地鐵保護區(qū)信息化管理智能巡查系統(tǒng)研究

摘" 要：隨著國家各個大中型城市軌道交通建設(shè)的日益密集，在地鐵保護區(qū)內(nèi)的違法施工項目也越來越多，這使得城市軌道交通建設(shè)將面臨極大的安全威脅及影響，很多違法施工項目已經(jīng)影響到地鐵的結(jié)構(gòu)和運行安全。地鐵保護區(qū)內(nèi)傳統(tǒng)的巡查和違規(guī)項目管理方法已經(jīng)很難滿足目前各地保護區(qū)的管理要求。因此，利用信息化與技術(shù)化的手段，對地鐵保護區(qū)內(nèi)項目進行巡查和管理是保障軌道交通的結(jié)構(gòu)和運營安全的有效方法之一。

關(guān)鍵詞：軌道交通；地鐵保護區(qū)；信息化；智能巡查；運營安全

中圖分類號：U231" " " "文獻標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）16-0010-06

Abstract： With the increasing density of rail transit construction in large- and medium-sized cities in our country， there are more and more illegal construction projects in subway protection areas， which makes urban rail transit construction face great security threats and influences. Many of them have affected the structure and operation safety of the subway. The traditional inspection and illegal project management methods in subway protection areas have difficulty in meeting the current management requirements of those protective areas. Therefore， by means of information and technology， the practice of inspection and management of projects in subway protected areas is one of the effective ways to ensure the structure and operation safety of rail transit.

Keywords： rail transit; subway protection area; informatization; intelligent inspection; operation safety

城市軌道交通具有運量大、安全、準(zhǔn)時等特點，發(fā)展城市軌道交通是緩解城市交通擁堵的重要途徑。截至2022年底，中國大陸地區(qū)共有55個城市開通城市軌道交通運營線路308條，運營線路總長度10 287.45 km。在城市軌道交通快速發(fā)展的同時，其沿線的城市建設(shè)對軌道交通結(jié)構(gòu)的運營安全也產(chǎn)生了重大影響。因此，為強化軌道交通保護區(qū)安全管理，開始將各種有效手段運用到軌道交通保護區(qū)管理之中，而信息化技術(shù)就是其中的一種，希望通過信息化技術(shù)的合理應(yīng)用，提高保護區(qū)管理水平，切實保障軌道交通建設(shè)及運營安全。

1" 系統(tǒng)研究

1.1" 項目建設(shè)背景

近年來，軌道交通保護區(qū)內(nèi)違法施工日益增多，因違法施工對地鐵隧道結(jié)構(gòu)造成影響的事故層出不窮，造成大量人員和經(jīng)濟損失[1-2]。全國各地接連發(fā)生因地鐵保護區(qū)內(nèi)違規(guī)施工，打穿地鐵隧道的嚴(yán)重事故，造成地鐵接觸網(wǎng)設(shè)備和列車受損，司機受傷及地鐵運行受阻等后果[3]。因此，在地鐵保護區(qū)內(nèi)管理存在的問題，嚴(yán)重影響了地鐵的運行安全。

地鐵保護區(qū)巡查人員在面對違規(guī)施工無法快速及時上報；巡查人員在面對突發(fā)事件無法快速反應(yīng)；安全管理成本高、效益低，是在日常的管理中面臨的主要問題。針對以上問題，需要從巡查、執(zhí)法、項目監(jiān)管3個維度加強管理來完善地鐵保護區(qū)內(nèi)的管理機制。只有做到對違規(guī)項目早發(fā)現(xiàn)、早執(zhí)法；對突發(fā)事件早預(yù)防、早響應(yīng)；對保護區(qū)內(nèi)在建項目進行實時監(jiān)管，才能保障地鐵的運行安全[4-7]。

為提高地鐵保護區(qū)內(nèi)的監(jiān)管水平，需要主要加強以下4個方面的監(jiān)管能力。

1）對人員要做到精細化管理。根據(jù)各地監(jiān)管要求的不同，巡查人員需做到在規(guī)定時間內(nèi)對巡查區(qū)域的全覆蓋。使用傳統(tǒng)管理手段時管理人員很難對巡查人員的到位情況進行監(jiān)管，巡查到位與否很大程度上取決于巡查人員的責(zé)任心。

2）加強對保護區(qū)紅線位置的精確判斷。由于所有的施工工作都是在地上進行，而地鐵隧道埋于地下，導(dǎo)致難以確定施工工程與地鐵隧道的位置關(guān)系，難以判斷施工是否處在地鐵保護區(qū)內(nèi)。

3）提高監(jiān)管效率。傳統(tǒng)監(jiān)管手段效率低、成本高，需要投入大量的人力物力。

4）傳統(tǒng)監(jiān)管文件填報煩瑣，監(jiān)管項目信息無法快速更新，沒有一個高效的文件上傳歸檔流程和手段。

綜合以上這幾方面，引入信息化、智能化的管理手段是必要的，其可以加強對執(zhí)法、巡查人員的監(jiān)控，對項目的監(jiān)管，提高效率，降低成本，實現(xiàn)地鐵保護區(qū)管理水平的提高，切實保障地鐵結(jié)構(gòu)和運營安全。

1.2" 建設(shè)目標(biāo)

為解決地鐵保護區(qū)所面臨的問題，信息化管理系統(tǒng)應(yīng)滿足風(fēng)險隱患雙重預(yù)防、分級管控和全過程監(jiān)控這3個建設(shè)目標(biāo)。

1.2.1" 風(fēng)險、隱患的雙重預(yù)防

系統(tǒng)可以對地鐵保護區(qū)內(nèi)的風(fēng)險源進行備案和監(jiān)控，實時掌握風(fēng)險源的更新情況，如保護區(qū)內(nèi)某空地開始了新的施工等。此外，對巡查和執(zhí)法隊員發(fā)現(xiàn)的安全隱患可進行實時動態(tài)管理，如不合規(guī)的施工器具擺放造成的安全隱患。從保護區(qū)內(nèi)的風(fēng)險和隱患2個方面進行監(jiān)管，達到對安全事故的雙重預(yù)防。

1.2.2" 分級管控

系統(tǒng)引入了分級管控的概念。一方面，對監(jiān)管案件和項目進行分級管控，如監(jiān)管項目根據(jù)對地鐵隧道結(jié)構(gòu)影響程度的不同分為簡易、一般和重點項目，不同等級的項目按要求設(shè)定了不同的巡查頻次和監(jiān)管要求。另一方面，系統(tǒng)對人員的管控也進行了等級劃分，如執(zhí)法人員可以對巡查人員上報的隱患和風(fēng)險源等進行審核和上報等；系統(tǒng)根據(jù)不同人員的管理層級設(shè)定了不同的操作權(quán)限。實行分級管控，可以有效地分配資源，防止資源的浪費，提高監(jiān)管的效率，降低成本。

1.2.3" 全過程管理

地鐵保護區(qū)的全過程管理，即為事前管理、事中管理和事后處置。

針對事前管理，在系統(tǒng)內(nèi)集成了標(biāo)識牌樁管理，標(biāo)識牌樁的位置信息都能在移動APP上進行查看，而且在發(fā)現(xiàn)標(biāo)識牌丟失或損壞后，巡查人員還可通過移動APP對問題標(biāo)識牌進行拍照上報標(biāo)識牌，如圖1所示。其次，在系統(tǒng)內(nèi)集成了聯(lián)防聯(lián)動管理，有些地鐵線路會穿過高爾夫球場等巡查人員不方便進入的區(qū)域，巡查人員需要這些第三方業(yè)主單位進行協(xié)助管理，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對這些業(yè)主單位和區(qū)域的跟蹤記錄。

事中管理主要是指系統(tǒng)進行了分級管控、動態(tài)監(jiān)控。對監(jiān)管項目劃分不同的等級，針對監(jiān)管等級高的項目可以進行更高頻次的檢查。同時，對于保護區(qū)的巡查人員進行實時監(jiān)管，發(fā)現(xiàn)隱患點及風(fēng)險源后通過移動APP實時上報，移動APP還為巡查人員提供保護區(qū)紅線位置信息協(xié)助巡查，以此達到對保護區(qū)內(nèi)的集中管理。

事后處置。系統(tǒng)有相應(yīng)的應(yīng)急手段，如若在保護區(qū)內(nèi)發(fā)生因違規(guī)施工造成的事故，移動APP內(nèi)的百米標(biāo)信息可快速定位事故位置與地鐵隧道內(nèi)的相對位置，迅速上報并做出反應(yīng)。

最后系統(tǒng)還通過無人機巡查、車輛巡查、固定攝像機巡查等新型信息化技術(shù)手段，來加強地鐵保護區(qū)巡查的機動性和全面性，地鐵安全保護區(qū)信息化管理系統(tǒng)的搭建將有助于落實并深化保護區(qū)巡查作業(yè)及項目管理工作的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、信息化的要求[8]。

1.3" 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

地鐵保護區(qū)信息化管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對地鐵保護區(qū)內(nèi)的全過程管理。在事前通過智能識別、人員的巡查監(jiān)督，實現(xiàn)風(fēng)險源的辨識和隱患的排查上報、標(biāo)識牌樁損壞丟失情況上報及相關(guān)單位聯(lián)防聯(lián)動的跟蹤記錄。在事中，通過在系統(tǒng)中錄入地鐵基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、對監(jiān)管項目劃分監(jiān)管等級，實現(xiàn)對項目的分級管控；通過監(jiān)管執(zhí)法文書及文檔流轉(zhuǎn)流程的電子化、施工項目監(jiān)管的電子化來實現(xiàn)對保護區(qū)內(nèi)的風(fēng)險源管理和隱患管理。在事后，系統(tǒng)通過固定攝像機、太陽能監(jiān)控及移動APP，來實現(xiàn)隧道內(nèi)應(yīng)急情況的處理、隧道內(nèi)外事故處理的交流聯(lián)動及實時回傳事故現(xiàn)場發(fā)生的情況。信息化保護系統(tǒng)如圖2所示。

1.4" 信息系統(tǒng)架構(gòu)

1.4.1" 技術(shù)架構(gòu)

目前通常將地鐵保護區(qū)信息化管理系統(tǒng)部署在相關(guān)虛擬化云平臺中，外網(wǎng)用戶訪問系統(tǒng)的過程采用SSL方式加密；CentOS服務(wù)器已架設(shè)Nginx代理服務(wù)，用于反向代理所有外網(wǎng)請求[9]。本系統(tǒng)是數(shù)據(jù)整合中心，負(fù)責(zé)匯總分發(fā)和集成展示AI智能識別系統(tǒng)、太陽能監(jiān)控系統(tǒng)及定點視頻監(jiān)控所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖3所示。

1.4.2" 外部系統(tǒng)集成

1）與太陽能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集成。地鐵安全保護區(qū)信息化管理系統(tǒng)實現(xiàn)與太陽能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集成，將太陽能視頻監(jiān)控系統(tǒng)拍攝的影像通過5G網(wǎng)絡(luò)傳輸至系統(tǒng)技防模塊中。目前，系統(tǒng)已支持查看監(jiān)控器實時定位、歷史視頻圖像管理等功能。

2）與智能識別系統(tǒng)的集成。地鐵保護區(qū)信息化管理系統(tǒng)實現(xiàn)與智能識別系統(tǒng)的集成，將智能識別系統(tǒng)的分析模塊及文件處理模塊同步至系統(tǒng)技防模塊中。目前，系統(tǒng)已支持分析太陽能視頻監(jiān)控系統(tǒng)拍攝到的圖片及影像資料并產(chǎn)生報警記錄，實現(xiàn)三方系統(tǒng)相互聯(lián)動。

3）與當(dāng)?shù)刈》亢徒ㄔO(shè)局勘察申報系統(tǒng)的集成。地鐵安全保護區(qū)信息化管理系統(tǒng)實現(xiàn)與當(dāng)?shù)刈》亢徒ㄔO(shè)局勘察申報系統(tǒng)的集成。本系統(tǒng)對當(dāng)?shù)刈》亢徒ㄔO(shè)局施工圖管理系統(tǒng)推送的鉆孔數(shù)據(jù)及坐標(biāo)點位等數(shù)據(jù)進行分析判別，確認(rèn)該點位是否在地鐵安全保護區(qū)內(nèi)，并將判別結(jié)果反饋至系統(tǒng)。執(zhí)法文書及文檔流轉(zhuǎn)流程的電子化、施工項目監(jiān)管的電子化來實現(xiàn)對保護區(qū)內(nèi)的風(fēng)險源管理和隱患管理。

1.5" 詳細功能介紹

地鐵保護區(qū)信息化管理系統(tǒng)結(jié)合移動APP，根據(jù)業(yè)務(wù)需要，構(gòu)建4大功能模塊：基礎(chǔ)信息模塊、巡查管理模塊、風(fēng)險管理模塊和技防管理模塊，如圖4所示。

1.5.1" 基礎(chǔ)信息模塊

該模塊內(nèi)包含了線路的基本情況、隧道埋深、警示標(biāo)識牌樁、百米標(biāo)和點位復(fù)核等內(nèi)容。

1）隧道埋深。在保護區(qū)信息系統(tǒng)及手機APP端顯示各線路隧道埋深情況，并用不同顏色標(biāo)識、不同風(fēng)險等級區(qū)域采取不同的預(yù)防措施和巡查方式，分級管控，綜合治理，如圖5所示。

2）警示標(biāo)識牌樁。將保護區(qū)現(xiàn)有警示標(biāo)識牌、樁的坐標(biāo)點位信息錄入信息化系統(tǒng)，并納入日常巡查工作的內(nèi)容，便于及時發(fā)現(xiàn)、跟進、更換被損壞的警示標(biāo)識牌樁，如圖6所示。

3）百米標(biāo)。通過在保護區(qū)信息化系統(tǒng)中輸入隧道百米標(biāo)號，精準(zhǔn)定位隧道與地面的對應(yīng)位置，提高突發(fā)事件的應(yīng)急響應(yīng)及現(xiàn)場處置能力，如圖7所示。

1.5.2" 巡查管理模塊

巡查管理模塊作為系統(tǒng)的核心板塊，通過信息化手段統(tǒng)一管理巡查人員及巡查車輛，記錄人員及車輛的巡查軌跡，實現(xiàn)每日巡查記錄的可追溯性，為管理水平的提升提供了針對性的管理依據(jù)。此模塊主要功能包括人員巡查管理、車輛巡查管理、排班考勤管理等功能。

排班管理人員通過系統(tǒng)后臺對巡查人員進行每日排班，巡查人員根據(jù)排班表登錄手持端建立巡查任務(wù)，利用GPS定位產(chǎn)生巡查軌跡，巡查過程中對發(fā)現(xiàn)的隱患進行上報，系統(tǒng)將上報的隱患根據(jù)類別分別推送至對應(yīng)的管理層處，實現(xiàn)分級管控，確保發(fā)現(xiàn)隱患及時消除，如圖8所示。

1.5.3" 風(fēng)險管理模塊

結(jié)合現(xiàn)場實際，根據(jù)風(fēng)險等級，動態(tài)調(diào)整巡查模式和監(jiān)管頻率，確保地鐵運營安全。

1）隱患處理。巡查員通過信息化系統(tǒng)將上報的隱患根據(jù)類別自動推送至對應(yīng)的執(zhí)法隊員，執(zhí)法隊員現(xiàn)場確認(rèn)處理后，處置結(jié)果再返回至巡查員，形成閉環(huán)管理。

2）風(fēng)險源管理。執(zhí)法隊員根據(jù)現(xiàn)場實際，梳理轄區(qū)管控風(fēng)險，設(shè)定風(fēng)險源打卡，不同的風(fēng)險等級設(shè)定不同的打卡頻次。

3）聯(lián)防聯(lián)動管理。通過定期走訪地鐵沿線的屬地管理機構(gòu)（街道辦、景區(qū)、封閉小區(qū)管理單位等）建立聯(lián)防機制，聯(lián)合預(yù)警、齊抓共管，對走訪情況及覆蓋情況進行系統(tǒng)化管理。

4）監(jiān)管項目管理。實現(xiàn)保護區(qū)范圍內(nèi)監(jiān)管項目的創(chuàng)建、審批、跟蹤和閉環(huán)等全生命周期統(tǒng)籌管理。建立定期現(xiàn)場檢查計劃，系統(tǒng)對覆蓋情況進行統(tǒng)計和預(yù)警提示。

1.5.4" 技防管理模塊

技防管理模塊作為本系統(tǒng)中復(fù)雜程度最高的模塊，通過數(shù)據(jù)接口與無人機設(shè)備及太陽能視頻監(jiān)控探頭進行數(shù)據(jù)聯(lián)通，實現(xiàn)保護區(qū)范圍內(nèi)“地面-空中”雙重監(jiān)控機制，落實復(fù)雜地段全面覆蓋巡查，提高如高架段、山區(qū)等復(fù)雜地段的監(jiān)管水平，如圖9所示。

為實現(xiàn)系統(tǒng)完整的預(yù)警處理機制，本模塊亦接入AI智能識別系統(tǒng)，通過算法分析太陽能視頻監(jiān)控探頭所拍攝的圖片及視頻，識別如挖掘機、吊車等隱患，生成報警記錄并推送至相關(guān)管理人員，保證隱患消除的時效性，如圖10所示。

2" 效益分析

地鐵保護區(qū)信息化管理系統(tǒng)的建立能夠解決傳統(tǒng)保護區(qū)管理中存在的人員和案件管理不到位的問題。此外，相比傳統(tǒng)管理手段，使用信息化系統(tǒng)對保護區(qū)的管理成本也能夠有效降低，創(chuàng)造更高的管理和經(jīng)濟效益。

2.1" 管理效益

人員管理的精細化，過去對巡查人員的管理比較困難，很難確定巡查人員是否巡查到位，有無達到巡查目的很大程度上取決于巡查人員的責(zé)任心和自覺性。采用移動APP記錄巡查人員的軌跡和速度，可以對巡查人員的到位情況進行有效的監(jiān)管。其次是建立了有效的聯(lián)防聯(lián)動管理，對巡查隊員的走訪過程和走訪頻次都有記錄。信息化系統(tǒng)使保護區(qū)內(nèi)項目的管理精準(zhǔn)化，移動APP可協(xié)助巡查人員進行定位并判斷施工是否在保護區(qū)紅線范圍內(nèi)。最后是系統(tǒng)對執(zhí)法審批等案卷管理的規(guī)范化，所有類型的執(zhí)法案卷和執(zhí)法審批都有完整的流程，執(zhí)法隊員上報后，由相應(yīng)的管理人員進行審批，審批后的文件會自動儲存歸檔，后續(xù)還可進行文檔的導(dǎo)出等工作。根據(jù)職權(quán)的不同，人員在系統(tǒng)中所持有的權(quán)限也不相同。以上功能的實現(xiàn)都使得保護區(qū)內(nèi)的管理更加標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、精細化，提高了執(zhí)法和巡查管理水平。

2.2" 經(jīng)濟效益

信息化系統(tǒng)的應(yīng)用，經(jīng)濟效益相比傳統(tǒng)的管理模式也有了較大的提高，尤其是新技術(shù)的應(yīng)用可以減少大量的現(xiàn)場人員，節(jié)省費用。使用太陽能視頻監(jiān)控首先能夠在無電纜接入的情況下進行施工項目的監(jiān)控，其次清潔能源的使用更加低碳環(huán)保。無人機巡查的使用可以在空中協(xié)助巡查隊員對保護區(qū)內(nèi)進行巡查，其能夠拍攝到巡查隊員無法到達區(qū)域的情況，巡查范圍增大并提高巡查效率，減少現(xiàn)場人員的使用，節(jié)省人力成本和費用。智能識別技術(shù)則是通過安裝在各個監(jiān)控視頻上的識別裝置，運用計算機算法，來對保護區(qū)內(nèi)的違法施工進行智能識別并進行上報，減少人工來進行視頻審查，提高效率。以上的這些新技術(shù)在信息系統(tǒng)中的應(yīng)用可以有效減少人力物力的投入，節(jié)約費用，提高經(jīng)濟效益。

3" 結(jié)束語

綜上所述，信息化管理系統(tǒng)有效解決了目前地鐵保護區(qū)內(nèi)的管理問題。保護區(qū)內(nèi)因違規(guī)施工造成的安全事故明顯減少。此外，信息化系統(tǒng)可以規(guī)范日常管理，提高管理效率，同時一些新技術(shù)的應(yīng)用減少了管理成本和人員投入，在管理和經(jīng)濟2個方面都取得高的效益。除此之外，本系統(tǒng)中新技術(shù)的應(yīng)用也是值得借鑒的，如智能識別和太陽能視頻的應(yīng)用。智能識別技術(shù)可以通過計算機算法來對違規(guī)施工和違規(guī)建筑進行自動識別，省去了人工視頻檢查的工作，能夠節(jié)省很多人力。太陽能視頻使用5G信號傳遞視頻圖像信息，太陽光作為能量供給，有更靈活的布置區(qū)域，也節(jié)省了鋪設(shè)光纜和電纜的費用。憑借這些巨大優(yōu)勢，智能識別技術(shù)和太陽能視頻可以被推廣到很多其他需要視頻監(jiān)控的領(lǐng)域，如交通違法拍照，以及銀行等場所的防盜。除了在計算機軟件上的優(yōu)勢，在城市地鐵線路周圍設(shè)置的標(biāo)識牌樁也有可借鑒之處，其標(biāo)明了保護區(qū)的紅線范圍，方便執(zhí)法隊員的執(zhí)法管理。

本系統(tǒng)還具有很好的伸縮性和調(diào)整性。系統(tǒng)中預(yù)留了很多接口，方便其他部門或功能在系統(tǒng)中的接入。此外，系統(tǒng)中人員排班，執(zhí)法巡查區(qū)段等功能都可以通過管理員進行修改；對于新入職和離職人員，管理員也有權(quán)限新增或刪除賬號。本系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場的條件發(fā)生變化，隨時作出調(diào)整。

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