地鐵列檢作業(yè)監(jiān)控及質量評價系統(tǒng)研究

史時喜

(軌道交通工程信息化國家重點實驗室(中鐵一院)，陜西 西安 710043)

1 列檢作業(yè)工藝流程

列車檢修(簡稱列檢)作業(yè)主要是對受電弓、控制裝置、各種電氣裝置、轉向架、空氣制動裝置、車鉤緩沖裝置、鉸接裝置、車門、車體、車燈、蓄電池箱等主要部件進行外觀檢查[1]。列檢一般按照作業(yè)空間可以分為車下檢查、車體兩側檢查、司機室功能檢查、客室檢查等；按照檢修時的供電情況可分為無電作業(yè)和有電作業(yè)。列檢作業(yè)主要采用3種作業(yè)方法：目測、耳聽及操作。目測是使用最頻繁的檢修作業(yè)方法，主要是對車輛關鍵部件的外觀檢查；耳聽主要是對空氣制動管路以及廣播系統(tǒng)功能的檢查；操作主要指在司機室功能檢查中驗證各系統(tǒng)功能的操作[2-3]。采用接觸網供電的地鐵車輛列檢主要作業(yè)工藝流程如圖1所示。

圖1 列檢主要工藝流程

現行列檢作業(yè)過程中存在以下問題：人員進出僅僅依賴門衛(wèi)及攝像監(jiān)控，不可避免出現人員誤入、滯留；班組長去地鐵車輛段控制中心(metro vehicle depot control center, DCC)[4]申請作業(yè)后，DCC僅通過紙質方式進行作業(yè)派班；作業(yè)人員檢修過程中手工記錄故障數據，易出現筆誤或遺漏；質檢人員通過抽查的方式來評價作業(yè)人員作業(yè)質量[5-8]，檢修質量難以保證。綜上所述，當前列檢作業(yè)管控和評價缺乏智能化和信息化管理手段[9-10]。

本文提出并研制了一套地鐵列檢作業(yè)監(jiān)控及質量評價系統(tǒng)，實現作業(yè)過程自動卡控和作業(yè)質量智能評價，提高了作業(yè)過程的自動化、信息化，同時也方便了管理人員對作業(yè)過程進行實時查看和質量管理。

2 作業(yè)監(jiān)控及質量評價系統(tǒng)

列檢作業(yè)監(jiān)控及質量評價系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分，主要實現對列檢作業(yè)的監(jiān)控、記錄及自動評價。系統(tǒng)包括作業(yè)過程實時卡控子系統(tǒng)、作業(yè)數據統(tǒng)計分析子系統(tǒng)。系統(tǒng)拓撲結構如圖2所示。

圖2 作業(yè)監(jiān)控及質量評價系統(tǒng)拓撲圖

2.1 作業(yè)監(jiān)控及質量評價系統(tǒng)硬件布置

系統(tǒng)硬件包括人員實時定位子系統(tǒng)硬件、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)硬件和數據上傳子系統(tǒng)硬件。實時定位子系統(tǒng)利用射頻識別(radio frequency identification, RFID)跟蹤定位技術[11]和超寬帶(ultra wide band, UWB)無線定位通信技術相結合，對作業(yè)人員進行定位。RFID定位單元包括電子標簽和手持機，電子標簽設置于作業(yè)區(qū)域進、出口處，用于標記作業(yè)區(qū)域范圍；手持機由作業(yè)人員隨身攜帶，通過掃描設置于作業(yè)區(qū)域進、出口處的電子標簽，檢測作業(yè)人員是否進、出作業(yè)區(qū)域，實現作業(yè)區(qū)域的一維定位。UWB定位單元包括目標標簽和定位基站，目標標簽內置于作業(yè)人員隨身攜帶的手持機，發(fā)射非正弦波窄脈沖，定位基站設置于作業(yè)區(qū)域股道兩側固定位置，接收目標標簽發(fā)射的脈沖，用于作業(yè)人員進入作業(yè)區(qū)域后的二維定位。作業(yè)區(qū)域實時定位設備的布置如圖3所示。

圖3 作業(yè)區(qū)域實時定位設備布置圖

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)用于庫內作業(yè)視頻的采集、存儲及回放。在作業(yè)區(qū)域安裝高清攝像槍機和球機對作業(yè)情況進行監(jiān)控，并通過光端機傳輸至機房，然后再進行數字視頻的編碼和網傳。傳輸設備由光端機、光纖等組成。數字視頻硬盤錄像機和網絡存儲服務器分別進行常態(tài)錄像和有效錄像的存儲。每個列檢列位檢查坑內安裝4臺槍機，用于對坑內作業(yè)進行監(jiān)控。安裝球機用于對作業(yè)區(qū)域補充監(jiān)控。

數據上傳子系統(tǒng)采用定向WiFi、光纖、以太網的方式將現場手持機的實時定位信息、實時視頻傳輸到機房。定向WiFi天線實現庫內WiFi網絡全覆蓋，方便手持機使用，無線網絡的系統(tǒng)拓撲結構如圖4所示。槍機和球機的實時視頻通過光纖傳輸至機房。

圖4 無線網絡系統(tǒng)拓撲

2.2 作業(yè)監(jiān)控及質量評價軟件系統(tǒng)

系統(tǒng)軟件主要包括作業(yè)數據分析模塊以及作業(yè)過程實時卡控模塊。作業(yè)數據分析模塊進行作業(yè)時間自動統(tǒng)計和分析，提供分級報警，完成對檢修人員作業(yè)質量的自動評價。作業(yè)過程實時卡控模塊實現了作業(yè)流程的卡控以及作業(yè)視頻的實時查看，該模塊和安全聯鎖監(jiān)控系統(tǒng)進行數據的無縫對接，具有檢修作業(yè)實時展示和跟蹤功能。

作業(yè)過程實時卡控模塊保證作業(yè)人員嚴格按照標準作業(yè)流程進行作業(yè)，當前作業(yè)流程未完成時，無法進行下一流程的操作。該模塊提供全庫各股道作業(yè)流程的實時展示功能，展示的內容包括各股道作業(yè)狀態(tài)(接觸網帶電狀態(tài)、進車信號、門禁、隔離開關分合閘數據、出車信號等)、作業(yè)時間、作業(yè)人員信息等，方便管理人員和作業(yè)人員了解當前作業(yè)情況。該模塊還可以實現庫內作業(yè)人員實時位置展示，根據實時巡更數據跟蹤作業(yè)人員作業(yè)路線，也可將各列車檢修作業(yè)時間與標準作業(yè)指導書規(guī)定的時間進行對比，當超時或低于最低標準時長時報警，方便現場調度和工長及時進行查看和確認。

在作業(yè)過程中，檢修人員利用智能巡檢一體機，在關鍵項點檢查時自動拍照，自動上傳，系統(tǒng)自動進行關鍵項點的質量評價，需要檢修的關鍵項點可以根據運行情況及檢修要求靈活設置。除此之外，作業(yè)人員在作業(yè)中還可以利用智能巡檢一體機完成如下操作：1)任務管理。接收、查看下發(fā)的任務，并按照規(guī)定執(zhí)行任務。2)故障管理。提報、查看、管理故障信息。3)作業(yè)記錄。上傳關鍵點作業(yè)照片，查詢已有的作業(yè)記錄。4)查詢技術資料。在線查詢作業(yè)指導書等資料。5)危險源提報。發(fā)現危險源進行提報。智能巡檢一體機及其操作界面如圖5所示。

圖5 智能巡檢一體機及其操作界面

作業(yè)數據分析模塊根據實時采集到的檢修作業(yè)大數據，從車、組、人等不同方面進行檢修作業(yè)統(tǒng)計分析，實現段所檢修能力、列車檢修時長和人員檢修作業(yè)標準化的評價。

在不同對象的統(tǒng)計數據基礎上，按不同時間周期進行分析，獲得按天、月、年的綜合統(tǒng)計分析結果。通過趨勢分析、統(tǒng)計圖表、回歸分析等手段，從人、車、段等多方面對作業(yè)計劃的完成情況、檢修作業(yè)質量、某階段車型主要故障原因等進行綜合分析評價，為列檢作業(yè)流程的管理、優(yōu)化等決策提供數據支撐。作業(yè)數據分析模塊的部分軟件界面如圖6所示。

圖6 作業(yè)數據分析模塊部分軟件界面

3 系統(tǒng)使用效果

系統(tǒng)通過在南寧地鐵5號線車輛段的實際應用測試，取得了良好的測試效果。智能巡檢一體機有效改善了傳統(tǒng)檢修作業(yè)過程中檢修人員需要攜帶多種檢修設備的問題，減輕了檢修人員的作業(yè)負擔。其關鍵檢修項點的自動拍照、上傳功能省去了檢修人員手填檢修單的過程，優(yōu)化了檢修人員的作業(yè)流程，并通過上傳照片的自動比對分析，實現了車輛檢修狀態(tài)的自動評價。通過人員定位與作業(yè)監(jiān)控技術的結合，系統(tǒng)自動完成檢修人員作業(yè)過程的錄像拼接，保證檢修作業(yè)過程的可追溯性，提高了作業(yè)人員檢修質量評價的客觀性和車輛基地的管理效率。通過系統(tǒng)采集的各項檢修信息，有利于后期通過大數據分析技術，針對特定的列車運行環(huán)境，優(yōu)化列車檢修的關鍵項點，提高檢修效率和列車運行安全性。

綜上所述，系統(tǒng)極大地提高了列檢作業(yè)的管理效率，進一步實現了列檢作業(yè)管理的信息化、自動化。

4 結束語

目前國內各地鐵運營公司列檢作業(yè)規(guī)程還存在一定差異，本文的列檢作業(yè)監(jiān)控及質量評價系統(tǒng)可以根據各地鐵運營公司作業(yè)規(guī)程及習慣的不同，定制差異化作業(yè)質量評價系統(tǒng)，具有良好的可拓展性和推廣前景。系統(tǒng)可通過作業(yè)視頻、現場拍攝圖片等將作業(yè)時間、作業(yè)軌跡等與標準作業(yè)內容進行對比，作為對列檢作業(yè)質量評價的依據。在車輛段停車列檢庫中實施該系統(tǒng)，可以起到強化作業(yè)流程、列檢作業(yè)內容的信息化管理、列檢作業(yè)過程可追溯等作用，實現地鐵列檢作業(yè)過程規(guī)范化、制度化，為地鐵車輛運行安全提供有力保障。