铁路智能巡检系统.docx

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铁路智能巡检系统

****有限公司

铁路设施GPS巡检管理系统

系统设计方案

版本<13.5.24>

2012.9

第一章、需求分析

第一节、项目背景

 现代社会飞速发展，铁路设施已成为经济发展的重要公用基础设施之一，并关系到广大百姓的日常生活。

铁路设施有其特定功能，因此必须加强对管理。

目前铁路行业主要通过人员的日常巡检巡视和远程监测系统相结合的方式对铁路设施实现日常管理和维护。

铁路设施的日常巡检工作主要为：

对不同类型的铁路设施制定相应的日常巡视保养周期以及巡检保养的具体工作内容，即巡检计划。

铁路设施日常巡视保养人员应根据巡检计划在规定的巡视周期内完成巡视保养工作，在现场记录铁路设施的状态和运行数据，完成故障处理要求。

管理者收集现场采集的铁路设施的运行状态和运行数据，安排对铁路设施的维护保养，并对设施状态的变更在台帐中予以更新。

并通过以上数据的积累和数据挖掘为铁路设施和设施的更新，选型作辅助决策。

第二节、需求分析

1.巡检人员巡检到位管理

了解巡检人员真实巡检到位情况和巡视检查工作轨迹

掌握设定的巡检计划的实施质量

记录铁路设施巡检的历史时间节点

2.铁路设施工作情况，运行参数，环境状况的采集与统计分析

巡视检查中对铁路铁轨、沿线设施的工作状态、各类故障，等运行参数，施工、占压等环境状况等检查项目的结果做现场的记录。

通过对以上信息和数据的自动分析、统计，评估铁路设施的工作状况，为维护和保养积累数据提供辅助决策。

3.设施GIS及电子台帐（甲方无GIS，供方可提供GOOGLE地形图）

建立区域地形道路GIS图和设施的GIS地图，通过坐标化实现对设施的可视化管理。

在系统中建立包括基本属性、维修维护记录、动态参数在内的设施的电子台帐，结合GIS地图，为铁路设施的运行维护提供基础数据。

4.现铁路设施资料查询

巡检人员在巡检现场可在巡检仪上查询到铁路设施的台帐资料、提供工作内容指引、现场位置指引、周边设施查找等信息，提高现场巡检工作的效率。

第二章、系统概述

第一节系统基本原理

根据项目需求，系统设计为由GPS和RFID电子标签两种方式同时定位；定位信息和现场采集的铁路设施工作信息由GPRS（CDMA）网络实时上传到系统管理平台（也可通过USB数据线提供非实时的数据上传）。

系统管理平台对以上数据自动归档保存，并自动统计与分析，提供巡检到位统计和铁路设施工作情况两大类报表。

结合铁路设施的GIS地图和电子台帐，可以实现对铁路设施从新建到日常运行、维护保养直至废除的全程管理。

巡检到位管理

巡检人员随身的携带手持式巡检仪同时内置了GPS定位、RFID读卡和GPRS通讯模块，巡检人员巡视检查过程中，巡检仪会自动连续记录下当前坐标信息，通过GPRS网络实时发回到系统管理软件，并形成巡视检查的工作轨迹。

同时在铁路设施上按一定距离间隔和重要节点上安装电子标签信息点，在巡检过程中按工作计划用巡检仪读取电子标签信息点，信息点的序列号和读取时间会自动记录在巡检仪中，同时可通过GPRS网络实时上传到系统管理软件（也可通过USB数据线上传导系统管理软件）。

根据GPS的定位信息和信息点读点记录，系统自动对比预设的巡检计划，生成客观有效的巡检到位统计报表，从而保证巡检工作按计划的正常实施。

铁路设施运行信息管理

巡检人员在对安装了信息点的附属设施巡视检查时，读取信息点后，会自动提示对应的检查工作内容，并显示该设施的地图位置和台帐信息，巡检人员将工作内容通过事件选择、数字输入、汉字输入或拍照的方式记录在巡检仪内，和读卡记录一起可通过GPRS网络实时上传到系统管理软件。

在铁路设施没有安装信息点的地点和设施处，巡检人员可以通过GPS位置寻找确定当前位置和铁路设施设施的信息,然后记录工作内容，和当前的位置信息网络一起通过GPRS实时上传到系统管理软件。

系统管理软件会自动对铁路设施的工作状态归档保存，并对故障、维修信息、运行参数做统计分析，生成各类报表。

由于所有的工作状态信息都绑定了信息点或是GPS数据，可以最大程度上保证数据的真实性和准确性。

铁路设施可视化管理

通过建立铁路设施和对应区域的地形道路GIS系统，以及铁路设施的电子台帐，可以在GIS平台中结合铁路设施的地理位置和周边环境，查看及基本属性，巡检记录，维护保养记录，工作状态，运行参数等等信息，实现可视化的设施管理。

同时可将电子台帐资料及地理位置信息下载到巡检仪中，方便巡检人员在现场查看，为现场维护保养或是维修提供有力的信息支持。

第二节、系统关键技术

GPS定位技术

全球卫星定位系统（GlobalPositioningSystem简称GPS）是随着现代科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线电导航定位、定时的多功能系统。

它利用位于距地球2万多公里高的由24颗人造卫星组成的卫星网，向地球不断发射定位信号。

地球上的任何一个GPS接收机，只要接收到三颗以上的卫星发出的信号，经过计算后，就可以报出GPS接收机的位置（经度、纬度、高度）、时间和运动状态（速度、航向）。

目前，没有任何一种传统的导航定位技术能够达到GPS这样的高精度、高速度、全天候和全球性的性能。

GIS地理信息系统

GIS（GeographicInformationSystem）是近些年来迅速发展起来的一门新兴技术。

它作为制图学、计算机技术、地理、遥感、统计、测绘、通讯、规划和管理学科交叉运用的产物广泛地运用在各个领域。

在本系统中，主要用于在计算机系统中对地图的显示和管理以及铁路设施信息的管理。

RFID无线射频识别

RFID电子标签每个可提供独一无二的序列号编码，并有多种封装方式，适合在野外环境使用。

GPRS网络介绍

GPRS（General　Packet　Radio　Service，即：

通用分组无线业务）是相对于传统的GSM传送方式，具有“高速传输”、“永远在线”、“按量计费”和“自如切换”等优点，全面提升移动数据铁路质量。

高速传输、快捷：

峰值传输可达53.6Kbps，超过GSM技术3-5倍（与网络情况有关）永远在线—方便：

只要激活GPRS应用后，将一直保持在线状态。

第三章系统构成与主要功能

第一节．系统构成

GPS巡检人员管理系统由三部分组成，即手持设备部分、电子标签信息点和系统管理中心部分。

系统总体设计图

工作流程图

根据项目要求及使用环境要求，防护系统选用了防护等级达到IP64的工业级手持式巡检仪，无源型全密封设计的电子标签，软件采用B/S结构（网页浏览方式）设计，避免了C/S结构（客户端方式）安装客户端麻烦，访问速度慢，系统稳定性差的弊端。

第二节．硬件介绍

1．手持式巡检仪GRT-PDA

主要特性：

工业级三防设计防水/防摔/防尘

集成了RFID、GPS、GPRS等模块

内置摄像头

内置WINCE操作系统和功能强大的巡检手持端软件

带触摸屏和全功能32键键盘，可通过手写或键盘输入信息和操作软件

3.2寸彩色TFT-LCD液晶

超大存储内存，完整放置全部铁路设施的电子台帐、照片、维护记录等海量信息数据库

通过基于WINCE平台的巡检手持端软件软件，可以方便的查询电子台帐、巡检计划、查找当前位置附近设施，并可在巡检中完成复杂的巡检工作内容填写和申报，并上传现场照片。

配置与参数

*RFID格式工作频率：

125K读写距离：

2cm-5cm

*GPS：

应用SIRFⅢGPS定位模块定位精度5-10m

*使用环境：

工作温度：

-25℃至80℃

储存温度：

-40℃至80℃

湿度：

5%RH--95%RH（无凝露）

跌落规格：

在操作温度范围内，6面均可承受1.5米高度跌落至水泥地面的冲击

滚动规格：

1,000次0.5米，六个接触面滚动

密封环境：

IP65

*物理参数：

尺寸：

186.5*75*31mm（标准电池配置）186.5*75*38.9mm（4,000mAH电池配置）重量：

400克

*性能参数：

CPU：

SamsungARM920T@533MHz

内存：

128MBRAM/1GBFlash存储

存储空间扩展：

支持最大8GMicroSD（TF）卡

触摸显示屏：

彩色3.2英寸QVGA仿玻璃耐用触摸屏，TFT-LCD、65K色、240X320（QVGA尺寸）

按键：

31个软硅胶按键

*输入方式：

标配手写笔，手写、触摸输入或键盘输入

*电池容量：

可选充电式聚合物电池（3.7V4,000mAH）

扩展插槽：

SIM卡、SAM卡、MicroSD（TF）卡

*无线通讯功能：

支持GPRS和CDMA无线网络

传输距离：

支持IEEE802.11b/g协议，需要有效无线局域网信号覆盖。

*拍照功能

摄像头：

Samsung320万像素摄像头2048（H）×1536（V）,QXGA

2．电子标签信息钮GRT-EM

工作频率：

13.56MHz；

电源：

读头驱动方式无需电源；

感应距离为5CM以内；

使用具有唯一性的数字代码；

抗冲击、防浸水，坚固，无使用次数限制；

可在-40℃―+80℃的温度范围内使用

多种封装方式可适合吊装、埋入安装、螺丝安装、粘贴安装，并有适合安装在金属表面的防干扰封装

系统管理软件介绍

1．软件结构介绍

软件采用先进的B/S结构，应用SQLSERVER，WEBGIS等核心技术开发，地形道路图使用GOOGLEMAP。

（GOOGLEMAP为免费的道路地形GIS资料，每年会做一定的更新，在用户还没有建立或购买测绘道路地形数据时，是较理想的选择，既可提供较准确的道路地形资料，又可为用户节约大量的地图购买和每年更新的费用，也避免了可能发生的地图资料版权法律纠纷）

软件网络结构示意图

巡检数据，铁路设施GIS资料，电子台帐信息，用户信息等系统管理软件数据统一发送并保存在一台数据库服务器中，并由该服务器负责以网页形式发布软件。

用户可用任意电脑由局域网或者是外网直接用浏览器访问使用软件，不需要安装任何客户端软件。

这样不仅大大提高了使用软件的便利性，更加强了系统的稳定性，确保了系统数据的安全和可靠性，又避免了由于客户端软件带来的系统不稳定性，同时系统的维护工作量大大降低。

软件结构示意图1

软件结构示意图2

软件功能介绍

系统管理软件主要功能模块包括：

巡检到位管理/铁路设施运行管理/铁路设施电子台帐/GIS平台

巡检到位管理

*巡检计划编制

对信息点安装位置、铁路设施设施构建、修改关联关系。

对设施没有安装信息点的铁路设施和区域可在地图上设置位置考核点。

巡检计划编制，针对信息点和位置考核点制定巡检计划，包括巡检样板设置，巡检周期设置，可设置日计划、月计划、季度计划和临时计划。

设置巡检人员和不同铁路设施巡检工作内容。

*巡检到位报表

通过现场采集信息点的信息和时间和巡检计划做自动比对

通过GPS巡检位置信息和巡检计划设置的巡检考核点位置做自动比对

提供巡检记录明细查询表，可查询巡检人员、巡检地点、巡检设施和巡检时间，巡检停留时间在内的巡检记录

自动分析巡检计划实施中的漏巡，正常巡检，不合格巡检信息

提供巡检人员巡检到位考核报表、巡检计划实施情况报表、设施巡检记录报表等

*GPS巡检轨迹分析

巡检人员实时定位

巡检人员巡检轨迹回放

巡检距离、巡检速度计算

铁路设施运行管理

对每次巡检时记录和上传的铁路设施的工作参数作自动分析

提供每次巡检中铁路设施的工作情况和照片的查询

对铁路设施的工作情况的历史记录

并按管理要求作各类分析，包括缺陷分析，故障统计，历史参数分析等等

铁路设施电子台帐

铁路设施与附属设施的新建，维护，废除以电子台帐的方式纳入系统管理，可方便地搜索查找设备及相关属性，并按巡检采集回的信息及时更新，更和GIS地图的位置信息直接勾连，可在地图上搜索，定位

GIS模块（备选）

1）地图制图

2）地图浏览

3）距离量算、Tip查询

4）设备定位、点图查询

5）空间定位（地图导航、空间查询、路口定位、单位检索、道路追踪）

图层控制、地图标注、地图打印、地图输出

对铁路设施和现场情况拍照，实时上传

系统主要技术指标

系统容量

本系统设计容量为100台，可根据实际需要进行扩展。

覆盖范围

GPRS网络的覆盖范围。

定位精度

与实际位置相比，误差在15米以内。

GPS重新捕获时间

Ø热启动

热启动时间≤30秒，在电源不断电的情况下重新启动设备，捕获卫星信号的时间在30秒以内。

Ø冷启动

冷启动时间≤180秒，在拔下GPS电源后重新通电启动GPS，捕获卫星信号的时间在180秒以内。

系统特点

实用性

GPS人员巡检管理系统的设计以方便、简捷、高效为目标，操作简单，维护方便。

精确性

提高系统定位精确度的关键在两项技术，一是要生成准确的GIS地图，另一项是对GPS手持终端定位偏差的修正。

ØGIS地图精度高

系统所用GIS地图是根据泰能公司GIS系统导入的数据，能最大程度的保证道路，尤其是铁路设施位置的准确性。

Ø手持终端定位精度高

终端GPS系统采用了SiRFstarIIIGPS芯片技术，定位精度误差在15米以内。

扩展性

考虑到目前**对巡检工作仅需要实现到位管理的功能，日后有可能会对巡检管理工作有更高的要求，所以在手持终端，在系统软件设计的时候，充分考虑到日后扩展功能模块的便利性，可以在不更新手持设备，不替换系统数据库的前提下，直接增加系统功能模块，升级为铁路设施的巡检综合管理平台。

同时在设计时考虑与GIS系统的集成，设计了针对SUPERMAP平台的数据接口，保证地图数据更新的便利性。

有需要的话，也可以将设施信息或巡检信息输入集成到GIS或其他管理系统中。

稳定性

作为铁路设施日常维护一个比较重要的系统，必须能高可靠的连续运行，本系统本着经济实用，高性价比的原则设计，从系统结构、设计方案、技术保障等方面综合考虑，设立单独的数据和铁路服务器，使得系统能保证稳定可靠。

5.系统可扩展性

6.在满足目前对巡检到位管理要求且不增加使用和建设成本的前提下，充分考虑铁路设施巡检的管理要求，如对巡检现场铁路设施的情况的记录和上传，铁路设施的台帐管理；对铁路设施的巡检管理；对铁路设施的运行参数和工作情况的记录，汇总和分析（包括缺陷分析，运行趋势等），手持机端铁路设施资料及GIS查看等。

保证在不更换现有的手持设备和系统平台的情况下，可通过增加软件功能模块，对管理系统实现功能升级。

第四章系统部署与安装

7.系统部署便利性

8.在部署系统时的重点是泰能公司业务范围内的地形和铁路设施资料的导入，充分利用泰能公司现有的GIS资料和CAD图档，经过处理可以在较短的时间内将地图资料导入到GPS巡检管理系统中，完成系统数据的初始化。

9.低使用成本

10.系统建设完毕，投入使用后，要充分考虑到用户的使用成本，系统投运后，发生的使用费用仅有GPRS的流量费，因为目前系统只需上传巡检人员的位置信息，所以流量估计在40M/月以下，所以系统的使用费用为10元/月/巡检仪，成本较低。

11.3．系统维护的便利性

系统维护的工作量主要是对GIS地图的维护，因为地形道路和铁路设施每年，每月都可能有较大的变动，所以如何及时，方便，低成本的更新地图信息，是保证系统有效运行的一个必要条件。

鉴于**公司已在建设GIS系统（基于SUPERMAP平台），所以在设计和建设GPS巡检管理系统时，会预留地图数据接口，支持SUPERMAP可提供导出地图数据格式。

以后只需在地图有更新时，在GIS导出地图数据，通过GPS巡检系统提供的接口直接导入，完成对地图数据的更新。

这样，用户无需支付维护费用，就可方便的保证系统的更新和正常运行。

系统保障

系统稳定性

系统软件设计及数据调度中采用纠错冗余技术，保证系统安全及准确性。

系统包含的维护及故障处理子系统能及时报告并处理系统中各个部位存在的问题。

例如，当管理中心接收不到手持终端的定位信息时，维护及故障处理子系统会自动检测系统以下各个部位的状态：

Ø终端的GPS是否正常工作，是否有信号及信号的强弱

Ø数据库服务器状态

Ø地图服务器状态

Ø中心网络状态

上海格瑞特公司铁路设施巡检管理系统在行业内部分客户名单：

1.郑州铁路月山段巡检管理系统

2.包头铁路局铁路沿线巡检管理系统

3.上海地铁

4.上海机场

5.哈密煤电厂

6.泉州水电厂

7.江苏江远热电厂

8.齐鲁石化

9.国网南瑞

10.广西铁路百色局

11.嘉定电信

12.青浦电信

13.中国移动绵阳分公司

14.中国移动宜宾分公司

15.中国电信泉州分公司

16.国网电力多个变电站以及输电线路

17.上海大众，

18.上海浦东销售公司输配所

19.上海浦东销售有限公司营业所

20.上海市北

21.无锡华润，

22.上海市天然气铁路设施公司

23.上海天然气铁路设施金山输配部

24.上海市北等公司,

25.上海金山,

26.湖南岳阳华润

27.上海青浦

28.吴淞煤气制气厂

29.浙江湖州新奥

30.洛阳新奥有限公司

31.宿迁中石油昆仑

32.建湖中石油昆仑

33.徐州中石油昆仑

34.射阳中石油昆仑

35.东台中石油昆仑

36.宝应中石油昆仑

37.东海中石油昆仑

38.泰州中石油昆仑

39.洛阳新奥

40.青岛泰能集团

41.沅江中石油有限公司

42.潜江华润有限公司

43.宜城华润

44.潮州中石油

45.大庆

46.宁波杭州湾华润有限公司

47.昆明华润有限公司

48.众多中石油中石化企业

的铁路设施，调压器，阀门，管线牺牲阳极等的巡检管理

同时格瑞特公司提供各行业巡检软件定制工作。

上海格瑞特科技实业有限公司

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