基于差分精准定位技术和GIS平台的铁路安全生产管理系统运用实践

王新钟

(神华新准铁路有限责任公司，内蒙古鄂尔多斯 017000)

1 现状与需求分析

国内铁路“客运高速化、货运重载化、运输生产智能化”的发展趋势下，重载铁路安全生产管理被提升到了一个新的高度，尤其是运维作业方面提出了更高要求和发展目标。当前许多新技术、新设备、新装备不断与铁路行业密切结合，应运而生诸如：电务信号集中监测和现场作业管理系统，供电6C系统，工务晃车仪和轨检车等一系列检测监测系统和装备，这些系统和装备在保障运维工作方面发挥了重要的作用，但是也不可避免的带来了新的问题。由于各个系统相对独立，反而形成了一个个的信息孤岛。造成信息共享困难，信息资源利用率不高，信息处理能力不足，数据价值没有得到有效利用的问题。

铁路现场作业管理如何实现闭环管理，如何对现场作业人员和作业过程做到可见、可管、可控，从而提高现场作业的安全性和工作效率，如何覆盖现场维修作业的“最后一公里”， 有效对工作质量及现场作业人员安全进行管理与卡控， 对容易出现工作疏漏，造成安全隐患的重点区域和重点工作事项盯控，成为各层级管理人员面临的一项难题。

鉴于上述问题，迫切需要一套能够做到设备设施全生命周期管理、作业现场安全可控、各专业多工种联动、信息高度共享的铁路安全生产管理系统，来保证铁路运维作业顺利实施和高效管理，从而保障铁路运输生产安全、提高运输效率、改善行车组织方式，对提升铁路安全生产的“全生命周期闭环管理”具有重要意义，开启铁路安全生产管理全生命周期、全流程、全要素的“可感”、“可知”、“可测”、“可视”、“可控”的闭环管理新模式。

2 铁路安全生产管理系统总体框架

基于新准铁路公司管辖线路运营维护实际情况，按照铁路安全生产管理系统的建设思路，按照“三层平台，两层应用”架构进行设计。

“三层平台”即底层的智能物联平台，从终端信息采集到数据传输的泛在感知网络；中层的基础设施平台，包括GIS平台和融合通信平台；上层的业务整合平台。三层平台均尽量采用统一的技术架构、技术标准、分析与计算框架。

“两层应用”即基于新准公司站区化管理的“车、工、电、供”专业应用和基于大数据技术的智能化应用。铁路安全生产管理系统总体架构如图1所示。

2.1 大数据应用

通过建设数据整合平台和智能服务平台，采用先进的数据处理技术，实现共享结构化数据和非结构化数据的存储、筛选、清洗、处理、分析，建立相应的关联索引关系，进行可视化呈现、管理、调用等共享服务。

大数据应用包括设备质量评估鉴定子系统、辅助决策子系统、趋势预测子系统，其中设备质量评估鉴定子系统主要功能包括：设备质量年度鉴定分析、设备基础质量鉴定分析、设备运用质量鉴定分析、设备检修质量评价、设备作业质量评价；辅助决策子系统包括：管理层月度、季度、年度评议，决策层预演，问题整改策略预演等；设备状态预测子系统功能包括：设备维修指数预测、设备故障指数预测、设备问题研判、设备故障研判等。

2.2 业务系统

1）设备履历管理子系统

设备履历为上层铁路智能化应用的底层数据支撑，实现以设备编码为基础，汇总设备静态档案和动态档案，实现设备全生命周期数据管理。设备的管理方式为基于组织机构的。针对室外设备，基于组织机构信息和线路信息录入。针对设备设施信息的管理，按照设备分级的方式。支持按照设备分级管理，即主设备和主设备之下的多级子设备。

2）现场作业管理子系统

通过现场作业管理、集中监管管理功能，共同完成了现场作业过程的可视化及“计划—执行—反馈”的管理闭环，实现了对作业内容管控、作业流程管控、作业标准管控、上下道管控和现场作业过程的督导。

图1 铁路安全生产管理系统总体架构Fig.1 Overall architecture of railway safety production management system

3）问题管理子系统

通过现场登记或集中录入方式，填报设备质量问题，经审核确定整改措施，处理完成后由问题督导责任部门进行问题解决状态的确认。审核问题过程中，支持问题升级处理，进入上级部门问题库待审核问题。定义为卡控项的问题，需要整改时上传整改后过程中的多媒体文件，由审核人审核确定整改合格，方可销号。

4）专家诊断子系统

通过接口服务器模块接收采集的设备动态数据，传输到专家诊断模块，诊断处理后通过人机交互模式输出故障处置方案，系统实现设备预警、故障报警、故障诊断、处置指导等主要功能，实现专家诊断过程的知识积累、自我优化。

5）故障紧急处置子系统

现场人员利用手持终端随时随地上报紧急故障，系统自动通知指挥中心，自动定位设备，自动匹配事件应对流程，自动调用故障处置流程，通过集群通信平台实现音视频应急通信，保障应急故障处置的快速、高效、有序开展。

2.3 基础平台

1）差分精准定位和GIS平台

利用GIS地理信息系统和“北斗+GPS”双模差分精准定位，实现新准铁路公司管辖范围内，车站，装车站、桥梁、隧道、路基等基础设施，以及工务、电务、供电等专业的设备信息的静态查询和实时监控定位；实现新准铁路公司范围内众多“移动体”，包括运输生产相关的机车，运维过程中使用的轨道车、养路机械、机动车辆及人员的定位等，可以实时掌握专用、特种车辆和相关人员的实时位置信息。

基于“北斗+GPS”双模差分精准定位和GIS系统，真正实现“一人一档”、“一机一档”、“一杆一档”独立又相互关联的静态基础数据、实时监测数据、动态检测维修数据的融合，同时各专业配属的智能手持终端APP与“铁路资源一张图”时间、时钟同步，资源信息一致，为铁路运输生产和运维作业提供强力支撑。

“北斗+GPS”双模差分精准定位和GIS系统框架，如图2所示。

图2 “北斗+GPS”双模差分精准定位和GIS系统框架Fig.2 "Beidou + GPS" dual-mode differential precision positioning and GIS system framework

2）融合通信平台

融合通信平台基于IMS架构设计，实现业务与控制的分离、控制与承载的分离，使网络架构更为开放、灵活，便于后续业务的扩展。系统分为3层架构，融合通信平台架构如图3所示。

终端层：分为专用终端和软终端两种，其中专用终端包括多媒体调度台、SIP话机、移动平板、手持台、应急单兵、摄像机、AR眼镜、无人机、机器人等各类音视频终端的接入。软终端支持基于Windows和Android系统的应用，支持Web和Linux的调度终端。

平台层：包括基本功能层、核心能力层、核心应用层，系统采用模块化设计，可根据不同业务需求，选择不用的业务模块以及关键技术，构建融合通信平台。

应用层：融合通信平台具备API/SDK接口，可根据行业业务需求和专业特点进行相应的业务定制化应用，其上层可搭载的铁路行业应用包括融合调度通信、应急指挥、安全生产管控、集群对讲、隧道应急通信、综合运维业务等。

3 系统运用实践

铁路运输企业要想持续发展，必须重视科技创新与既有铁路业务的深入融合，借助科技手段大幅提升管理效益和运营效率。铁路运输生产企业除了管理增效，还需要不断加强安全生产和现场施工作业的管控能力。铁路安全生产管理系统一方面实现了现场作业管理中“最后一公里“的场景化管控，又实现了铁路安全生产的全流程闭环管理，是铁路安全生产的重要信息化的辅助手段。

1）通过自动化的检测监测手段，提高安全生产效率。

2）通过GIS系统与铁路既有系统的互联，提供人员、列车、设备、设施的精准定位及全景展示。

3）通过系统间互联，实现专业间联动，减少对专业人员的依赖等。

4）通过数据价值挖掘，有效安全生产数据价值。

新准铁路公司铁路安全生产管理系统运用实践情况，如图4、5所示。

3.1 安全生产闭环管理

综合安全态势展示及管控基于超前防范、过程控制、综合治理、快速处置，提升安全风险防控能力。

通过融合综合监测智能分析信息、周界防护实时监测数据和报警数据、铁路安全视频管控平台的视频监测数据、安全监察数据，依托大数据平台的数据处理能力和电子地图，展示综合安全态势，并借助融合调度通信平台和GIS平台，实现对人员、物资、施工全流程、多专业覆盖、多工种覆盖的安全管控。真正做到铁路安全生产和安全卡控的联动机制和铁路运输生产全过程闭环管理。

图3 融合通信平台架构Fig.3 Converged communication platform architecture

图4 铁路安全生产管理系统示例Fig.4 Railway safety production management system example

3.2 智能化辅助安全生产决策

利用大数据分析工具，在综合分析车务、工务、电务、供电、机务等专业设备的检修、运用、施工维修过程数据的基础上，实现即时统计、实时离线应用的分析挖掘，并能够提供快捷、自助式的数据分析服务，为统筹决策模块的构建提供支撑。

综合利用设备台账、设施寿命、动态检测数据、静态检查数据、修理作业数据、地理信息数据、设备病害数据、现场控制与管理数据、安全问题数据、评价指标数据、人员资质数据、故障事故缺陷、技术分析报告、能耗数据等，借助全域数据处理技术，实现对资源管理的综合分析，发掘企业数据资源价值，充分发挥企业数据资源战略作用，为铁路公司层面提供综合分析的辅助决策数据，提供多方位、多角度的深度数据分析服务，提供科学、均衡的状态修指导决策。

4 结束语

结合新准铁路公司安全生产的特点，创新性的将精准定位技术、GIS系统、融合通信技术和大数据技术与铁路安全生产管理系统相结合，实现对人员、物资、施工全流程、多专业覆盖、多工种覆盖的安全管控，在安全生产全过程实现超前防范、过程控制、综合治理、快速处置，显著提升了安全风险防控能力，有效的提升生产效率，从而保障运输安全。满足铁路安全生产管理全生命周期、全流程、全要素闭环管理的要求，充分挖掘铁路安全生产过程数据价值，在此基础上进行积极业务创新，后续工作中，将重点研究多专业、多工种，多系统的数据信息共享机制和工作环节的关联机制，从而实现铁路安全生产工作由“计划修”向“状态修”、“预测性”演进。