淺析客運索道運行過程中的纜繩安全管理

譚慶 張松 于瑞鵬 呂海濤 梁爽

（1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)大隊（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院），山東濟南 250109；2.山東省地礦局索道智能變形監(jiān)測重點實驗室，山東濟南 250109）

0.引言

近年來，在信息網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、智能算法突飛猛進的發(fā)展和推動下，客運索道也在逐漸向著智能化科技化的方向發(fā)展。旅游區(qū)的客運索道在為游客帶來不同的視覺體驗感受和便利的同時，還應(yīng)當(dāng)保證其安全性。傳感器設(shè)備由于誤報率高、易遭受雷擊損壞等原因已經(jīng)逐步被淘汰出市場。而如何利用現(xiàn)代化的智能化監(jiān)控系統(tǒng)對客運索道的纜繩繩位進行實時的有效的動態(tài)監(jiān)控，是一個亟待解決的問題，并且這也是行業(yè)發(fā)展的一個趨勢。

1.客運索道纜繩安全管理存在的問題

1.1 纜繩磨損程度無法得到有效的監(jiān)控

隨著纜繩使用時間的增加，索道纜繩在運行過程中的磨損加劇，當(dāng)纜繩磨損到一定程度時，需要更換或者是對其進行維護、維修處理，以便于提高索道運行時的安全性[1]。傳感器設(shè)備對纜繩進行監(jiān)控[2]，容易出現(xiàn)造假成本太大、誤報率高、易遭受雷擊損壞等非常棘手的問題，并且傳統(tǒng)的傳感器也無法做到有效的對纜繩磨損程度進行實時的監(jiān)控，更不能做到有效的預(yù)警。

1.2 工作人員無法實時掌控纜繩繩位偏移量超越安全范圍的狀態(tài)

當(dāng)纜繩與索道保持在一定的偏移量時，可使纜繩運行處于安全狀態(tài)，但是當(dāng)索道纜繩受到外力作用發(fā)生偏離出現(xiàn)磨輪或者脫索等嚴(yán)重影響索道安全運行的情況時，則會導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。因此，也需要在索道運行過程中，實時的監(jiān)控纜繩繩位的偏移程度，以保證索道運行過程中的安全性。傳統(tǒng)的人工巡查方式耗時費力、不能及時發(fā)現(xiàn)安全隱患；同樣的傳感器監(jiān)控也會存在上述的棘手問題。

因此，如何利用現(xiàn)代化的人工智能技術(shù)對海量的圖像信息進行計算、分析、挖掘、比對，以實現(xiàn)有效的對索道纜繩繩位的動態(tài)監(jiān)測和實時報警，成為索道發(fā)展行業(yè)的一個瓶頸問題。

2.客運索道纜繩設(shè)備的安全管理措施

本單位山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)大隊（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院）、山東省地礦局索道智能變形監(jiān)測重點實驗室（編號：SD-2021-W001）借鑒監(jiān)測行業(yè)內(nèi)正在運用的大壩自動變形監(jiān)測系統(tǒng)、斜拉索橋的索塔自動變形監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理，結(jié)合索道支架設(shè)備自身變形監(jiān)測的特點，與業(yè)內(nèi)科研院所、設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)及索道運營管理單位交流合作，探索了一套適用于索道纜繩的獨特的設(shè)計方案，將索道支架設(shè)備、GNSS 設(shè)備、傳感器、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理、分析、預(yù)警軟件進行整合，打造出一套集動態(tài)監(jiān)測、實時預(yù)警、預(yù)警事件追溯功能于一體的切實可行、精度達(dá)標(biāo)、滿足需求的索道繩位智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，并且該智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)通過室內(nèi)模型模擬以及現(xiàn)場試運行，達(dá)到了監(jiān)測準(zhǔn)確率高的優(yōu)異效果。

2.1 采用索道繩位智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對索道繩位進行實時監(jiān)控

索道繩位智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)用于索道纜繩繩位的動態(tài)監(jiān)測和實時報警，索道纜繩在日常運行過程中，當(dāng)其受到外力作用發(fā)生偏離出現(xiàn)磨輪或者脫索等嚴(yán)重影響索道安全運行等問題時，通過動態(tài)繩位監(jiān)測以及結(jié)合人工智能算法對監(jiān)測到的圖像信息進行計算、分析、比對，對安全隱患及時報警、通知工作人員，以避免嚴(yán)重安全事故的發(fā)生，提高安全系數(shù)，保障索道的安全平穩(wěn)運行，保障游客的生命安全。

索道繩位智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的原理是：以索道實時監(jiān)控畫面為數(shù)據(jù)源，通過圖像識別技術(shù)實現(xiàn)纜繩繩位的動態(tài)監(jiān)測。利用海量繩位模型庫采用人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)建立大數(shù)據(jù)監(jiān)測算法，嵌入到前端視頻監(jiān)控設(shè)備，使其變成智慧化“眼睛”實時動態(tài)監(jiān)測繩位變化，以便于出現(xiàn)偏磨、脫索等安全隱患時能及時報警。當(dāng)纜繩出現(xiàn)偏移情況，脫離輪組卡槽偏磨纜繩時系統(tǒng)根據(jù)算法計算解決自動進行預(yù)警，并通過5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給工作人員，通知工作人員及時應(yīng)急處置、檢查和檢修。

在開發(fā)索道繩位智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的同時，同時還開發(fā)配備了繩位監(jiān)測模塊平臺軟件，該平臺軟件在后臺運行中與監(jiān)測設(shè)備關(guān)聯(lián)掛接，將前期研發(fā)制作的數(shù)據(jù)庫模型及算法嵌入后端處理器，并通過攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)樣本數(shù)據(jù)，開展索道變形監(jiān)測AI模型訓(xùn)練，實現(xiàn)了索道纜繩繩位的動態(tài)監(jiān)測，并在纜繩繩位發(fā)生異常情況時自動報警。通過監(jiān)測報警模塊與變形監(jiān)測AI模型相整合，實現(xiàn)了AI監(jiān)測報警事件的實時上報。此外，平臺軟件還可以針對每一次報警內(nèi)容形成一個事件，并可對事件進行存儲，且可在事后進行調(diào)閱查詢，以備工作人員對纜繩故障的發(fā)生周期、發(fā)生原因進行分析，真正實現(xiàn)了纜繩繩位監(jiān)測報警信息的可追溯，為下一步報警溯源提供有效的數(shù)據(jù)支撐保障。因此，索道繩位智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)除了能進行動態(tài)監(jiān)測和實時預(yù)警之外，還能自動記錄所有相關(guān)的預(yù)警事件以備進行大數(shù)據(jù)分析，點擊相應(yīng)的事件列表即可查看預(yù)警事件的詳細(xì)信息，包括出現(xiàn)預(yù)警時的照片和視頻片段，針對各類預(yù)警事件進行追溯瀏覽。

為了建立繩位模型庫和驗證技術(shù)可行性，本單位建立了高度仿真索道實體模型。模型由上下站房、中間輪組和電機組成。通過模型采集數(shù)據(jù)建立海量模型庫，利用模型庫訓(xùn)練繩位監(jiān)測算法，采用智能攝像頭抓取圖片實現(xiàn)了繩位動態(tài)監(jiān)測，室內(nèi)監(jiān)測準(zhǔn)確率以達(dá)到98%以上，充分證明了該系統(tǒng)的可靠性和監(jiān)控的準(zhǔn)確性。

為了索道繩位智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)落地，本單位開展了大量的試點試運行工作，在試運行階段取得良好的應(yīng)用效果，達(dá)到了預(yù)期的目的，有效減輕了工作人員人工巡查壓力，保障了索道的安全運營，顯著的提高了索道纜繩運行過程中的安全性。

索道繩位智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)開創(chuàng)性的提出利用監(jiān)控畫面實現(xiàn)纜繩繩位的動態(tài)監(jiān)測模式，既充分利用了現(xiàn)有視頻監(jiān)控設(shè)備，又避免了傳統(tǒng)傳感器設(shè)備造假成本太大、誤報率高、易遭受雷擊損壞等非常棘手的問題，突破了索道繩位監(jiān)控的技術(shù)瓶頸，提高了繩位動態(tài)監(jiān)測的準(zhǔn)確率，降低了監(jiān)測成本，是目前索道纜繩繩位動態(tài)監(jiān)測的最智能最優(yōu)化的方案。

2.2 落實纜繩設(shè)備檢修維護規(guī)范化

關(guān)于客運索道纜繩設(shè)備的檢修維護，主要包括：纜繩設(shè)備常規(guī)維護、纜繩設(shè)備技術(shù)維護[3]。在日常檢修維護過程中，可根據(jù)客運索道運行情況通過不同班次進行合理分工，并對纜繩設(shè)備可能存在的安全隱患進行等級劃分。針對纜繩設(shè)備的主要隱患部位應(yīng)當(dāng)將安全管理責(zé)任落實到個人，相關(guān)責(zé)任人根據(jù)索道繩位智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)對纜繩的監(jiān)控情況[4]，分析纜繩的安全隱患并制定相應(yīng)的有針對性的對策，對纜繩設(shè)備的主要隱患部位的維護檢修作詳細(xì)的記錄。

3.落實索道運行信息化管理

落實客運索道纜繩設(shè)備安全管理的信息化、智能化管理主要可以從以下幾方面進行。

首先，數(shù)據(jù)管理信息化，通過結(jié)合監(jiān)控設(shè)備對纜繩磨損程度以及對纜繩繩位的偏移程度對所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)客運索道纜繩設(shè)備運行過程中的運行規(guī)律，例如：故障原因、故障次數(shù)、故障間隔以及纜繩設(shè)備的使用壽命等信息。

其次，纜繩設(shè)備安全管理智能化。通過圖像識別技術(shù)對客運索道纜繩的繩位動態(tài)變形進行監(jiān)測，從而及時發(fā)現(xiàn)纜繩磨輪或者脫索現(xiàn)象，并發(fā)出警報，在出現(xiàn)故障時，攝像頭可以自動對故障發(fā)生時的情景進行拍攝，以此作為技術(shù)人員處理故障的依據(jù)。通過監(jiān)控設(shè)備反饋的圖像來看，監(jiān)控設(shè)備在拍攝過程中畫面的清晰度和穩(wěn)定性都較強，有助于后臺進一步的對監(jiān)控設(shè)備所抓取的圖像進行分析。在提高客運索道纜繩設(shè)備安全管理效率的同時，對于保障客運索道穩(wěn)定運行具有重要意義。

4.結(jié)語

對于客運索道纜繩安全管理主要利用了現(xiàn)代化的監(jiān)控系統(tǒng)通過圖像識別結(jié)合智能算法實時對其安全性進行監(jiān)控，并結(jié)合人工巡查以保證其安全性。我國客運索道纜繩安全管理仍然處于探索階段，纜繩監(jiān)控愈發(fā)復(fù)雜的發(fā)展過程中，應(yīng)當(dāng)加強行業(yè)交流，應(yīng)用先進技術(shù)保證客運索道的穩(wěn)定發(fā)展。本文所涉及到的研究成果由山東省地礦局索道智能變形監(jiān)測重點實驗室和山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)大隊（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院）的工作人員完成。