前企業(yè)鐵路系統(tǒng)已成立了專門的管理機構(gòu)，形成了較為完善的生產(chǎn)管理辦法和安全防護(hù)體系，但整體信息化水平不高，生產(chǎn)計劃管理、安全監(jiān)督計劃管理、登銷記、生產(chǎn)資料管理、現(xiàn)場監(jiān)控、現(xiàn)場安全防護(hù)等環(huán)節(jié)還缺乏統(tǒng)一的信息系統(tǒng)支撐，施工生產(chǎn)過程還做不到全流程、一體化管理，施工生產(chǎn)作業(yè)寫實過程分散，回溯和評價較為困難，很難滿足目前對施工生產(chǎn)管理決策、信息共享等方面的需求。

二、目前企業(yè)鐵路施工生產(chǎn)安全管理存在問題

（一）人工組織模式效率低

目前企業(yè)鐵路的施工管理中，在施工計劃提報、審核方面已應(yīng)用了一定的先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)了信息化管理，但施工生產(chǎn)現(xiàn)場作業(yè)管理仍采用人工組織模式，施工現(xiàn)場、駐站現(xiàn)場嘈雜、混亂，信息傳達(dá)極易出錯。

（二）人工防護(hù)體系隱患多

企業(yè)鐵路施工管理體系是一個多部門、多程序、多工種、多人員的聯(lián)合管理體系，在施工工期緊、施工任務(wù)復(fù)雜的情況下，必然出現(xiàn)施工方案制定不嚴(yán)密、施工計劃審批流于形式、作業(yè)盯控不嚴(yán)格、防護(hù)不到位、無計劃和超范圍施工等慣性問題[1]。

（三）作業(yè)信息反饋難量化

施工作業(yè)管理層對施工現(xiàn)場具體情況難以掌控，依賴于現(xiàn)場人員后期匯報，精確性、可視性不強，不能及時發(fā)現(xiàn)某些區(qū)段生產(chǎn)施工兌現(xiàn)率不高、作業(yè)防護(hù)不到位、推遲給點頻發(fā)、設(shè)備故障多發(fā)等施工作業(yè)隱患征兆[2]。

（四）安全管理信息化較低

目前企業(yè)鐵路安全管理相關(guān)軟件普遍已使用十年以上。隨著企業(yè)鐵路的發(fā)展，安全管理水平要求也在不斷提高，但目前企業(yè)鐵路信息化軟件迭代升級明顯滯后，施工全過程管理缺失功能較多，已不適應(yīng)當(dāng)下安全管理需求。

三、研究的主要內(nèi)容

針對目前企業(yè)鐵路施工安全管理整體信息化水平不高，特別是企業(yè)鐵路施工現(xiàn)場仍采用人工盯控作業(yè)的現(xiàn)狀，利用電子圍欄、大數(shù)據(jù)分析、無線通信技術(shù)等信息化技術(shù)，通過作業(yè)管理系統(tǒng)、車載終端、調(diào)度實時監(jiān)控系統(tǒng)、中心檢測分析系統(tǒng)、接口分系統(tǒng)，實現(xiàn)調(diào)度、車站、機車和施工現(xiàn)場的互控，實現(xiàn)企業(yè)鐵路施工人員安全防護(hù)信息化、一體化、全過程管理。

四、總體設(shè)計原則

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)具有兼容性和可擴展性，既可以包容不同廠類型的產(chǎn)品，便于升級換代，使整個系統(tǒng)可以隨著技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)步。系統(tǒng)應(yīng)強調(diào)以人為本的設(shè)計思想，充分考慮技術(shù)上的可行性、先進(jìn)性和較高的性價比，為實際使用者和管理者提供有效的信息服務(wù)，為用戶和管理人員提供安全、舒適、方便、快捷、高效、節(jié)約的工作和辦公環(huán)境。

系統(tǒng)具有高度的安全性、可靠性和穩(wěn)定性，包括系統(tǒng)自身安全和信息傳遞的安全，以及運行的可靠性。

系統(tǒng)具有故障診斷和分析工具，能幫助維護(hù)人員迅速判斷故障原因，并具備有效的維護(hù)工具和系統(tǒng)自恢復(fù)工具，能保證及時準(zhǔn)確排除故障。

五、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

企業(yè)鐵路安全防護(hù)作業(yè)系統(tǒng)由5個分系統(tǒng)構(gòu)成，分別為：

（1）作業(yè)管理系統(tǒng)：存儲讀取施工人員特征信息、讀取分析施工計劃。

（2）移動應(yīng)用分系統(tǒng)：移動應(yīng)用APP軟件，遠(yuǎn)程顯示作業(yè)管理系統(tǒng)。

（3）車載終端：收/發(fā)地面作業(yè)信息，特殊情況下緊急控車。

（4）中心檢測分析系統(tǒng)：相關(guān)算法、數(shù)據(jù)處理中心。

（5）接口分系統(tǒng)：接入鐵路其他平臺數(shù)據(jù)庫，獲取現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)信息。

六、軟件設(shè)計

應(yīng)用平臺采用 B/S 構(gòu)架，軟件架構(gòu)采用J2EE平臺SSM框架（SpringMVC+Spring+Mybatis）進(jìn)行開發(fā)。

（一）用戶層

用戶包括各工區(qū)、現(xiàn)場施工隊、車站值班室、調(diào)度室、技術(shù)室、相關(guān)公司業(yè)務(wù)部門等，各業(yè)務(wù)部門使用同一服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，根據(jù)用戶需求設(shè)置不同權(quán)限。基于WinForm、Android Studio和JSP技術(shù)開發(fā)電腦桌面應(yīng)用客戶端和移動APP，滿足多人員多場景職能需求。

（二）表示邏輯層

基于OGC Web服務(wù)規(guī)范的開源軟件GeoServer技術(shù)，允許用戶在具有大量動靜態(tài)元素的GIS地圖上迅速獲取地理空間信息，并進(jìn)行相應(yīng)特征數(shù)據(jù)變更。

（三）Web服務(wù)

采用一種經(jīng)典的MVC架構(gòu)：SpringMVC框架，具有高度的可拓展性和融合性，方面未來平臺功能擴展或其它平臺接入。

（四）業(yè)務(wù)邏輯層

采用Spring框架，一種主流的開源框架，可以兼容各種優(yōu)秀的開源框架，降低各種框架的使用難度。方便程序的測試，通過聲明式方式靈活地進(jìn)行事務(wù)的管理，提高開發(fā)效率和質(zhì)量。

（五）數(shù)據(jù)訪問層

采用Mybatis框架，實現(xiàn)程序?qū)ο笈c數(shù)據(jù)庫的ORM映射，將軟件與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)解耦，降低軟件的復(fù)雜度，提高軟件的可擴展性與可移植性。與同為數(shù)據(jù)持久化的重量級框架Hibernate相比雖然可移植性相對遜色，但使用更具靈活性。

（六）數(shù)據(jù)管理層

采用微軟Sql Server數(shù)據(jù)庫管理軟件。

七、關(guān)鍵技術(shù)

（一）生產(chǎn)施工全過程信息化

施工作業(yè)環(huán)節(jié)取消紙質(zhì)調(diào)度命令流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，采用平臺+應(yīng)用的模式進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計。首先構(gòu)建調(diào)度實時監(jiān)控平臺，在平臺上提供統(tǒng)一特征信息描述，輔助信息動態(tài)采集、報警檢測和視頻綜合監(jiān)控，面向生產(chǎn)作業(yè)管理全過程實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)流程信息化貫通和各環(huán)節(jié)一體化管理[3]。

（二） RTK定位技術(shù)

載波相位差分技術(shù)（RTK）是目前主流的高精度定位技術(shù)，理論定位精度可達(dá)厘米級，首先繪制出GIS站場地圖。其次建立與聯(lián)鎖系統(tǒng)顯示界面的區(qū)段、信號機、道岔的映射關(guān)系。映射關(guān)系建立之后，就可以將車載定位單元上傳的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為界面機車圖標(biāo)的屏幕坐標(biāo)，并實時更新行成動態(tài)監(jiān)控。

（三） GIS 電子圍欄技術(shù)

基于北斗定位技術(shù)，實現(xiàn)在GIS地圖上圈定電子圍欄功能，實時監(jiān)控現(xiàn)場作業(yè)目標(biāo)及機車運行情況，人員超電子圍欄范圍報警、機車靠近作業(yè)區(qū)域報警。

（四） 大數(shù)據(jù)整合分析技術(shù)

基于大數(shù)據(jù)整合分析技術(shù)，實時采集的調(diào)度、車站、機車和施工現(xiàn)場的信息，配合分系統(tǒng)接入的其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫信息（如聯(lián)鎖信息、LJK數(shù)據(jù)等），實時驗算，對違規(guī)施工進(jìn)行實時報警。

八、主要功能介紹

（一）施工計劃階段管理

1. 施工人員數(shù)據(jù)化

作業(yè)管理系統(tǒng)通過指紋采集、面部識別、ID卡錄入等手段將上報的作業(yè)人員錄入系統(tǒng)，建立施工人員數(shù)據(jù)庫。根據(jù)已在網(wǎng)上審核合格、驗證完成的資質(zhì)能力（如安全員證、登高作業(yè)證、施工負(fù)責(zé)人證等），為數(shù)據(jù)庫中各作業(yè)人員設(shè)置施工工種權(quán)限。可通過辦公網(wǎng)絡(luò)，隨時調(diào)取數(shù)據(jù)庫信息，可通過終端驗證指紋或面部識別，彈出人員數(shù)據(jù)庫信息。

2.施工計劃規(guī)范化

作業(yè)管理系統(tǒng)根據(jù)各處室提報的施工月、日計劃，自動識別施工時間段、施工登記車站、施工范圍，自動分析同一時段、同一作業(yè)區(qū)段，提示可共用天窗，增加天窗利用率，并同步生成施工作業(yè)單。

施工作業(yè)票根據(jù)施工計劃上作業(yè)配合單位內(nèi)容，下發(fā)到各作業(yè)單位，各作業(yè)單位根據(jù)作業(yè)內(nèi)容，結(jié)合數(shù)據(jù)庫各人員資質(zhì)，安排施工負(fù)責(zé)人、防護(hù)人、特殊工種，選取安全作業(yè)風(fēng)險卡控點，形成相應(yīng)派工單并自動下發(fā)至相關(guān)作業(yè)人員手機APP，提示作業(yè)人員相關(guān)作業(yè)內(nèi)容。系統(tǒng)可見相關(guān)作業(yè)人員是否確認(rèn)內(nèi)容，未確認(rèn)自動提醒。

（二）施工登銷記階段管理

該系統(tǒng)取消施工負(fù)責(zé)人/駐站聯(lián)絡(luò)員登銷記紙質(zhì)行車設(shè)備施工登記簿，啟用電子登銷記，關(guān)鍵流程如下：

1.施工負(fù)責(zé)人/駐站聯(lián)絡(luò)員到車站身份識別系統(tǒng)調(diào)出施工計劃，系統(tǒng)根據(jù)施工計劃自動生成登記內(nèi)容。

2.系統(tǒng)向車間/段配合監(jiān)護(hù)人員、天窗點施工安全員以及其他要求人員發(fā)送身份識別要求，確認(rèn)各流程人員全部就位，開始上傳安全交底影像資料，現(xiàn)場進(jìn)出場人員、物資及工具影像資料。

3.車站確認(rèn)登記、行調(diào)批準(zhǔn)登記，完成后下達(dá)柵欄門閘機開啟命令。

4.作業(yè)進(jìn)行中，通過現(xiàn)場安全監(jiān)控設(shè)備實時監(jiān)控現(xiàn)場作業(yè)信息。

5.現(xiàn)場向車站發(fā)送請求銷記，同步上傳現(xiàn)場進(jìn)出場人員、物資及工具影像資料。

6.車站根據(jù)現(xiàn)場確認(rèn)信息、現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備傳回檢測數(shù)據(jù)，確認(rèn)銷記。

7.關(guān)閉柵欄門閘機、發(fā)送開通命令。

該流程需上一流程確認(rèn)后，才能操作下一流程，有效克服了信息無法共享流程不能卡控的缺點，節(jié)約了紙質(zhì)單據(jù)流轉(zhuǎn)、電話請示的時間，提高了登銷記環(huán)節(jié)的專業(yè)性、準(zhǔn)確性，確?，F(xiàn)場安全可控。

（三）施工作業(yè)階段管理

1.“人、地、車”聯(lián)鎖防護(hù)

（1）機車端安裝車載系統(tǒng)，接收RTK或RFID定位信息、速度信息、時間信息和狀態(tài)信息；實時顯示人員位置信息、線路災(zāi)害信息、聯(lián)鎖信息（信號機、道岔、區(qū)段狀態(tài)信息等），實時顯示機車所在的位置、速度、車列前方進(jìn)路、調(diào)車信號、距離等。對前方進(jìn)路相關(guān)作業(yè)人員進(jìn)行自動位置追蹤。

在接近道口、土擋、信號燈、盡頭線、隧道、現(xiàn)場作業(yè)人員位置、線路災(zāi)害標(biāo)識等位置會給出語音提示，在緊急情況下，車載通過車載控車系統(tǒng)控制機車減速或停車，以確保安全行車。

（2）地面端安裝調(diào)度終端，監(jiān)控機車、相關(guān)作業(yè)人員及線路災(zāi)害的實時位置，展示機車的運動狀態(tài)、速度大小、牽引的數(shù)量、類型。能實時接收現(xiàn)場報警信息，能對施工現(xiàn)場和機車發(fā)送警報信息并通信?？纱_認(rèn)報警信息是否被查看確認(rèn)。所有操作信息、語音均記錄于存儲設(shè)備，方便進(jìn)行事件回顧。

（3）施工人員端佩戴智能移動終端，向車載系統(tǒng)、調(diào)度終端發(fā)送自身位置信息，同時在電子地圖上顯示機車及其它施工人員信息，隨時了解施工區(qū)域動態(tài)。移動終端具備語音視頻功能，能與調(diào)度、機車實時交流。

（4）管理人員配備智能管理終端，遠(yuǎn)程復(fù)示調(diào)度情況和機車行駛關(guān)鍵信息，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及辦公，實時顯示如到達(dá)車、外排車、調(diào)車計劃、機車位置、運行狀態(tài)、掛車、廠內(nèi)現(xiàn)車等信息，為管理人員提供了可視化的圖表及數(shù)據(jù)，極大方便了管理決策人員的動態(tài)管控和動態(tài)決策，實現(xiàn)企業(yè)鐵路運輸生產(chǎn)信息化和調(diào)度指揮的智能化管理。

該系統(tǒng)根除了傳統(tǒng)設(shè)備管理方式的弊端，通過地圖加信息的方式全面、直觀、準(zhǔn)確地反映了設(shè)備分布、現(xiàn)狀及技術(shù)特征，通過移動端 APP 讓涉及到鐵路運輸生產(chǎn)的每一個人都變成“安全員”，若發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場有安全隱患，可隨時隨地拍照上傳，實現(xiàn)資源共享，能夠及時協(xié)調(diào)生產(chǎn)過程，保證實時高效化、安全管理。

在企業(yè)鐵路行車安全方面，系統(tǒng)能監(jiān)控到機車、站場及軌道沿線人員的實時分布情況，發(fā)現(xiàn)人員位于非安全范圍內(nèi)時（接車接近時的有效范圍），將自動推送報警信息至對應(yīng)人員攜帶的設(shè)備APP上，同時現(xiàn)場人員的設(shè)備將進(jìn)行燈光閃爍報警和語音播報報警，人員未及時撤離的情況下，通知司乘人員采取相應(yīng)措施，對現(xiàn)場作業(yè)人員作業(yè)防護(hù)瞭望不全面提供了有效的安全保障，同時也有效的防止了行車安全事故的發(fā)生。

（四）調(diào)度綜合大屏顯示

將整個站場區(qū)間布局顯示在看板大屏界面上，將整個站場內(nèi)的鐵路施工、設(shè)備故障定位、安全隱患上報、設(shè)備設(shè)施檢修維護(hù)、施工、預(yù)警，機車運行情況（調(diào)車計劃、運行狀態(tài)、掛車信息）、巡道、線路封閉、股道廠內(nèi)現(xiàn)車等一系列與鐵路相關(guān)事件，按空間位置的概念進(jìn)行實時可視化的監(jiān)控，進(jìn)行安全預(yù)警及信息共享，實現(xiàn)站場全天候管控，為科學(xué)決策提供依據(jù)。

九、結(jié)語

本設(shè)計方案在分析企業(yè)鐵路施工安全風(fēng)險的基礎(chǔ)上，對企業(yè)鐵路施工全過程智能化、信息化管控進(jìn)行了相關(guān)研究，提出了一套了企業(yè)鐵路作業(yè)全過程信息化管理流程，旨在提升企業(yè)鐵路作業(yè)管理效率，實現(xiàn)安全管理可視化，降低鐵路運營安全事故風(fēng)險，提升鐵路營業(yè)線作業(yè)信息化應(yīng)用水平。

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（作者單位：中國石油蘭州石化公司油品調(diào)合中心）