基于數(shù)字化的城市軌道交通保護(hù)區(qū)巡查系統(tǒng)研究

張冬冬，王 騰，劉友博，李 芳，代長順

（濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250014）

1 引言

從2015年至今，濟(jì)南市軌道交通得到快速發(fā)展，目前已開通運(yùn)營1號、2號、3號線，運(yùn)營里程達(dá)84.1 km，規(guī)劃在建項(xiàng)目有3號線二期、4號線一期、6 號線、7號線一期、8號線一期、9號線一期，在建里程159.6 km，保護(hù)區(qū)內(nèi)的建設(shè)項(xiàng)目也逐年增多。然而城市軌道交通保護(hù)區(qū)巡查受當(dāng)前管理機(jī)制、人力、物力等因素的限制，存在巡查管理深度不足、檔案管理難度大、無法準(zhǔn)確界定保護(hù)區(qū)范圍、調(diào)閱資料不方便的問題，因此，城市軌道交通保護(hù)區(qū)內(nèi)違建現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對城市軌道交通運(yùn)行安全造成一定隱患。例如：2021年3月4日15時(shí)10分左右，某市垃圾中轉(zhuǎn)站提升改造項(xiàng)目，由于建設(shè)單位未向地鐵集團(tuán)有關(guān)部門核實(shí)相關(guān)情況，巡查人員未及時(shí)發(fā)現(xiàn)該違規(guī)項(xiàng)目，工人擅自在地鐵安保區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行勘察作業(yè)，導(dǎo)致地鐵1號線隧道被打穿，造成地鐵短暫停運(yùn)，雖未造成人員傷亡，但導(dǎo)致直接經(jīng)濟(jì)損失73.018 6萬元；

由此可見，保證城市軌道交通保護(hù)區(qū)的安全是保障城市軌道交通運(yùn)營安全的重要手段之一。雖然目前對于城市軌道交通保護(hù)區(qū)內(nèi)的巡查工作各地均已引起重視，也設(shè)立對應(yīng)的機(jī)制和專門的部門，但由于巡查管理手段的落后，智能化、準(zhǔn)確性和及時(shí)性效果不理想。為提高城市軌道交通保護(hù)區(qū)巡查工作質(zhì)量，通過實(shí)地調(diào)研與走訪，總結(jié)城市軌道交通保護(hù)區(qū)巡查模塊現(xiàn)狀及痛點(diǎn)如表 1所示。

表1 城市軌道交通保護(hù)區(qū)巡查模塊的控制環(huán)節(jié)與問題現(xiàn)狀

綜合以上背景及現(xiàn)狀分析，本項(xiàng)目結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)、GPS定位技術(shù)，研發(fā)了城市軌道交通保護(hù)區(qū)巡查系統(tǒng)，采用信息化手段解決城市軌道交通保護(hù)區(qū)違建巡查問題，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)發(fā)布、日常巡查、違規(guī)項(xiàng)目上報(bào)、巡查人員監(jiān)督管理等業(yè)務(wù)功能，使城市軌道交通保護(hù)區(qū)巡查全過程更加規(guī)范化、高效化，做到管理有痕跡，信息可追溯。

2 巡查系統(tǒng)

基于瀏覽器/服務(wù)器（B/S）結(jié)構(gòu)模式研發(fā)的城市軌道交通保護(hù)區(qū)巡查系統(tǒng)分Web端和移動App端2部分。

2.1 Web 端

基于域名訪問的Web端管理系統(tǒng)，包含審核管理、巡查管理、監(jiān)測管理、監(jiān)護(hù)管理等功能。

2.2 移動 App 端

基于智能終端的GPS移動App端，借助高精度GPS定位模塊，實(shí)現(xiàn)精確定位，準(zhǔn)確記錄違規(guī)項(xiàng)目與隧道距離，實(shí)時(shí)更新項(xiàng)目進(jìn)展信息，實(shí)時(shí)掌握保護(hù)區(qū)內(nèi)建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)展情況。

3 巡查管理模塊

巡查管理模塊是城市軌道交通保護(hù)區(qū)巡查系統(tǒng)的子系統(tǒng)，巡查管理模塊可提供對巡查照片、監(jiān)護(hù)方案、現(xiàn)場確認(rèn)報(bào)告（工前確認(rèn)報(bào)告、過程確認(rèn)報(bào)告、工后確認(rèn)報(bào)告）、巡查記錄（巡查日報(bào)、巡查周報(bào)、協(xié)調(diào)記錄等）、項(xiàng)目視頻等的管理功能，實(shí)現(xiàn)巡查單位對外部建設(shè)項(xiàng)目的監(jiān)管及過程記錄。

巡查管理模塊主要設(shè)計(jì)功能包括巡查人員管理、巡查計(jì)劃管理、違規(guī)項(xiàng)目登記等，其中違規(guī)項(xiàng)目登記主要通過手持端現(xiàn)場巡查時(shí)錄入。

3.1 巡查人員管理

巡查人員管理模塊主要用于對巡查人員的監(jiān)管，系統(tǒng)通過獲取巡查人員手持端APP所上傳的巡查數(shù)據(jù)，對巡查隊(duì)員的巡查作業(yè)情況進(jìn)行監(jiān)管，以達(dá)到實(shí)時(shí)、有效管控的目的。管理人員可通過該模塊查看系統(tǒng)記錄的內(nèi)容，包括實(shí)時(shí)定位、巡查軌跡、巡查時(shí)間等作業(yè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行巡查工作的考勤。模塊下設(shè)功能板塊包括實(shí)時(shí)定位、考勤統(tǒng)計(jì)、覆蓋率統(tǒng)計(jì)、區(qū)域配置、人員排班管理等。

3.1.1 實(shí)時(shí)定位

管理人員進(jìn)入該功能模塊后，模塊首頁展示所有在崗巡查隊(duì)員的實(shí)時(shí)位置，點(diǎn)擊選中其中任一隊(duì)員即可展示其基本信息；頁面左側(cè)按線路-巡查區(qū)域展示巡查隊(duì)員列表，右側(cè)可按需求選擇圖例內(nèi)容，包括站點(diǎn)名稱、車站范圍、結(jié)構(gòu)邊線等。選中任一巡查人員即可查看其詳細(xì)軌跡，還可通過頁面上方復(fù)選框選擇查看某一時(shí)間段內(nèi)的巡查軌跡。功能頁面如圖1所示。

圖1 人員巡查管理

3.1.2 考勤統(tǒng)計(jì)

考勤統(tǒng)計(jì)是系統(tǒng)根據(jù)巡查隊(duì)員每日的在崗情況及作業(yè)異常記錄，統(tǒng)計(jì)每日的應(yīng)出勤人數(shù)、實(shí)際出勤人數(shù)和異常人數(shù)，并將結(jié)果在此模塊中展示。管理人員還可根據(jù)需求進(jìn)行線路、日期等條件篩選，模塊亦支持導(dǎo)出、下載考勤記錄。

3.1.3 區(qū)域標(biāo)注及覆蓋率統(tǒng)計(jì)

系統(tǒng)根據(jù)巡查隊(duì)員的每日巡查記錄，通過算法對于巡查作業(yè)中沒有覆蓋到的控制保護(hù)區(qū)巡查范圍進(jìn)行標(biāo)注，頻率為每天1次，管理人員亦可手工標(biāo)注。系統(tǒng)在1個(gè)巡查班次結(jié)束任務(wù)時(shí)，會統(tǒng)計(jì)各線路的巡查覆蓋率，并將結(jié)果歸入考勤統(tǒng)計(jì)中。

3.1.4 區(qū)域配置

管理人員進(jìn)入該功能模塊，可根據(jù)線路需求對巡查區(qū)域進(jìn)行自定義劃分，將巡查區(qū)域分配至指定的中隊(duì)，實(shí)現(xiàn)對中隊(duì)巡查區(qū)域可視化的調(diào)整。

3.1.5 人員排班管理

管理人員進(jìn)入此模塊后，可根據(jù)每日巡查要求對戶外作業(yè)人員進(jìn)行在崗配置管理，確?？刂票Ｗo(hù)區(qū)范圍內(nèi)人員巡查完全覆蓋。

3.2 巡查計(jì)劃管理

巡查計(jì)劃管理包括計(jì)劃發(fā)布、計(jì)劃執(zhí)行及計(jì)劃跟蹤功能。系統(tǒng)將提供巡查問題整改跟蹤功能，巡查發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目存在問題，可通過系統(tǒng)發(fā)起問題處置流程，跟蹤每一個(gè)環(huán)節(jié)的處理情況，巡查計(jì)劃執(zhí)行將通過手持端進(jìn)行。

3.2.1 巡查計(jì)劃發(fā)布及巡查計(jì)劃執(zhí)行

對于巡查計(jì)劃發(fā)布，首先在城市軌道交通保護(hù)管理系統(tǒng)建立巡查任務(wù)，而后可通過終端設(shè)備的數(shù)據(jù)交互模塊實(shí)現(xiàn)任務(wù)下載，進(jìn)而達(dá)到專人專用的目的，具體功能實(shí)現(xiàn)如下。

（1）移動巡查APP可實(shí)現(xiàn)巡查任務(wù)下發(fā)功能，管理人員可通過巡查APP直接下發(fā)巡查任務(wù)。用戶進(jìn)入設(shè)備終端操作軟件后，首先需要認(rèn)證登陸。城市軌道交通保護(hù)管理系統(tǒng)通過系統(tǒng)管理模塊對巡查人員的基礎(chǔ)信息進(jìn)行配置，巡查人員在使用終端設(shè)備時(shí)需要鍵入自己正確的身份信息，聯(lián)網(wǎng)（或后臺）通過驗(yàn)證后才能開始設(shè)備的使用。用戶登陸后，終端軟件根據(jù)已驗(yàn)證的用戶身份信息更新下載該用戶對應(yīng)的相關(guān)巡查任務(wù)。同時(shí)系統(tǒng)日志可以詳細(xì)紀(jì)錄巡查人員的使用操作。

（2）用戶登陸后通過網(wǎng)絡(luò)下載相關(guān)的巡查任務(wù)信息，移動端巡查項(xiàng)目列表界面如圖2所示，任務(wù)信息詳情與城市軌道交通保護(hù)管理系統(tǒng)中所發(fā)布的信息一致，根據(jù)巡查的不同時(shí)段對巡查任務(wù)工作進(jìn)行記錄上傳。此外，巡查任務(wù)下發(fā)或變更時(shí)，相關(guān)巡查人員能夠及時(shí)收到推送消息提醒。

圖2 巡查項(xiàng)目列表

3.2.2 巡查計(jì)劃跟蹤及巡檢計(jì)劃上報(bào)

巡查記錄人員在巡查過程中所產(chǎn)生的文件記錄信息即巡查成果資料可以以如下幾種形式記錄：文字、圖像、GPS定位信息等。

（1）作為手持巡查設(shè)備終端最基本的記錄功能，用戶可在執(zhí)行對應(yīng)檢查任務(wù)的工作環(huán)境中任意記錄所需的文字文檔并保存。用戶可以對巡查行走路線的要素、名稱、備注信息和項(xiàng)目違規(guī)情況進(jìn)行記錄。文字記錄可在離線狀態(tài)下進(jìn)行本地緩存，重新聯(lián)網(wǎng)后自動上傳更新。

（2）圖像記錄功能通過手持巡查設(shè)備終端內(nèi)置的照相鏡頭來實(shí)現(xiàn)，用戶可在執(zhí)行對應(yīng)檢查任務(wù)的工作環(huán)境中任意記錄所需圖像文件并保存。圖像在手持設(shè)備中的保存記錄界圖如圖3所示，用戶可以在該界面進(jìn)行圖像查看。圖像記錄功能同樣支持離線緩存功能。

圖3 圖像記錄

（3）位置記錄功能通過手持巡查設(shè)備終端內(nèi)置GPS定位模塊來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)用戶對于GPS定位精度的需求，可以選擇不同級別的定位模塊。用戶利用終端設(shè)備可以在現(xiàn)場巡查工作環(huán)境中記錄違規(guī)項(xiàng)目或其他設(shè)施和人員行走的定位信息，設(shè)備可以采集到用戶所在位置的GPS 點(diǎn)坐標(biāo)、兩點(diǎn)間直線距離及3個(gè)點(diǎn)以上所成面域的面積信息。用戶可在執(zhí)行對應(yīng)巡查任務(wù)的工作環(huán)境中記錄所需GPS量測記錄信息，并以相應(yīng)的文件格式進(jìn)行保存。

3.3 巡查報(bào)告管理

系統(tǒng)不僅支持在線查看所有歷史日報(bào)、周報(bào)及月報(bào)，同時(shí)將自動匯總及分析相關(guān)巡查數(shù)據(jù)，并以圖表的方式進(jìn)行匯總展示，如圖4所示。

圖4 巡查報(bào)告及報(bào)表

巡查過程中，可在違規(guī)項(xiàng)目登記功能界面填寫該項(xiàng)目的基本信息、上傳定位信息和項(xiàng)目現(xiàn)場照片等資料，界面如圖5所示。系統(tǒng)根據(jù)定位信息，在地圖上進(jìn)行預(yù)警信息標(biāo)識。用戶可在此板塊中查看所有現(xiàn)存且未消除的預(yù)警信息，確認(rèn)該預(yù)警信息目前的處置狀況，管理人員可根據(jù)線下的處置情況，對該預(yù)警信息的處置狀況進(jìn)行更新或消除，功能界面如圖6所示。

圖5 位置拾取

圖6 項(xiàng)目查看界面

如果違規(guī)項(xiàng)目是在保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)沒有按正常手續(xù)到軌道交通集團(tuán)報(bào)審的外部作業(yè)項(xiàng)目，則按違規(guī)項(xiàng)目處理流程，可登記巡查報(bào)告、協(xié)調(diào)記錄。

4 其他模塊

4.1 審核管理模塊

在該模塊中，業(yè)務(wù)主管人員可對外部報(bào)建單位在門戶網(wǎng)站提交的項(xiàng)目進(jìn)行審核，審核過程中可以會簽轉(zhuǎn)發(fā)給其他人員征求審核意見，審核結(jié)論會以短信的形式發(fā)送給外部報(bào)建單位 。

4.2 監(jiān)測管理模塊

系統(tǒng)接入自動化和人工監(jiān)測的數(shù)據(jù)，具備在線監(jiān)測、預(yù)警、消警等功能，及時(shí)有效分析城市軌道交通沿線外部申報(bào)項(xiàng)目的監(jiān)測數(shù)據(jù)，減少人工計(jì)算量、實(shí)時(shí)掌握監(jiān)測數(shù)據(jù)，模塊界面如圖7所示。

圖7 監(jiān)測管理模塊界面

4.3 監(jiān)護(hù)管理模塊

監(jiān)護(hù)管理模塊是申報(bào)項(xiàng)目的所有信息的集中展示頁面，輔助業(yè)務(wù)主管人員全方面了解項(xiàng)目的信息，包括項(xiàng)目基本信息、項(xiàng)目審核信息、項(xiàng)目位置信息、項(xiàng)目巡查信息、項(xiàng)目監(jiān)測信息、項(xiàng)目文件資料等，實(shí)現(xiàn)對各類項(xiàng)目的全過程及各類資料的管理，模塊界面如圖8所示。

圖8 監(jiān)護(hù)管理模塊界面

5 無人機(jī)巡查接口

系統(tǒng)將預(yù)留與無人機(jī)數(shù)據(jù)的接口，實(shí)現(xiàn)與無人機(jī)設(shè)備采集巡查數(shù)據(jù)的對接，并充分利用目前成熟的人工智能（AI）圖形算法，實(shí)現(xiàn)基于無人機(jī)設(shè)備的環(huán)境及設(shè)備判別，自動識別保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)存在的違規(guī)器具等信息，巡查界面如圖9所示。

圖9 無人機(jī)巡查界面

通過后續(xù)硬件設(shè)備的選型與組裝構(gòu)建無人機(jī)巡查系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)沿城市軌道交通線路進(jìn)行影像采集，并對圖像進(jìn)行自動化分析，確定是否有影響城市軌道交通隧道結(jié)構(gòu)安全的項(xiàng)目。系統(tǒng)需具備無人機(jī)巡查設(shè)備的接入功能，通過圖像比對與圖像特征識別實(shí)現(xiàn)對特定目標(biāo)（如鉆機(jī) /施工機(jī)械/違建）的搜索與安全預(yù)警，自動生成報(bào)表與統(tǒng)計(jì)圖表。

6 結(jié)論

基于數(shù)字化的城市軌道交通保護(hù)區(qū)巡查系統(tǒng)將傳統(tǒng)保護(hù)區(qū)的巡查方式提升為基于無人機(jī)、手持終端設(shè)備及巡查系統(tǒng)Web端，并在濟(jì)南市軌道交通運(yùn)營線路開展示范性應(yīng)用，取得了良好的成效。

（1）研發(fā)的城市軌道交通保護(hù)區(qū)巡查系統(tǒng)將軌道交通線路、車站、風(fēng)亭、保護(hù)區(qū)范圍等信息固化在地圖上，精確定位保護(hù)區(qū)紅線區(qū)域，巡查人員可在現(xiàn)場進(jìn)行保護(hù)區(qū)內(nèi)違規(guī)項(xiàng)目判定及信息快速采集，大幅縮短了城市軌道交通保護(hù)區(qū)違規(guī)項(xiàng)目的上報(bào)和業(yè)務(wù)處理周期。

（2）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全流程智能化、高效化、標(biāo)準(zhǔn)化。巡查計(jì)劃發(fā)布→巡查計(jì)劃執(zhí)行→巡查計(jì)劃跟蹤→巡查計(jì)劃上報(bào)，使巡查更加有效且直觀，同時(shí)系統(tǒng)支持移動端登錄查看及上報(bào)。

（3）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對巡查人員的實(shí)時(shí)定位、考勤統(tǒng)計(jì)、所巡查區(qū)域統(tǒng)計(jì)分析及標(biāo)注；可進(jìn)行巡查區(qū)域劃分及巡查人員排班管理，真正做到巡查人員的科學(xué)化、全面化管理。