金其炳　朱忠德　中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海鐵路機(jī)務(wù)綜合開(kāi)發(fā)有限公司

1 問(wèn)題的提出

我國(guó)鐵路高速發(fā)展，安全隱患逐漸增加，鐵路線(xiàn)路常年暴露在自然環(huán)境中，要經(jīng)受壓力、摩擦力、強(qiáng)風(fēng)、高溫、雨水、腐蝕等不利因素的侵害，導(dǎo)致線(xiàn)路設(shè)備設(shè)施加速老化破損。為確保鐵路運(yùn)輸安全，工務(wù)、供電和電務(wù)等系統(tǒng)對(duì)鐵路沿線(xiàn)相關(guān)設(shè)備設(shè)施及關(guān)鍵區(qū)域的定期巡檢任務(wù)，對(duì)設(shè)備設(shè)施、區(qū)域的狀況參數(shù)進(jìn)行記錄，以保證鐵路運(yùn)輸安全、有序、不間斷。由于巡檢范圍廣、工作量大、工作環(huán)境惡劣，特別是夜晚巡檢，天窗時(shí)間短，設(shè)備設(shè)施的安全隱患、病害不易被察覺(jué)，如果不及時(shí)消除病害，會(huì)對(duì)鐵路運(yùn)輸構(gòu)成威脅。目前，巡檢模式是巡檢人員沿線(xiàn)路巡檢，并以人工臺(tái)帳記錄，對(duì)于位置則采用人為標(biāo)定，事后帶回車(chē)間上報(bào)。該模式采集的數(shù)據(jù)容易出錯(cuò)，可能存在漏報(bào)、誤報(bào)、瞞報(bào)等現(xiàn)象，人為因素影響較大，巡檢效率低、規(guī)范性差、成本高。同時(shí)管理人員對(duì)于巡檢人員是否巡檢到位無(wú)從知曉，線(xiàn)路安全狀況無(wú)法有效保障。為解決巡檢職工對(duì)巡檢設(shè)備的需求和管理人員對(duì)職工管理的受控需要，提高巡檢人員工作效率，保障線(xiàn)路安全，將研究通過(guò)信息化手段實(shí)時(shí)記錄巡檢人員的巡檢工作情況，管理人員在后端平臺(tái)能隨時(shí)查閱巡檢過(guò)程記錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)督和有序可控，為行車(chē)安全起到良好的保障作用。

2 研究方案

2.1 研究目標(biāo)

（1）巡檢過(guò)程可視化管理；

（2）巡檢人員軌跡查詢(xún)；

（3）巡檢工作情況圖片采集與統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 研究思路

開(kāi)發(fā)一套平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)中的要求。

（1）為實(shí)現(xiàn)巡檢可視化管理，巡檢設(shè)備需要將前端畫(huà)面?zhèn)骰亟K端，涉及到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸以及視頻編碼等技術(shù)。設(shè)備通過(guò)感光元件將畫(huà)面數(shù)據(jù)采集到之后，存儲(chǔ)到設(shè)備內(nèi)存中，若管理人員需要獲取實(shí)時(shí)畫(huà)面，只需通過(guò)平臺(tái)發(fā)送指令即可。

（2）鐵路線(xiàn)路上各巡檢點(diǎn)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)不同，采集各巡檢點(diǎn)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，生成鐵路線(xiàn)路公里標(biāo)。

相對(duì)應(yīng)的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)庫(kù)。巡檢設(shè)備一段時(shí)間向平臺(tái)上傳一次經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，平臺(tái)獲取后自動(dòng)與經(jīng)緯度數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比，得出當(dāng)前設(shè)備所在公里標(biāo)。平臺(tái)需要加載網(wǎng)頁(yè)地圖，能清晰直觀顯示出作業(yè)軌跡以及實(shí)時(shí)位置。

（3）平臺(tái)將巡檢設(shè)備上傳的圖片進(jìn)行存儲(chǔ)，統(tǒng)計(jì)設(shè)備運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、運(yùn)行距離等信息。

2.3 研究?jī)?nèi)容

（1）巡檢人員工作的管理，包括巡檢人員巡檢作業(yè)中遇到的情況、巡檢工作軌跡、巡檢線(xiàn)路名稱(chēng)、鐵路線(xiàn)路的巡檢點(diǎn)和未巡檢點(diǎn)。

（2）通過(guò)檢查視頻錄像對(duì)巡檢過(guò)程中記錄情況和操作行為進(jìn)行分析，做到有據(jù)可查。可設(shè)重點(diǎn)圖片自動(dòng)上傳，對(duì)需要進(jìn)行維護(hù)、維修的點(diǎn)可拍照自動(dòng)上傳，同時(shí)在平臺(tái)的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)中自動(dòng)顯示圖片和鐵路公里所在的位置，在維修結(jié)束后對(duì)該點(diǎn)拍照自動(dòng)上傳，對(duì)圖像進(jìn)行存檔比對(duì)（維修前后），使維修形成閉環(huán)。

（3）建立包括基本屬性、巡檢記錄、位置信息等在內(nèi)的電子臺(tái)帳，結(jié)合GIS地圖，為沿線(xiàn)設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，中心平臺(tái)實(shí)時(shí)查詢(xún)。

（4）自動(dòng)統(tǒng)計(jì)報(bào)警功能，各單位所屬的線(xiàn)路及公里標(biāo)預(yù)先導(dǎo)入數(shù)據(jù)中心，在檢查中如未按要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)所有的線(xiàn)路點(diǎn)，自動(dòng)提示，有效杜絕巡檢中的漏點(diǎn)。

（5）重點(diǎn)解決GPS的數(shù)據(jù)經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為鐵路線(xiàn)路名及鐵路公里標(biāo)，一般GPS及北斗的數(shù)據(jù)都是以經(jīng)緯度顯示，而鐵路應(yīng)用中對(duì)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)是無(wú)法查詢(xún)和比對(duì)，所以必須解決GPS及北斗經(jīng)緯度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為鐵路線(xiàn)路名及鐵路公里標(biāo)使GPS及北斗的數(shù)據(jù)能在鐵路線(xiàn)路上應(yīng)用，方便用戶(hù)查詢(xún)比對(duì)。

2.4 研究采用的主要技術(shù)2.4.1視頻編解碼技術(shù)

本系統(tǒng)將采用H.264標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖1），由控制數(shù)據(jù)、視頻編碼層、數(shù)據(jù)劃分、圖像抽象層等組成。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)的整體框架

2.4.2 衛(wèi)星定位技術(shù)

GPS是目前采用最為廣泛的系統(tǒng)，也是最穩(wěn)定的系統(tǒng)，我國(guó)的北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)處于發(fā)展期，未來(lái)的精度、穩(wěn)定程度都優(yōu)于GPS，所以采用GPS+北斗的組合方式達(dá)到定位的最佳效果。

2.4.3 GIS技術(shù)

GIS是集中、存儲(chǔ)、操作和顯示地理參考信息的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。巡檢設(shè)備接收來(lái)自衛(wèi)星的定位信息，然后一段時(shí)間內(nèi)將時(shí)間及經(jīng)緯度上傳至平臺(tái)，平臺(tái)利用GIS將設(shè)備顯示在地圖上，管理人員就能清楚的獲取巡檢人員的位置信息，及時(shí)傳達(dá)有效信息。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

GPS和北斗衛(wèi)星將時(shí)間以及位置信息發(fā)送給巡檢設(shè)備，巡檢設(shè)備通過(guò)VPN網(wǎng)絡(luò)上傳視頻、圖片、位置等信息到服務(wù)器，管理人員通過(guò)計(jì)算機(jī)訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)器平臺(tái)，了解現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況，統(tǒng)計(jì)巡檢作業(yè)相關(guān)信息，也可以使用手機(jī)觀看巡檢作業(yè)實(shí)時(shí)視頻。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成：由硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、中心平臺(tái)等組成（見(jiàn)圖2）。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.1 硬件系統(tǒng)

（1）中心端：應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、操作配套硬件。服務(wù)器搭建：配有專(zhuān)用的應(yīng)用服務(wù)器和SQLserver2008數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用和數(shù)據(jù)分離，服務(wù)器通過(guò)千兆網(wǎng)絡(luò)連接，保障了數(shù)據(jù)的流暢性。

（2）巡檢終端：巡檢記錄儀。巡檢記錄儀主要由處理器、定位模塊、顯示模塊、通信模塊、電池模塊、存儲(chǔ)模塊以及音視頻采集模塊組成（見(jiàn)圖3）。攝像頭和麥克風(fēng)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚砥鳎芾砣藛T可通過(guò)平臺(tái)調(diào)取實(shí)時(shí)畫(huà)面，巡檢記錄儀獲取平臺(tái)的指令后，CPU將畫(huà)面數(shù)據(jù)和時(shí)間定位信息整合后傳輸?shù)酵ㄐ拍K內(nèi)，通訊模塊內(nèi)置4GSIM卡，和服務(wù)器之間的連接是通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，最后將畫(huà)面信息傳輸?shù)椒?wù)器。

圖3 巡檢記錄儀結(jié)構(gòu)圖

3.2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)包括服務(wù)器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和操作系統(tǒng)。

服務(wù)器操作系統(tǒng)：使用Windows2008ServerR2標(biāo)準(zhǔn)版SP1數(shù)據(jù)庫(kù)存放數(shù)據(jù)；

巡檢記錄儀采用Android系統(tǒng)；

管理應(yīng)用軟件采用java語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，通過(guò)tomcat6.0應(yīng)用服務(wù)軟件發(fā)布系統(tǒng)程序。GIS一體化技術(shù)將地圖加載到網(wǎng)頁(yè)上，巡檢設(shè)備傳回的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中與標(biāo)定數(shù)據(jù)相比較，計(jì)算得出公里標(biāo)數(shù)據(jù)，直接顯示在網(wǎng)頁(yè)地圖上，各點(diǎn)連接形成巡檢軌跡，通過(guò)可視化功能清晰直觀顯示出來(lái)。

平臺(tái)軟件主要基于B/S平臺(tái)架構(gòu)軟件由Web管理中心和Web客戶(hù)端組成，通過(guò)中心服務(wù)器構(gòu)架數(shù)據(jù)庫(kù)和Web Server服務(wù)，來(lái)實(shí)現(xiàn)B/S構(gòu)架下的設(shè)備、用戶(hù)權(quán)限管理以及預(yù)覽和回放等操作。Web管理中心：主要完成系統(tǒng)的配置操作，進(jìn)行區(qū)域、設(shè)備和用戶(hù)的配置等功能Web客戶(hù)端：通過(guò)Web登錄管理中心獲取相關(guān)權(quán)限，進(jìn)行預(yù)覽、回放等操作。

接入層：前端設(shè)備，即 DVR、DVS、IPC；

數(shù)據(jù)交換層：由服務(wù)器組成，包括：網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、注冊(cè)服務(wù)器、流媒體服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、報(bào)警服務(wù)器；

應(yīng)用層：包括網(wǎng)頁(yè)監(jiān)控客戶(hù)端、手機(jī)監(jiān)控、普通監(jiān)控客戶(hù)端、管理系統(tǒng)、巡檢記錄、統(tǒng)計(jì)等。

作用：網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器主要用于客戶(hù)端進(jìn)行查詢(xún)?yōu)g覽。

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器主要存儲(chǔ)GPS北斗，公里標(biāo)對(duì)應(yīng)參數(shù)及各索引等數(shù)據(jù)；注冊(cè)服務(wù)器：主要用于設(shè)備ID注冊(cè)，接入；流媒體服務(wù)器：主要是轉(zhuǎn)發(fā)音視頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)多用戶(hù)同時(shí)查詢(xún)；存儲(chǔ)服務(wù)器：主要存儲(chǔ)圖片（目前視頻流不進(jìn)行存儲(chǔ)）；報(bào)警服務(wù)器：主要是處理各種報(bào)警信號(hào)。

3.3 監(jiān)控中心平臺(tái)

針對(duì)巡檢工作需求開(kāi)發(fā)的平臺(tái)有監(jiān)控中心、查詢(xún)中心以及配置中心三大功能欄。平臺(tái)需要具備巡檢記錄儀監(jiān)控功能、日常檢查統(tǒng)計(jì)功能以及賬戶(hù)和設(shè)備的注冊(cè)管理功能。為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件，采用流媒體轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，將前端設(shè)備傳輸回服務(wù)器的實(shí)時(shí)畫(huà)面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至管理人員的計(jì)算機(jī)。日常統(tǒng)計(jì)功能是基于鐵路里程和衛(wèi)星定位實(shí)現(xiàn)的，如統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能，巡檢記錄儀將定位信息和圖片傳回至服務(wù)器，服務(wù)器把該位置信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)作對(duì)比，經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算得出巡檢作業(yè)人員位于哪條公里標(biāo)附近，平臺(tái)生成的統(tǒng)計(jì)信息就可以不同要求導(dǎo)出。

3.3.1 監(jiān)控中心欄

實(shí)時(shí)預(yù)覽：設(shè)備視頻實(shí)時(shí)預(yù)覽及操作實(shí)時(shí)定位：移動(dòng)設(shè)備實(shí)時(shí)定位

軌跡回放：移動(dòng)設(shè)備歷史軌跡回放3.3.2查詢(xún)中心欄

日志查詢(xún)：設(shè)備、用戶(hù)操作日志查詢(xún)及導(dǎo)出系統(tǒng)狀態(tài)：設(shè)備、服務(wù)器狀態(tài)查詢(xún)及導(dǎo)出統(tǒng)計(jì)報(bào)表：警告、違規(guī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)3.3.3配置中心欄

組織資源：組織、服務(wù)器以及設(shè)備管理

用戶(hù)管理：用戶(hù)、角色權(quán)限管理

巡更點(diǎn)：巡檢線(xiàn)路

鐵路線(xiàn)路：鐵路線(xiàn)路管理

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

4.1 實(shí)現(xiàn)可視化和定位管理

本設(shè)備采用GPS+北斗雙模式定位。鐵路線(xiàn)路公里標(biāo)每隔一定距離取一個(gè)點(diǎn)，在地圖上顯示，各點(diǎn)連接形成的“鐵路線(xiàn)路”地圖，巡檢設(shè)備實(shí)時(shí)傳輸回來(lái)的位置信息在數(shù)據(jù)庫(kù)中通過(guò)比對(duì)，可視化反映出巡檢作業(yè)動(dòng)態(tài)軌跡，設(shè)備開(kāi)機(jī)即可實(shí)現(xiàn)可視化和定位管理。

4.2 實(shí)現(xiàn)真實(shí)性和可追述性

通過(guò)巡檢記錄儀實(shí)現(xiàn)了圖片一鍵抓拍，自動(dòng)在本地保存并向服務(wù)器平臺(tái)上傳時(shí)間、日期都不可調(diào)的圖像和位置信息，并對(duì)巡檢工作做實(shí)時(shí)查詢(xún)、錄像回放、軌跡回放，對(duì)巡檢工作的真實(shí)性和可追述性提供可靠的依據(jù)。

4.3 實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化管理

平臺(tái)按照公里標(biāo)庫(kù)中的數(shù)據(jù)自動(dòng)生成巡檢點(diǎn)和未巡檢點(diǎn)，生成的巡檢點(diǎn)和未巡檢點(diǎn)都有車(chē)間、工區(qū)、線(xiàn)路等信息，有效防止漏檢和盲點(diǎn)產(chǎn)生。平臺(tái)可按日期、時(shí)間、線(xiàn)路等要求輸出巡檢線(xiàn)路設(shè)備、柵欄等的故障和安全隱患圖片，列出已巡檢點(diǎn)和未巡檢點(diǎn)，按日期查詢(xún)巡檢軌跡，并提供日、周、月巡檢作業(yè)表格，便于管理人員掌握巡檢作業(yè)情況，減少管理人員統(tǒng)計(jì)工作量，大大提升了工作效率。

4.4 實(shí)現(xiàn)管理上的精細(xì)化

系統(tǒng)利用先進(jìn)的視頻編解碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)視頻錄像的存儲(chǔ)、傳輸，在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，優(yōu)化了傳輸?shù)乃俾屎唾|(zhì)量。另外通過(guò)衛(wèi)星定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢人員精確位置的記錄和上報(bào)，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前位置與數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)公里標(biāo)的距離，實(shí)時(shí)上傳當(dāng)前巡檢記錄儀抓拍的畫(huà)面，將所屬車(chē)間具體線(xiàn)路的故障、隱患、病害等情況反饋至中心管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)管理上的精細(xì)化。

4.5 實(shí)現(xiàn)提高站段標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)水平

系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)向后臺(tái)適時(shí)傳輸現(xiàn)場(chǎng)人員巡檢和生產(chǎn)情況，現(xiàn)場(chǎng)人員可以向后臺(tái)人員咨詢(xún)和請(qǐng)教遇到的問(wèn)題，同樣，后臺(tái)人員也能抽查抽看現(xiàn)場(chǎng)人員作業(yè)情況，對(duì)違章作業(yè)能及時(shí)制止，促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)人員按規(guī)章按標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，提高站段標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)水平。

5 試用情況

基于鐵路里程和衛(wèi)星定位的巡檢管理系統(tǒng)從2015年9月開(kāi)始在杭州工務(wù)段管轄的杭州-嘉興線(xiàn)路進(jìn)行試運(yùn)行。各方面均已達(dá)到工務(wù)巡檢作業(yè)的要求，符合工務(wù)巡檢標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)則，解決了原先巡檢存在安全隱患、記錄繁瑣、管理復(fù)雜等問(wèn)題，規(guī)范監(jiān)督作業(yè)流程，節(jié)省人力、物力和時(shí)間，大大提高工作效率，而且終端巡檢記錄儀人機(jī)交互式操作界面簡(jiǎn)單、友好，使用方便。使得鐵路防護(hù)設(shè)施安全“人防、物防、技防”中“技防”功能得到施展與體現(xiàn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

智能巡檢系統(tǒng)的投入使用，能夠自動(dòng)記錄巡檢情況和檢修人員的操作行為以及所在位置信息，并將這些數(shù)據(jù)傳輸、記錄、分類(lèi)并反饋到中心管理平臺(tái)，管理人員能夠在第一時(shí)間了解巡檢人員的工作情況，并且在事后對(duì)巡檢工作進(jìn)行有效的分析記錄。實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢過(guò)程進(jìn)行有效監(jiān)督和有序可控，為行車(chē)安全起到良好的保障作用，可廣泛用于需要記錄現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況的行業(yè)。后續(xù)，我們將繼續(xù)完善產(chǎn)品性能，開(kāi)發(fā)衍生產(chǎn)品，以滿(mǎn)足兄弟單位的工作需求，逐步在工務(wù)、供電和電務(wù)等系統(tǒng)全面推廣使用。

[1]鄭三立，李正強(qiáng)，趙偉．基于GPS和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的線(xiàn)路智能巡檢系統(tǒng)．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28（5）：90．

[2]李浩．基于GPS/GIS技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)路巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)．哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2007,10-12．

[3]尚展壘，方娜．智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)．光盤(pán)技術(shù)，2007，2：24．