謝文廣，劉 軍，陳同喜，楊 光，劉彥軍

（1. 中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司 安全監(jiān)察室，北京 100844；2. 中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵路大數(shù)據(jù)研究與應(yīng)用創(chuàng)新中心，北京 100081；3. 北京經(jīng)緯信息技術(shù)有限公司，北京 100081）

隨著鐵路科技設(shè)備的廣泛使用和安全管理的不斷規(guī)范，鐵路事故故障數(shù)量不斷減少，但仍面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，亟需從“人防”“物防”“技防”角度，運用大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)手段，保障鐵路運輸安全。

鐵路安全大數(shù)據(jù)分析是智能鐵路、運輸安全、人工智能、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域的交叉研究內(nèi)容[1-3]。眾多學(xué)者對高鐵安全頂層設(shè)計、安全風(fēng)險評估、事故故障分析開展了相關(guān)研究。荊偉等人提出了安全風(fēng)險分析、安全隱患分析、事故故障分析、設(shè)備畫像分析、人員畫像分析、安全綜合評估、安全綜合管理等大數(shù)據(jù)應(yīng)用功能模塊[4]；張新錦分析了基于云平臺和視頻數(shù)據(jù)的鐵路安全智慧預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用[5]；徐葉鵬研究了鐵路運輸安全風(fēng)險管控流程及安全風(fēng)險評價模型[6]；李科宏等人研究了基于模糊綜合評價法的高速鐵路運營安全管理成熟度[7]；楊連報、張磊等人運用文本分析技術(shù)研究了鐵路事故故障文本特征提取模型、分布式全文檢索、事故故障智能分類、基于知識圖譜的事故故障關(guān)聯(lián)分析和原因智能推薦等[8-9]；孫思齊基于車輛的基本臺賬、動檢信息、靜檢信息、維修信息、歷史事故故障等，建立車輛運營安全狀態(tài)的評估模型[10]。

目前，從鐵路局集團(tuán)有限公司（簡稱：鐵路局）安全管理的角度出發(fā)，基于“平臺+應(yīng)用”建設(shè)的安全大數(shù)據(jù)應(yīng)用相對較少。本文以中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司（簡稱：北京鐵路局）安全大數(shù)據(jù)建設(shè)為研究對象，切實考慮安監(jiān)室和業(yè)務(wù)部門迫切的安全管理業(yè)務(wù)需求，立足“平臺+應(yīng)用”的建設(shè)模式，研究鐵路安全大數(shù)據(jù)分析平臺的總體架構(gòu)，設(shè)計了設(shè)備綜合分析、人員綜合分析、安全管理分析等主要功能模塊，開展對設(shè)備和人員的精準(zhǔn)安全管控，對于促進(jìn)安全數(shù)據(jù)共享共用，提高安全管理效率，提升安全預(yù)警綜合能力，具有重要作用。

1 業(yè)務(wù)需求

1.1 設(shè)備安全綜合分析需求

鐵路局設(shè)備安全綜合分析主要涉及機務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、車輛、供電、房建6 個專業(yè)。設(shè)備安全數(shù)據(jù)整合后，匯集到鐵路數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，以便開展設(shè)備安全綜合分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)備安全薄弱環(huán)節(jié)，實現(xiàn)精準(zhǔn)安全管控；開展安全趨勢分析，對設(shè)備故障進(jìn)行超前預(yù)警，減少設(shè)備故障發(fā)生。

1.2 人員安全綜合分析需求

鐵路局人員安全綜合分析需匯集職工的基本信息、安全考核信息、崗位星級評定信息等，實現(xiàn)信息的高度整合和分析匯總。實現(xiàn)職工安全評價，展示職工安全狀態(tài)和綜合能力，診斷重點人員異常狀態(tài)等功能。

1.3 安全綜合管理分析需求

安全綜合管理分析需對安全管理相關(guān)的分散數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理、整合，開展風(fēng)險、隱患管控和治理效果之間的關(guān)聯(lián)研究，診斷管理異常行為和安全異常狀況，阻斷不良安全態(tài)勢，開展事故致因與風(fēng)險控制的前瞻性研究。

2 總體方案

2.1 總體架構(gòu)

鐵路安全大數(shù)據(jù)分析平臺以安全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)匯集和整合為基礎(chǔ)，以安全大數(shù)據(jù)預(yù)警為核心，集成各專業(yè)的設(shè)備數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)等，運用關(guān)系型/非關(guān)系型數(shù)據(jù)分析技術(shù)和人工智能算法，實現(xiàn)設(shè)備安全綜合分析、人員安全綜合分析、安全綜合管理分析等功能。平臺總體架構(gòu)如圖1 所示。

（1）既有系統(tǒng)

圖1 平臺總體架構(gòu)

平臺匯集機務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、車輛、供電、房建等既有系統(tǒng)中的設(shè)備、人員、安全管理等安全數(shù)據(jù)。

（2）平臺層

平臺層從既有系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、轉(zhuǎn)換、清洗等操作，按設(shè)備、人員、管理主題域進(jìn)行分類，并提供數(shù)據(jù)集成、共享、存儲和分析等服務(wù)。

（3）應(yīng)用層

包含設(shè)備安全綜合分析、人員安全綜合分析、安全管理綜合分析3 大功能模塊。

（4）用戶層

平臺用戶主要包括鐵路局決策層、鐵路局各業(yè)務(wù)部門、運輸站段等，平臺根據(jù)層級和權(quán)限為不同用戶提供安全大數(shù)據(jù)分析服務(wù)。

2.2 數(shù)據(jù)架構(gòu)

2.2.1 設(shè)備安全數(shù)據(jù)

（1）機務(wù)專業(yè)

主要包括各型機車的配屬時間、配屬段別、擔(dān)當(dāng)線別、擔(dān)當(dāng)任務(wù)、重量、功率、生產(chǎn)廠家等基本臺賬數(shù)據(jù)，機車設(shè)備報警信息和故障信息。

（2）工務(wù)專業(yè)

主要包括線路、鋼軌、橋梁、涵洞等基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)，動（軌）檢車、車載、軌檢小車、人工檢查等監(jiān)測檢測和報警超限數(shù)據(jù)，動態(tài)病害、靜態(tài)病害和鋼軌大修數(shù)據(jù)等。

（3）電務(wù)專業(yè)

主要包括區(qū)間設(shè)備、車站、通信機房及所轄設(shè)備等基本臺賬數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測報警數(shù)據(jù)、隱患庫數(shù)據(jù)、事故故障數(shù)據(jù)，綜合通信網(wǎng)管報警、故障數(shù)據(jù)，車載列控設(shè)備動態(tài)實時報警、故障數(shù)據(jù)等。

（4）車輛專業(yè)

主要包括動車基本臺賬，以及TEDS、WTDS、SJ、LY 等動車實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，動車管理信息系統(tǒng)故障、檢修數(shù)據(jù)。

（5）供電專業(yè)

主要包括接觸網(wǎng)支柱、絕緣子、接觸網(wǎng)懸掛錨段等設(shè)備的基礎(chǔ)臺賬，接觸網(wǎng)的動態(tài)檢測、6C 檢測、靜態(tài)檢測、檢查維修等數(shù)據(jù)。變電所的巡視、檢修、試驗等數(shù)據(jù)。

（6）房建專業(yè)

主要包括房屋、建筑物、站臺、消防、電梯、制冷、供暖等設(shè)備的基礎(chǔ)臺賬，病害信息、破損、侵限、設(shè)備狀態(tài)等級、設(shè)備故障、維保、預(yù)警等數(shù)據(jù)。

2.2.2 人員安全數(shù)據(jù)

主要包括安全問題通知書、指令書、干部寫實、職工考試、人員基礎(chǔ)信息數(shù)、星級評價、勞動競賽和客服質(zhì)量等相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.2.3 綜合安全管理數(shù)據(jù)

主要包括量化寫實數(shù)據(jù)、安全風(fēng)險數(shù)據(jù)、安全隱患數(shù)據(jù)、事故故障數(shù)據(jù)、安全考核數(shù)據(jù)和關(guān)鍵管控項點等。

2.3 技術(shù)架構(gòu)

平臺技術(shù)架構(gòu)如圖2 所示

圖2 平臺技術(shù)架構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)采集層

該層采集各專業(yè)設(shè)備、人員和安全管理數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗、治理后形成格式統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并存儲到數(shù)據(jù)庫。

（2）基礎(chǔ)服務(wù)層

該層提供結(jié)構(gòu)化/非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲等服務(wù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲并提供訪問；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫由HBase、HDFS 等組成，對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和分布式計算。

（3）數(shù)據(jù)訪問層

該層采用Hibernate 完成對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫映射，對外數(shù)據(jù)接口采用Restful 等方式進(jìn)行訪問。

（4）數(shù)據(jù)應(yīng)用層

該層采用Spring 技術(shù)對Spring MVC、Quartz 等技術(shù)進(jìn)行無縫整合，完成邏輯功能，實現(xiàn)技術(shù)框架的統(tǒng)一管理。

（5）數(shù)據(jù)展現(xiàn)層

該層采用Bootstrap 框架對頁面進(jìn)行響應(yīng)式渲染，通過ajax 異步請求實現(xiàn)與服務(wù)端的數(shù)據(jù)交互，顯著提升用戶使用體驗。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

（1）面向不同數(shù)據(jù)類型的接口技術(shù)

針對實時型、批量型、視頻等不同類型的數(shù)據(jù)源，采用基于StreamSets、Sqoop、FTP 等方式的綜合數(shù)據(jù)接口技術(shù)，使得不同類型的數(shù)據(jù)可以安全、快速、穩(wěn)定地接入平臺。

（2）混合存儲技術(shù)

應(yīng)對不同類型的存儲數(shù)據(jù)，平臺采用基于Greenplum、Hbase、HDFS、Hive、Ceph 等的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，解決實時關(guān)系型、變化量小、文件型、視頻型、流數(shù)據(jù)等類型數(shù)據(jù)的存儲問題。

（3）安全數(shù)據(jù)服務(wù)技術(shù)

平臺通過JDBC/ODBC、消息中間件、Web Service、RESTful API 為安全大數(shù)據(jù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化的多層次、多方面數(shù)據(jù)服務(wù)。

（4）知識圖譜技術(shù)

平臺建立安全問題與設(shè)備基本信息、設(shè)備監(jiān)測、設(shè)備檢測、設(shè)備維修、設(shè)備歷史故障間的知識圖譜，充分了解設(shè)備安全問題演變規(guī)律，給出解決安全問題的合理建議。同時，建立安全問題、安全檢查與設(shè)備單元、作業(yè)人員間的知識圖譜，實現(xiàn)安全問題的數(shù)據(jù)全景視圖。

3 主要功能設(shè)計

3.1 設(shè)備安全綜合分析

（1）機務(wù)設(shè)備安全分析

管理鐵路局所有機車的基本信息、設(shè)備質(zhì)量、設(shè)備報警和設(shè)備故障等信息，開展機車安全綜合分析，為業(yè)務(wù)部門深入掌握機車設(shè)備的安全性能和開展運用機車質(zhì)量階段性評估提供支撐。

（2）工務(wù)設(shè)備安全分析

包括工務(wù)設(shè)備狀態(tài)指標(biāo)統(tǒng)計分析、設(shè)備單元安全分析、關(guān)鍵指標(biāo)及安全態(tài)勢趨勢分析、設(shè)備綜合安全預(yù)警等功能，為業(yè)務(wù)部門和站段掌握全局工務(wù)設(shè)備安全態(tài)勢提供輔助決策支持。

（3）電務(wù)設(shè)備安全分析

包括設(shè)備安全關(guān)鍵指標(biāo)分析、設(shè)備安全綜合分析、設(shè)備安全預(yù)警及設(shè)備安全趨勢分析等功能，為業(yè)務(wù)部門和站段掌握電務(wù)設(shè)備安全態(tài)勢提供輔助決策支持。

（4）車輛設(shè)備安全分析

綜合分析動車組履歷信息、配屬信息、運用信息、檢修信息、故障信息、指標(biāo)信息。運用大數(shù)據(jù)分析和展示技術(shù)，分析動車關(guān)鍵安全指標(biāo)，為業(yè)務(wù)部門和站段掌握設(shè)備質(zhì)量狀態(tài)、開展階段性安全綜合評估提供依據(jù)。

（5）供電設(shè)備安全分析

通過檢測數(shù)據(jù)綜合評估接觸網(wǎng)和變電設(shè)備的安全狀態(tài)，掌握其安全趨勢，對設(shè)備缺陷、故障信息、外部環(huán)境開展安全綜合預(yù)警分析。

（6）房建設(shè)備安全分析

綜合分析房建設(shè)備的基礎(chǔ)臺賬、設(shè)備技術(shù)狀態(tài)、設(shè)備病害、監(jiān)測數(shù)據(jù)及故障信息。結(jié)合檢測數(shù)據(jù)開展房建重點設(shè)備的安全趨勢分析，主動發(fā)布安全預(yù)警信息。

3.2 人員安全綜合分析

（1）個人安全分析

平臺通過匯集人員基本信息、安全問題通知書、指令書、干部寫實、安全考試、星級評價、勞動競賽、客服質(zhì)量等數(shù)據(jù)，開展鐵路員工個人安全分析，分析易出現(xiàn)安全問題的時間段和典型安全問題。

（2）班組安全分析

平臺分析班組內(nèi)所有職工的星級評價狀態(tài)，以及班組人員學(xué)歷、工齡、技能等級等的分布情況，多維度展示班組內(nèi)人員的歷史榮譽稱號和獲獎情況。

（3）車間安全分析

平臺分析車間各班組人員星級分布，實時統(tǒng)計車間內(nèi)各班組的綜合評價結(jié)果，對車間重點關(guān)注時段和重點關(guān)注人員進(jìn)行安全預(yù)警。

（4）站段安全分析

平臺分析站段所有職工安全等級的人員分類及數(shù)量情況，展示段內(nèi)各車間最新的考核結(jié)果。

（5）專業(yè)安全分析

平臺分析全體人員的安全等級分布情況及工種、工齡、安全問題類型，基于人員的崗位分布情況和考核情況進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。

（6）全局安全分析

平臺分析鐵路局人員結(jié)構(gòu)分布及全局人員考核情況，對鐵路局各專業(yè)系統(tǒng)人員安全狀態(tài)進(jìn)行評估和分析。

3.3 安全綜合管理分析

（1）安全生產(chǎn)關(guān)鍵指標(biāo)分析

平臺匯集安全風(fēng)險過程控制管理系統(tǒng)和安全監(jiān)督管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，分析和展示安全風(fēng)險管控情況、安全隱患排查治理情況、高鐵和旅客列車安全情況、從業(yè)人員傷亡情況、責(zé)任鐵路交通事故情況、責(zé)任行車設(shè)備故障情況等安全關(guān)鍵指標(biāo)。

（2）安全風(fēng)險智能分析

平臺按照鐵路局、專業(yè)部門、站段、車間4 個層級，深入開展安全趨勢分析，診斷安全風(fēng)險及管控異常情況。按照重大、較大、一般、低的風(fēng)險級別，分析鐵路局、專業(yè)部門、站段、車間的安全風(fēng)險分布情況。

（3）安全態(tài)勢感知分析

平臺綜合評估鐵路局、專業(yè)部門、站段、車間的安全風(fēng)險、隱患、通知書、故障、事故等數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分布規(guī)律和趨勢變化，分析挖掘安全管理異常狀況，開展安全態(tài)勢感知分析。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計并研發(fā)的鐵路安全大數(shù)據(jù)分析平臺已于2019年8月在北京鐵路局實施并進(jìn)入試運行階段。本文以北京鐵路局的安全大數(shù)據(jù)分析平臺為研究對象，介紹了安全大數(shù)據(jù)分析平臺的安全業(yè)務(wù)需求、建設(shè)目標(biāo)、總體架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，同時，設(shè)計了設(shè)備安全綜合分析、人員安全綜合分析、安全綜合管理分析等功能模塊，對于促進(jìn)鐵路局安全數(shù)據(jù)共享，探索“平臺+應(yīng)用”建設(shè)模式，提高安全管理效率，具有重要意義。