企业铁路施工人员安全管理信息平台的研发与设计

李亮 唐红侠

摘要：在企业铁路运输生产活动中，现场施工生产管理一直是重要挑战。首先阐述了企业铁路施工生产安全管理的现状，然后针对企业铁路施工全过程可能出现的安全事故风险因素，在现有企业铁路施工管理基础上，提出一种基于大数据处理、人工智能、电子围栏的安全防护技术，实现企业铁路施工全阶段的信息集成与共享，保证施工现场、机车、地面管理三方互控，推进企业铁路施工信息化、可视化、智能化、一体化，提升管理效率，降低铁路运营安全事故风险。

关键词：企业铁路施工安全管理；施工一体化管理；人工智能；大数据处理

一、前言

在企业铁路运输生产活动中，现场施工生产管理一直是重要挑战。目前企业铁路系统已成立了专门的管理机构，形成了较为完善的生产管理办法和安全防护体系，但整体信息化水平不高，生产计划管理、安全监督计划管理、登销记、生产资料管理、现场监控、现场安全防护等环节还缺乏统一的信息系统支撑，施工生产过程还做不到全流程、一体化管理，施工生产作业写实过程分散，回溯和评价较为困难，很难满足目前对施工生产管理决策、信息共享等方面的需求。

二、目前企业铁路施工生产安全管理存在问题

（一）人工组织模式效率低

目前企业铁路的施工管理中，在施工计划提报、审核方面已应用了一定的先进技术，实现了信息化管理，但施工生产现场作业管理仍采用人工组织模式，施工现场、驻站现场嘈杂、混乱，信息传达极易出错。

（二）人工防护体系隐患多

企业铁路施工管理体系是一个多部门、多程序、多工种、多人员的联合管理体系，在施工工期紧、施工任务复杂的情况下，必然出现施工方案制定不严密、施工计划审批流于形式、作业盯控不严格、防护不到位、无计划和超范围施工等惯性问题[1]。

（三）作业信息反馈难量化

施工作业管理层对施工现场具体情况难以掌控，依赖于现场人员后期汇报，精确性、可视性不强，不能及时发现某些区段生产施工兑现率不高、作业防护不到位、推迟给点频发、设备故障多发等施工作业隐患征兆[2]。

（四）安全管理信息化较低

目前企业铁路安全管理相关软件普遍已使用十年以上。随着企业铁路的发展，安全管理水平要求也在不断提高，但目前企业铁路信息化软件迭代升级明显滞后，施工全过程管理缺失功能较多，已不适应当下安全管理需求。

三、研究的主要内容

针对目前企业铁路施工安全管理整体信息化水平不高，特别是企业铁路施工现场仍采用人工盯控作业的现状，利用电子围栏、大数据分析、无线通信技术等信息化技术，通过作业管理系统、车载终端、调度实时监控系统、中心检测分析系统、接口分系统，实现调度、车站、机车和施工现场的互控，实现企业铁路施工人员安全防护信息化、一体化、全过程管理。

四、总体设计原则

系统总体结构具有兼容性和可扩展性，既可以包容不同厂类型的产品，便于升级换代，使整个系统可以随着技术的发展而进步。系统应强调以人为本的设计思想，充分考虑技术上的可行性、先进性和较高的性价比，为实际使用者和管理者提供有效的信息服务，为用户和管理人员提供安全、舒适、方便、快捷、高效、节约的工作和办公环境。

系统具有高度的安全性、可靠性和稳定性，包括系统自身安全和信息传递的安全，以及运行的可靠性。

系统具有故障诊断和分析工具，能帮助维护人员迅速判断故障原因，并具备有效的维护工具和系统自恢复工具，能保证及时准确排除故障。

五、系统结构

企业铁路安全防护作业系统由5个分系统构成，分别为：

（1）作业管理系统：存储读取施工人员特征信息、读取分析施工计划。

（2）移动应用分系统：移动应用APP软件，远程显示作业管理系统。

（3）车载终端：收/发地面作业信息，特殊情况下紧急控车。

（4）中心检测分析系统：相关算法、数据处理中心。

（5）接口分系统：接入铁路其他平台数据库，获取现场设备状态信息。

六、软件设计

应用平台采用 B/S 构架，软件架构采用J2EE平台SSM框架（SpringMVC+Spring+Mybatis）进行开发。

（一）用户层

用户包括各工区、现场施工队、车站值班室、调度室、技术室、相关公司业务部门等，各业务部门使用同一服务器数据库，根据用户需求设置不同权限。基于WinForm、Android Studio和JSP技术开发电脑桌面应用客户端和移动APP，满足多人员多场景职能需求。

（二）表示逻辑层

基于OGC Web服务规范的开源软件GeoServer技术，允许用户在具有大量动静态元素的GIS地图上迅速获取地理空间信息，并进行相应特征数据变更。

（三）Web服务

采用一种经典的MVC架构：SpringMVC框架，具有高度的可拓展性和融合性，方面未来平台功能扩展或其它平台接入。

（四）业务逻辑层

采用Spring框架，一种主流的开源框架，可以兼容各种优秀的开源框架，降低各种框架的使用难度。方便程序的测试，通过声明式方式灵活地进行事务的管理，提高开发效率和质量。

（五）数据访问层

采用Mybatis框架，实现程序对象与数据库的ORM映射，将软件与数据库管理系统解耦，降低软件的复杂度，提高软件的可扩展性与可移植性。与同为数据持久化的重量级框架Hibernate相比虽然可移植性相对逊色，但使用更具灵活性。

（六）数据管理层

采用微软Sql Server数据库管理软件。

七、关键技术

（一）生产施工全过程信息化

施工作业环节取消纸质调度命令流转环节，采用平台+应用的模式进行架构设计。首先构建调度实时监控平台，在平台上提供统一特征信息描述，辅助信息动态采集、报警检测和视频综合监控，面向生产作业管理全过程实现数据共享、业务流程信息化贯通和各环节一体化管理[3]。

（二） RTK定位技术

载波相位差分技术（RTK）是目前主流的高精度定位技术，理论定位精度可达厘米级，首先绘制出GIS站场地图。其次建立与联锁系统显示界面的区段、信号机、道岔的映射关系。映射关系建立之后，就可以将车载定位单元上传的经纬度数据转换为界面机车图标的屏幕坐标，并实时更新行成动态监控。

（三） GIS 电子围栏技术

基于北斗定位技术，实现在GIS地图上圈定电子围栏功能，实时监控现场作业目标及机车运行情况，人员超电子围栏范围报警、机车靠近作业区域报警。

（四） 大数据整合分析技术

基于大数据整合分析技术，实时采集的调度、车站、机车和施工现场的信息，配合分系统接入的其他系统数据库信息（如联锁信息、LJK数据等），实时验算，对违规施工进行实时报警。

八、主要功能介绍

（一）施工计划阶段管理

1. 施工人员数据化

作业管理系统通过指纹采集、面部识别、ID卡录入等手段将上报的作业人员录入系统，建立施工人员数据库。根据已在网上审核合格、验证完成的资质能力（如安全员证、登高作业证、施工负责人证等），为数据库中各作业人员设置施工工种权限。可通过办公网络，随时调取数据库信息，可通过终端验证指纹或面部识别，弹出人员数据库信息。

2.施工计划规范化

作业管理系统根据各处室提报的施工月、日计划，自动识别施工时间段、施工登记车站、施工范围，自动分析同一时段、同一作业区段，提示可共用天窗，增加天窗利用率，并同步生成施工作业单。

施工作业票根据施工计划上作业配合单位内容，下发到各作业单位，各作业单位根据作业内容，结合数据库各人员资质，安排施工负责人、防护人、特殊工种，选取安全作业风险卡控点，形成相应派工单并自动下发至相关作业人员手机APP，提示作业人员相关作业内容。系统可见相关作业人员是否确认内容，未确认自动提醒。

（二）施工登销记阶段管理

该系统取消施工负责人/驻站联络员登销记纸质行车设备施工登记簿，启用电子登销记，关键流程如下：

1.施工负责人/驻站联络员到车站身份识别系统调出施工计划，系统根据施工计划自动生成登记内容。

2.系统向车间/段配合监护人员、天窗点施工安全员以及其他要求人员发送身份识别要求，确认各流程人员全部就位，开始上传安全交底影像资料，现场进出场人员、物资及工具影像资料。

3.车站确认登记、行调批准登记，完成后下达栅栏门闸机开启命令。

4.作业进行中，通过现场安全监控设备实时监控现场作业信息。

5.现场向车站发送请求销记，同步上传现场进出场人员、物资及工具影像资料。

6.车站根据现场确认信息、现场监控设备传回检测数据，确认销记。

7.关闭栅栏门闸机、发送开通命令。

该流程需上一流程确认后，才能操作下一流程，有效克服了信息无法共享流程不能卡控的缺点，节约了纸质单据流转、电话请示的时间，提高了登销记环节的专业性、准确性，确保现场安全可控。

（三）施工作业阶段管理

1.“人、地、车”联锁防护

（1）机车端安装车载系统，接收RTK或RFID定位信息、速度信息、时间信息和状态信息；实时显示人员位置信息、线路灾害信息、联锁信息（信号机、道岔、区段状态信息等），实时显示机车所在的位置、速度、车列前方进路、调车信号、距离等。对前方进路相关作业人员进行自动位置追踪。

在接近道口、土挡、信号灯、尽头线、隧道、现场作业人员位置、线路灾害标识等位置会给出语音提示，在紧急情况下，车载通过车载控车系统控制机车减速或停车，以确保安全行车。

（2）地面端安装调度终端，监控机车、相关作业人员及线路灾害的实时位置，展示机车的运动状态、速度大小、牵引的数量、类型。能实时接收现场报警信息，能对施工现场和机车发送警报信息并通信。可确认报警信息是否被查看确认。所有操作信息、语音均记录于存储设备，方便进行事件回顾。

（3）施工人员端佩戴智能移动终端，向车载系统、调度终端发送自身位置信息，同时在电子地图上显示机车及其它施工人员信息，随时了解施工区域动态。移动终端具备语音视频功能，能与调度、机车实时交流。

（4）管理人员配备智能管理终端，远程复示调度情况和机车行驶关键信息，实现远程监控及办公，实时显示如到达车、外排车、调车计划、机车位置、运行状态、挂车、厂内现车等信息，为管理人员提供了可视化的图表及数据，极大方便了管理决策人员的动态管控和动态决策，实现企业铁路运输生产信息化和调度指挥的智能化管理。

该系统根除了传统设备管理方式的弊端，通过地图加信息的方式全面、直观、准确地反映了设备分布、现状及技术特征，通过移动端 APP 让涉及到铁路运输生产的每一个人都变成“安全员”，若发现现场有安全隐患，可随时随地拍照上传，实现资源共享，能够及时协调生产过程，保证实时高效化、安全管理。

在企业铁路行车安全方面，系统能监控到机车、站场及轨道沿线人员的实时分布情况，发现人员位于非安全范围内时（接车接近时的有效范围），将自动推送报警信息至对应人员携带的设备APP上，同时现场人员的设备将进行灯光闪烁报警和语音播报报警，人员未及时撤离的情况下，通知司乘人员采取相应措施，对现场作业人员作业防护瞭望不全面提供了有效的安全保障，同时也有效的防止了行车安全事故的发生。

（四）调度综合大屏显示

将整个站场区间布局显示在看板大屏界面上，将整个站场内的铁路施工、设备故障定位、安全隐患上报、设备设施检修维护、施工、预警，机车运行情况（调车计划、运行状态、挂车信息）、巡道、线路封闭、股道厂内现车等一系列与铁路相关事件，按空间位置的概念进行实时可视化的监控，进行安全预警及信息共享，实现站场全天候管控，为科学决策提供依据。

九、结语

本设计方案在分析企业铁路施工安全风险的基础上，对企业铁路施工全过程智能化、信息化管控进行了相关研究，提出了一套了企业铁路作业全过程信息化管理流程，旨在提升企业铁路作业管理效率，实现安全管理可视化，降低铁路运营安全事故风险，提升铁路营业线作业信息化应用水平。

参考文献

[1]梁娜.铁路营业线施工安全风险分析[J].中国安全科学学报.2020，30（S1），27-31.

[2]尹新庆.论铁路施工安全管理中存在的问题及对策[J].经济师，2011（01）：264.

[3]冯小芳，林宏.铁路营业线施工一体化管理系统设计研究[J].铁道运输与经济，2022，44（01）：80-86.

（作者单位：中国石油兰州石化公司油品调合中心）