運營鐵路工程測量信息化管理平臺探究

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摘要：高速鐵路的安全運營離不開運營高速鐵路精密工程測量，精密工程測量是保證高速列車安全平穩行駛的重要手段。近年來，隨著現代信息化技術的發展，利用信息化的方式對測量作業和獲取的海量數據進行管理，是運營高速鐵路精密工程測量工作高效開展和科學管控的必然要求。文章通過對測量技術流程中的信息化需求進行分析，闡述如何建設高效實用的信息化管理平臺，最后引用實例，展示了運營高速鐵路精密工程測量信息化的具體應用情況。

關鍵詞：運營高速鐵路；精密工程測量；信息化管理平臺

1運營高速鐵路精密工程測量

1.1測量內容及質量管控。高速鐵路建成通車后，為了保證高速列車的安全運營，提高旅客乘坐高速列車的舒適度，需要對運營高速鐵路進行必要的精密工程測量維護工作。工作內容主要包括精測網定期復測、重點地段基礎變形監測及軌道線形測量等[1]。在高速鐵路運營期間，精測網定期復測能保證測量維護工作基準的精度及可靠性，在全線進行精測網復測后，對變形比較嚴重的地段須進行重點地段基礎變形監測，復測獲取最新的測量成果。可對軌道線形開展測量，確定線路平順性偏差量、制定整修方案、指導軌道精調，保障高速鐵路運營質量。運營高速鐵路精密工程測量成果由三重質量控制環節組成，涉及的單位主要包含鐵路集團公司、測量公司、評估單位等[2]，其控制的主要流程為：（1）測量公司內部自檢；（2）鐵路集團公司對項目部提交的成果進行質檢；（3）第三方評估單位對測量公司提交的成果進行審查、評估[3]。

1.2測量信息化管理平臺建設需求與意義。上述測量工作流程中，涉及大量的組織施工方案信息、各類控制網數據以及各種規范標準資料，這些信息數據的特點是數據量巨大且更新頻率較為頻繁[4]，無法得到有效的保存和管理。隨著越來越多的高速鐵路在我國建成運營，其運營期的測量信息管理工作負擔越來越重，運營高速鐵路測量信息整理維護的速度遠不及測量信息更新速度，致使其有效性和時效性得不到保證，造成運營高速鐵路測量信息管理工作不及時，給運營高速鐵路的測量維護工作帶來影響。考慮到上述運營高速鐵路精密工程測量內容繁多、流程復雜、參與單位多，故亟須建立高效規范的信息化管理平臺，采用統一的信息化標準[5]處理。通過信息化管理平臺對運營高速鐵路測量作業流程的每一個環節進行信息化管理，杜絕數據文件丟失、管理不規范、預警反饋不及時等現象，使運營高速鐵路精密工程測量作業的效率最大化和測量成果信息共享最大化。

2信息化管理平臺設計

2.1平臺總體設計原則。信息化管理平臺總體設計須遵循以下幾點原則：第一，運營高速鐵路精密工程測量工作包含精測網定期復測、重點地段基礎變形監測及線形測量等多項內容，這些項目在作業安全控制、數據采集、數據傳輸、數據分析、數據評估、成果應用等方面具有一致性[6]，信息化管理平臺設計應考慮其通用性；第二，運營高速鐵路由于線路和軌道結構類型等不同，測量手段和測量數據文件格式也存在相應的差別，信息化平臺系統設計應兼顧差異性；第三，運營高速鐵路精密工程測量屬于長期維護項目[7]，信息化平臺系統設計應具備可擴展功能，以便根據后續實際需求進行維護升級；第四，應具有分層和分模塊的思想，宜將運營高速鐵路精密工程測量所涉及的精密測網復測、重點地段基礎變形監測及線形測量等不同類型的測量項目分模塊設計；第五，數據管理、成果等過程應分層次進行系統設計；第六，信息化平臺系統應能保證實時快速的數據共享[8]以及數據保存和管理的安全性。

2.2平臺邏輯框架設計。遵循平臺設計原則，根據運營高速鐵路精密工程測量作業的技術流程特點，平臺邏輯框架可采用B/S架構[9]。框架體系可分為三個不同層級，分別為可視化層、業務管理層、數據管理層。應保證不同層級間的獨立性，層與層之間可通過不同的數據接口實現數據傳輸。

2.3平臺數據庫設計。信息化管理平臺的數據庫設計應遵循以下設計要求：（1）使用合適的數據庫進行開發。運營高速鐵路精密工程測量信息化管理平臺可基于SQLserver或MySQL進行開發設計。SQLserver具有使用簡單、界面設計直觀、可適用豐富的編程語言、支持Web技術、軟件集成度高等特點。MySQL是非常好的開源數據庫，其占用內存小，支持各種操作系統包括Windows系列和Linux等，屬于輕量型的數據庫，開發靈活，適合Web網站的開發。（2）數據組織合理。數據庫的設計應始終圍繞各種數據源展開[10]，保證各個數據源的獨立性和相關性，方便用戶后續的數據分析。（3）數據表單設計合理。每條運營線路各種數據能進行實時快速的線上查詢，需要充分考慮數據表單結構設置，對于復雜關系要設計合理的關聯，滿足實際工作的需求。（4）數據存儲模式優化。數據分析是基于多期數據的對比，為保證用戶訪問和讀取歷史數據的便捷性，必須優化數據庫的存儲模式[11]，降低數據庫的存儲負荷，尤其是針對具有海量數據性質的項目。（5）數據庫安全與權限設置嚴密。運營高速鐵路精密工程測量數據具有保密性，采用不同權限設置管理用戶非常必要，同時也應做好數據庫的安全備份工作[11]，防止惡意攻擊數據庫的行為發生。

2.4數據分析及預警體系設計。傳統的數據分析都是經過人工處理后，再對異常信息進行分析進而預警，這種方式存在效率低下的問題和人為因素的干擾。云計算概念的提出，可以很好解決上述問題，將海量數據共享在Web云端[12]，通過移動端APP和PC端調用相關計算函數，不再安裝其他計算軟件就可以實現數據的在線處理和分析，滿足各類用戶的不同數據分析需求，消除潛在的誤報警風險，提高及時預警的能力。云計算提供的功能應包括：（1）數據計算和檢核：包括精測網復測的原始數據平差計算和控制點的穩定性分析、重點地段基礎變形監測的內外業數據檢核、線形測量的平順性綜合指標計算等。（2）變形分析和預測：針對長期變形監測或一定頻次的復測項目。結合常用的數學計算模型如灰色系統模型、Kalman濾波[13]、極限學習機、小波分析法等，通過構建或改進相應計算模型[14-15]達到變形分析的目的。（3）多途徑、多手段預警：發現異常信號時，可通過短信、郵件、微信小程序等向用戶進行實時預警，保證預警的及時性和智能性。

3信息化管理平臺的實現及應用

3.1工程概況。中國鐵路上海局集團有限公司的運營高速鐵路精測網復測與基礎變形監測項目囊括了全國十余條運營高速鐵路線路，總運營長度超過3000km，是目前全國最大的運營高速鐵路精密工程測量項目。為了做好上述項目的管理工作，上海局開發了“運營鐵路技術數據處理咨詢評估服務平臺”。此信息化管理平臺基于B/S架構開發，其主要功能涵蓋了測量任務管理、人員設備作業信息管理、數據傳輸與處理、數據分析、測量成果更新與共享、實時預警等。集團公司、測量單位、第三方評估單位可在此平臺上進行數據交互共享，實現運營高速鐵路精密工程測量數據的信息化管理。

3.2信息化管理平臺應用情況。（1）平臺主界面主要分為具體應用和導航目錄兩部分，左側的具體應用包含了項目類型、測量計劃、任務工作量、評估審核情況、實時預警信息等功能。右側的導航目錄分為高速鐵路應用和普速鐵路應用以及系統基礎應用。用戶可根據需要選擇進入對應的模塊進行操作。平臺主界面如圖1所示。（2）平臺數據分類。運營高速鐵路精密工程測量數據量大、數據類型和數據處理方法存在差異，難以做到統一處理[8]。因此平臺對獲取的測量數據進行了分類處理，在高速鐵路應用模塊中，將運營高速鐵路精密工程測量分為重點地段基礎變形監測、線路精測網、線形測量三大部分。重點地段變形監測模塊如圖2所示，在“重點地段變形監測”模塊，將數據分為了4種類型，分別是沉降監測數據、橫向監測數據、CPIII修復數據以及軌檢儀三維監測數據。（3）數據處理。數據經過分類導入相應模塊后，用戶可在Web端利用預先設置好的計算程序進行在線解算。例如，CPIII平面數據在上傳完成后，會自動進行質量檢測，如果存在問題，需要人工進行質量檢查，用戶可以點擊“測段成果管理”導航菜單欄下的“測量分段成果處理”子導航欄，切換到測量分段成果處理管理頁面，如圖3所示。自由網和約束網的線上平差計算完成后，即可把平差結果保存到平臺數據庫中，并在“測段成果質量管理”實時顯示其成果精度的合格信息，如圖4所示。（4）成果更新及。通過以上的分析和處理，在滿足相應的限差要求后，方可啟用更新的成果數據。運營高速鐵路精密工程測量的成果信息可以通過平臺的成果及預警信息查詢模塊進行查詢。該模塊可以推送精密網復測、基礎變形沉降監測、線形測量的最新成果及預警信息服務。運營高速鐵路精測網復測成果查詢如圖5所示。點擊進入任一具體區段后即可通過搜索功能進行成果查詢。“運營鐵路技術數據處理咨詢評估服務平臺”還可通過郵件、短信和微信小程序等，以網絡化多途徑的方式向用戶推送測量成果和預警信息，保證了測量成果的實時有效性。

4結語

運營鐵路技術數據處理咨詢評估服務平臺經過兩年時間的測試，平臺運行情況良好，是目前運營高速鐵路精密工程測量信息化管理的有力工具。目前，運營高速鐵路精密工程測量的信息化管理方式還處于不斷完善的階段，雖然已有投入使用的高速鐵路信息化管理平臺系統，但從應用情況來看，大多數平臺系統都存在以下幾點問題：（1）只針對某項業務進行獨立規劃建設，沒有全方位考慮。（2）數據傳輸接口具有針對性，信息共享只能局限于某些部門或少數工作人員。（3）大多數系統基于特定瀏覽器開發，其他瀏覽器打開時具有延遲性，甚至存在網頁報錯的現象。因此，各信息化管理系統在業務需求、信息共享等方面都具有一定的局限性。為彌補上述不足，應統一信息化平臺系統傳輸接口，在一個能適應各業務需求的信息化管理平臺面上進行信息共享和業務交流。不但能提升運營高速鐵路精密測量信息交互的效率和數據的共享程度，而且可以極大減輕信息化平臺系統的開發和維護的難度，降低信息化平臺系統的建設成本。此外，如何利用成熟的GIS思想去建設精密工程測量的信息化管理系統是下一步需要重點研究的問題。

作者:焦雄風 譚社會 陳錚 王宜軍4張獻州 單位:西南交通大學地球科學與環境工程學院 中國鐵路上海局集團有限公司 西南交通大學高速鐵路運營安全空間信息技術國家地方聯合工程實驗室 西安欏析時空軟件科技有限公司