孫 美， 郭年根， 沈 鹍

（鐵道部 信息技術(shù)中心，北京 100844）

近年來，隨著我國鐵路高速、重載技術(shù)的發(fā)展，對工務(wù)設(shè)備高平順性、高可靠性的技術(shù)要求不斷提高，對工務(wù)設(shè)備的檢測、維修和養(yǎng)護管理提出了更高要求，工務(wù)部門需要以科學的檢測、監(jiān)測設(shè)備和現(xiàn)代化的管理手段去適應(yīng)鐵路運輸?shù)陌l(fā)展需求。

目前，在全路已實施的鐵路工務(wù)管理信息系統(tǒng)（PWMIS）更多地側(cè)重于靜態(tài)設(shè)備和圖表數(shù)據(jù)的管理，檢測和監(jiān)測信息不能及時儲存分析，生產(chǎn)信息不能及時掌握，對動態(tài)信息的管理基本上沒有進入有序的管理狀態(tài)。為做好工務(wù)設(shè)備維修管理工作，需要對綜合檢測車、軌檢車、車載式線路檢查儀、探傷車、軌道檢查儀、軌道幾何狀態(tài)測量儀和地面安全監(jiān)測設(shè)備等先進檢測、監(jiān)測手段所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進行收集、整理、分析，并結(jié)合工務(wù)設(shè)備屬性數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)、運量數(shù)據(jù)等，分析線路設(shè)備變化規(guī)律、及時消除病害、服務(wù)于工務(wù)安全生產(chǎn)工作。鐵路工務(wù)安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)是在PWMIS功能的基礎(chǔ)上，將應(yīng)用功能覆蓋至鐵路局、工務(wù)段、車間、工區(qū)的安全生產(chǎn)領(lǐng)域，對檢測監(jiān)測和生產(chǎn)信息實現(xiàn)信息化管理，實現(xiàn)對工務(wù)設(shè)備維修全過程管理，輔助支持實現(xiàn)“檢、養(yǎng)、修分離”體制改革和貫徹“嚴檢、慎修”的理念，使信息化更好地為工務(wù)生產(chǎn)實踐服務(wù)。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

鐵路工務(wù)安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)包含地圖GIS管理、設(shè)備管理、生產(chǎn)管理、安全指揮管理、綜合管理及系統(tǒng)管理等業(yè)務(wù)模塊，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖及系統(tǒng)總體技術(shù)架構(gòu)見圖1和圖2。

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)分為硬件/網(wǎng)絡(luò)層、系統(tǒng)支撐層、應(yīng)用支持層、應(yīng)用層和用戶訪問層5個層面。（1）硬件/網(wǎng)絡(luò)層由計算機硬件、操作系統(tǒng)和計算機網(wǎng)絡(luò)組成，在鐵路局集中部署信息系統(tǒng)設(shè)備，通過鐵路信息網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建鐵路局、工務(wù)段、車間（工區(qū)）等單位的系統(tǒng)應(yīng)用；（2）系統(tǒng)支撐層是由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、軟件工具、開發(fā)/運行支撐平臺構(gòu)成，包括ORACLE數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，JAVA、.NET為開發(fā)和運行平臺；（3）應(yīng)用支持層是為統(tǒng)一應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)件、核心流程和關(guān)鍵技術(shù)而設(shè)計的項目管理基礎(chǔ)應(yīng)用平臺，包含GIS（地理信息平臺）、SOA套件(面向服務(wù)架構(gòu)中間件)、校驗機制、統(tǒng)一授權(quán)管理、核心業(yè)務(wù)規(guī)則、流程驅(qū)動管理器、系統(tǒng)信息審計、報表管理器、信息共享和傳輸同步機制等；（4）應(yīng)用層是由用戶業(yè)務(wù)處理的各子系統(tǒng)或功能模塊構(gòu)成；（5）用戶訪問層包括B/S訪問、C/S訪問、系統(tǒng)接口訪問等。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)應(yīng)用功能

2.1 地圖GIS管理

地圖GIS管理是利用地理位置屬性將工務(wù)基礎(chǔ)信息和生產(chǎn)管理概況按照實際發(fā)生的地理位置進行追蹤顯示，同時，把工務(wù)生產(chǎn)狀態(tài)信息、施工內(nèi)容概況及設(shè)備質(zhì)量分布等業(yè)務(wù)信息關(guān)聯(lián)顯示出來，并且支持復雜條件查詢，支持工務(wù)安全生產(chǎn)指揮管理功能。

（1）設(shè)備專題圖：線路綜合圖、車站配線圖、大橋略圖、線路速度圖及線路視頻查詢。

（2）作業(yè)信息：次日施工計劃，施工項目分布、項目內(nèi)容、進度和作業(yè)相關(guān)設(shè)備信息。

（3）重點病害預警：車載式線路檢查儀、便攜式添乘儀、動檢車和人工添乘三級以上病害的圖形報警。

（4）防災(zāi)信息：雨量報警、大風報警和異物侵限報警在線查詢。

2.2 工務(wù)設(shè)備管理

工務(wù)設(shè)備數(shù)據(jù)是通過共享鐵路局、工務(wù)段的PWMIS中線路、橋隧、路基等工務(wù)設(shè)備數(shù)據(jù)，為各級單位提供工務(wù)設(shè)備基礎(chǔ)臺帳精細化查詢管理。

2.3 生產(chǎn)管理

2.3.1 檢測管理

（1）檢測設(shè)備管理

檢測設(shè)備管理是管理各種動、靜態(tài)檢測設(shè)備，動態(tài)檢測設(shè)備包括綜合檢測車、車載式線路檢查儀、便攜式添乘儀和鋼軌探傷車等；靜態(tài)檢測設(shè)備包括安伯格小車、天寶小車、小型探傷儀和電子道尺等工具。

（2）檢測計劃及兌現(xiàn)管理

檢測管理包括綜合檢測車、鋼軌探傷車的周期性檢測計劃管理，靜態(tài)檢查小車、便攜式添乘儀、人工檢查按需檢測計劃管理和檢測檢查計劃兌現(xiàn)管理。

（3）檢測數(shù)據(jù)管理

檢測數(shù)據(jù)管理統(tǒng)一收集動、靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)，構(gòu)建軌道綜合數(shù)據(jù)庫。動態(tài)檢測數(shù)據(jù)包括動檢車、車載式線路檢查儀、便攜式添乘儀、人工添乘和鋼軌探傷車數(shù)據(jù)；靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)包括安伯格小車、天寶小車、既有線的軌檢儀等數(shù)據(jù)。

2.3.2 設(shè)備狀態(tài)分析

軌道狀態(tài)分析管理是在綜合檢測車、車載式線路檢查儀、便攜式線路檢查儀、管理人員添乘等各種動、靜態(tài)檢測數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上分析軌道各項狀態(tài)指標，生成各種超限報告和統(tǒng)計分析圖表，結(jié)合設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)等，綜合分析軌道狀態(tài)，并篩選出線路重點病害地段，為工務(wù)現(xiàn)行制定計劃維修提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（1）軌道原始波形分析：不同檢測時間的單項目多批次查詢或多項目單批次波形圖分析，同時由于繪制圖層的方式是以矢量圖的方式繪制，所以圖形能夠?qū)崿F(xiàn)圖層疊加和波形放縮。

（2）軌道狀態(tài)圖分析：不同區(qū)段長度、不同檢測時間、不同種標準偏差組合的軌道狀態(tài)直方圖分析，將兩個或以上不同時期的軌道質(zhì)量指數(shù)（TQI）檢測值（或單項標準偏差）進行對比分析，反映軌道質(zhì)量好與差情況。

（3）線路病害綜合圖分析：線路縱面（坡度）、平面（道岔、曲線、橋梁、隧道、涵渠）、車站、波形圖、4種動態(tài)檢測超限數(shù)據(jù)及設(shè)備歷次維修信息自由組合疊加顯示，直觀地查找病害周圍的設(shè)備信息，波形圖信息，并通過快速跳轉(zhuǎn)功能去軌檢波形圖中查詢歷史波形圖信息，提供綜合分析結(jié)果，便于對設(shè)備狀態(tài)分析。

（4）線路病害區(qū)段分析：對軌道質(zhì)量加權(quán)評價值進行計算，并對多時重復病害和多源重復病害搜索分析，根據(jù)重復病害分析結(jié)果，自動生成建議養(yǎng)護區(qū)段，并提供設(shè)備病害綜合圖供維修派單依據(jù)。

（5）軌道趨勢分析：通過對TQI數(shù)據(jù)進行數(shù)學計算和統(tǒng)計，計算50 m、100 m和標準200 m的軌道質(zhì)量指數(shù)。反映軌道質(zhì)量變化趨勢，又分為定性分析和定量分析。

TQI頻數(shù)分布圖分析：頻數(shù)分布圖直觀地顯示出頻數(shù)分布的峰值位置和幅值的大小。峰值位置和大小是反映軌道區(qū)段狀態(tài)好壞的重要特征，峰值位置對應(yīng)的橫坐標值越小，峰值越大，表示軌道區(qū)段的質(zhì)量狀態(tài)越好，反之則較差。一般多次檢測的圖形在同一圖上進行疊加，即可對比分析出軌道質(zhì)量狀態(tài)的變化趨勢。

TQI頻數(shù)累計圖分析：頻數(shù)累積曲線是條“S”曲線，曲線越陡表示軌道狀態(tài)越好，或曲線越靠左軌道狀態(tài)越好。一般將多次檢測的圖形在同一圖上進行疊加，即可對比分析出軌道質(zhì)量狀態(tài)的變化趨勢。

2.3.3 計劃管理

系統(tǒng)提供各類計劃（包括年計劃、階段計劃、月計劃、日計劃、軌道車運行計劃、車輛轉(zhuǎn)場計劃等）的編制、審批與查詢功能；通過提取車載式線路檢查儀超限數(shù)據(jù)、便攜式線路檢測儀超限數(shù)據(jù)、管理員添乘超限數(shù)據(jù)、動檢車超限數(shù)據(jù)等病害信息，獲得重復病害情況，根據(jù)重復病害情況，輔助編制生成日計劃。系統(tǒng)對作業(yè)計劃從編制、申報、審批、上傳、下達、簽收等過程進行流程化管理。

2.3.4 天窗修理管理

包括施工管理和維修管理，通過與鐵路局調(diào)度4.0系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)接口，對正式下達的計劃進行工作布置，派發(fā)工作單，完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)收集，形成生產(chǎn)過程控制。

2.3.5 施工管理

系統(tǒng)功能對施工項目進行全面管理，施工組織管理引入項目管理的理念，將施工作為可以進行獨立成本核算的施工項目臺賬進行管理，包括工程項目臺賬、施工組織設(shè)計、施工計劃管理、施工過程管理、竣工驗收管理、施工績效分析、施工管理報表等。

2.3.6 生產(chǎn)調(diào)度管理

主要功能是把生產(chǎn)調(diào)度日常的工作電子化，包括施工完成情況管理、限速地段、生產(chǎn)任務(wù)、應(yīng)急預案、人員動態(tài)管理、調(diào)度通知、調(diào)度日報和值班管理等功能。

2.3.7 高速鐵路工單管理

根據(jù)高速鐵路線路設(shè)備不同于普速線路設(shè)備的特點，定制高速鐵路工務(wù)設(shè)備的檢查、維修工單，實現(xiàn)高速鐵路工務(wù)日常生產(chǎn)工單管理，實現(xiàn)檢查派單和維修派單的流程管理等功能。

2.4 安全指揮管理

安全指揮管理實現(xiàn)工務(wù)各級單位安全生產(chǎn)調(diào)度指揮中心的日常工作管理。包括問題庫管理、干部動態(tài)管理、重點工作督辦和工電結(jié)合部管理4個功能模塊。

2.5 綜合管理

實現(xiàn)標準圖及技術(shù)檔案、規(guī)范規(guī)章及標準管理、維修案例和其他技術(shù)文檔管理等功能，形成技術(shù)知識管理庫，從而為各級人員提供全面的技術(shù)資料。

2.6 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理實現(xiàn)字典管理、基本人員管理、組織機構(gòu)管理、權(quán)限管理和用戶管理等功能，為系統(tǒng)提供統(tǒng)一的管理平臺。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及特點

3.1 工務(wù)生產(chǎn)綜合數(shù)據(jù)平臺

通過分析工務(wù)生產(chǎn)綜合數(shù)據(jù)的來源、分類及其關(guān)聯(lián)關(guān)系，建立業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)標準、編碼標準和數(shù)據(jù)采集標準，實現(xiàn)對工務(wù)多種檢測方式原始檢測數(shù)據(jù)、通過總重數(shù)據(jù)、速度數(shù)據(jù)、修理數(shù)據(jù)、安全檢查整改數(shù)據(jù)、工務(wù)設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、空間地理信息數(shù)據(jù)等進行統(tǒng)一編碼、分類存儲，各種工務(wù)生產(chǎn)綜合數(shù)據(jù)以線編號（4 bit）、里程（中心里程或者起點里程至終點里程）為紐帶進行存儲、關(guān)聯(lián)，其中站場數(shù)據(jù)以線編號（4 bit）、車站編號（5 bit TMIS車站碼）為紐帶進行存儲、關(guān)聯(lián)，構(gòu)建工務(wù)生產(chǎn)綜合數(shù)據(jù)平臺。

3.2 基于生產(chǎn)綜合數(shù)據(jù)平臺的數(shù)字化管理

建立工務(wù)管理數(shù)字化業(yè)務(wù)流程。利用工務(wù)生產(chǎn)綜合數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)并結(jié)合現(xiàn)行的修理規(guī)則、業(yè)務(wù)管理流程，將工務(wù)日常生產(chǎn)管理工作流程數(shù)字化，實現(xiàn)日常生產(chǎn)工作的信息共享、過程透明和管理協(xié)同。生產(chǎn)管理工作流程如圖3所示。

圖3 生產(chǎn)管理工作流程圖

3.3 基于流程管理器的作業(yè)工單管理

基于MatrixFlow工作流平臺構(gòu)建工務(wù)部門日常生產(chǎn)作業(yè)的工單流程化管理功能。工單管理是用于執(zhí)行與工單相關(guān)的所有功能，包括工單創(chuàng)建、上報、審批、執(zhí)行、報告、分析與查詢以及工單的關(guān)閉處理等。設(shè)備維修作業(yè)工單流程化管理是以工單的提交、審批、執(zhí)行為主線，實現(xiàn)資產(chǎn)預防性維護、跟蹤、生命周期的全過程管理，以提高設(shè)備維修效率，逐步構(gòu)建工務(wù)安全生產(chǎn)協(xié)同作業(yè)平臺。流程實例如圖4所示。

圖4 安全問題庫流程

3.4 軌道原始檢測數(shù)據(jù)里程校正和TQI計算

系統(tǒng)解決了動檢車、軌檢車、軌檢儀原始檢測數(shù)據(jù)里程漂移的問題，實現(xiàn)了檢測數(shù)據(jù)的里程校準，保證了多次檢測數(shù)據(jù)里程一致性；解決了可計算50 m、100 m、200 m長度軌道質(zhì)量指數(shù)（TQI）計算和任意項軌道檢測單元的TQI計算問題，實現(xiàn)基于TQI指標超限的線路設(shè)備問題的分類以及設(shè)備問題點的精確定位，并對比分析軌道質(zhì)量變化趨勢，生成各種超限報告和統(tǒng)計分析圖表，篩選出線路重點病害地段，為制定維修計劃提供科學依據(jù)。應(yīng)用實例如圖5、圖6所示。

圖5 多批次TQI頻數(shù)分布圖分析

圖6 多批次TQI頻數(shù)累計圖分析

軌道質(zhì)量指數(shù)（TQI）是左高低、右高低、左軌向、右軌向、軌距、水平和三角坑七項幾何尺寸不平順在200 m區(qū)段的標準差之和，其計算公式如下：

式中： σi為各項幾何偏差的標準差；

x_ij為各項幾何偏差在200 m單元區(qū)段中連續(xù)采樣點的幅值為xij的算術(shù)平均值；

n為采樣點的個數(shù)（200 m單元區(qū)段中n=800）。

TQI計算標準區(qū)段長度是200 m，根據(jù)現(xiàn)場管理需要，系統(tǒng)利用原始檢測數(shù)據(jù)，還實現(xiàn)了計算區(qū)段長度為50 m、100 m的TQI值。

3.5 基于EAM理念的閉環(huán)管理

引進EAM理念和方法，設(shè)備管理實現(xiàn)“設(shè)備運用→病害(故障)→修理→更換→報廢”為主線的設(shè)備全生命周期管理的閉環(huán)管理，生產(chǎn)管理以“檢測、監(jiān)測→狀態(tài)分析→維修（工單）計劃→修理（工單）→質(zhì)量評價→檢測、監(jiān)測”為主線的閉環(huán)管理，安全管理以“設(shè)備病害(故障)→整改→跟蹤→安全考核→設(shè)備病害(故障)”為主線的閉環(huán)管理。

應(yīng)用實例如圖7所示。

圖7 線路病害綜合分析圖

3.6 基于GIS平臺綜合展示

基于MapInfo MapXtreme for Java平臺，建立工務(wù)空間數(shù)據(jù)庫，將曲線、坡度、路基、鋼軌、軌枕、橋、隧、涵等各種工務(wù)設(shè)備的臺帳與設(shè)備所在的空間位置結(jié)合起來，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)對設(shè)備履歷簿、專題圖、照片、錄像等信息與地圖的交互查詢，全面、形象、直觀地反映鐵路設(shè)備的地理位置、地形地貌等相關(guān)信息，并動態(tài)顯示Ⅲ、Ⅳ級以上病害點和病害整治信息以及正在施工作業(yè)信息，實現(xiàn)工務(wù)設(shè)備修理信息的可視化管理，搭建數(shù)字工務(wù)基礎(chǔ)平臺。

3.7 采用B/S+C/S應(yīng)用模式

系統(tǒng)采用C/S和B/S共存的應(yīng)用模式，B/S是信息查詢、瀏覽軟件最優(yōu)的應(yīng)用模式，系統(tǒng)主要應(yīng)用于日常數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備管理、維護流程和任務(wù)調(diào)度等方面，C/S是大量數(shù)據(jù)交互處理最優(yōu)的應(yīng)用模式，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)收集、地圖維護、數(shù)理統(tǒng)計、圖形輸出等方面。在網(wǎng)絡(luò)條件較差的作業(yè)現(xiàn)場，系統(tǒng)采用平板電腦開發(fā)數(shù)據(jù)采集軟件收集作業(yè)數(shù)據(jù)，在檢測數(shù)據(jù)專業(yè)分析部門，系統(tǒng)開發(fā)軌道狀態(tài)預測與分析軟件，分析軌道變化趨勢，為作業(yè)派單提供數(shù)據(jù)支持工具。

4 結(jié)束語

本系統(tǒng)V1.0版本于2012年6月開始在廣鐵集團上線試用，并根據(jù)試用的情況不斷完善應(yīng)用功能，以更好地適應(yīng)廣鐵集團的工務(wù)安全生產(chǎn)管理要求。正在開發(fā)的武漢鐵路局工務(wù)安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)，根據(jù)武漢鐵路局工務(wù)生產(chǎn)管理的特點，又增加了單元履歷管理、單元維修評價管理等多個功能模塊，以適應(yīng)武漢鐵路局的工務(wù)安全生產(chǎn)管理要求。各鐵路局的工務(wù)安全生產(chǎn)管理特點有所不同，需要定制各鐵路局的個性化需求功能模塊，以適應(yīng)各鐵路局的工務(wù)安全生產(chǎn)管理要求。鐵路工務(wù)安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)是今后鐵路工務(wù)信息化建設(shè)的重點內(nèi)容，不斷完善系統(tǒng)應(yīng)用功能，推進系統(tǒng)應(yīng)用工作，使信息化更好地為工務(wù)生產(chǎn)實踐服務(wù)。