1 概述
1.1 研究背景
巡检是消除事故隐患的有效途径。但因目前巡检的监控、约束及考核欠缺，导致巡检可能存在落实不力的现象。在这种情况下，需要认真对待每一次巡检工作，管理者应对巡检任务进行有效规划，执行者应切实履行工作职责，保证巡检到位率，提高巡检质量，及时上报发现的问题，提供有效记录，为进行缺陷定位、故障维修、影响分析提供准确的参考数据。但是由于目前尚无符合神朔铁路特点的巡检信息化案例可供参考，因此设计适合神朔铁路的综合巡检修系统，实现巡检工作的智能化、信息化管理意义重大。
1.2 主要目标
神朔铁路安全智能巡检综合管理系统建设的主要目标包括：
（1）在神朔铁路开发部署铁路智能巡检信息管理系统，实现神朔铁路工务、电务、牵引供电、车务、公安护路专业的智能化巡检管理，包括手持巡检终端应用、无线数据自动上传下载和日常巡检综合管理等功能。
（2）在智能巡检管理的基础上，实现巡检缺陷的闭环管理和缺陷控制。
（3）实现智能终端在线监控功能。
（4）在神朔管内车站加装WIFI信号接入设备。
（5）配置服务器、磁盘阵列、数据采集手持终端等设备。
（6）购置、部署系统软件（含GIS、GPS等中间件软件、工具软件）。
1.3 相关信息系统概况
神朔铁路的既有系统应与本系统实现信息共享和交互。本系统和行车固定设备管理系统、运营综合业务管理系统、神朔班组本安现场管理系统、神朔机车运行辅助管理系统存在数据联系，其中行车固定设备管理系统为本系统提供设备台账支持。运营综合业务管理系统可接受智能巡检系统的信息上报。神朔班组本安现场管理系统为本系统提供用户信息。神朔机车运行辅助管理系统本系统提供铁路设施及设备故障信息。
2 信息系统主要设计原则及采用的主要技术标准
2.1 主要设计原则
本系统建设过程中应该遵循以下基本原则：
（1）数据满足横向兼容的原则。巡检管理平台导出的数据格式、视频样式应能与其他系统兼容。
（2）满足技术兼容性原则。建设的软件平台选取的技术应该与“供电设备GPS巡检系统”已有技术相兼容，如GPS定位技术、巡检数据采集技术、无线通信技术等。
（3）技术先进性原则。建设五位一体巡检信息管理平台应当选用具有一定成熟度、技术先进性，可靠性强的系统模型架构。
（4）可扩展性原则。新的业务需求产生后，平台应该提供灵活的扩展能力，以满足变化后的业务需求。
（5）可靠性原则。系统硬件应该选用成熟稳定的、经过严格测试的、能在各种恶劣环境下可靠运行的要求，并保证信息安全与接口。
2.2 采用的主要技术标准
根据系统实现特征，本系统预计在数据采集、数据整合上报流程会涉及以下技术协议：IEEE 802.11b、移动通信标准、射频识别RFID、图像压缩标准、GPS定位技术。
3 项目需求分析
3.1 业务需求分析
3.1.1 面向铁路安全管理的需求
随着近年来神朔铁路运量的不断提升，神朔铁路管理部门必须同步加强对整个神朔铁路系统运行安全的管理。人、机、环、管作为安全管理的四大要素，任何一个环节出现问题都可能导致事故。由于神朔铁路线长、面广、工作环境较为恶劣，加之运行设备种类繁多，因此在现有硬件条件及自然环境无法迅速提升的前提下，强化现场作业人员的工作素养、规范意识，提升现场管理水平具有极强的现实意义和应用价值。
3.1.2 面向规范化智能化巡检管理的需求
目前，神朔铁路巡检以工区为基本作业组织，巡检计划由工区负责人负责制定，巡线人员按编组对指定区域线路及相关设施开展安全检查，各专业巡检工作流程按照基本流程进行。
通过对现场调研、实地走访，现实巡检工作中迫切需求解决的问题可以归纳为：到位率，缺陷录入规范性、正确性，缺陷上报及时性，获取灾害现场信息内容和形式单一，巡检信息的自动化汇总统计，巡检、检修数据共享，巡检一体化综合态势显示，灾害数据快速上报，直观呈现快速响应等。
3.1.3 各专业巡检管理需求
神朔铁路各专业的巡检类型主要包括周期检查、日常巡检和临时巡检。巡检兑现包括管理设备和所辖范围，巡检计划、流程、区域、人员、内容、时间、历史记录等均需要进行有效的管理。
3.1.4 面向缺陷闭环管理的需求
目前，神朔铁路的缺陷管理过程的单向非关联问题，功能需求如下：
（1）实现对缺陷的全过程管理，包括提报→审批→维修处理→处理情况跟踪。
（2）将缺陷情况反映到巡检计划拟制过程中，并为拟制计划提供自动退选方案。
（3）实现缺陷闭环处理，对缺陷和灾害的发生、处置、回访情况进行闭环管理，提供自动的跟踪触发机制。
3.1.5 面向智能化巡检监控的需求
需有智能化的在线监控系统，对工务、电务、牵引供电、车务、公安护路各专业周期巡检、日常巡检等工作的开展情况进行实时掌控，对巡检过程中发现的重大缺陷、重大事故能够在监控中心的大屏清晰展现，以便领导对缺陷和事故的处理能够做到及时有效并全局掌控，以便实现巡检的全过程监控和巡检人员的考核。
3.1.6 面向巡检科学化管理的需求
科学化管理主要体现在巡检工作事前、事中、事后均能够得到客观数据对其的支持，体现在巡检计划的制定，巡检的实施，数据的记录收集，数据的分析及改进上。
3.2 远程视频会议的需求
为了提高各类型会议举办的效率，需要基于无线网络结构实现智能手持终端和生产内网的终端的远程视频会议，通过网络进行实时的会议，实时保存会议的视频和音频资料。
3.3 信息跨平台共享的需求
对数据共享的需求主要体现在管理层面以及系统层面上，目前的巡检信息在段、工区、工队层面是不提供共享的，高层管理者需要调阅巡检统计数据只能依靠下面逐级上报的实现。此外，目前的运营综合业务管理系统的设备状态感知中功能中均为“工务、电务、牵引供电”专业预留了数据接口，希望可以读取其他检查检测数据信息，因此巡检结果数据在格式化、电子化保存的同时应该考虑到与该接口兼容的需求特点。
4 信息系统的构成及主要功能
4.1 系统构成
经过对智能化巡检过程的分析，铁路安全智能巡检综合管理系统主要包括管理控制系统、工务专业巡检系统、电务专业巡检系统、牵引供电专业巡检系统、车务专业巡检系统、公安护路巡检系统、巡检缺陷管理系统、智能终端在线监控系统和智能终端地理信息系统。
4.2 系统功能
铁路安全智能巡检综合管理系统的主要功能如下：
4.2.1 管理控制系统
管理控制系统主要承担铁路智能巡检管理系统整体平台的综合管理控制功能，包括关键数据批量维护、导入导出、用户权限分配、用户状态管理、数据接口交换服务、巡检态势综合显示、巡检终端设备统计查询等功能。
4.2.2 各专业巡检系统
各专业巡检系统主要承担面向本专业的巡检管理、数据汇集、数据查询、执行巡检等工作。专业的巡检对象包括设备、管理区域等。根据本专业巡检对象分布特点考虑，面向该业务的系统可以采用GPS的基本巡检流程来规划管理。
4.2.3 缺陷管理系统
缺陷管理系统综合各专业需求的业务管理系统，他向外提供了缺陷上报、缺陷生成、查询的管理接口，对内执行着缺陷管理的流程控制工作。该系统的基本功能是要实现对巡检过程中发现缺陷的闭环跟踪、管理过程，努力实现缺陷生命周期的完整控制。同时系统也为其他专业的巡检计划制定提供缺陷分布参考，结合GIS系统以地理信息系统的视角展现缺陷分布情况。
4.2.4 智能巡检在线监控系统
智能终端在线监测系统提供移动办公和定点办公两种途径下的数据在线监测功能，满足管理者快速了解巡检信息，掌握灾害现场情况的需求。向管理者用户提供面向各自业务的人员位置监控、巡视轨迹查询、新发现设备缺陷提醒（巡视人员、发现缺陷时间、缺陷类型、缺陷描述及缺陷照片），可以批示缺陷处理意见与巡视人员沟通。消除设备缺陷提醒（检修人员、消除设备缺陷时间、消除设备缺陷内容级过程描述等）功能。
4.2.5 智能终端地理信息系统
智能终端地理信息系统基于GIS平台开发实现智能终端地理信息系统的功能接口，实现地理信息系统的基本功能和神朔铁路设备分布展示、缺陷分布等功能，辅助实现智能手持设备巡检。
5 系统设计
5.1 应用系统设计
5.1.1 总体结构
根据国铁施工安全的要求，结合神朔铁路巡检工作业务特点，“铁路铁路巡检综合管理系统”项目建设主要采用B/S模式的多层架构。如图1所示。
 |
图1 系统结构组成图
5.1.2 各分系统结构
（1）管理控制系统。管理控制系统对系统运行进行管理，该模块包括移动终端管理系统和系统基础数据管理等相关功能，通过该功能可以实现设备终端注册、访问安全接入、用户及系统权限管理的功能。
（2）决策支持系统。决策支持系统主要实现对工务、电务、牵引供电、车务、公安护路五个专业的巡检记录以及巡检缺陷和报警信息处理情况的统计分析，并以GIS为平台，实现基于电子底图的巡检态势综合展示，为管理人员提供决策支持。
（3）各专业巡检系统。各专业巡检系统主要承担了面向本专业的巡检管理、数据汇集、数据查询、执行巡检等工作。该专业的巡检对象包括设备、管理区域等。根据本专业巡检对象分布特点考虑，面向该业务的系统采用GPS的基本巡检流程来规划管理。
以工务为例，工务专业巡检管理系统的功能结构如图2所示。
 |
图2 工务专业巡检系统功能结构图
（4）缺陷管理系统。缺陷管理系统是面向缺陷生存周期的全过程管理模块，提供自缺陷产生-处理-回访的全过程自动监控。系统自缺陷提交开始至维修处理完毕，均能够以对象形式进行自动跟踪，表现在当管理人员规划巡检工作时，系统将根据规划的巡检范围和路径，通过智能匹配功能，针对多发类、新修复的设备提供巡检建议供规划者选择。巡检作业人员在巡检过程中，通过感知系统获取设备信息时，也能够自动提取到该设备的历史维护信息，供巡检员有的放矢地进行检查。
缺陷管理系统功能包括缺陷查询、缺陷统计分析、缺陷审核、缺陷回检、缺陷关闭等。
（5）智能巡检在线监控系统。智能终端在线监控系统可以满足移动办公和固定办公的业务需求，实现管理者快速了解巡检信息，掌握灾害现场情况、迅速反应统筹规划处理的功能。系统功能结构包括人员位置监控、巡检轨迹查询、缺陷提醒、事故救援支持等。
（6）智能终端地理信息系统。该系统主要功能是调用第三方地理信息系统的API接口，从而在移动巡检终端上实现地图浏览查询导航等功能。系统功能结构包括地理信息系统基础功能、图形化展示铁路设备分布图、实时查询铁路设备资料、铁路抢险救灾资源整合、缺陷统计辅助分析等。
5.2 系统集成设计
5.2.1 系统集成设计
（1）软件系统集成。本系统各功能项在实现过程中会与以下系统集成：与Arc GIS软件平台的集成、手持终端与手持机GIS平台的集成、巡检系统各子系统集成、与神朔铁路本安系统集成工作、与运营综合业务管理系统的集成。
（2）系统软件集成。系统软件集成包括防病毒软件、入侵检测软件、身份认证软件、备份软件的集成。集成内容包括软件部署、软件调试等工作。
（3）硬件设备集成。本系统的硬件设备集成工作主要包括操作系统服务器设备安装集成、车站加装WIFI设备集成工作、移动巡检终端系统的集成工作、及与神朔铁路网络智能在线监测系统的集成工作。
5.2.2 信息资源共享设计
本系统以4G通信技术为支撑，通过Web方式提供用户接入服务，巡检终端和管理终端通过统一的门户地址登陆综合管理系统。终端设备在户外使用4G或WIFI网络直接上报巡检信息，从平台下载查询指定设备的背景资料及维修记录。管理平台可以实现与既有系统之间的数据共享，实现跨专业、跨终端实现数据检索查询功能，不同专业管理着可以按权限实现跨专业的数据查询。
5.3 计算机网络设计
5.3.1 总体结构
本系统主要依靠神朔铁路目前已有网络基础条件实现各业务系统的互联互通，巡检终端设备接入方面考虑到安全性需要，应该结合VPN技术进行访问控制。
图3 系统网络总体结构
5.3.2 广域网链接
在本巡检信息管理系统中，通过广域网接入的设备主要为移动巡检终端，该终端在条件允许的情况下将使用联通3G信号网络或GPRS网络接入到内网服务器中，其余时间内网设备均不与外网连接。考虑到安全需要，所有从外网接入的设备，系统均提供VPN的拨号接入方式与其自动建立连接。
5.3.3 局域网构成
铁路巡检综合管理系统的运行与访问均需要建立在神朔铁路已有局域网资源基础上，其中通过车站WIFI信号接入内网的访问信息点应该遵循与生产系统向隔离的原则，从而避免对生产系统如（站调系统、TMIS系统、货车运行管理等）系统的干扰。在各车站加装WIFI设备应该考虑供电与防雷接地工作，防止因雷击灾害引发的人员财产损失。
5.3.4 数据传输设计
终端与管理系统间数据传输应采取自适应的方式，即当网络通信速率达于30Kbps/秒的条件下（3G或WIFI），终端可以以增量的方式向管理系统上传各类巡检结果，包括多媒体信息。当网络速度不满足要求时，移动终端应当控制上传数据的大小，仅传输GPS巡检轨迹数据。当用户处于WIFI信号覆盖范围时，终端应该提供用户自助定制上传数据格式的功能，包括完整备份信息上传操作。
5.4 系统接口设计
神朔铁路与系统相关的信息系统，主要包括神朔运营综合业务管理系统、行车固定设备管理系统和神朔班组本安现场管理系统，系统将依托于办公自动化网络和上述系统进行建设，建立数据接口进行信息交换。如通过建立与行车固定设备管理系统数据库的各类数据的查询Web Service数据接口，通过生产内网进行连接。
6 结语
铁路各项信息系统的发展是趋向于综合信息平台，即各系统之间能够形成很好的承接关系和功能互补，最大限度地节约信息化的投资，为管理决策提供最有效的数据信息。目前，神朔公司很多系统之间的关联性较差，同时因人员素质及管理上的缺陷导致各系统不能发挥最大功效。在建立统一的综合信息平台时，完全摒弃旧有的系统将是一个很大的损失，而将一个个信息孤岛整合起来则是明智的选择。本文通过对系统平台的整合，将新系统与既有系统相整合，产生新的综合性更强、数据共享更加全面的智能巡检综合管理系统，对神朔目前系统的深度融合起到很好的作用。相信随着神朔统一信息平台的建立，智能的巡检修系统必能在安全生产中发挥更大的作用。
参考文献
[1]王江涛，王剑，蔡伯根．基于GPS和RFID技术的铁路信号设备巡检系统[J]．计算机应用，2006，8（5）．
[2]马学霞，王瑞峰，王彦快．基于RFID的铁路信号设备巡检系统的设计[J]．计算机测量与控制，2012，（12）.
[3]刘睿彻，严梅月，敬宇澄，等．铁路巡检智能移动终端设计与开发[J]．铁路计算机应用，2014，（11）.
[4]朱恩利，李建辉，等．地理信息系统基础及应用教程[M]．北京：机械工业出版社，2004．
（作者系神华集团神朔铁路分公司工程师）
