智慧城軌土建設(shè)施地理信息平臺應(yīng)用
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關(guān)鍵詞：智慧城軌；數(shù)字化空間；地鐵保護(hù)區(qū)
據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，截至2020年12月31日，中國內(nèi)地累計(jì)有45個(gè)城市開通城軌交通運(yùn)營線路7978.19km。2020年初，中國城市軌道交通協(xié)會(huì)了《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》，同年，上海申通地鐵了《5G+智慧地鐵白皮書》，北京地鐵了《首都智慧地鐵發(fā)展白皮書》。奉行“交通強(qiáng)國，城軌擔(dān)當(dāng)”的歷史使命，遵循“推進(jìn)城軌信息化，發(fā)展城軌智能化，建設(shè)城軌智慧化”的建設(shè)主線，落實(shí)“感知—學(xué)習(xí)—研判—決策—行動(dòng)”為內(nèi)涵的智慧城軌建設(shè)迫在眉睫。對此，構(gòu)建統(tǒng)一的高精度時(shí)空基準(zhǔn)，匯集地鐵系統(tǒng)各元素綜合時(shí)空信息與狀態(tài)數(shù)據(jù)，搭建滿足地鐵運(yùn)維所需的基礎(chǔ)設(shè)施空間數(shù)字化地理信息平臺，對于城軌智慧運(yùn)維、城市地下空間基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化管理具有重要意義。
1項(xiàng)目介紹
本項(xiàng)目針對地鐵運(yùn)營管理過程中存在沿線地上建構(gòu)筑物與地下管隧設(shè)施精確定位、土建設(shè)施及周邊環(huán)境信息不全面、保護(hù)區(qū)可視化程度不高等問題和需求，以某城市地鐵運(yùn)營公司的基礎(chǔ)設(shè)施空間數(shù)字化地理信息平臺建設(shè)為例，收集在營線路的線站區(qū)間信息、土建設(shè)施信息，地質(zhì)、水文，勘設(shè)平面圖、剖面圖，以及保護(hù)區(qū)內(nèi)地上地下的建構(gòu)筑物、管線、風(fēng)險(xiǎn)源等數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行梳理、整合、優(yōu)化，形成結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化的地理信息數(shù)據(jù)，存儲至地理信息數(shù)據(jù)倉，形成城市級全網(wǎng)絡(luò)時(shí)空地理信息數(shù)據(jù)湖，構(gòu)建智慧城軌基礎(chǔ)設(shè)施空間數(shù)字化地理信息平臺，為地鐵的智慧運(yùn)行、智慧維護(hù)、智慧管理、智慧客服奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為后續(xù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)開放空間調(diào)用接口，為空間開發(fā)決策提供數(shù)據(jù)支持。
2平臺設(shè)計(jì)
智慧城軌基礎(chǔ)設(shè)施空間數(shù)字化地理信息平臺研究與應(yīng)用涉及諸多方面，既要考慮當(dāng)下各業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，又要思考智慧地鐵后續(xù)服務(wù)支持；既涉及到平臺的安全性、可復(fù)用性、可冗余性、可維護(hù)性、可擴(kuò)展性，又需思考頂層整體規(guī)劃、分階段分期建設(shè)。
2.1頂層設(shè)計(jì)
建立地鐵沿線基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)空地理信息“一張圖”，融合空間地理模型、線路數(shù)據(jù)、遙感影像、電子地圖等，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)不同緯度的可量化、可視化。頂層設(shè)計(jì)整體構(gòu)想是實(shí)現(xiàn)感知層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層產(chǎn)業(yè)鏈支持，為后續(xù)線路接入提供可擴(kuò)容性，及相關(guān)智慧應(yīng)用提供空間數(shù)字化接口服務(wù)（圖1）。
2.2功能特點(diǎn)
智慧城軌基礎(chǔ)設(shè)施空間數(shù)字化地理信息平臺基本功能實(shí)現(xiàn)查詢、定位、量測、檢索，以及開放其他業(yè)務(wù)調(diào)用接口，其功能創(chuàng)新表現(xiàn)為：全：提供車站內(nèi)詳細(xì)的暴露空間和地鐵非暴露空間、隧道路線、車站及沿線周邊地圖、附屬設(shè)施等多尺度空間信息；準(zhǔn)：支持地鐵網(wǎng)絡(luò)客流、列車、設(shè)備設(shè)施、環(huán)境的時(shí)空分布的空間地圖、空間分析和時(shí)空展示的高精度時(shí)空融合場景，支持與北斗定位導(dǎo)航對接的快速定位、導(dǎo)航、路徑規(guī)劃、軌跡追蹤等多功能；多：可視化形式多樣，有基于地圖的二維展示、基于三維的場景展示、專項(xiàng)數(shù)據(jù)的清單列表展示、宏觀微觀展示等；動(dòng)：構(gòu)建數(shù)據(jù)采集、更新與反饋機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的動(dòng)態(tài)更新；?。褐С挚土黝A(yù)測客運(yùn)管理、設(shè)備管理、應(yīng)急指揮調(diào)度、平行推演等專項(xiàng)分析的空間數(shù)據(jù)共享使用，無需重復(fù)構(gòu)建數(shù)據(jù)底層，節(jié)省成本。
3應(yīng)用案例
地鐵保護(hù)區(qū)是指地鐵車輛在軌道交通線路上運(yùn)行必須確保線路結(jié)構(gòu)有一個(gè)安全的空間，該空間一般在結(jié)構(gòu)周邊50m范圍內(nèi)的空間。保護(hù)區(qū)管理是地鐵安全運(yùn)行和維護(hù)的重要內(nèi)容。基礎(chǔ)地理信息一張圖可為地鐵保護(hù)區(qū)管理提供有效的數(shù)據(jù)支撐，結(jié)合保護(hù)區(qū)施工審批、安全巡檢、監(jiān)測檢測等業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)湖與應(yīng)用系統(tǒng)之間的反饋與更新，對于地鐵保護(hù)區(qū)安全管理、提質(zhì)增效發(fā)揮重要作用。
3.1基礎(chǔ)地理信息平臺
提高數(shù)據(jù)治理能力，實(shí)現(xiàn)“安全用數(shù)、高效用數(shù)、用優(yōu)質(zhì)數(shù)”，才能更好的支持?jǐn)?shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)價(jià)值，推動(dòng)地鐵保護(hù)區(qū)管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型。保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)治理主要是把結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（含模型、CAD圖、工程建設(shè)信息、地鐵運(yùn)營數(shù)據(jù)等）、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（含報(bào)告、PDF文件、圖紙、圖片等）集成到智慧城軌基礎(chǔ)設(shè)施空間數(shù)字化地理信息平臺，并實(shí)現(xiàn)檢索、定位、查詢、量測等基本功能。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，以地鐵運(yùn)營線路數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合沿線地理地信、周邊環(huán)境、土建設(shè)施、地質(zhì)平面圖、地質(zhì)剖面圖、管線調(diào)查圖、遙感影像等，對其進(jìn)行相應(yīng)的梳理，形成“采集—處理—表達(dá)—分析—服務(wù)”一體化的智慧決策系統(tǒng)（朱合華等，2018），建立規(guī)范化的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)歸倉入庫，健全數(shù)據(jù)治理體系，構(gòu)建地鐵保護(hù)區(qū)基礎(chǔ)地理信息“一張圖”數(shù)據(jù)倉。同時(shí)，對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分類分倉，賦予時(shí)空地理信息，利用索引技術(shù)建立非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)檢索，將不同環(huán)境中的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建知識、軌跡圖譜，實(shí)現(xiàn)在線“一張圖”快捷瀏覽及便捷查詢（圖2）。
3.2地鐵保護(hù)區(qū)安全巡檢業(yè)務(wù)
軌道運(yùn)營線路工程地處城市繁華區(qū)，周邊環(huán)境復(fù)雜、高樓林立，地下管網(wǎng)密集，安全風(fēng)險(xiǎn)因素較多；保護(hù)區(qū)內(nèi)工程多、參建單位多、安全施工信息和數(shù)據(jù)多，綜合管理壓力大；傳統(tǒng)保護(hù)區(qū)現(xiàn)場巡檢只能通過文字和現(xiàn)場照片進(jìn)行說明展示，不能滿足“實(shí)時(shí)掌控、全局把握”的需求。地保巡檢人員努力掌握和運(yùn)用信息化技術(shù)，借助基礎(chǔ)設(shè)施空間數(shù)字化地理信息平臺技術(shù)實(shí)現(xiàn)對地鐵保護(hù)區(qū)進(jìn)行巡查、管理，增加覆蓋范圍及巡查頻次，精確巡查點(diǎn)位并通過對以往數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。通過智慧城軌基礎(chǔ)設(shè)施空間數(shù)字化地理信息平臺，將地鐵運(yùn)營過程中對地鐵沿線在施工程及其周邊環(huán)境信息掌握不全不精準(zhǔn)及保護(hù)區(qū)管理信息化水平不高的問題予以解決，對沿線及周邊環(huán)境空間地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合治理，引進(jìn)信息技術(shù)手段，提高安全巡檢水平，進(jìn)一步完善保護(hù)區(qū)管理制度，解決地上建構(gòu)筑物與地下管隧設(shè)施精確定位、設(shè)施及周邊環(huán)境信息不全面、巡檢信息化等問題，為生產(chǎn)決策提供及時(shí)、準(zhǔn)確的依據(jù)，促進(jìn)軌道交通安全、高效運(yùn)行，為保護(hù)區(qū)綜合管理提供有力支持。
3.3地鐵保護(hù)區(qū)施工審批
地鐵保護(hù)區(qū)施工審批：一方面依靠空間數(shù)字化地理信息平臺形成三維可視化的地保預(yù)警區(qū)域，加強(qiáng)保護(hù)區(qū)內(nèi)的施工作業(yè)規(guī)范化，保護(hù)合法合規(guī)作業(yè)、提高對違規(guī)施工的聯(lián)合執(zhí)法力度；另一方面將保護(hù)區(qū)內(nèi)的水電氣熱等管線、建構(gòu)筑物、風(fēng)險(xiǎn)源可視化，借助日漸成熟的三維地質(zhì)模型（宋越等，2019），方便施工的精確定位、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避，確保地鐵正常運(yùn)行，保障人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全。在規(guī)范施工作業(yè)、強(qiáng)化聯(lián)合執(zhí)法方面，無論是施工方在未制定地鐵保護(hù)方案同時(shí)也未征得地鐵公司同意就開始施工作業(yè)；還是施工方的地保方案經(jīng)過地鐵公司審查或?qū)＜以u審?fù)?，手續(xù)齊全，但施工作業(yè)中仍未按地鐵保護(hù)方案實(shí)施（高墅，2020）；這都需要加大地保安全巡檢頻次，精確定位施工作業(yè)區(qū)域，及時(shí)觸發(fā)施工審批預(yù)警條件，全面監(jiān)控違規(guī)施工情況。依靠移動(dòng)手持端APP、高點(diǎn)全景相機(jī)、無人機(jī)巡檢、工程審批預(yù)警等，形成多部門聯(lián)動(dòng)、監(jiān)管執(zhí)法一體化的預(yù)警處置機(jī)制。
3.4地鐵保護(hù)區(qū)自動(dòng)化監(jiān)測
智慧城軌基礎(chǔ)設(shè)施空間數(shù)字化地理信息平臺在地鐵保護(hù)區(qū)土建設(shè)施自動(dòng)化監(jiān)測管理方面應(yīng)用較為廣泛。既可對土建設(shè)施進(jìn)行日常維護(hù)性監(jiān)測，又可對所在重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行沉降、位移、地下水等監(jiān)測，也可對重點(diǎn)區(qū)域地質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，如大地沉降、區(qū)域水文等。就土建設(shè)施監(jiān)測而言，可借助部署其上的傳感器及感知設(shè)備，先將基準(zhǔn)點(diǎn)與變形點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳回邊緣Edge計(jì)算節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)化預(yù)處理；再將計(jì)算結(jié)果傳回空間數(shù)字化地理信息平臺數(shù)據(jù)倉，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)采集、預(yù)處理、回傳、存儲、變形趨勢分析及變形報(bào)表可視化。通過實(shí)時(shí)在線的現(xiàn)場自動(dòng)化監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)在智慧城軌基礎(chǔ)設(shè)施空間數(shù)字化地理信息平臺的模擬仿真；土建維保部門根據(jù)仿真結(jié)果，發(fā)出人工復(fù)審及修補(bǔ)指令，進(jìn)行相應(yīng)流程環(huán)節(jié)（圖3）。
4結(jié)論及展望
本文介紹了智慧城軌基礎(chǔ)設(shè)施空間數(shù)字化地理信息平臺是智慧地鐵建設(shè)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為智慧管理提供數(shù)據(jù)保障；通過對平臺研究與應(yīng)用，可借助現(xiàn)代化信息技術(shù)與管理理念，運(yùn)用數(shù)字化、智能化手段，加強(qiáng)各領(lǐng)域統(tǒng)計(jì)分析、構(gòu)建精細(xì)化、高效化管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。通過移動(dòng)APP、空間定位等信息化手段的應(yīng)用，提高管理運(yùn)行效率，增強(qiáng)運(yùn)營保護(hù)區(qū)安全管理的針對性、科學(xué)性和主動(dòng)性，有效降低巡查人員成本；通過對運(yùn)營保護(hù)區(qū)安全管理歷史數(shù)據(jù)的分析，預(yù)測預(yù)判保護(hù)區(qū)的安全隱患，及時(shí)采取預(yù)防整治措施，為軌道交通安全運(yùn)營提供快速、優(yōu)質(zhì)、高效的綜合服務(wù)。創(chuàng)新地鐵保護(hù)區(qū)安全管理機(jī)制和監(jiān)控巡查手段，實(shí)現(xiàn)降本增效。在地鐵運(yùn)營整體框架下的智慧城軌基礎(chǔ)設(shè)施空間數(shù)字化地理信息平臺的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)營保護(hù)區(qū)安全管理事件及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速處置、動(dòng)態(tài)監(jiān)管和政府、管理部門、軌道交通企業(yè)職責(zé)明確、統(tǒng)籌聯(lián)動(dòng)、資源共享的信息化管理平臺，提高管理水平和工作效率，提升軌道交通安全運(yùn)營保障能力，通過保障能力的提升，追求實(shí)現(xiàn)地鐵運(yùn)營零事故?？梢詾榈罔F運(yùn)營提供決策輔助，對以后的智慧運(yùn)營具有重要參考意義。
作者：林琳 于淼 李珂 馮增文 李祿維單位： 北京城建勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司
