顏新發(fā) 劉陽輝 黃 燕

1.長沙市軌道交通運營有限公司，湖南長沙 410000；2.廈門物之聯(lián)智能科技有限公司，福建廈門 361000

長沙市城市軌道交通進入快速發(fā)展期，地鐵線路組網(wǎng)的逐年擴大，同時也對地鐵運營企業(yè)關(guān)于地鐵現(xiàn)場的監(jiān)管管理、地鐵設(shè)施的日常保養(yǎng)監(jiān)督、鐵路零部件產(chǎn)品與耗材品質(zhì)諸多領(lǐng)域提出了更高的管理要求與挑戰(zhàn)。本文探討引入先進的物聯(lián)網(wǎng)NFC 技術(shù)運用于設(shè)備巡檢作業(yè)中，可對設(shè)備巡檢管理流程及過程規(guī)范、標準化、設(shè)備履歷和運行數(shù)據(jù)信息化、人員管理科學(xué)智能化、工作管理高效化，使得地鐵設(shè)備管理水平發(fā)生質(zhì)的提升。

1 設(shè)備巡檢管理存在的問題

1.1 人工計劃、排班、派工

設(shè)備巡檢、檢修工作是以人工排計劃、排班、派工、手工記錄檢修內(nèi)容；效率較低、容易出現(xiàn)漏錯。

1.2 數(shù)據(jù)分散、不利于質(zhì)量分析

設(shè)備質(zhì)量分析統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來源為臺賬記錄，數(shù)據(jù)分散、共享程度不高，使得統(tǒng)計分析工作任務(wù)重，容易出錯，即數(shù)據(jù)利用程度低。

1.3 數(shù)據(jù)采集記錄均依靠紙質(zhì)臺賬

紙質(zhì)臺賬種類多、量大、打印費用高；且不易于保存和實時查詢。

1.4 設(shè)備履歷記錄檔案不全

設(shè)備狀態(tài)記錄、巡檢記錄、檢修記錄及故障維修記錄僅在臺賬中進行登記，無法形成完整設(shè)備履歷。

由上可知，長沙軌道交通主要采用智能化的設(shè)備以提高設(shè)備巡檢工作整體質(zhì)量與效率，同時采取全天候的智能管理流程，有效地提升設(shè)備巡檢的規(guī)范化程度。

2 巡檢系統(tǒng)的設(shè)計方案

基于NFC的設(shè)備巡檢智能管理系統(tǒng)著眼于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，利用無線通信技術(shù)無紙化、智能化的檢修手段，使用NFC技術(shù)與智能手機地鐵相關(guān)設(shè)備運行情況進行巡檢與檢修，將巡檢人員的監(jiān)督到位和現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄入有機結(jié)合在一起，巡檢的過程控制與監(jiān)督工作均需要加強，使設(shè)備的運行管理的智能化與信息化進程加快，實現(xiàn)設(shè)備“巡檢智能化、管理規(guī)范化”，確保設(shè)備安全運行。

3 關(guān)鍵性技術(shù)分析

3.1 NFC技術(shù)

NFC 技術(shù)，即近場通信[2]，是一種由免接觸式射頻識別(RFID)演變而來的短距離的高頻無線通信技術(shù)，可以實現(xiàn)電子設(shè)備間完成點對點的非接觸數(shù)據(jù)傳輸與交換過程，NFC芯片擁有即時相互通信功能，并具有計算能力。該項目中利用NFC標簽標識設(shè)備位置，只有在巡檢員到位掃描標簽的情況下，才可執(zhí)行巡檢記錄，保證巡檢到位。

3.2 無線通訊技術(shù)

3G/4G/WIFI無線通信技術(shù)，利用電波信號在自由空間中傳播的特性進行系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息交換。

3.3 移動智能終端技術(shù)

手持巡檢終端采用NFC智能手機，通過NFC智能識別技術(shù)掃描NFC標簽進行對巡檢點的定位，并通過安裝在手機中的手機客戶端軟件實現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)的現(xiàn)場錄入及本地存儲，避免數(shù)據(jù)的混淆或丟失[3]。

3.4 現(xiàn)代數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

應(yīng)用的前提是確定好挖掘主旨、數(shù)據(jù)間建立連接、構(gòu)建數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及模型等基本步驟，使得數(shù)據(jù)分析過程體現(xiàn)的比較完整。在本項目中，評定設(shè)備故障等級與預(yù)測故障是數(shù)據(jù)挖掘的主旨問題。而數(shù)據(jù)之間的連接通過DOTNET平臺所包含的函數(shù)ADOMD.NET、ADO.NET等實現(xiàn)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)從本質(zhì)上說是與故障有關(guān)結(jié)構(gòu)，而數(shù)據(jù)挖掘模型建立離不開數(shù)據(jù)維度的選取及分割，同時還有選取合適的維度屬性、實事數(shù)據(jù)項等，在完成上述基本框架內(nèi)容后，就可以進行維度體系方面的設(shè)計。在后續(xù)的設(shè)計中，對維度類型詳細定義必不可少，需要定義維度的名稱及度成員，同時做必要的說明。故障模板維、時間維、設(shè)備維以及故障等級維構(gòu)成了設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)主要的四個維度。結(jié)合實際情況，開發(fā)設(shè)備智能巡檢管理系統(tǒng)軟件，指導(dǎo)設(shè)備管理部門工作。

4 系統(tǒng)硬件架構(gòu)分析

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的地鐵設(shè)備智能巡檢系統(tǒng)的主要硬件設(shè)備包括了設(shè)備房NFC電子標簽、手持式NFC手機與應(yīng)用服務(wù)器等三部分。本系統(tǒng)的硬件架構(gòu)設(shè)計圖如圖1所示。

圖1 智能巡檢系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計圖

計算機、數(shù)據(jù)服務(wù)器、巡檢終端、NFC 標簽、數(shù)據(jù)通訊設(shè)備構(gòu)成了本系統(tǒng)的硬件架構(gòu)。根據(jù)企業(yè)所需最低要求對數(shù)據(jù)服務(wù)器進行裝配，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是通過存儲型服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的，其中數(shù)據(jù)庫服務(wù)器能夠提供形式多樣的服務(wù)，包含了事務(wù)管理、查詢、索引、更新、查詢優(yōu)化、安全等，數(shù)據(jù)服務(wù)器采用數(shù)據(jù)雙備份，保證數(shù)據(jù)存儲的安全性[4]。

具有NFC功能的Android 系統(tǒng)手機作為巡檢終端，同時手機還具有較高的耐用性與可靠性，可以適應(yīng)多種環(huán)境。同時具有簡單便捷的操作界面，使用人員容易掌握系統(tǒng)的操作。與其它設(shè)備不同的是，本系統(tǒng)的智能終端擁有4G網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，便于巡檢人員在工作過程中實時發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。巡檢終端的屏幕采用高亮度的設(shè)計，即使在陽光照射下仍能夠清晰識讀巡檢參數(shù)[5]。

4.2 電子標簽

本系統(tǒng)實現(xiàn)了對設(shè)備巡檢的智能化管理，很大程度上簡化了巡檢員的工作流程，根據(jù)前期的調(diào)研情況可知，在一般的設(shè)備房中只需安裝1個NFC標簽，對于那些規(guī)模較大的設(shè)備房（例如：環(huán)控機房（空調(diào)）、隧道風(fēng)機房）應(yīng)該增加至3個左右的標簽，電子標簽的意義在于標識巡檢位置，目的是確保巡檢工作到位，同時只有巡檢員掃描電子標簽的情況下，系統(tǒng)才會有巡檢記錄。電子標簽一般采用膠粘或機械固定方式進行固定。通常在設(shè)備房入口的醒目位置進行標注。NFC電子標簽內(nèi)只存儲標簽卡號，在后臺與設(shè)備房互相綁定。

電子標簽沒有裝配內(nèi)置電池，其工作原理是：在閱讀器的讀出范圍之內(nèi)時，電子標簽可以從閱讀器發(fā)出的射頻能量中獲取其工作所需電源，采用反射調(diào)制方式完成電子標簽信息向閱讀器的傳送。閱讀器接收到NFC卡號內(nèi)容后，通過后臺系統(tǒng)匹配巡檢任務(wù)。

4.3 手持設(shè)備

手持機采用結(jié)實耐用的三防智能機，智能機的性能優(yōu)越，保證了智能機高效運轉(zhuǎn)，設(shè)備屏幕為4.7寸的電容觸摸屏，同時擁有4G與NFC模塊，參考了最新的設(shè)計工藝，使得手持設(shè)備更加輕薄，攜帶便捷。這種三防智能設(shè)備能夠做到防水防塵防摔功能，其內(nèi)部更是配備了高容量電池，可以保證設(shè)備長期穩(wěn)定工作。

同時，手持機也內(nèi)置了WiFi模塊，能夠通過無線網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器進行連接，接收到每日的巡檢任務(wù)，同時也可以下載巡檢設(shè)備的作業(yè)指導(dǎo)書和臺賬，當(dāng)環(huán)境中沒有無線網(wǎng)絡(luò)時，也可以通過電腦與手持機有線連接的方式進行數(shù)據(jù)傳輸。一旦手持機獲取巡檢任務(wù)，后續(xù)的整個巡檢過程將通過單機狀態(tài)進行。手持機的NFC模塊讀寫距離約為2～5cm，具體的讀寫距離可以通過調(diào)整RFID模塊功率來進行調(diào)節(jié)。

5 系統(tǒng)軟件功能架構(gòu)

5.1 總體設(shè)計

巡檢系統(tǒng)按照軟件功能總體可以分為巡檢管理系統(tǒng)、巡檢終端系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)等三大系統(tǒng)。巡檢管理系統(tǒng)主要包括了巡檢管理、設(shè)備信息、故障管理及設(shè)置等模塊，管理系統(tǒng)主要由管理人員、與業(yè)工程師、計劃員、工班長等進行操作。

5.2 巡查工作業(yè)務(wù)流程

根據(jù)軟件總體設(shè)計，分為巡檢后臺和巡檢終端，智能巡檢系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

圖2 智能巡查工作的業(yè)務(wù)流程示意圖

5.3 巡查管理

巡檢管理模塊為智能巡檢的核心功能，使用人主要為工班長角色，其可分配任務(wù)、查詢進度、打查看（抽檢）巡檢記錄。

（1）巡檢任務(wù)。工班長對巡檢計劃進行任務(wù)分配，分配時可選該工班的在崗人員，任務(wù)分配需將該天所有巡檢計劃全部分配完。

（2）巡檢統(tǒng)計。服務(wù)器接收到巡檢數(shù)據(jù)后，對巡檢數(shù)據(jù)內(nèi)容將進行全面分析，這樣可以便于管理者快速的掌握巡檢點實時情況。與此同時，巡檢管理者能夠參考巡檢位置、專業(yè)設(shè)備以及工班組巡檢人和巡檢日期等方面檢索相應(yīng)的巡檢數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了全部查詢與缺陷查詢的兩種模式。

5.4 故障管理

以設(shè)備故障處理流程為核心進行功能結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要包括故障工單管理、故障查詢統(tǒng)計和故障分析。

（1）故障工單管理：主要是對從各方人員的反饋接收到的設(shè)備故障信息進行記錄，根據(jù)具體可行的故障解決方案進行處理，并對故障任務(wù)狀態(tài)進行實時跟蹤，當(dāng)故障任務(wù)解決完成并進行確認后，關(guān)閉故障單。故障處理流程主要有故障提報、指派、處理、確認、跟蹤、確認、關(guān)閉等。

（2）故障查詢統(tǒng)計：故障統(tǒng)計功能是故障事務(wù)管理中非常重要的一項功能，故障信息查詢、統(tǒng)計主要包括按故障進行查詢統(tǒng)計（故障現(xiàn)象、故障解決措施等），按設(shè)備信息進行查詢統(tǒng)計（設(shè)備編號、故障所屬系統(tǒng)等），模糊統(tǒng)計（根據(jù)對于數(shù)據(jù)需求的實際情況，任意選擇故障信息中的一個或者多個字段進行查詢、統(tǒng)計）。

（3）故障分析：故障分析主要是利用故障歷史記錄中的資料，針對相同、相似故障信息，可形成典型故障，并形成故障分析報表；故障提報錄入時可根據(jù)故障現(xiàn)象關(guān)聯(lián)典型故障，為故障處理人員能夠快速、準確地進行故障處理提供有參考價值的解決方案。可形成定期故障分析報表，提供分析決策。

6 結(jié)語

2018年長沙地鐵2號線光達站首先開始使用該設(shè)備巡檢系統(tǒng)。通過使用該巡檢系統(tǒng)，使巡檢人員、線路及設(shè)備檢修部門的巡檢工作更標準化和流程化。

物聯(lián)網(wǎng)NFC技術(shù)運用于地鐵設(shè)備智能巡檢工作中，能夠使線路和設(shè)備檢修部門在設(shè)備巡檢工作上實現(xiàn)無紙化數(shù)據(jù)收集，對巡檢人員的工作情況進行了有效監(jiān)督，使得地鐵設(shè)備巡檢工作智能化程度極大提高，地鐵運營成本極大降低、管理工作實現(xiàn)了精細化，智能化設(shè)備巡檢系統(tǒng)具有低成本、易操作等顯著優(yōu)勢，為地鐵設(shè)備低故障率和安全運行保駕護航，推動了長沙地鐵設(shè)備巡檢的信息化、智能化建設(shè)進程。

[1] 蔣偉，周衛(wèi)軍.基于空間句法的長沙地鐵線路規(guī)劃可達性評價[J].湖南文理學(xué)院學(xué)報（自科版），2012，24（1）: 74-77.

[2] 呂一鋒，陳淋.地鐵運營隧道安全巡檢系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2014，17（10）: 126-128.

[3] 董曉婷.上海地鐵電梯巡檢管理系統(tǒng)及其標準化流程研究[J].交通世界，2016（22）: 130-132.

[4] 李聰，劉曉軍，吳永城，等.基于B/S架構(gòu)的可視化地鐵設(shè)備巡檢管理系統(tǒng)的巡檢方法: CN，CN103544739A[P].2014.

[5] 劉明明.南京地鐵FAS系統(tǒng)設(shè)備維護與管理[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2009（2）:30-31.