鐵路運輸安全監(jiān)督管理大數據應用研究

任強

（中國鐵路烏魯木齊局集團有限公司科學技術研究所，新疆 烏魯木齊 830000）

安全大數據是鐵路大數據應用重要方面。經過多年的信息化建設，我國已建成了相對比較完善的鐵路安全監(jiān)督管理信息系統(tǒng)和鐵路技術規(guī)章管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了全路交通事故和技術規(guī)章的電子化管理。因此，將鐵路安全信息與鐵路技術規(guī)章數據進行融合應用，借助于大數據、自然語言處理等先進技術，對事故概況等安全信息進行智能化的自動分析判斷，在人工輔助下提取相關技術規(guī)章條款，實現(xiàn)鐵路安全監(jiān)督管理信息系統(tǒng)與鐵路技術規(guī)章管理系統(tǒng)的有機融合，有助于提高事故分析的準確性，推動事故調查手段的智能化。

一、技術方案

（一）建設目標

基于鐵路安全監(jiān)督管理的業(yè)務需要，采用大數據和可視化技術，通過開展鐵路安全監(jiān)督管理相關數據的規(guī)范匯集，提出安監(jiān)大數據應用的總體技術方案，并開發(fā)原型應用系統(tǒng)；構建“大數據、大支撐、大安全”的安監(jiān)大數據應用示范，逐步實現(xiàn)分級掌握整體安全狀態(tài)、便捷分析事故發(fā)展趨勢、安全風險預警、科學安全狀態(tài)評價和充分挖掘利用文本數據價值；創(chuàng)新鐵路安全監(jiān)督管理工作手段，輔助安全管理決策，提升安全監(jiān)管效能。

（二）總體架構

基于大數據技術，利用鐵路內部服務網，依托中國國家鐵路集團有限公司主數據中心的鐵路數據服務平臺，部署安監(jiān)大數據應用。集成鐵路安全監(jiān)督管理信息系統(tǒng)、鐵路局安全管理信息系統(tǒng)、鐵路局安全風險管理信息系統(tǒng)等相關系統(tǒng)的數據，支撐國鐵集團、鐵路局集團公司，實現(xiàn)安全規(guī)律分析、安全狀態(tài)評價和安全風險預警等應用。安監(jiān)大數據應用采用“一級部署，兩級應用”的策略，支撐國鐵集團和鐵路局集團公司兩級用戶終端的業(yè)務訪問及應用需要。建立完整的企業(yè)級安監(jiān)大數據處理與應用環(huán)境，實現(xiàn)安監(jiān)大數據應用的數據集成、數據存儲與分析、數據共享。

二、功能設計

依托鐵路局集團公司安全大數據應用平臺，對原先分散在多個系統(tǒng)中的安全管理主題相關數據進行梳理、整合，利用內存計算、即席查詢等技術，為不同層級安全管理業(yè)務人員提供自助式分析服務。

（一）安全即席

1.交互式分析。提供可視化分析界面，集中展示安全管理主題相關數據，揭示每一項數據的特征和分布規(guī)律，檢視數據是否滿足正態(tài)分布及帕累托分布；調整細分的目標數據集合，可切換分析指標、維度和圖形樣式；探查數據中是否存在異常情況，可定位發(fā)生異常的目標數據，生成直觀的數據診斷報告。2.智能檢索。梳理海量的安全管理主題相關數據，為數據創(chuàng)建便于統(tǒng)計、分析的各種索引。用戶輸入關鍵字后，系統(tǒng)可主動判斷用戶意圖，根據索引自動選擇數據對象，切分用戶關注的詳細數據集合；在圖形界面上展現(xiàn)對應的數據分析圖表，以便于開展交互式探查分析。

（二）安全風險智能

1.安全風險構成及趨勢分析。按照鐵路局集團公司、業(yè)務部門層級，進行安全風險總量的構成分析，發(fā)現(xiàn)與預期不符的構成部分，對其展開趨勢研判與對比，診斷安全風險及管控異常情況。2.安全風險分級管控分析。按照重大、較大、一般、較低4 個風險級別，分析鐵路局集團公司、業(yè)務部門、站段、車間安全風險總量在各個風險級別上的分布情況，發(fā)現(xiàn)與預期不符的情況，避免重大安全風險出現(xiàn)漏檢或少檢。3.安全態(tài)勢感知。（1）異常情況分析：綜合評估鐵路局集團公司、業(yè)務部門、站段、車間的安全風險、隱患、通知書、故障、事故數據，并根據數據分布規(guī)律及趨勢變化，分析安全管理異常狀況。（2）態(tài)勢感知分析：通過對事故故障、安全問題、安全信息、檢查寫實記錄、安全風險管控及隱患排查治理等數據研究，實現(xiàn)對各專業(yè)安全態(tài)勢感知。4.安全生產關鍵指標。匯集安全風險過程控制管理系統(tǒng)和安全監(jiān)督管理信息系統(tǒng)的相關數據，分析并揭示安全風險控制情況、安全隱患排查情況、安全投入情況、網絡安全情況、高鐵和旅客列車安全情況、從業(yè)人員傷亡情況、責任鐵路交通事故情況、責任行車設備故障情況、安全紅線觸犯情況等安全生產關鍵指標。

三、關鍵技術

（一）文本分析技術

系統(tǒng)運用文本分析技術，提取安全事故/故障報告中蘊含的非結構化安全管理主題相關數據，經處理后形成集檢索、提取、歸類、轉化等功能于一體的安全管理資料文本知識庫，基于該文本知識庫開展面向風險、隱患、安全事故/故障的關聯(lián)分析，挖掘安全事件的發(fā)展規(guī)律。自然語言處理NL的應用主要有機器翻譯、文本摘要、文本情感分析、知識圖譜、智能問答等。鑒于鐵路行業(yè)語料的獨特性，鐵路自然語言處理是一種有別于通用自然語言處理分析的垂直行業(yè)應用類型，主要應用全文檢索、命名實體識別、不平衡數據分類、協(xié)同過濾、知識圖譜、時間序列、深度學習等技術。此外，從時空、關聯(lián)、行為等角度，建立面向鐵路安全業(yè)務的AI模型，提供業(yè)務應用和人工智能分析模型的接口服務調用。

面向安全綜合管理的文本分析技術通過采集與安全事故和故障相關的文本數據，建立故障庫、事故庫和事故/故障報告庫，實現(xiàn)事故/故障追蹤報告的大數據分布式存儲和全文檢索。同時，應用深度學習模型、命名實體識別等大數據和文本挖掘等前沿技術和工具，從非結構化的事故/故障文本數據中自動提取出事故/故障名稱、地點、時間、原因、整治措施等關鍵信息，將非結構化的事故/故障文本數據轉換為結構化數據進行存儲，建立鐵路局集團公司歷史事故/故障庫，應用文本分析技術對重點事故/故障、多發(fā)事故/故障區(qū)域等展開分析。

（二）數據治理技術

系統(tǒng)融合數據治理技術，依托鐵路局集團公司安全大數據應用平臺的元數據管理、主數據管理、數據質量管理等模塊，實現(xiàn)對鐵路局集團公司安全管理主題相關數據的全生命周期管理，提供血緣分析、影響分析、關聯(lián)分析、數據質量報告等功能。鐵路局集團公司安全大數據應用平臺可自動同步主數據平臺中的安全管理主題相關數據，依據主數據與數據稽核規(guī)則，按需建立不同的稽核模型，對接入平臺的安全管理主題相關數據進行質量稽核。該平臺采用批處理與流處理相結合的方式，對各類安全管理主題相關數據進行分析處理，并生成數據質量報告；采用 Hadoop 中MapReduce 計算框架，利用基于 Spark 生態(tài)技術的批處理與流處理、基于Flink 生態(tài)技術的批處理與流處理以及基于 Storm技術的流處理，將瞬間計算轉換為平穩(wěn)的流式實時計算，以充分利用服務器的空閑時間，減輕服務器瞬時壓力，提升鐵路安全管理主題數據治理的實時性。

四、構建鐵路安全監(jiān)督措施

（一）落實安全監(jiān)督責任制

在鐵路建設時期，為保障施工質量，可以實施質量監(jiān)督責任制。各施工廠區(qū)都可以成立以項目經理為組長的工程質量組織機構，確立項目部、工區(qū)、架子隊三級質量管理的質量控制體系。項目經理要以第一管理者的身份嚴抓工程質量，與各工區(qū)簽訂“工程質量責任書”。建設單位確定的重點工程由項目部領導負責落實，項目部再交由各工區(qū)領導分區(qū)負責，最后高速鐵路的建設由架子隊最終完成，形成領導責任制和質量終身負責制，確保質量層層落實，追責有依。在事故處理階段要落實事故責任調查制度，可成立專門的調查小組，動車事故調查組就由有關部門單位和地方的負責人組成，并聘請了鐵路運輸、電力、電氣、自動化、通信、信號、安全管理、建筑等領域專家，還邀請了最高人民檢察院派員參加，既保證了事故調查的準確性和專業(yè)性又保障了事故調查的獨立性和公正性。要分清事故責任，依法追究責任人的法律責任，并對事故善后進行跟蹤監(jiān)督。

（二）安全監(jiān)督巡檢制度化

高速鐵路施工過程中要實現(xiàn)質量安全的常態(tài)監(jiān)督，落實質量監(jiān)督檢查制度。首先，要健全內部質量保證體系，包括制定明確的質量計劃，建立專職質量管理機構，使管理業(yè)務標準化、監(jiān)督流程程序化，并建立一套靈敏的質量信息反饋系統(tǒng)，使工程中出現(xiàn)的問題能及時地被發(fā)現(xiàn)并反饋給領導負責人，以便進一步改進。其次，制定好檢查管理辦法和檢查標準，使檢查有據可依。對于需要高質量、高技術、高要求的高速鐵路來說，現(xiàn)有的質量驗收及評定標準不能滿足高速鐵路的質量要求，因此要針對高速鐵路制定專門的工程建設質量驗收及評定標準，結合施工技術的不同細則對不同分工項目的工程設定相應的質量指標，以幫助項目經理、監(jiān)理機構及承包商等監(jiān)督主體順利地開展對高速鐵路的實時監(jiān)督。最后，要把定期監(jiān)督和不定期監(jiān)督結合起來，讓施工人員從心理上對質量要求沒有絲毫放松。另外，要做好宣傳工作，提高參建人員的質量意識，強化施工現(xiàn)場監(jiān)控和施工過程監(jiān)控。

（三）安全監(jiān)督管理現(xiàn)代化

目前世界上發(fā)達國家和地區(qū)在施工的監(jiān)督管理上基本都建立以計算機為中心的綜合監(jiān)控系統(tǒng)。要保障高速鐵路建設項目質量監(jiān)督管理的高效、有力，就必須充分運用現(xiàn)代化手段，實現(xiàn)質量監(jiān)督管理的信息化、網絡化來改善高鐵工程質量監(jiān)督管理手段，提高監(jiān)督管理的效率和透明度，更好地服務于各監(jiān)督主體的監(jiān)督工作。高速鐵路的建設監(jiān)督同樣可以采用高新技術信息手段，通過計算機網絡建立一個全面的、立體的工程項目質量監(jiān)督管理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)實時更新收集高速鐵路施工工作人員的工作情況、施工進度、原材料的購進、設計的更改、施工問題等所有關于高速鐵路建設的信息和資料。由此，一方面，可更好地實現(xiàn)信息共享，加快信息傳遞、反饋的速度，提高監(jiān)督工作的質量與效率；另一方面，還有利于增強監(jiān)督工作的透明度，增強監(jiān)督信息的公開性，使高速鐵路的建設能更充分地接受社會監(jiān)督。此外，現(xiàn)代化手段最直接的應用便是遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。在施工現(xiàn)場各作業(yè)區(qū)設置視頻監(jiān)控點，施工企業(yè)可以實時了解各施工點的作業(yè)情況，對施工過程進行動態(tài)掌控。監(jiān)理單位、業(yè)主、審計部門等也可以通過視頻回放做事后監(jiān)督工作，且視頻資料具有可保留性，便于事后的責任追究。

大數據技術的應用顯著提升了數據資源的統(tǒng)一管理、綜合分析和共享共用，運用自然語言處理與文本分析技術對歷史事故調查報告進行格式化處理，提取同類事故原因特征信息，輔助新發(fā)事故調查，采用事故特征關聯(lián)分析模型，發(fā)現(xiàn)事故關鍵屬性的關聯(lián)規(guī)律，基于保護層分析提出風險量化評價模型對設備故障類風險進行度量，推動了安全監(jiān)督管理工作的科學化、精細化、智能化創(chuàng)新發(fā)展。