基于WEB技术的地铁安全保护区隧道设施内外关联技术研究

朱丹丹　陆航　何喆卿

【摘 要】目前，地铁隧道洞内结构病害检查管理与地铁安全保护区隧道设施保护管理上各自独立，导致洞内病害信息与洞外巡检信息无法进行实时的交互与分析，无法对地铁隧道整体结构安全进行全方位的把握。文章基于Web Service技术和Java编程语言，通过对地铁安全保护区隧道设施内外关联技术的研究，实现了隧道结构洞内外信息的实时关联与获取，在险情及重大病害情况下可第一时间查询并分析其产生的内外因素，进而为南京地铁结构运营期安全与控制提供信息化数字化手段，并为南京地铁隧道地下结构数字化平台提供基础。

【关键词】地铁隧道；洞内结构检查；洞外路面巡检；内外关联技术；智能管理系统

中图分类号： U231 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2017）29-0008-003

【Abstract】At present， the inspection and management of structural damage in underground tunnels and the protection and management of tunnel facilities in subway safety protection zones are independent. As a result， it is impossible to conduct real-time interaction and analysis of the disease information in the tunnels and the inspection information outside the tunnels， Security in all directions. Based on the Web Service technology and the Java programming language， through the research on the inside and outside related technology of the tunnel security tunnel in the subway， real-time correlation and acquisition of inside and outside information of the tunnel structure are realized. In the case of dangerous conditions and major diseases， Analyzes its internal and external factors， and then provides information digitization means for the safety and control of Nanjing metro structure operation period and provides the foundation for the digital structure of underground structure of Nanjing metro tunnel.

【Key words】Subway tunnel； Inspection of structures in the tunnel； Patrolling of pavement outside the tunnel； Related technology inside and outside； Intelligent management system

0 背景

地鐵隧道是城市轨道交通的载体，在城市现代化建设过程中起到无可替代的作用。地铁隧道建设期投资大，动辄上百亿元的投资；运营期影响范围大，某一段隧道的停运都可能给上数十万人出行造成影响[1-3]。因此，对运营地铁隧道结构安全状态的把握至关重要，不仅需要检查统计隧道结构的自身病害，还要对影响隧道结构安全的周边项目进行巡查管理，只有两方面同时入手，数据共享、关联分析，才能达到全面掌握隧道结构安全的目的。然而目前地铁隧道结构管养方面仍存在以下一些问题：

（1）随路网扩张安全保护区受控/违规项目日益增多

伴随着建设里程的增长，轨道交通安全保护区范围也随之增长，地铁带动城市的发展与建设，在轨道交通安全保护区内受控监护项目与违规项目也会随之而不断新增，然而这些外界因素会对轨道交通设施结构造成影响会在轨交运营期以结构变形的形式体现出来。

（2）运营期结构变形加剧

轨道交通设施结构的变形除了外界安全保护区内人为施工因素，还包括地质不均匀、自然水土流失等；从内在原因分析造成结构变形的原因还在于其施工后的本体结构固结沉降、运营期列车震动以及结构渗漏水病害的原因。

（3）轨道交通结构病害日益增多

轨道交通结构病害是轨道交通结构伤损最直观的表征现象，在长期的自然环境和使用环境的双重作用下，隧道会随着运营时间推移出现不同程度的衬砌裂缝、变形以及渗漏水等病害。

（4）地铁设施保护过程中，无法关联外部信息与地铁设施本体信息，设施结构安全现状无法直观把握

轨道交通设施结构在洞内结构检查过程中可以获悉其本体病害、养修及空间位置信息；全保护区洞外巡查可以获悉其监护项目、违规项目及空间位置信息，然而在实际日常生产过程中时常遇到的问题在于每当险情发生的时候我们无法有效快速的把洞内外信息与该险情发生位置的地质、监测、标图等环境信息快速且有效的结合。

1 安保区隧道设施内外关联技术总体思路

1.1 安保区地铁及环境信息数字化

随着轨道交通的迅速发展，地铁隧道网络化日臻完善，运营里程迅速增加，并且地铁隧道结构的使用寿命也逐渐增加，病害信息和安保区内施工项目将成几何倍数的增加，完全依靠人工对地铁本体结构与安保区施工项目信息之间的关联作出及时的获取与统计，并制定针对性的分析报告几乎是不可能的，必须借助信息化和数字化技术，实现信息的快速、科学统计与分析。endprint

1.2 地铁结构与安保区信息关联

将地铁结构信息和安保区内施工项目信息的获取进行电子化同步，可以减少中间处理环节，提高信息的时效性和准确性[4]。通过手持终端，现场调查人员将地铁结构线路CAD直接以电子信息的形式保存到手持终端中，不再需要外业人员的查找资料、反复对比，可以节省大量的工作时间，减少信息获取的时间周期，巡查结束后可及时上传汇总巡查成果，提高信息的时效性；并且通过减少外业人员的信息录入环节，消除工作交接错误及遗漏信息的可能性，提高信息的准确性。

2 内外关联关键技术研究

目前地铁隧道洞内结构病害检查管理与地铁安全保护区隧道设施保护管理工作上各自独立，导致洞内病害信息与洞外巡查信息无法进行交互关联与分析，进而导致无法对地铁隧道整体结构安全进行全方位的把握。因此如何使两者之间的数据进行交互是研究的重点，建立地铁安全保护区隧道设施内外关联系统无疑是解决问题的关键所在。

根据使用者的需求，利用高精度定位功能手持路面巡查終端进行路面巡查时，使用者可直接在终端内查看当前所在位置与地铁本体结构位置的关系，此外，终端还可对巡查人员的巡查路径、巡查轨迹进行考勤，手持终端最主要的就是记录功能，包括项目信息巡查记录、核查整改等功能。终端还可进行距离及项目面积的自动测量测算。

2.1 基于Web Service技术的系统集成

根据系统需求，系统建设分为终端及WEB端两部分组成，如何使移动智能终端与Web管理系统实现有效交互，Web Service成为了必然的选择[5]。

Web Service是基于网络的、分布式的模块化组件，它执行特定的任务，遵守具体的技术规范，这些规范使得Web Service能与其他兼容的组件进行互操作。高精度定位功能手持路面巡查终端通过系统提供的Web Service接口，和服务器进行通信，实现数据的上传以及更新操作。

系统中与手持路面巡查终端交互的Web Service接口包括：下载用户信息、用户密码修改、上传巡查任务开始信息、上传项目信息、上传项目图片信息、上传项目视频信息、上传巡查人员考勤信息等。

2.2 安保区违规项目位置判定技术

针对安全保护区内违规项目的位置判定主要包括坐标判定、距离判定和面积判定，手持路面巡查终端中内嵌线路结构的CAD图，包括车站轮廓、车站红线、区间中心轴线和区间红线，如图1所示。使用人员可通过手持路面巡查终端，观察违规项目在CAD底图上的所处位置，进而直接判断该项目是否所处安保区内。

2.2.1 坐标判定

手持路面巡查终端采用的是具有高精度GPS/BD定位功能的硬件设备，通过卫星可对使用终端所在位置进行坐标定位。

2.2.2 距离判定

一旦确定违规项目属于安保区内，使用人员即可对该项目区域外轮廓进行角点采集，手持巡查终端可自行对其计算出其与地铁线路之间的距离。

2.2.3 面积判定

根据三点成面法，手持巡查终端至少需要采集三个角点，如图2所示，方可形成一个面。根据每个角点的坐标，手持路面巡查终端可自行计算出该项目的面积大小，避免有些违规项目因施工条件限制无法进行准确测量。

2.3 WEB端及终端研发

地铁安全保护区隧道设施内外关联系统主要可以分为WEB端、终端APP及预留接口三部分内容。其系统主要功能模块架构如图3所示。

2.3.1 WEB端设计

WEB端（或网页端），其功能模块主要包括以下功能模块：（1）巡查任务；（2）巡查成果。

任务发布模块可输入任务名称、选择巡查类型、实施人员、协同人员、起止时间、巡查的范围等。

巡查任务发布后，系统可自动将该任务派发给终端APP，任务实施人员可在终端APP按任务信息开始巡查。

任务实施人员完成巡查工作后，将巡查结果上传至WEB端，用户可在任务跟踪模块中对巡查过程信息进行查看下载。

任务跟踪主要目的是反馈任务执行的情况，以及便于用户随时检查任务是否已完成。主要体现为列表形式，用户可在列表中看到每个巡查任务的执行情况，包括巡查实际的起止时间、是否巡查到施工项目、每个施工项目的具体情况，同时可根据巡查情况自动生成巡查记录单。

巡查项目跟踪模块，如图4所示。用户可通过信息检索快速有效地搜索到所需查看的项目，以及项目的具体信息。

2.3.2 路面巡查终端APP设计

终端APP（或数据采集端），主要包括以下功能模块：（1）定位测距；（2）巡查信息；（3）数据采集。其主要架构如图5所示。

3 结论

文章基于Web Servicer技术和JAVA语言，进行了地铁安全保护区隧道设施内外关联技术的搭建和手持巡查终端APP的开发研究，不仅在地图上固化了地铁安全保护区内车站轮廓、车站上下行红线、区间中心轴线、区间红线，还建立了地铁安全保护区内巡查任务和项目信息标准，规范了项目信息的记录格式与内容，提高了地铁安全保护区内施工项目信息的准确度和规范化，还实现了项目信息获取与电子化的同步，减少了中间处理环节，极大地方便了后期数据的统计分析，节省了大量人力、物力成本，提高了项目信息的时效性与准确性，同时也为地铁结构安全信息化、科学化奠定了基础。

【参考文献】

[1]李洪，李志波.轨道交通控制保护区内工程建设对轨道交通安全的影响与保护措施[M].四川建筑.2014（5）：87-89.

[2]汤渊.公路隧道健康数字化系统的开发[M].上海，同济大学，2007.

[3]李平，王富章，吴艳华.城市轨道交通应急系统体系架构研究与实践[J].交通运输系统工程与信息.2012，12（增1）： 129-135.

[4]龙白画.城市轨道交通控制保护区管理要点[J].都市快轨交通.2014，27（2）：39-42.

[5]周帅，朱合华，闫治国，等.城市轨道交通隧道结构病害数值分析[A].运营安全与节能环保的隧道及地下空间暨交通基础设施建设第四届全国学术研讨会论文集[C].2013，40-44.endprint