基于数字化的城市轨道交通保护区巡查系统研究

2022-12-27张冬冬刘友博代长顺

现代城市轨道交通 2022年12期

张冬冬，王腾，刘友博，李芳，代长顺

（济南轨道交通集团有限公司，山东济南 250014）

1 引言

从2015年至今，济南市轨道交通得到快速发展，目前已开通运营1号、2号、3号线，运营里程达84.1 km，规划在建项目有3号线二期、4号线一期、6 号线、7号线一期、8号线一期、9号线一期，在建里程159.6 km，保护区内的建设项目也逐年增多。然而城市轨道交通保护区巡查受当前管理机制、人力、物力等因素的限制，存在巡查管理深度不足、档案管理难度大、无法准确界定保护区范围、调阅资料不方便的问题，因此，城市轨道交通保护区内违建现象时有发生，对城市轨道交通运行安全造成一定隐患。例如：2021年3月4日15时10分左右，某市垃圾中转站提升改造项目，由于建设单位未向地铁集团有关部门核实相关情况，巡查人员未及时发现该违规项目，工人擅自在地铁安保区范围内进行勘察作业，导致地铁1号线隧道被打穿，造成地铁短暂停运，虽未造成人员伤亡，但导致直接经济损失73.018 6万元；

由此可见，保证城市轨道交通保护区的安全是保障城市轨道交通运营安全的重要手段之一。虽然目前对于城市轨道交通保护区内的巡查工作各地均已引起重视，也设立对应的机制和专门的部门，但由于巡查管理手段的落后，智能化、准确性和及时性效果不理想。为提高城市轨道交通保护区巡查工作质量，通过实地调研与走访，总结城市轨道交通保护区巡查模块现状及痛点如表 1所示。

表1 城市轨道交通保护区巡查模块的控制环节与问题现状

综合以上背景及现状分析，本项目结合移动互联网、GPS定位技术，研发了城市轨道交通保护区巡查系统，采用信息化手段解决城市轨道交通保护区违建巡查问题，系统实现巡查任务发布、日常巡查、违规项目上报、巡查人员监督管理等业务功能，使城市轨道交通保护区巡查全过程更加规范化、高效化，做到管理有痕迹，信息可追溯。

2 巡查系统

基于浏览器/服务器（B/S）结构模式研发的城市轨道交通保护区巡查系统分Web端和移动App端2部分。

2.1 Web 端

基于域名访问的Web端管理系统，包含审核管理、巡查管理、监测管理、监护管理等功能。

2.2 移动 App 端

基于智能终端的GPS移动App端，借助高精度GPS定位模块，实现精确定位，准确记录违规项目与隧道距离，实时更新项目进展信息，实时掌握保护区内建设项目进展情况。

3 巡查管理模块

巡查管理模块是城市轨道交通保护区巡查系统的子系统，巡查管理模块可提供对巡查照片、监护方案、现场确认报告（工前确认报告、过程确认报告、工后确认报告）、巡查记录（巡查日报、巡查周报、协调记录等）、项目视频等的管理功能，实现巡查单位对外部建设项目的监管及过程记录。

巡查管理模块主要设计功能包括巡查人员管理、巡查计划管理、违规项目登记等，其中违规项目登记主要通过手持端现场巡查时录入。

3.1 巡查人员管理

巡查人员管理模块主要用于对巡查人员的监管，系统通过获取巡查人员手持端APP所上传的巡查数据，对巡查队员的巡查作业情况进行监管，以达到实时、有效管控的目的。管理人员可通过该模块查看系统记录的内容，包括实时定位、巡查轨迹、巡查时间等作业数据，并根据轨迹数据进行巡查工作的考勤。模块下设功能板块包括实时定位、考勤统计、覆盖率统计、区域配置、人员排班管理等。

3.1.1 实时定位

管理人员进入该功能模块后，模块首页展示所有在岗巡查队员的实时位置，点击选中其中任一队员即可展示其基本信息；页面左侧按线路-巡查区域展示巡查队员列表，右侧可按需求选择图例内容，包括站点名称、车站范围、结构边线等。选中任一巡查人员即可查看其详细轨迹，还可通过页面上方复选框选择查看某一时间段内的巡查轨迹。功能页面如图1所示。

图1 人员巡查管理

3.1.2 考勤统计

考勤统计是系统根据巡查队员每日的在岗情况及作业异常记录，统计每日的应出勤人数、实际出勤人数和异常人数，并将结果在此模块中展示。管理人员还可根据需求进行线路、日期等条件筛选，模块亦支持导出、下载考勤记录。

3.1.3 区域标注及覆盖率统计

系统根据巡查队员的每日巡查记录，通过算法对于巡查作业中没有覆盖到的控制保护区巡查范围进行标注，频率为每天1次，管理人员亦可手工标注。系统在1个巡查班次结束任务时，会统计各线路的巡查覆盖率，并将结果归入考勤统计中。

3.1.4 区域配置

管理人员进入该功能模块，可根据线路需求对巡查区域进行自定义划分，将巡查区域分配至指定的中队，实现对中队巡查区域可视化的调整。

3.1.5 人员排班管理

管理人员进入此模块后，可根据每日巡查要求对户外作业人员进行在岗配置管理，确保控制保护区范围内人员巡查完全覆盖。

3.2 巡查计划管理

巡查计划管理包括计划发布、计划执行及计划跟踪功能。系统将提供巡查问题整改跟踪功能，巡查发现项目存在问题，可通过系统发起问题处置流程，跟踪每一个环节的处理情况，巡查计划执行将通过手持端进行。

3.2.1 巡查计划发布及巡查计划执行

对于巡查计划发布，首先在城市轨道交通保护管理系统建立巡查任务，而后可通过终端设备的数据交互模块实现任务下载，进而达到专人专用的目的，具体功能实现如下。

（1）移动巡查APP可实现巡查任务下发功能，管理人员可通过巡查APP直接下发巡查任务。用户进入设备终端操作软件后，首先需要认证登陆。城市轨道交通保护管理系统通过系统管理模块对巡查人员的基础信息进行配置，巡查人员在使用终端设备时需要键入自己正确的身份信息，联网（或后台）通过验证后才能开始设备的使用。用户登陆后，终端软件根据已验证的用户身份信息更新下载该用户对应的相关巡查任务。同时系统日志可以详细纪录巡查人员的使用操作。

（2）用户登陆后通过网络下载相关的巡查任务信息，移动端巡查项目列表界面如图2所示，任务信息详情与城市轨道交通保护管理系统中所发布的信息一致，根据巡查的不同时段对巡查任务工作进行记录上传。此外，巡查任务下发或变更时，相关巡查人员能够及时收到推送消息提醒。

图2 巡查项目列表

3.2.2 巡查计划跟踪及巡检计划上报

巡查记录人员在巡查过程中所产生的文件记录信息即巡查成果资料可以以如下几种形式记录：文字、图像、GPS定位信息等。

（1）作为手持巡查设备终端最基本的记录功能，用户可在执行对应检查任务的工作环境中任意记录所需的文字文档并保存。用户可以对巡查行走路线的要素、名称、备注信息和项目违规情况进行记录。文字记录可在离线状态下进行本地缓存，重新联网后自动上传更新。

（2）图像记录功能通过手持巡查设备终端内置的照相镜头来实现，用户可在执行对应检查任务的工作环境中任意记录所需图像文件并保存。图像在手持设备中的保存记录界图如图3所示，用户可以在该界面进行图像查看。图像记录功能同样支持离线缓存功能。

图3 图像记录

（3）位置记录功能通过手持巡查设备终端内置GPS定位模块来实现，根据用户对于GPS定位精度的需求，可以选择不同级别的定位模块。用户利用终端设备可以在现场巡查工作环境中记录违规项目或其他设施和人员行走的定位信息，设备可以采集到用户所在位置的GPS 点坐标、两点间直线距离及3个点以上所成面域的面积信息。用户可在执行对应巡查任务的工作环境中记录所需GPS量测记录信息，并以相应的文件格式进行保存。

3.3 巡查报告管理

系统不仅支持在线查看所有历史日报、周报及月报，同时将自动汇总及分析相关巡查数据，并以图表的方式进行汇总展示，如图4所示。

图4 巡查报告及报表

巡查过程中，可在违规项目登记功能界面填写该项目的基本信息、上传定位信息和项目现场照片等资料，界面如图5所示。系统根据定位信息，在地图上进行预警信息标识。用户可在此板块中查看所有现存且未消除的预警信息，确认该预警信息目前的处置状况，管理人员可根据线下的处置情况，对该预警信息的处置状况进行更新或消除，功能界面如图6所示。

图5 位置拾取

图6 项目查看界面

如果违规项目是在保护区范围内没有按正常手续到轨道交通集团报审的外部作业项目，则按违规项目处理流程，可登记巡查报告、协调记录。

4 其他模块

4.1 审核管理模块

在该模块中，业务主管人员可对外部报建单位在门户网站提交的项目进行审核，审核过程中可以会签转发给其他人员征求审核意见，审核结论会以短信的形式发送给外部报建单位。

4.2 监测管理模块

系统接入自动化和人工监测的数据，具备在线监测、预警、消警等功能，及时有效分析城市轨道交通沿线外部申报项目的监测数据，减少人工计算量、实时掌握监测数据，模块界面如图7所示。

图7 监测管理模块界面

4.3 监护管理模块

监护管理模块是申报项目的所有信息的集中展示页面，辅助业务主管人员全方面了解项目的信息，包括项目基本信息、项目审核信息、项目位置信息、项目巡查信息、项目监测信息、项目文件资料等，实现对各类项目的全过程及各类资料的管理，模块界面如图8所示。

图8 监护管理模块界面

5 无人机巡查接口

系统将预留与无人机数据的接口，实现与无人机设备采集巡查数据的对接，并充分利用目前成熟的人工智能（AI）图形算法，实现基于无人机设备的环境及设备判别，自动识别保护区范围内存在的违规器具等信息，巡查界面如图9所示。

图9 无人机巡查界面

通过后续硬件设备的选型与组装构建无人机巡查系统，实现沿城市轨道交通线路进行影像采集，并对图像进行自动化分析，确定是否有影响城市轨道交通隧道结构安全的项目。系统需具备无人机巡查设备的接入功能，通过图像比对与图像特征识别实现对特定目标（如钻机 /施工机械/违建）的搜索与安全预警，自动生成报表与统计图表。