王文斌，李 洋，趙正陽，王天柱

（中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司城市軌道交通中心，北京 100081）

1 引言

近年來，我國城市軌道交通行業(yè)發(fā)展迅猛，國內(nèi)在建線路和開通運營線路數(shù)量不斷增加，截至2020 年12 月31 日，國內(nèi)（不含港澳臺）累計共有45 個城市開通城市軌道交通運營線路7 969.7 km[1]。同時，公眾對城市軌道交通的關(guān)注度和對線路運營的安全性、舒適性要求也日益提高[2]。為確保城市軌道交通的高質(zhì)量、安全運營，中華人民共和國交通運輸部于2019 年先后印發(fā)《城市軌道交通設(shè)施設(shè)備運行維護管理辦法》（交運規(guī)[2019]8 號）[3]、《城市軌道交通初期運營前安全評估技術(shù)規(guī)范 第1 部分：地鐵和輕軌》（交辦運[2019]17 號）[4]。

輪軌、弓網(wǎng)關(guān)系檢測是確保線路安全運營的重要前提[5-6]?！冻鞘熊壍澜煌ǔ跗谶\營前安全評估技術(shù)規(guī)范第 1 部分：地鐵和輕軌》中明確規(guī)定城市軌道交通初期運營前需開展輪軌、弓網(wǎng)等系統(tǒng)聯(lián)動性能的檢測，以驗證各系統(tǒng)之間的協(xié)同工作能力，保障線路安全性和舒適性。此外，城市軌道交通建設(shè)與運營企業(yè)對于輪軌、弓網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測均具有持續(xù)性的需求，迫切期望開發(fā)和運用相關(guān)數(shù)據(jù)管理平臺對檢測數(shù)據(jù)進行科學(xué)管理與深度分析，為線路維修養(yǎng)護工作的開展以及修程修制的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

本文針對城市軌道交通輪軌關(guān)系、弓網(wǎng)關(guān)系檢測全過程數(shù)據(jù)信息，借鑒大數(shù)據(jù)管理思想進行數(shù)據(jù)管理，探索數(shù)據(jù)分析與共享模式，開展設(shè)施設(shè)備基礎(chǔ)信息管理、檢測數(shù)據(jù)分析及可視化展示等平臺功能設(shè)計，從檢測業(yè)務(wù)現(xiàn)狀及問題、平臺總體架構(gòu)與功能、平臺運用效果等方面進行闡述，為促進數(shù)據(jù)資源共享、保障城市軌道交通線路安全運行、提高行業(yè)檢測服務(wù)水平以及開展相關(guān)研究工作提供借鑒和參考[7-8]。

2 檢測業(yè)務(wù)現(xiàn)狀與問題

目前，城市軌道交通行業(yè)內(nèi)安全評估系統(tǒng)聯(lián)動檢測工作已廣泛開展近2 年時間，在輪軌關(guān)系、弓網(wǎng)關(guān)系檢測方面積累了海量的檢測數(shù)據(jù)、研究報告以及相關(guān)技術(shù)資料等。針對輪軌關(guān)系、弓網(wǎng)關(guān)系檢測數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型多、對數(shù)據(jù)分析能力要求高等特點，應(yīng)利用信息化手段對檢測業(yè)務(wù)開展科學(xué)管理，采用數(shù)據(jù)分析與可視化技術(shù)對檢測結(jié)果進行充分分析和利用，以提高檢測工作效率與服務(wù)水平。

為提高檢測和維修管理效率，國內(nèi)航空、汽車行業(yè)較早應(yīng)用了數(shù)據(jù)管理平臺[9-11]；鐵路領(lǐng)域也相繼開發(fā)運用了多種數(shù)據(jù)管理平臺[12-14]。但由于城市軌道交通領(lǐng)域開展輪軌關(guān)系、弓網(wǎng)關(guān)系等動態(tài)檢測工作的時間較晚，因此目前缺乏針對相關(guān)數(shù)據(jù)管理、分析及應(yīng)用的深入研究，也無相應(yīng)的輪軌關(guān)系與弓網(wǎng)關(guān)系檢測數(shù)據(jù)管理平臺，輪軌、弓網(wǎng)關(guān)系檢測數(shù)據(jù)信息管理存在以下問題。

（1）檢測設(shè)備和儀器功能標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)存儲格式不一致，檢測數(shù)據(jù)量大且分散，數(shù)據(jù)分析廣度和深度不足，導(dǎo)致數(shù)據(jù)利用率低，不能為檢測數(shù)據(jù)綜合分析提供全方面的數(shù)據(jù)支持。

（2）檢測過程中存在檢測人員對檢測設(shè)備狀態(tài)記錄不到位、檢測設(shè)備新舊混亂、檢測儀器編碼無規(guī)則等問題，嚴重影響了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度，降低了檢測工作的效率。

（3）城市軌道交通輪軌關(guān)系、弓網(wǎng)關(guān)系檢測是一個檢測 -整改-復(fù)測循環(huán)往復(fù)的過程，現(xiàn)場檢測時，通常需要在檢測當(dāng)日發(fā)布檢測結(jié)果與報表，以便施工單位依據(jù)檢測結(jié)果及時整改?，F(xiàn)有檢測系統(tǒng)雖然具備一定的數(shù)據(jù)自動分析功能，但大多難以處理特殊線路段導(dǎo)致的檢測數(shù)據(jù)異常問題，如曲線和道岔區(qū)段的軌道動態(tài)幾何異常，此類數(shù)據(jù)還需技術(shù)人員結(jié)合線路圖紙進行人工識別，分析數(shù)據(jù)與生成報告的效率仍有待提高。

3 平臺架構(gòu)與功能

3.1 平臺整體架構(gòu)

為解決上述問題，城市軌道交通輪軌關(guān)系與弓網(wǎng)關(guān)系檢測管理平臺應(yīng)運而生。該平臺是立足于城市軌道交通信息化發(fā)展的實際情況，以信息技術(shù)為手段，依托大數(shù)據(jù)處理與分析技術(shù)，并充分吸收借鑒行業(yè)內(nèi)外檢測平臺建設(shè)的先進經(jīng)驗研發(fā)而成。利用該平臺可提前錄入線路線形信息，自動處理特殊地段檢測數(shù)據(jù)，并在檢測完成后自動生成檢測結(jié)果和報表，及時留存項目過程文檔信息，從而縮短全過程周轉(zhuǎn)時間，提升檢測工作效率；對項目開展過程中的檢測計劃、檢測數(shù)據(jù)、檢測報告、參試人員、設(shè)備儀器安排等涉及多方溝通的事項進行在線處理。這樣一方面可提高檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度與真實性，增強問題處理與分析能力，實現(xiàn)項目檢測數(shù)據(jù)管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化；另一方面可降低溝通成本，有利于多方協(xié)作與信息共享，提升多單位間協(xié)調(diào)工作的效率。

該平臺分為數(shù)據(jù)源層、基礎(chǔ)支撐層、技術(shù)服務(wù)層、功能應(yīng)用層4 個層級，并具備安全保障體系和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，具體如圖1 所示。

圖1 平臺整體架構(gòu)

數(shù)據(jù)源層可分為4 部分，即項目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、檢測結(jié)果數(shù)據(jù)和資源臺賬數(shù)據(jù)。其中項目基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含項目檢測方案、檢測大綱、線路圖紙和評價標(biāo)準(zhǔn)等；線路基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含線路的平曲線、豎曲線、道岔、長短鏈、車站、扣件等信息，為檢測數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)支撐；檢測結(jié)果數(shù)據(jù)包含輪軌關(guān)系、弓網(wǎng)關(guān)系檢測中的軌道幾何、平穩(wěn)性、穩(wěn)定性、弓網(wǎng)幾何、燃弧指標(biāo)以及動態(tài)接觸力等信息；資源臺賬數(shù)據(jù)包含項目的人員、設(shè)備、資料臺賬和規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)等文件材料，可為上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

基礎(chǔ)支撐層包含通信網(wǎng)絡(luò)、計算資源、數(shù)據(jù)存儲、安全保密、任務(wù)調(diào)度等模塊，為城市軌道交通輪軌關(guān)系與弓網(wǎng)關(guān)系檢測管理平臺建設(shè)及運行提供基礎(chǔ)環(huán)境及必要安全保障。

技術(shù)服務(wù)層采用模型-視圖-控制器（MVC）架構(gòu)，選用Java 開發(fā)語言和SpringBoot 開發(fā)框架，配合Mysql、Redis 數(shù)據(jù)庫進行功能開發(fā)與數(shù)據(jù)存儲；通過研發(fā)多種專業(yè)插件支持專業(yè)檢測數(shù)據(jù)文件在平臺的集成；通過腳本、組件等調(diào)用方式調(diào)用Python、MATLAB 或其他類型語言開發(fā)的專業(yè)算法進行專業(yè)化數(shù)據(jù)分析；采用Echarts、D3.js 等可視化組件實現(xiàn)報表的可視化。

功能應(yīng)用層分為管理應(yīng)用和業(yè)務(wù)應(yīng)用2 部分，其中業(yè)務(wù)應(yīng)用部分以業(yè)務(wù)架構(gòu)為基礎(chǔ)，根據(jù)檢測工作具體內(nèi)容為業(yè)務(wù)管理提供服務(wù)；管理應(yīng)用部分圍繞業(yè)務(wù)主線，從項目級管理、中心級管理和數(shù)字化交付3 方面實現(xiàn)檢測業(yè)務(wù)工作的全程分級管理、全域?qū)崟r監(jiān)控、全局統(tǒng)一交付。

3.2 平臺功能架構(gòu)

平臺功能架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 平臺功能架構(gòu)

中心級平臺承擔(dān)綜合管理、綜合分析、綜合展示、業(yè)務(wù)宏觀管控等任務(wù)，主要用戶為業(yè)主、項目經(jīng)理等管理層人員，可實現(xiàn)城市軌道交通線網(wǎng)級項目開展情況展示、項目詳情查詢、大數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)自主化分析等功能，為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)深化利用提供支撐。

業(yè)務(wù)級平臺可實現(xiàn)對檢測項目全流程的信息化管理，能夠通過信息化、數(shù)字化手段從項目基本信息、項目計劃、檢測任務(wù)、檢測報告、檢測數(shù)據(jù)報表等方面對項目全過程進行管控，對項目數(shù)據(jù)進行采集、存儲、分析并生成相應(yīng)的檢查結(jié)果分析報表。此外，業(yè)務(wù)級平臺形成的全量數(shù)據(jù)可歸集至中心級平臺，形成數(shù)據(jù)資產(chǎn)，為城市軌道交通多城市、多線網(wǎng)檢測管理與大數(shù)據(jù)分析提供支持。

3.2.1中心級平臺

中心級平臺包含基礎(chǔ)管理、數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)管理、分析報表管理和綜合展示五大模塊。

基礎(chǔ)管理模塊的功能是實現(xiàn)項目檢測人員、檢測設(shè)備、文檔資料信息的規(guī)范化管理，即對參與項目人員的基本信息、資質(zhì)證件、角色權(quán)限等進行統(tǒng)籌管理，對檢測設(shè)備基礎(chǔ)臺賬信息、進出銷存記錄等進行規(guī)范化管理，對項目開展過程中涉及的技術(shù)文檔資料進行電子化管理。

數(shù)據(jù)管理模塊的功能是對項目數(shù)據(jù)進行集成與統(tǒng)一管理，通過建立數(shù)據(jù)目錄實現(xiàn)數(shù)據(jù)的逐級查詢與管理。

業(yè)務(wù)管理模塊的功能是實現(xiàn)對項目的實時盯控查看，以及對數(shù)據(jù)的匯總統(tǒng)計分析。

分析報表管理和綜合展示模塊可利用特定的數(shù)據(jù)分析功能和算法工具，對檢測數(shù)據(jù)進行智能化加工與處理，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化和綜合展示。

3.2.2業(yè)務(wù)級平臺

業(yè)務(wù)級平臺包含項目基本信息、項目計劃管理、檢測任務(wù)管理、檢測報告、檢測數(shù)據(jù)報表和檢測問題庫等模塊。

項目基本信息模塊可展示相應(yīng)項目的基礎(chǔ)信息、檢測方案、檢測大綱、項目相冊和項目文檔等，使用戶快速了解項目的基本檢測情況，對項目進行整體把控。

項目計劃管理模塊可通過設(shè)計日歷圖的形式展示整個項目的總體計劃和單次計劃，使檢測計劃數(shù)字化、具體化，方便用戶從整體角度把握項目進度與項目推進情況。

檢測任務(wù)管理模塊通過統(tǒng)計圖的形式對檢測任務(wù)進行統(tǒng)計，使檢測人員能夠了解自身工作和項目的有關(guān)事項及其進展情況，形成流暢的工作流程，避免任務(wù)沖突，從而提高檢測人員的工作效率。

檢測報告模塊可對根據(jù)檢測結(jié)果生成的任務(wù)報告進行電子化管理，在方便用戶快速查閱所有檢測報告、節(jié)省用戶時間的同時，實現(xiàn)了各檢測任務(wù)數(shù)據(jù)的共享，以及項目文件的有序規(guī)范管理。

檢測數(shù)據(jù)報表模塊可通過統(tǒng)計分析圖對檢測結(jié)果進行可視化展示，從而提高對于線路問題數(shù)量、類型、分布等要素信息的分析查看速度，提升信息溝通與共享的效率。

檢測問題庫模塊可從統(tǒng)計學(xué)角度對項目檢測問題數(shù)量、整體檢測趨勢和整改情況進行分析和展示，方便用戶快速掌握線路狀況，隨時調(diào)整檢測計劃，把握項目推進方向，進而為線路高品質(zhì)開通運營提供數(shù)據(jù)保障。

4 平臺應(yīng)用效果

為對城市軌道交通輪軌關(guān)系與弓網(wǎng)關(guān)系檢測管理平臺的功能和實用性進行驗證，將其應(yīng)用于多個城市軌道交通線路檢測項目中，利用檢測數(shù)據(jù)進行平臺系統(tǒng)功能檢測。檢測結(jié)果證明，該系統(tǒng)取得了良好的應(yīng)用效果，具體如下。

4.1 基礎(chǔ)信息管理標(biāo)準(zhǔn)化

相較以往人工管理模式下項目基本信息分散混亂、難于查找、部分信息缺失遺漏的痛點，現(xiàn)在通過平臺的項目基本信息模塊，可實現(xiàn)對線路概況、檢測方案、技術(shù)文檔資料、檢測人員與設(shè)備信息等的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一管理，方便對上述信息的快速查詢與調(diào)用，并保證基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與完整性，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析提供有力支撐。項目基本信息模塊的界面如圖3 所示。

圖3 項目基本信息模塊界面

4.2 項目進度管理流程化

在以往的管理模式下，進行項目進度管控時，業(yè)主與項目經(jīng)理需翻閱單次檢測計劃或檢測日報，而由于信息分散混亂等原因，其難以全面且及時地了解項目的計劃安排與進展情況，從而嚴重影響項目進度管理的效率。

而平臺的項目計劃管理模塊可對項目總體計劃、進度，以及單次檢測任務(wù)完成情況進行標(biāo)準(zhǔn)化、流程化管理，使業(yè)主與項目經(jīng)理實時了解項目計劃安排與進展情況，跟蹤項目問題，從而提升項目進度管理的效率與質(zhì)量。

4.3 數(shù)據(jù)分析自動化、多維化、可視化

在通過數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳之后，平臺會利用數(shù)據(jù)自動處理算法對數(shù)據(jù)進行自動分析，并生成相關(guān)結(jié)果和報表，從而大幅縮短人工作業(yè)時間，顯著提升數(shù)據(jù)處理分析的效率。數(shù)據(jù)自動化處理界面如圖4 所示。

圖4 數(shù)據(jù)自動化處理界面

平臺可對檢測數(shù)據(jù)進行多維度分析，從而有效提升問題數(shù)據(jù)規(guī)律研判及病害原因分析的能力。例如，針對單次檢測任務(wù)中每個速度級檢測數(shù)據(jù)可進行超限大值分析；針對多次檢測數(shù)據(jù)可進行對比分析和變化趨勢分析；針對輪軌關(guān)系、弓網(wǎng)關(guān)系檢測數(shù)據(jù)可進行聯(lián)動分析等。數(shù)據(jù)結(jié)果展示界面如圖5 所示。

圖5 數(shù)據(jù)結(jié)果展示界面

此外，平臺還能夠以時程曲線、折線圖、餅狀圖、柱狀圖等方式對數(shù)據(jù)進行可視化展示，從而大幅提高對線路問題分布、數(shù)量、類型等要素信息的分析查看速度，提升信息溝通與共享的效率。數(shù)據(jù)可視化分析界面如圖 6 所示。

圖6 數(shù)據(jù)可視化分析界面

4.4 數(shù)據(jù)報告生成便捷化

平臺的檢測報告模塊可根據(jù)用戶不同需求，按照指定模板生成檢測報告，并支持編輯、修改與傳閱等功能，實現(xiàn)了檢測報告的標(biāo)準(zhǔn)化輸出和成果的電子化交付管理，可大幅提高檢測人員的工作效率，縮短業(yè)主與建設(shè)方獲取報告的等待時間，提升報告?zhèn)鏖?、分享的便捷度，加速檢測作業(yè)的閉環(huán)。

4.5 項目全過程管理電子化

通過平臺實現(xiàn)了對項目全生命周期的標(biāo)準(zhǔn)化、流程化管理，以及對項目參與人員、檢測設(shè)備、項目工期、項目進度計劃、檢測數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)報表、結(jié)果報告、問題病害等信息的共享與電子化管理，有效提升了對項目全過程的管控效率，進而提高了檢測服務(wù)水平和質(zhì)量。

5 結(jié)語

城市軌道交通輪軌關(guān)系與弓網(wǎng)關(guān)系檢測管理平臺的開發(fā)與應(yīng)用，實現(xiàn)了檢測項目全過程規(guī)范化管理，通過對信息數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化存儲，確保了檢測工作的可追溯性與可信度。同時，該平臺可對輪軌、弓網(wǎng)關(guān)系檢測結(jié)果進行多維度分析、可視化展示，并自動生成數(shù)據(jù)分析報告，提高了數(shù)據(jù)分析的效率、準(zhǔn)確度以及問題綜合分析能力，避免了重復(fù)工作與人力浪費，具有很好的應(yīng)用推廣價值。此外，該平臺的相關(guān)功能模塊與算法模型還能夠進一步挖掘相關(guān)檢測數(shù)據(jù)的利用價值，促進軌道、車輛、接觸網(wǎng)等設(shè)備運維能力的提升，為目前行業(yè)內(nèi)軌道、弓網(wǎng)等檢測設(shè)備的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)管理、分析、展示一體化思路，為城市軌道交通行業(yè)的相關(guān)信息化系統(tǒng)建設(shè)提供借鑒與參考。