铁路外部环境安全管理信息 系统设计研究

全 超，徐 鹏, 孙新宇，吴 霞

（1.北京交通大学 交通运输学院，北京 100044；2.中国国家铁路集团有限公司 安全监督管理局， 北京 100844；3.中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081)

铁路外部环境是指铁路线路周边自然环境和社会环境的总称[1]。随着我国铁路的发展以及城市规模的扩张，铁路周边大量出现的彩钢瓦、树木、违章建筑等安全隐患，已直接影响到列车运行安全与秩序[2-4]，外部环境安全问题日益凸显。铁路外部环境安全管理，即铁路运输企业对铁路沿线安保区内、外区域定期集中排查，及时发现外部环境隐患，联合地方政府开展隐患治理，降低外部环境对铁路运输的影响。为高效管理铁路外部环境隐患数据，亟待构建全路统一的铁路外部环境安全管理信息系统，实时动态掌握全路外部环境隐患态势、治理情况，促进铁路各单位间、各专业间以及铁路与地方部门间的信息共享。

1 铁路外部环境安全管理信息系统总体设计

1.1 需求分析

（1）铁路外部环境安全管理需要实现对隐患的全过程闭环管控。外部环境隐患的管理，由工区检查人员登记隐患，上报车间审核，交由站段定级，确定整治负责人，开展整治行动，完成销号。过程中整治负责人可以对不满足上报要求的隐患进行驳回，对难以治理的隐患申报上级协调治理，销号负责人需要严格把关，做到记名纪实，信息留痕。此外，外部环境安全监管部门应随时掌握隐患的治理进展，对因责任单位治理不力导致的隐患未治理情况，及时跟进并发出警告。因此，系统需要实现隐患的全事件记录、全过程提醒、关键节点预报警等管理，夯实外部环境安全管理工作的基础。

（2）铁路外部环境安全管理需要高效、直观的隐患信息分析平台。铁路部门在日常治理工作中，需要查看路内各专业的隐患档案信息，便于各部门间沟通交流，各专业间协调治理。在治理结束后，铁路监管部门需要评估隐患的治理成效，对工作量进行考评，开展铁路内部奖惩激励工作。铁路监管部门需要掌握各级地方政府区域内的隐患问题数量，动态评估隐患整治情况、发展态势、分布态势，适时开展路内外会商、约谈，督促地方政府协调整改。因此，系统需要实现隐患信息的共享、治理工作量的评估、隐患信息的多维度统计与态势分析，从而辅助治理与科学决策。

（3）铁路外部环境安全管理需要统一的资料维护、发布平台。外部环境中存在着大量侵占铁路用地、挖沙取土、开采地下水等危害铁路安全的行为隐患，铁路部门需要快速获取相关法律法规、行业标准规范，及时通知违法责任人违反事项，开具违法通知书。对于外部环境隐患引起的列车碰撞、接触网短路等事故故障，铁路监管部门需要利用其追溯事故源头，评估风险诱因，确定隐患治理的薄弱环节和工作重心。此外，外部环境安全管理工作由铁路部门牵头排查、地方部门配合治理，有必要明确每件隐患的地理权属、机构权属，便于铁路部门与地方政府对接隐患信息。因此，系统需要实现法律法规、事故案例、铁路管界等资料的维护，协助铁路部门依法维权，支撑路地双方协同工作、联防联控。

1.2 系统目标

根据需求分析，铁路外部环境安全管理信息系统主要在隐患管理流程、隐患管理数据、隐患分析及决策等方面实现规范化、标准化、专业化等目标。

（1）规范化隐患管理流程。基于隐患的信息流驱动技术，以隐患登记入库为起点，盯控整治进程，全面支持发书、发函、约谈、协调会议、现场处置、维权等整治措施，提供整治前后现场照片、视频等资料，由确认入库单位、部门审批销号，实现隐患登记、分级入库、路地联合整治、申请销号和依责任确认销号的规范化、自动化流程管控。

（2）标准化隐患管理数据。统一隐患等级、类别、状态、整治措施等元数据，标准化隐患数据描述，为各级单位、专业部门间共享隐患数据奠定基础；根据统一的元数据，采用基于隐患的可配置管理流程，适应各铁路局集团公司管理特点，实现环境隐患“一事一档”标准化管理。

（3）专业化隐患分析、决策。利用专业化统计分析和展示手段，从行政区划、铁路单位、线路类别方面，在隐患类别、等级、整治方式等维度上，统计隐患总量、销号数量、整治情况等，辅助铁路各级单位部门管理、协调隐患排查、治理工作；借助铁路GIS线路专题图和可下钻地方行政区划专题图，分析隐患数量和整治进度，为协同地方部门开展联合治理、推进属地安全治理提供数据支持；将历史隐患按照不同时间粒度(年、季、月)切片，分析行政区划态势图、铁路单位态势图、线路态势图，把握环境隐患随时间的出现规律，为中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)、铁路局集团公司提供隐患管理决策分析手段。

1.3 总体架构

根据国铁集团信息化总体规划[5]，铁路外部环境安全管理信息系统和铁路事故故障管理系统同属于安全监管系统，是全路性业务应用系统中运输生产系统(TPS)的组成部分。系统部署在国铁集团大数据中心，应用于3级用户，通过数据接口与其他系统交换数据。铁路外部环境安全管理信息系统总体架构如图1所示。

图1 铁路外部环境安全管理信息系统总体架构Fig.1 Overall architecture of information system for safety management of railway external environment

（1）系统用户。根据国铁集团2级法人、3级管理的架构，系统覆盖国铁集团、铁路局集团公司和站段3级单位。考虑隐患排查、监控的需要，系统应用延伸至车间和工区。环境隐患种类达66种、影响面广，系统用户来自环境、工务、电务、供电、车务、房建、货运、机务和车辆等专业部门及科室。

（2）系统架构。包括功能展示层、核心服务层和基础平台。功能展示层以环境隐患管理业务为导向，根据外部环境隐患管理、隐患分析、治理评价、专项活动、重点关注、平安铁路和案例学习等业务需求，根据用户岗位和职责权限定制不同的功能；核心服务层以隐患完整信息流为支撑，以多维度统计分析为手段，以基于时间切片的态势分析为核心，提供全过程闭环管理、多维度分析利用、态势分析与辅助决策服务，支撑业务功能的实现；基础平台是系统的基础，为实现核心服务和各项业务功能提供隐患数据、空间位置、地理信息平台、事故故障数据、法规标准和系统维护等支撑。

（3）数据接口。基于规范的接口协议，系统与事故故障管理系统直接通过安全监管系统间接口共享数据，与其他专业领域的铁路工务管理信息系统、铁路运输调度管理系统、铁路综合视频监控系统、铁路机车视频监控系统等，通过数据服务平台的数据接口交换数据。

2 系统功能模块

2.1 隐患信息管理模块

隐患信息管理模块提供隐患全事件记录、全过程提醒、关键节点预报警，实现隐患的全过程闭环管理和自动盯控，包含隐患信息入库管理、隐患整治流程追踪管理、隐患销号确认管理、隐患提醒功能。

（1）隐患信息入库管理。该功能主要是为站段履行信息入库管理责任提供支持。路外、路内各级检查人员发现外部环境安全隐患问题要向有关站段反馈信息，由站段现场确认，采取提报和确认2级模式入库。隐患入库确认前，提报人可撤销，确认人可驳回，根据确认及分级结果进入站段或铁路局集团公司隐患库。依据各级用户职能权限，赋予其隐患信息入库的申请、撤销、驳回等操作。同时，实现依据隐患描述自动索引相关法规目录条款、自动判断隐患是否重复、依据隐患位置信息自动匹配属地信息等自动化功能，提升管理效率。

3) 计算港口i干(支)线泊位对第T周期内腹地产生的干(支)航线的货物处理时间。如果AT(i,j)=1，则

（2）隐患整治流程追踪管理。记录整治过程中各项整治措施实施时间和归档管理相关资料，利用办理时限规定，督导各级整治责任部门落实包保责任，督促隐患得到及时整治。按照国铁集团铁路外部环境安全隐患整治工作流程规定，设计实现各等级安全隐患管控策略，设置疑难安全隐患逐级上报申请处置、重点安全隐患督办、安全隐患整治进程关注、重要事项提醒等功能。

（3）隐患销号确认管理。支持站段自销号和申请销号模式，均为记名验收销号。申请销号包括销号申请、取消申请销号、确认销号、驳回销号及补录销号信息等操作。依据不同等级的外部环境安全隐患销号确认权限规定，设置销号申请、销号确认等管控程序，对反弹隐患问题可撤销销号。

（4）隐患提醒。该功能用以提示用户登录后所需完成的工作任务。通过建立用户与隐患的联系机制，记录与用户相关的隐患信息，在登录时抓取隐患的状态，从而及时了解隐患的处置情况，推动各级单位及时开展隐患整治工作，提高隐患销号率，实现隐患自动盯控，包括隐患处置提醒、隐患上报信息提醒、预报警提醒功能。

2.2 信息分析利用模块

信息分析利用模块提供高效、直观的隐患信息分析平台，协助安监部门开展日常工作，辅助分析决策，包含决策支持、路内单位工作绩效评价、“平安铁路”建设单位考核评价功能。

（1）决策支持。通过采集到的隐患信息，对涉及各级地方政府和各级铁路单位的隐患发生时间、空间分布特点等进行分析，提供可视化图表，为协商各级地方政府解决路外隐患、开展路外专项检查工作提供决策支持。统计隐患库中未销号的隐患，按时间、空间(省、市、县)、隐患类别统计隐患数量。管理者可以根据统计结果，决定何时、何地、对何种类别隐患开展路外巡查和路外专项检查，分析不同地区惯性隐患的原因。可按单位、行政区划、线路、问题等级等实现隐患分布统计，通过大数据分析，针对各类隐患问题的分布密度，预警可能发生的危害后果。

（2）路内单位工作绩效评价。采用铁路外部环境安全隐患问题数量、整治完成率、平均整治时间、引发设备故障和事故情况为评价指标，评价各铁路单位在铁路沿线安全宣传教育、协调推动整治工作、强化沿线环境安全管控等方面的工作成效和业绩。可对发现隐患较多、协调推进整治工作取得较好成效的单位和个人进行统计分析，作为表彰评先的依据。

（3）“平安铁路”建设考核评价。依据《国家安全发展示范城市评分标准》，以铁路沿线地方人民政府管辖区域为考核评价范围，以铁路外部环境安全隐患问题数量、整治完成率、平均整治时间以及引发设备故障和事故情况为评价指标，统计考核分数，提报相关考核部门，纳入各级地方人民政府“平安铁路”建设考核评价体系。同时，为国铁集团铁路建设项目实施以及路地合作交流提供参考依据。

2.3 资料管理模块

（1）法律法规管理。梳理归纳分析铁路外部环境安全管理涉及的国家法规、国家标准规范、地方性法规、行业标准规范等具体规定，并针对具体条目建立索引关系，可实现外部环境安全隐患问题描述与违法条款规定自动关联，同时便于管理者通过关键词索引进行学习。

（2）典型案例管理。汇总铁路外部环境隐患引发的典型事故故障案例，基于隐患类型和线路里程信息，将事故故障信息与隐患信息关联，辅助分析事故故障诱因，进行警示教育工作。同时，分析季节性、惯性隐患形成的原因，预防可能发生的事故故障。

（3）基础信息管理。负责维护全国行政区划、铁路线路和铁路车站数据，以及国铁集团、铁路局集团公司、站段、车间、班组的机构信息及管界信息。该功能将线路管界信息与各级地方政府信息关联，明确铁路单位与地方政府对应关系，为双方协调开展隐患治理提供数据支持。

3 铁路外部环境安全管理信息系统技术方案

3.1 应用架构

依据铁路外部环境安全管理信息系统总体架构和功能模块，结合管理信息系统应用设计规范和方法[6-7]，构建铁路外部环境安全管理信息系统应用架构如图2所示。应用架构包含业务应用和基础平台，各级用户通过业务应用实现外部环境隐患的管理、分析和决策；基础平台为业务应用提供隐患数据、地理信息平台等业务支持。铁路外部环境安全管理信息系统与铁路其他相关系统交换数据，共同确保铁路运输有序和安全。

图2 铁路外部环境安全管理信息系统应用架构Fig.2 Application architecture of information system for safety management of railway external environment

（1）业务应用。包含12项外部环境安全管理所需的业务功能，其中基本情况为用户掌握职责范围内隐患分布、整治进展、工作任务动态等重要情况，提供概要数据；隐患管理实现隐患的全过程闭环管理和自动盯控，是系统的核心功能；统计分析、态势分析实现隐患数据多维度统计和态势评估，提供可视化图表、地图展示和报表导出，为调整和优化隐患整治工作提供决策支持；工作任务为各级单位开展日常管理工作提供任务下达、定期汇总上报支持；专项活动支持开展不同单位和隐患类别的隐患排查整治专项活动，自动、实时汇总活动进展和成效；我的关注为用户盯控、及时掌握重点隐患的整治动态提供支撑。案例管理、资料管理记录典型环境事故、环境安全相关法律法规、行业规范等，强化警示教育，便于用户查看学习、依法维权；业绩评价、平安铁路功能根据隐患库中的档案数据，统计整治完成率、整治效率、事故等指标，自动客观评价路内个人和单位、路外地方政府外部环境管理工作，为平安铁路建设提供数据支撑；系统管理为各级用户设定权限、配置基础数据提供接口。

（2）基础平台。包含6个提供底层数据服务的平台。系统通过隐患共享平台，根据隐患唯一标识，获取每处隐患的电子档案，高效、准确共享、传递隐患信息；隐患地理信息分布平台，以铁路线路GIS地图和可下钻地方行政区划地图为载体，直观展现隐患地域分布；隐患视频监控平台，根据隐患里程调取监控视频，实时监控隐患现场；事故故障信息平台，自动调取事故故障管理系统中的环境隐患引起的事故和设备故障，利用隐患库，量化环境隐患的风险，指导开展专项活动；法规发布平台，提供环境涉及的国家和地方法律、规范、标准和管理办法等条目维护和共享接口，为确定隐患违反条款和各级用户学习提供基础数据；基础数据维护平台，负责铁路组织机构、用户、管界、地方各级政府、辖区里程区段等基础管理信息维护，提供隐患管理流程定制和相关设置的功能。各个平台之间相互协作，构成互联互通、集中管控、协调统一的外部环境安全管理基础平台。

3.2 数据架构

铁路外部环境安全管理信息系统数据架构，包括数据内容、数据流程、数据运用与安全管理。系统数据内容丰富、形式多样，贯穿于隐患管理业务流程，运用于数据共享服务、治理进程盯控和多维度图表分析，并依靠信息安全防护手段及备份策略，保障数据运用安全。

（1）数据内容。铁路外部环境安全管理信息系统数据内容如图3所示，系统数据包括系统内部数据和外部数据，共同向业务应用提供数据支持。

系统内部数据包括外部环境安全管理数据和附加数据，两者内容和形式有所差异。外部环境安全管理数据是支持环境安全管理工作的主要数据，包括基础数据、业务数据、分析数据，可随时查询、处理和统计，其中基础数据是维持系统运行的基本数据，包括隐患分级、隐患分类、组织机构等数据；业务数据是隐患闭环管理中产生的数据，包括隐患基本数据、隐患整治数据、隐患销号数据等，形成每处隐患的电子档案；分析数据是经过统计汇总后的数据，包括年、季度和月份时间粒度下铁路各级单位、各级地方部门、线路等维度下的隐患统计数据、整治工作量统计数据等，为外部环境安全管理工作的质量评估和科学决策提供数据支持。附加数据是隐患闭环管理过程中产生的形式多样的非结构化数据，包括隐患发现、治理和销号过程中记录的文本文件、图像文件和视频文件等，辅助描述、直观展现隐患现场情况。

图3 铁路外部环境安全管理信息系统数据内容Fig.3 Data architecture of information system for safety management of railway external environment

外部数据源于其他系统和平台，通过接口调用实现信息交换。其中，铁路事故故障系统为系统提供事故故障数据支持，通过标记事故隐患类别，匹配事故隐患，实现事故源头追溯。数据服务平台与系统进行业务数据交换，包括视频数据、线路基础数据、车站基础数据，辅助隐患现场监控及系统基础信息的更新维护。地理信息平台中的车站图层数据、线路图层数据，用于支持GIS线路专题图的展示，辅助评估隐患地理分布态势。此外，根据业务需求，系统以数据服务平台为媒介，可为其他专业领域系统提供外部环境隐患数据，充分发挥和挖掘外部环境安全管理数据的潜在价值。

（2）数据流程。数据流程包含隐患采集入库、隐患整治、隐患销号以及统计分析，确保实现隐患闭环管控和安全管理。

隐患采集入库时，通过移动采集设备，采集隐患空间地理坐标、线路里程、图像及视频信息、基本概况，生成定位二维码，通过互联网、场（站）局域网Wi-Fi上传，或借助摆渡机将隐患信息拷贝至办公终端，实现隐患基本信息采集和隐患登记。对于已登记隐患，按照《铁路外部环境安全管理办法》[8]进行隐患分类和定级，实现隐患分级入库。入库后，系统自动生成隐患唯一标识，生成电子档案。

隐患整治过程中，对存在治理困难的隐患，由站段申请铁路局集团公司专业部室协调处置；经协调仍无法销号的隐患，专业部室申请铁路局集团公司挂牌督办，实现重点问题逐级上报。同时，系统自动记录隐患状态，更新一事一档电子档案。在治理措施方面，记录各治理措施、实施时间、会议纪要、现场图片，自动生成并记录约谈函件、《铁路沿线违法行为通知书》、《铁路沿线安全隐患告知书》等，归档图像、视频和文件等资料，全面记录隐患治理过程。

隐患销号时，由站段对治理完成的隐患申请销号，依据谁定级入库谁负责审核销号的原则，确认销号，更新隐患状态和一事一档电子档案，实现隐患数据的流程闭环。统计分析时，利用隐患库和一事一档隐患档案，统计隐患总量、整治情况、分布情况、态势情况，实现隐患的多维度、多时间粒度分析展示。

（3）数据运用与安全管理。系统采用可靠的数据安全管理，为数据的高效运用提供技术保护 屏障。

数据运用是对隐患数据价值的充分挖掘和利用。根据国铁集团信息化总体规划，建立共享隐患数据的系统间接口供铁路运输安全监管系统内的其他系统调用，建立数据共享服务供其他专业系统内的系统通过数据服务平台调用。根据隐患状态和配置的整治期限，自动盯控隐患整治进程，确保隐患闭环销号。通过多维度和不同时间粒度分析隐患库，生成量化隐患情况和态势的各类图表，支撑隐患日常管理和开展隐患整治专项活动。

数据安全管理是系统数据运用的安全保障。依据网络信息安全保护的相关规定[9]，采用身份鉴别、访问控制、安全审计等应用安全防护技术，确保系统安全。通过通信协议及加密技术，保障数据传输安全。采用边界防护技术对数据内容进行过滤，严格管控数据进出。通过部署监视系统，监控数据传输行为，实现异常行为及时感知。采用每周全库备份和每6 h增量备份的策略，确保在发生故障时以尽可能少的损失快速恢复系统。

4 结束语

铁路外部环境安全是铁路运输有序和安全的前提条件之一。铁路外部环境安全管理信息系统的开发，立足于环境安全管理实际，面向全路3级管理部门，提供3大功能模块、12项业务应用、6个基础平台，以登记入库隐患的唯一标识为纽带，驱动隐患一事一档管理、多种维度统计分析，支撑环境隐患日常管理、专项检查活动和路地联合整治等业务开展，以提升铁路外部环境管理的信息化水平和管理效率，为维护铁路运输安全提供技术支撑。铁路外部环境安全管理，将不断引入智能化风险评估、风险预警、风险决策等技术，推动外部环境治理科学化发展。