郭心全，李 林，沈 鹍，吳 霞

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

截至2021年底，我國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程突破15萬(wàn)km，其中，高速鐵路超過(guò)4萬(wàn)km[1]。2021年，鐵路工務(wù)專業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)鐵路橋梁總數(shù)9萬(wàn)余座，累計(jì)長(zhǎng)度超過(guò) 3萬(wàn)km；隧道1.6萬(wàn)余座，累計(jì)長(zhǎng)度超過(guò)2萬(wàn)km；涵渠27萬(wàn)余座，累計(jì)長(zhǎng)度近7 000 km。隨著我國(guó)鐵路網(wǎng)的逐漸成型，運(yùn)量不斷提升，老舊線路橋隧設(shè)備問(wèn)題多發(fā)，新建線路橋隧設(shè)備源頭問(wèn)題突出，現(xiàn)有的檢測(cè)保養(yǎng)維修手段未能精密配合，狀態(tài)修、周期修等理念發(fā)揮的作用不夠充分，尚不能及時(shí)掌握橋隧設(shè)備狀態(tài)，并做出科學(xué)的養(yǎng)修計(jì)劃[2-4]。

中國(guó)國(guó)家鐵路集團(tuán)有限公司（簡(jiǎn)稱：國(guó)鐵集團(tuán)）發(fā)布的《新時(shí)代交通強(qiáng)國(guó)鐵路先行規(guī)劃綱要》指出，要深化修程修制改革，建立健全設(shè)施設(shè)備養(yǎng)護(hù)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，推進(jìn)全生命周期云端智能健康管理，提高維修檢查專業(yè)化、集約化、精準(zhǔn)化、智能化及造修一體化水平[5]。鐵路工務(wù)信息化、智能化建設(shè)在確保乘客乘車安全出行方面發(fā)揮著重要作用，而橋隧建筑物信息化、智能化建設(shè)是其重要組成部分，對(duì)保障鐵路車輛運(yùn)行安全有著不可或缺的作用[6-7]。因此，亟需運(yùn)用智能化手段提高橋隧養(yǎng)護(hù)作業(yè)水平，精準(zhǔn)把控設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)，制定科學(xué)的設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修方式及維修策略，降低鐵路橋隧養(yǎng)護(hù)作業(yè)成本，提高工作效率。

1 需求分析

為貫徹落實(shí)《普速鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則：TG/GW103-2018》[8]和《高速鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則（試行）：TG/GW114-2011》[9]規(guī)定的 “檢養(yǎng)修”分開(kāi)的管理新體制，適應(yīng)新體制下的鐵路檢養(yǎng)修改革，需要設(shè)計(jì)并應(yīng)用鐵路橋隧養(yǎng)護(hù)作業(yè)智能終端App（簡(jiǎn)稱：智能終端App），進(jìn)一步強(qiáng)化鐵路工務(wù)橋隧設(shè)備養(yǎng)護(hù)作業(yè)專業(yè)化管理。

1.1 業(yè)務(wù)需求

智能終端App需以工務(wù)安全生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)橋隧子系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱：橋隧子系統(tǒng)）的“檢查—分析—計(jì)劃—作業(yè)—驗(yàn)收”閉環(huán)作業(yè)為依托，按照操作流程簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)即時(shí)傳輸、模塊松散耦合、用戶界面友好的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。智能終端App需引入規(guī)范化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，固化數(shù)據(jù)采集流程，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，為工務(wù)橋隧設(shè)備狀態(tài)的大數(shù)據(jù)智能分析提供支撐，輔助分析病害成因和養(yǎng)修質(zhì)量評(píng)價(jià)，為研究橋隧智能養(yǎng)護(hù)維修提供數(shù)據(jù)支撐[10]。

橋隧子系統(tǒng)的橋隧養(yǎng)護(hù)作業(yè)閉環(huán)管理，如圖1所示。其中，智能終端App主要對(duì)應(yīng)閉環(huán)管理的檢查和驗(yàn)收模塊。

圖1 橋隧子系統(tǒng)橋隧養(yǎng)護(hù)作業(yè)閉環(huán)管理

1.2 功能需求

智能終端App需確保功能完善，能滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用需求。

（1） 確保數(shù)據(jù)同步

用戶需事先同步云服務(wù)器中的字典數(shù)據(jù)，進(jìn)行病害錄入、保養(yǎng)評(píng)定及維修質(zhì)量驗(yàn)收等功能操作，上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)同步上傳位置信息以保證數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

（2） 應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)緩慢

針對(duì)特殊地區(qū)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)弱或未覆蓋的問(wèn)題，智能終端App需有離線登錄功能，保障現(xiàn)場(chǎng)橋隧的養(yǎng)護(hù)作業(yè)。

（3） 設(shè)備秋檢常態(tài)化

將設(shè)備秋檢和日常檢查功能相融合，避免病害數(shù)據(jù)重復(fù)采集，減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，提高工作效率。

（4） 設(shè)備分級(jí)驗(yàn)收評(píng)定

維修驗(yàn)收需要經(jīng)過(guò)橋隧工區(qū)自驗(yàn)、檢查工區(qū)復(fù)驗(yàn)、車間復(fù)驗(yàn)及站段復(fù)驗(yàn)四級(jí)驗(yàn)收，其中，綜合工區(qū)既可自驗(yàn)又可復(fù)驗(yàn)；保養(yǎng)評(píng)定需要經(jīng)過(guò)工區(qū)自評(píng)、車間復(fù)評(píng)及站段復(fù)評(píng)三級(jí)評(píng)定。

2 智能終端App設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

智能終端App架構(gòu)由展示層、業(yè)務(wù)層、服務(wù)層及內(nèi)核層組成，如圖2所示。其中，展示層主要用于功能展示，含橋隧管理、驗(yàn)收管理和同步及設(shè)置；業(yè)務(wù)層由橋隧養(yǎng)護(hù)作業(yè)業(yè)務(wù)組成，含設(shè)備管理、檢查標(biāo)準(zhǔn)、病害錄入、病害覆蓋、維修驗(yàn)收、保養(yǎng)評(píng)定等；服務(wù)層由基礎(chǔ)服務(wù)及組件和功能模塊組成，其中基礎(chǔ)服務(wù)含工具集、網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)、日志樹(shù)等，組件和功能含UI組件、錄音等；內(nèi)核層主要為前3層所用到的基礎(chǔ)庫(kù)。事件傳遞及頁(yè)面路由貫穿業(yè)務(wù)層和服務(wù)層，事件傳遞主要用于點(diǎn)按、長(zhǎng)按等事件的響應(yīng)及傳遞，頁(yè)面路由主要用于頁(yè)面之間的跳轉(zhuǎn)。

圖2 智能終端App架構(gòu)

2.2 接口程序設(shè)計(jì)

智能終端App基于鐵路網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)，采用微服務(wù)技術(shù)建立專有接口程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在鐵路內(nèi)部服務(wù)網(wǎng)的鐵路局集團(tuán)公司數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與互聯(lián)網(wǎng)的智能終端App間的交互。接口程序設(shè)計(jì)如圖3所示，可向智能終端App同步用戶信息、單位信息、設(shè)備信息、標(biāo)準(zhǔn)信息等，根據(jù)智能終端App修改的維修信息、保養(yǎng)信息和病害信息更新鐵路局集團(tuán)公司數(shù)據(jù)庫(kù)，上傳智能終端App錄入的設(shè)備檢查信息、維修驗(yàn)收信息、媒體數(shù)據(jù)及保養(yǎng)評(píng)定信息。智能終端App上傳至各鐵路局集團(tuán)公司數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)可在橋隧子系統(tǒng)進(jìn)行查看及應(yīng)用，橋隧子系統(tǒng)錄入及處理的相關(guān)數(shù)據(jù)也可同步至智能終端App。

圖3 接口程序設(shè)計(jì)

2.3 智能終端App功能

智能終端App主要功能包括設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理和驗(yàn)收管理，如圖4所示。其中，設(shè)備管理包括設(shè)備檢查、病害觀測(cè)；驗(yàn)收管理包含維修驗(yàn)收、保養(yǎng)評(píng)定、評(píng)定記錄；數(shù)據(jù)管理包括同步數(shù)據(jù)、上傳數(shù)據(jù)、設(shè)置。

圖4 智能終端App功能

2.3.1 設(shè)備管理

（1）設(shè)備檢查。采用規(guī)范化的橋隧檢查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行病害錄入、重復(fù)病害關(guān)聯(lián)、病害發(fā)展跟蹤，并強(qiáng)制進(jìn)行照片上傳，規(guī)范了數(shù)據(jù)來(lái)源，為后續(xù)橋隧智能養(yǎng)修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其作用對(duì)象為當(dāng)前登錄用戶所在單位轄下的橋隧設(shè)備。智能終端App錄入的數(shù)據(jù)可在橋隧子系統(tǒng)橋隧管理—經(jīng)常檢查模塊進(jìn)行維護(hù)。設(shè)備檢查病害數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)化如圖5所示，橋隧子系統(tǒng)橋隧管理—經(jīng)常檢查模塊如圖6所示。

圖5 設(shè)備病害數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)化

圖6 橋隧子系統(tǒng)橋隧管理—經(jīng)常檢查

（2）病害觀測(cè)。病害觀測(cè)功能主要對(duì)橋隧工區(qū)、檢查工區(qū)、橋隧車間及工務(wù)段4級(jí)用戶在橋隧子系統(tǒng)標(biāo)定的病害進(jìn)行跟蹤觀測(cè)，掌握病害發(fā)展情況，及時(shí)把控橋隧設(shè)備狀態(tài)。

2.3.2 驗(yàn)收管理

（1）維修驗(yàn)收。健全完善橋隧設(shè)備評(píng)價(jià)體系，以修前鑒定、修中控制和修后評(píng)估評(píng)價(jià)機(jī)制為導(dǎo)向，持續(xù)精準(zhǔn)把控橋隧設(shè)備質(zhì)量。維修驗(yàn)收功能針對(duì)橋隧工區(qū)、檢查工區(qū)、橋隧車間及工務(wù)段用戶，實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前單位上一個(gè)周期到本周期中設(shè)備維修計(jì)劃作業(yè)情況的驗(yàn)收，并進(jìn)行設(shè)備修后評(píng)定工作。智能終端App工區(qū)維修驗(yàn)收模塊界面如圖7所示。

圖7 維修驗(yàn)收模塊界面

（2）保養(yǎng)評(píng)定。保養(yǎng)評(píng)定功能主要用于橋隧工區(qū)自評(píng)，根據(jù)保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)當(dāng)前單位管界內(nèi)設(shè)備的檢查數(shù)量和缺點(diǎn)數(shù)量實(shí)現(xiàn)自動(dòng)扣分和結(jié)果自動(dòng)評(píng)定，為后續(xù)的大數(shù)據(jù)分析積累數(shù)據(jù)，進(jìn)而為橋隧養(yǎng)修提供智能決策。功能界面如圖8所示。

圖8 保養(yǎng)評(píng)定功能界面

（3）評(píng)定記錄。評(píng)定記錄功能主要用于橋隧車間及工務(wù)段對(duì)工區(qū)自評(píng)結(jié)果進(jìn)行復(fù)評(píng)。

2.3.3 數(shù)據(jù)管理

（1）同步數(shù)據(jù)。同步數(shù)據(jù)功能幫助用戶實(shí)現(xiàn)登錄設(shè)備后同步臺(tái)賬數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到智能終端App。

（2）上傳數(shù)據(jù)。上傳數(shù)據(jù)功能將智能終端App錄入的檢查數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)接口，上傳完成的數(shù)據(jù)可在橋隧子系統(tǒng)頁(yè)面進(jìn)行查看維護(hù)。

（3）設(shè)置。設(shè)置功能包含清理緩存、檢查更新和退出3個(gè)子功能。

2.4 業(yè)務(wù)流程

智能終端App業(yè)務(wù)流程如圖9所示，其登錄功能包含登錄和離線登錄2個(gè)模塊，且可根據(jù)不同級(jí)別的賬號(hào)展示不同的功能模塊及內(nèi)容。其中，離線登錄用于用戶登錄并同步數(shù)據(jù)后的二次登錄，且只能使用不需要實(shí)時(shí)查詢數(shù)據(jù)的功能。智能終端App業(yè)務(wù)流程主要由設(shè)備檢查、病害觀測(cè)、維修驗(yàn)收和保養(yǎng)評(píng)定組成。（1）設(shè)備檢查需要在同步設(shè)備臺(tái)賬和檢查標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)后，選擇新增病害還是重復(fù)病害，并進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入。（2）病害觀測(cè)需要登錄后實(shí)時(shí)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中的病害并進(jìn)行重復(fù)病害數(shù)據(jù)錄入。（3）保養(yǎng)評(píng)定流程中工區(qū)自評(píng)（橋隧工區(qū)、檢查工區(qū)和綜合工區(qū)）需要同步設(shè)備臺(tái)賬和保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)后再進(jìn)行操作，隨后依次進(jìn)行車間復(fù)評(píng)和站段復(fù)評(píng)。（4）維修驗(yàn)收流程中需判斷工區(qū)性質(zhì)后進(jìn)行工區(qū)自驗(yàn)，綜合工區(qū)可在自驗(yàn)后自行復(fù)驗(yàn)，而橋隧工區(qū)在自驗(yàn)后需檢查工區(qū)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，然后依次進(jìn)行車間復(fù)驗(yàn)、站段復(fù)驗(yàn)，并將信息上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖9 橋隧養(yǎng)護(hù)作業(yè)智能終端App業(yè)務(wù)流程

3 關(guān)鍵業(yè)務(wù)及技術(shù)

3.1 關(guān)鍵業(yè)務(wù)

3.1.1 貫徹專業(yè)修規(guī)

智能終端App的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)依托于橋隧子系統(tǒng)，嚴(yán)格貫徹國(guó)鐵集團(tuán)規(guī)定的 “檢養(yǎng)修”分開(kāi)的管理新體制，充分落實(shí)“檢查和養(yǎng)修”分離的管理理念。針對(duì)橋隧工區(qū)、檢查工區(qū)、車間、站段4級(jí)用戶進(jìn)行功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，提高檢查和維修質(zhì)量。

3.1.2 規(guī)范檢查標(biāo)準(zhǔn)

智能終端App引入規(guī)范化的檢查標(biāo)準(zhǔn)，并采用設(shè)備檢查、維修驗(yàn)收及保養(yǎng)評(píng)定功能對(duì)橋隧設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評(píng)定及檢查，將標(biāo)準(zhǔn)化后的檢查數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)按照線性資產(chǎn)維度進(jìn)行整理，為工務(wù)安全生產(chǎn)大數(shù)據(jù)分析和橋隧智能化養(yǎng)修決策提供支撐。

3.1.3 設(shè)備秋檢常態(tài)化

智能終端App將設(shè)備秋檢融入日常檢查，錄入病害數(shù)據(jù)符合秋檢標(biāo)準(zhǔn)，將同步進(jìn)入秋檢病害庫(kù)和日常檢查病害庫(kù)。相對(duì)于秋檢及日常檢查病害分項(xiàng)采集重復(fù)錄入的方式，提高了工作效率，降低了病害錄入的工作量。

3.1.4 生產(chǎn)流程閉環(huán)

智能終端App結(jié)合橋隧子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于橋隧設(shè)備基礎(chǔ)履歷、規(guī)范化檢查標(biāo)準(zhǔn)的“檢查—分析—計(jì)劃—作業(yè)—驗(yàn)收”安全生產(chǎn)閉環(huán)管理。促進(jìn)橋隧生產(chǎn)作業(yè)在循環(huán)積累中不斷提高效率、保證責(zé)任落實(shí)、避免工作漏洞。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

3.2.1 微服務(wù)+云平臺(tái)接口技術(shù)

智能終端App基于鐵路網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)采用微服務(wù)技術(shù)建立專有接口程序，實(shí)現(xiàn)了與橋隧子系統(tǒng)的安全通信，切實(shí)保障了數(shù)據(jù)的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和可靠性。微服務(wù)+云平臺(tái)接口技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括：（1）松耦合，有助于分工協(xié)作，提高開(kāi)發(fā)效率；（2）可擴(kuò)展性，適應(yīng)快速迭代開(kāi)發(fā)；（3）高效運(yùn)維，實(shí)時(shí)掌控服務(wù)健康狀況。

3.2.2 安全認(rèn)證與傳輸技術(shù)

由于智能終端App用戶所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較復(fù)雜，時(shí)常處于無(wú)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及斷線的情況，仍需保障終端用戶對(duì)數(shù)據(jù)的收集及上傳，同時(shí)確保數(shù)據(jù)安全、準(zhǔn)確。本文通過(guò)證書(shū)頒發(fā)機(jī)構(gòu)（CA，Certificate Authority）認(rèn)證的方式保障了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，其作用是證明證書(shū)中列出的用戶，合法擁有證書(shū)中列出的公開(kāi)密鑰，且CA的數(shù)字簽名使攻擊者不能偽造和篡改證書(shū)。

3.2.3 病害智能判識(shí)技術(shù)

依據(jù)規(guī)范化的橋隧檢查標(biāo)準(zhǔn)，智能終端App可基于錄入的病害數(shù)據(jù)智能判識(shí)病害類別、病害部位、病害結(jié)構(gòu)等。同時(shí)，智能終端App將日常檢查與秋檢相融合，設(shè)備檢查模塊依據(jù)錄入的病害性質(zhì)及檢查標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行智能判識(shí)，符合秋檢標(biāo)準(zhǔn)的病害自動(dòng)錄入秋檢病害庫(kù)，符合日常檢查標(biāo)準(zhǔn)的病害自動(dòng)轉(zhuǎn)入日常檢查病害庫(kù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)高速鐵路營(yíng)業(yè)里程位居世界第一，且占全鐵路線路的比重日益加大[11]，提高橋隧養(yǎng)護(hù)的智能化水平對(duì)列車在橋隧設(shè)備上安全平穩(wěn)運(yùn)行有著重要作用。智能終端App通過(guò)規(guī)范化的橋隧病害檢查標(biāo)準(zhǔn)，提升病害智能判識(shí)能力，輔助建立養(yǎng)護(hù)閉環(huán)管理流程，方便養(yǎng)護(hù)單位及時(shí)掌控橋隧設(shè)備狀態(tài)，為制定科學(xué)的設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修方式及維修策略提供依據(jù)。通過(guò)智能終端App的應(yīng)用實(shí)踐，收集了大量的照片及格式化數(shù)據(jù)，后續(xù)將以建立橋隧典型病害及處置專家知識(shí)庫(kù)為目標(biāo)，從圖像分析、自然語(yǔ)言處理及大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)上持續(xù)提升智能終端App的智能化水平。