城市轨道交通保护区外部作业信息化技术应用

韩结　陆航　毛婷

摘  要：结合移动互联网、GIS与GNSS定位技术，研发了轨道交通保护区信息化巡查执法智能管理系统及配套手持终端，通过实时定位，系统自动通过坐标计算公式计算所定位施工项目的面积及其与地铁线路之间的距离，在实现和满足全线网保护区外部作业管控标准化、规范化、信息化的基础上，提出了巡查结果动态查询、历史项目回溯及数据智能分析算法，为地铁保护区巡查和外部作业的管控信息化和科学化提供了新的解决方案。

关键词：轨道交通保护区;信息化管控系统;手持智能终端;GIS技术

中图分类号：U231         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）31-0177-02

Abstract： Combined with mobile Internet， GIS and GNSS positioning technology， the intelligent management system of information inspection and law enforcement in rail transit protection area and its supporting handheld terminal are developed. The system automatically calculates the area of the construction project and the distance between the construction project and the subway line through the coordinate calculation formula， on the basis of realizing and satisfying the standardization， standardization and informationization of the external operation control of the whole line network protection area. This paper puts forward the algorithms of dynamic query of inspection results， backtracking of historical items and intelligent analysis of data， which provides a new solution for the informationization and scientific management and control of subway protected area inspection and external operations.

Keywords： rail transit protection area; information management and control system; handheld intelligent terminal; GIS technology

前言

中国轨道交通建设已进入历史高峰期。为了更好地保护已建成轨道交通结构安全，由国家建设部于2005年颁布施行的《城市轨道交通运营管理办法》中，首次提出了“轨道交通保护区”的概念。近些年来，在地铁保护区内的工程建设越来越多[1，2]，地铁保护区内兴建建筑物的施工管理以及监测成为研究的热点[3]，鉴于此，如何高效、快捷、准确的对地铁保护区内各类施工作业行为进行巡查及安全监管，成为目前轨道交通经营单位亟需关注的重点。南京地铁将GIS技术应用在轨道交通保护工作中，对地铁控制保护区范围内外部作业项目的地理位置进行标记，并对项目类型、地理位置、项目各阶段方案、实施时间节点等内容进行汇总存储，逐步开发系统的轨道交通保护区外部作业信息化管控系统并推广应用。

1 信息化建设规划

传统的地铁保护区巡防及智能化管控均是点和线的平面关系，不能做到三维立体的对巡防及执法对象与自有桥隧结构的关系进行管控分析。在广泛调研的基础上，拟在保护区内选择一个外部条件复杂的区段，对应地铁结构影响区作为试验段，实现利用信息化、智能化的平台，研究三维立体巡防及智能化执法系统，打造管理“两眼”（千里眼、透视眼），辅助巡查和安全管控，目前地铁保护区信息化建设主要包括4个方面：

（1）基于执法管理平台，实现地铁保护大数据分析应用，深化地铁保护区范围内的数据互通和业务联动，探索地铁保护区内外部作业项目的二维管理向三維管控多要素、多尺度发展，是实现地铁保护过程管控的前提和发展趋势。

（2）实现地铁结构基本信息、建设施工审批信息、结构检测信息和巡检信息的互联互通，搭建模型。着力打造执法“两眼”，让执法人员利用信息化手段装备“千里眼”和“透视眼”。

（3）利用当前越来越被成熟运用的GIS系统，构建地铁结构三维空间模型，通过对地铁桥隧空间关联分析，使执法人员能够快速访问、查询，实现对受控项目与地铁桥隧空间位置关系的快速判定;通过数字化手段建立内外里程的对应关系，实现各数据的统一与关联查询;对项目是否按照既定的保护方案落实、可能存在的风险等方面推送提醒和预判建议。

（4）远期，利用既有设施研究，进一步挖掘保护区巡查历史资料和数据的作用，实现地铁保护区巡查覆盖率和违规/受控项目巡查覆盖率的统计，探索利用BIM数据进行三维可视化巡防，通过遥感影像数据，构建数字地形模型，为各种工程的面积、体积、坡度等计算分析提供数据基础。逐步实现远程监控管理，保护区施工项目的巡查检查资料信息、监护项目信息、监测数据和执法案件信息的多方联动，以及对保护区内施工项目的地铁保护全过程跟踪和精细化管理。

2 南京轨道交通保护区信息化系统

结合南京地铁保护的实际需要，推出了南京轨道交通保护区信息化巡查执法系统，目前该系统开发布署了轨道交通保护区项目地图汇总、日常巡查、项目审批、电子文书、实时定位及数据统计分析等六大功能模块。

（1）各类施工作业信息的地图定位、现场信息、现场照片视频、所发文书等。

（2）巡查任务的发布执行，巡查轨迹回放跟踪。

（3）针对违规施工行为的行政处罚一般程序的电子审批流程。

（4）针对各类施工项目的现场检查笔录，制式执法文书的编辑、审批和下发。

（5）巡查人员位置实时定位、轨迹回放和巡查任务量考核。

（6）对各类巡查、执法工作数据自动统计，通过条件筛选，自动形成各类可定制电子台帐、报表。

该系统一期建设于2016年3月30日正式通过验收，同时投入使用。为保证系统的顺利推广和应用，我办将系统使用纳入巡查员的日常绩效考核。目前普遍反映使用体验良好，管理效率显著提高。

3 信息化产品选型

南京市地铁交通设施保护办公室负有地铁保护区的巡查管理职责，把握地铁的安全状态，是一项极其重要却又相对复杂的工作。以往在确定违法施工项目距离地铁的距离时，巡查人员一般使用50米量尺对施工项目进行反复的测量。然其难点在于传统的丈量手段很难确定地铁隧道边界，其测量精度时常具有很大的不确定性。普通的GPS设备精度并不能满足精确测量定性。普通的GPS设备精度并不能满足精确测量及定位的需求，市场上一般的手机等设备的精度为10m左右。通过对多种设备的对比，最终选择了华测X360魔方高精度GNSS模块设备，经验算、实测和鉴定，其GPS定位理论精度达到亚米级。

通过三设备定位的GPS数据均采取与RTK进行精度对比分析，无论是从设备的理论精度还是实际表现的精度分析，华测X360比集思宝A5、华测L740都有更高的GPS精度表现。然此三设备实测表现肉眼几乎无法分辨高低，综合设备成本、精度偏差、巡查携带、操作和显示集成等多方因素，决定选择华测X360作为巡查员日常巡查设备。

4 信息化建设成效

南京市轨道交通保护区外部作业信息化工程管控系统已进行三期建设，目前已实现以下功能：

（1）形成了已运营10条线路保护区巡查路线图保护区施工项目分布图及检查信息等图面资料。

（2）保护区高精度巡查，施工作业实时定位和测距，相关信息采集记录。

（3）巡查记录及文书系统远程取号、电子存档、台账管理。

（4）行政处罚一般程序电子化审批接口搭建和预留。

（5）巡查员巡查任务发布和执行情况、轨迹实时记录及后期查询。

（6）巡查员内、外业工作日志自动生成。

（7）各类巡查、执法数据自动统计及相关电子台帐、报表生成、下载功能。

（8）保护区外部作业工程管控全要素数据参数化，与

集团门户网站管理驾驶舱数据实时对接。

以上功能基本实现了已运营10线轨道交通保护区巡查执法管理的信息化建设。

5 信息化建设经验总结及展望

该系统经过三期建设，目前已完全应用于日常保护区巡查，效果良好。在很大程度上，依托信息化手段消除了大量地铁结构安全隐患，保障了地铁的安全运营和顺利建设。

随着保护区巡查执法信息化系统模块的上线使用，较大程度的提高了执法队员的工作效率，也解決了诸如现场确认位置难、取号发文难、内部流转繁琐、大量台帐冗余繁复、人工统计错误率高等问题。

但是地铁保护区巡查执法工作仍面临严峻考验。目前急需将历年来在地铁保护区内的施工、地质、隧道病害历史信息录入数据库，结合保护区基本信息图层， 可为保护区管理团队采取相应措施提供可靠依据。可用于分析不同环境中基坑支护类型的选择对轨道交通结构保护的有效性，在国内地铁保护行业中分享应用。

参考文献：

[1]汪彬彬.基坑开挖对下方盾构隧道变形的影响[D].广州：华南理工大学，2010.

[2]梁超.既有地铁盾构隧道在上部基坑开挖中的稳定性研究[D].南京：南京理工大学，2012.

[3]田景良.关于地铁保护区内新建建筑物施工的研究与应用[D].天津：天津大学，2013.