基于物联网技术的轨道交通设备精益化作业管理系统应用研究

颜新发 刘阳辉 黄 燕

1.长沙市轨道交通运营有限公司，湖南长沙 410000；2.厦门物之联智能科技有限公司，福建厦门 361000

长沙市城市轨道交通进入快速发展期，地铁线路组网的逐年扩大，同时也对地铁运营企业关于地铁现场的监管管理、地铁设施的日常保养监督、铁路零部件产品与耗材品质诸多领域提出了更高的管理要求与挑战。本文探讨引入先进的物联网NFC 技术运用于设备巡检作业中，可对设备巡检管理流程及过程规范、标准化、设备履历和运行数据信息化、人员管理科学智能化、工作管理高效化，使得地铁设备管理水平发生质的提升。

1 设备巡检管理存在的问题

1.1 人工计划、排班、派工

设备巡检、检修工作是以人工排计划、排班、派工、手工记录检修内容；效率较低、容易出现漏错。

1.2 数据分散、不利于质量分析

设备质量分析统计的数据来源为台账记录，数据分散、共享程度不高，使得统计分析工作任务重，容易出错，即数据利用程度低。

1.3 数据采集记录均依靠纸质台账

纸质台账种类多、量大、打印费用高；且不易于保存和实时查询。

1.4 设备履历记录档案不全

设备状态记录、巡检记录、检修记录及故障维修记录仅在台账中进行登记，无法形成完整设备履历。

由上可知，长沙轨道交通主要采用智能化的设备以提高设备巡检工作整体质量与效率，同时采取全天候的智能管理流程，有效地提升设备巡检的规范化程度。

2 巡检系统的设计方案

基于NFC的设备巡检智能管理系统着眼于物联网技术的应用，利用无线通信技术无纸化、智能化的检修手段，使用NFC技术与智能手机地铁相关设备运行情况进行巡检与检修，将巡检人员的监督到位和现场数据录入有机结合在一起，巡检的过程控制与监督工作均需要加强，使设备的运行管理的智能化与信息化进程加快，实现设备“巡检智能化、管理规范化”，确保设备安全运行。

3 关键性技术分析

3.1 NFC技术

NFC 技术，即近场通信[2]，是一种由免接触式射频识别(RFID)演变而来的短距离的高频无线通信技术，可以实现电子设备间完成点对点的非接触数据传输与交换过程，NFC芯片拥有即时相互通信功能，并具有计算能力。该项目中利用NFC标签标识设备位置，只有在巡检员到位扫描标签的情况下，才可执行巡检记录，保证巡检到位。

3.2 无线通讯技术

3G/4G/WIFI无线通信技术，利用电波信号在自由空间中传播的特性进行系统数据信息交换。

3.3 移动智能终端技术

手持巡检终端采用NFC智能手机，通过NFC智能识别技术扫描NFC标签进行对巡检点的定位，并通过安装在手机中的手机客户端软件实现巡检数据的现场录入及本地存储，避免数据的混淆或丢失[3]。

3.4 现代数据挖掘技术

应用的前提是确定好挖掘主旨、数据间建立连接、构建数据结构及模型等基本步骤，使得数据分析过程体现的比较完整。在本项目中，评定设备故障等级与预测故障是数据挖掘的主旨问题。而数据之间的连接通过DOTNET平台所包含的函数ADOMD.NET、ADO.NET等实现。数据结构从本质上说是与故障有关结构，而数据挖掘模型建立离不开数据维度的选取及分割，同时还有选取合适的维度属性、实事数据项等，在完成上述基本框架内容后，就可以进行维度体系方面的设计。在后续的设计中，对维度类型详细定义必不可少，需要定义维度的名称及度成员，同时做必要的说明。故障模板维、时间维、设备维以及故障等级维构成了设备智能巡检系统主要的四个维度。结合实际情况，开发设备智能巡检管理系统软件，指导设备管理部门工作。

4 系统硬件架构分析

4.1 系统架构

基于物联网的地铁设备智能巡检系统的主要硬件设备包括了设备房NFC电子标签、手持式NFC手机与应用服务器等三部分。本系统的硬件架构设计图如图1所示。

图1 智能巡检系统硬件架构设计图

计算机、数据服务器、巡检终端、NFC 标签、数据通讯设备构成了本系统的硬件架构。根据企业所需最低要求对数据服务器进行装配，数据库服务器是通过存储型服务器中的数据库管理系统软件实现的，其中数据库服务器能够提供形式多样的服务，包含了事务管理、查询、索引、更新、查询优化、安全等，数据服务器采用数据双备份，保证数据存储的安全性[4]。

具有NFC功能的Android 系统手机作为巡检终端，同时手机还具有较高的耐用性与可靠性，可以适应多种环境。同时具有简单便捷的操作界面，使用人员容易掌握系统的操作。与其它设备不同的是，本系统的智能终端拥有4G网络通讯模块，便于巡检人员在工作过程中实时发送、接收数据。巡检终端的屏幕采用高亮度的设计，即使在阳光照射下仍能够清晰识读巡检参数[5]。

4.2 电子标签

本系统实现了对设备巡检的智能化管理，很大程度上简化了巡检员的工作流程，根据前期的调研情况可知，在一般的设备房中只需安装1个NFC标签，对于那些规模较大的设备房（例如：环控机房（空调）、隧道风机房）应该增加至3个左右的标签，电子标签的意义在于标识巡检位置，目的是确保巡检工作到位，同时只有巡检员扫描电子标签的情况下，系统才会有巡检记录。电子标签一般采用胶粘或机械固定方式进行固定。通常在设备房入口的醒目位置进行标注。NFC电子标签内只存储标签卡号，在后台与设备房互相绑定。

电子标签没有装配内置电池，其工作原理是：在阅读器的读出范围之内时，电子标签可以从阅读器发出的射频能量中获取其工作所需电源，采用反射调制方式完成电子标签信息向阅读器的传送。阅读器接收到NFC卡号内容后，通过后台系统匹配巡检任务。

4.3 手持设备

手持机采用结实耐用的三防智能机，智能机的性能优越，保证了智能机高效运转，设备屏幕为4.7寸的电容触摸屏，同时拥有4G与NFC模块，参考了最新的设计工艺，使得手持设备更加轻薄，携带便捷。这种三防智能设备能够做到防水防尘防摔功能，其内部更是配备了高容量电池，可以保证设备长期稳定工作。

同时，手持机也内置了WiFi模块，能够通过无线网络与服务器进行连接，接收到每日的巡检任务，同时也可以下载巡检设备的作业指导书和台账，当环境中没有无线网络时，也可以通过电脑与手持机有线连接的方式进行数据传输。一旦手持机获取巡检任务，后续的整个巡检过程将通过单机状态进行。手持机的NFC模块读写距离约为2～5cm，具体的读写距离可以通过调整RFID模块功率来进行调节。

5 系统软件功能架构

5.1 总体设计

巡检系统按照软件功能总体可以分为巡检管理系统、巡检终端系统、数据通信子系统等三大系统。巡检管理系统主要包括了巡检管理、设备信息、故障管理及设置等模块，管理系统主要由管理人员、与业工程师、计划员、工班长等进行操作。

5.2 巡查工作业务流程

根据软件总体设计，分为巡检后台和巡检终端，智能巡检系统业务流程如图2所示。

图2 智能巡查工作的业务流程示意图

5.3 巡查管理

巡检管理模块为智能巡检的核心功能，使用人主要为工班长角色，其可分配任务、查询进度、打查看（抽检）巡检记录。

（1）巡检任务。工班长对巡检计划进行任务分配，分配时可选该工班的在岗人员，任务分配需将该天所有巡检计划全部分配完。

（2）巡检统计。服务器接收到巡检数据后，对巡检数据内容将进行全面分析，这样可以便于管理者快速的掌握巡检点实时情况。与此同时，巡检管理者能够参考巡检位置、专业设备以及工班组巡检人和巡检日期等方面检索相应的巡检数据，实现了全部查询与缺陷查询的两种模式。

5.4 故障管理

以设备故障处理流程为核心进行功能结构设计，主要包括故障工单管理、故障查询统计和故障分析。

（1）故障工单管理：主要是对从各方人员的反馈接收到的设备故障信息进行记录，根据具体可行的故障解决方案进行处理，并对故障任务状态进行实时跟踪，当故障任务解决完成并进行确认后，关闭故障单。故障处理流程主要有故障提报、指派、处理、确认、跟踪、确认、关闭等。

（2）故障查询统计：故障统计功能是故障事务管理中非常重要的一项功能，故障信息查询、统计主要包括按故障进行查询统计（故障现象、故障解决措施等），按设备信息进行查询统计（设备编号、故障所属系统等），模糊统计（根据对于数据需求的实际情况，任意选择故障信息中的一个或者多个字段进行查询、统计）。

（3）故障分析：故障分析主要是利用故障历史记录中的资料，针对相同、相似故障信息，可形成典型故障，并形成故障分析报表；故障提报录入时可根据故障现象关联典型故障，为故障处理人员能够快速、准确地进行故障处理提供有参考价值的解决方案。可形成定期故障分析报表，提供分析决策。

6 结语

2018年长沙地铁2号线光达站首先开始使用该设备巡检系统。通过使用该巡检系统，使巡检人员、线路及设备检修部门的巡检工作更标准化和流程化。

物联网NFC技术运用于地铁设备智能巡检工作中，能够使线路和设备检修部门在设备巡检工作上实现无纸化数据收集，对巡检人员的工作情况进行了有效监督，使得地铁设备巡检工作智能化程度极大提高，地铁运营成本极大降低、管理工作实现了精细化，智能化设备巡检系统具有低成本、易操作等显著优势，为地铁设备低故障率和安全运行保驾护航，推动了长沙地铁设备巡检的信息化、智能化建设进程。

[1] 蒋伟，周卫军.基于空间句法的长沙地铁线路规划可达性评价[J].湖南文理学院学报（自科版），2012，24（1）: 74-77.

[2] 吕一锋，陈淋.地铁运营隧道安全巡检系统及其应用[J].城市轨道交通研究，2014，17（10）: 126-128.

[3] 董晓婷.上海地铁电梯巡检管理系统及其标准化流程研究[J].交通世界，2016（22）: 130-132.

[4] 李聪，刘晓军，吴永城，等.基于B/S架构的可视化地铁设备巡检管理系统的巡检方法: CN，CN103544739A[P].2014.

[5] 刘明明.南京地铁FAS系统设备维护与管理[J].现代城市轨道交通，2009（2）:30-31.