運(yùn)營(yíng)鐵路工程測(cè)量信息化管理平臺(tái)探究

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摘要：高速鐵路的安全運(yùn)營(yíng)離不開(kāi)運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量，精密工程測(cè)量是保證高速列車安全平穩(wěn)行駛的重要手段。近年來(lái)，隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的發(fā)展，利用信息化的方式對(duì)測(cè)量作業(yè)和獲取的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，是運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量工作高效開(kāi)展和科學(xué)管控的必然要求。文章通過(guò)對(duì)測(cè)量技術(shù)流程中的信息化需求進(jìn)行分析，闡述如何建設(shè)高效實(shí)用的信息化管理平臺(tái)，最后引用實(shí)例，展示了運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量信息化的具體應(yīng)用情況。

關(guān)鍵詞：運(yùn)營(yíng)高速鐵路；精密工程測(cè)量；信息化管理平臺(tái)

1運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量

1.1測(cè)量?jī)?nèi)容及質(zhì)量管控。高速鐵路建成通車后，為了保證高速列車的安全運(yùn)營(yíng)，提高旅客乘坐高速列車的舒適度，需要對(duì)運(yùn)營(yíng)高速鐵路進(jìn)行必要的精密工程測(cè)量維護(hù)工作。工作內(nèi)容主要包括精測(cè)網(wǎng)定期復(fù)測(cè)、重點(diǎn)地段基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)及軌道線形測(cè)量等[1]。在高速鐵路運(yùn)營(yíng)期間，精測(cè)網(wǎng)定期復(fù)測(cè)能保證測(cè)量維護(hù)工作基準(zhǔn)的精度及可靠性，在全線進(jìn)行精測(cè)網(wǎng)復(fù)測(cè)后，對(duì)變形比較嚴(yán)重的地段須進(jìn)行重點(diǎn)地段基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)，復(fù)測(cè)獲取最新的測(cè)量成果。可對(duì)軌道線形開(kāi)展測(cè)量，確定線路平順性偏差量、制定整修方案、指導(dǎo)軌道精調(diào)，保障高速鐵路運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量成果由三重質(zhì)量控制環(huán)節(jié)組成，涉及的單位主要包含鐵路集團(tuán)公司、測(cè)量公司、評(píng)估單位等[2]，其控制的主要流程為：（1）測(cè)量公司內(nèi)部自檢；（2）鐵路集團(tuán)公司對(duì)項(xiàng)目部提交的成果進(jìn)行質(zhì)檢；（3）第三方評(píng)估單位對(duì)測(cè)量公司提交的成果進(jìn)行審查、評(píng)估[3]。

1.2測(cè)量信息化管理平臺(tái)建設(shè)需求與意義。上述測(cè)量工作流程中，涉及大量的組織施工方案信息、各類控制網(wǎng)數(shù)據(jù)以及各種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)資料，這些信息數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)量巨大且更新頻率較為頻繁[4]，無(wú)法得到有效的保存和管理。隨著越來(lái)越多的高速鐵路在我國(guó)建成運(yùn)營(yíng)，其運(yùn)營(yíng)期的測(cè)量信息管理工作負(fù)擔(dān)越來(lái)越重，運(yùn)營(yíng)高速鐵路測(cè)量信息整理維護(hù)的速度遠(yuǎn)不及測(cè)量信息更新速度，致使其有效性和時(shí)效性得不到保證，造成運(yùn)營(yíng)高速鐵路測(cè)量信息管理工作不及時(shí)，給運(yùn)營(yíng)高速鐵路的測(cè)量維護(hù)工作帶來(lái)影響。考慮到上述運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量?jī)?nèi)容繁多、流程復(fù)雜、參與單位多，故亟須建立高效規(guī)范的信息化管理平臺(tái)，采用統(tǒng)一的信息化標(biāo)準(zhǔn)[5]處理。通過(guò)信息化管理平臺(tái)對(duì)運(yùn)營(yíng)高速鐵路測(cè)量作業(yè)流程的每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行信息化管理，杜絕數(shù)據(jù)文件丟失、管理不規(guī)范、預(yù)警反饋不及時(shí)等現(xiàn)象，使運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量作業(yè)的效率最大化和測(cè)量成果信息共享最大化。

2信息化管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1平臺(tái)總體設(shè)計(jì)原則。信息化管理平臺(tái)總體設(shè)計(jì)須遵循以下幾點(diǎn)原則：第一，運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量工作包含精測(cè)網(wǎng)定期復(fù)測(cè)、重點(diǎn)地段基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)及線形測(cè)量等多項(xiàng)內(nèi)容，這些項(xiàng)目在作業(yè)安全控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)評(píng)估、成果應(yīng)用等方面具有一致性[6]，信息化管理平臺(tái)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮其通用性；第二，運(yùn)營(yíng)高速鐵路由于線路和軌道結(jié)構(gòu)類型等不同，測(cè)量手段和測(cè)量數(shù)據(jù)文件格式也存在相應(yīng)的差別，信息化平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧差異性；第三，運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量屬于長(zhǎng)期維護(hù)項(xiàng)目[7]，信息化平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具備可擴(kuò)展功能，以便根據(jù)后續(xù)實(shí)際需求進(jìn)行維護(hù)升級(jí)；第四，應(yīng)具有分層和分模塊的思想，宜將運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量所涉及的精密測(cè)網(wǎng)復(fù)測(cè)、重點(diǎn)地段基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)及線形測(cè)量等不同類型的測(cè)量項(xiàng)目分模塊設(shè)計(jì)；第五，數(shù)據(jù)管理、成果等過(guò)程應(yīng)分層次進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)；第六，信息化平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)能保證實(shí)時(shí)快速的數(shù)據(jù)共享[8]以及數(shù)據(jù)保存和管理的安全性。

2.2平臺(tái)邏輯框架設(shè)計(jì)。遵循平臺(tái)設(shè)計(jì)原則，根據(jù)運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量作業(yè)的技術(shù)流程特點(diǎn)，平臺(tái)邏輯框架可采用B/S架構(gòu)[9]。框架體系可分為三個(gè)不同層級(jí)，分別為可視化層、業(yè)務(wù)管理層、數(shù)據(jù)管理層。應(yīng)保證不同層級(jí)間的獨(dú)立性，層與層之間可通過(guò)不同的數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

2.3平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。信息化管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)要求：（1）使用合適的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量信息化管理平臺(tái)可基于SQLserver或MySQL進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。SQLserver具有使用簡(jiǎn)單、界面設(shè)計(jì)直觀、可適用豐富的編程語(yǔ)言、支持Web技術(shù)、軟件集成度高等特點(diǎn)。MySQL是非常好的開(kāi)源數(shù)據(jù)庫(kù)，其占用內(nèi)存小，支持各種操作系統(tǒng)包括Windows系列和Linux等，屬于輕量型的數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)靈活，適合Web網(wǎng)站的開(kāi)發(fā)。（2）數(shù)據(jù)組織合理。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)應(yīng)始終圍繞各種數(shù)據(jù)源展開(kāi)[10]，保證各個(gè)數(shù)據(jù)源的獨(dú)立性和相關(guān)性，方便用戶后續(xù)的數(shù)據(jù)分析。（3）數(shù)據(jù)表單設(shè)計(jì)合理。每條運(yùn)營(yíng)線路各種數(shù)據(jù)能進(jìn)行實(shí)時(shí)快速的線上查詢，需要充分考慮數(shù)據(jù)表單結(jié)構(gòu)設(shè)置，對(duì)于復(fù)雜關(guān)系要設(shè)計(jì)合理的關(guān)聯(lián)，滿足實(shí)際工作的需求。（4）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式優(yōu)化。數(shù)據(jù)分析是基于多期數(shù)據(jù)的對(duì)比，為保證用戶訪問(wèn)和讀取歷史數(shù)據(jù)的便捷性，必須優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)模式[11]，降低數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)負(fù)荷，尤其是針對(duì)具有海量數(shù)據(jù)性質(zhì)的項(xiàng)目。（5）數(shù)據(jù)庫(kù)安全與權(quán)限設(shè)置嚴(yán)密。運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量數(shù)據(jù)具有保密性，采用不同權(quán)限設(shè)置管理用戶非常必要，同時(shí)也應(yīng)做好數(shù)據(jù)庫(kù)的安全備份工作[11]，防止惡意攻擊數(shù)據(jù)庫(kù)的行為發(fā)生。

2.4數(shù)據(jù)分析及預(yù)警體系設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析都是經(jīng)過(guò)人工處理后，再對(duì)異常信息進(jìn)行分析進(jìn)而預(yù)警，這種方式存在效率低下的問(wèn)題和人為因素的干擾。云計(jì)算概念的提出，可以很好解決上述問(wèn)題，將海量數(shù)據(jù)共享在Web云端[12]，通過(guò)移動(dòng)端APP和PC端調(diào)用相關(guān)計(jì)算函數(shù)，不再安裝其他計(jì)算軟件就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線處理和分析，滿足各類用戶的不同數(shù)據(jù)分析需求，消除潛在的誤報(bào)警風(fēng)險(xiǎn)，提高及時(shí)預(yù)警的能力。云計(jì)算提供的功能應(yīng)包括：（1）數(shù)據(jù)計(jì)算和檢核：包括精測(cè)網(wǎng)復(fù)測(cè)的原始數(shù)據(jù)平差計(jì)算和控制點(diǎn)的穩(wěn)定性分析、重點(diǎn)地段基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)的內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)檢核、線形測(cè)量的平順性綜合指標(biāo)計(jì)算等。（2）變形分析和預(yù)測(cè)：針對(duì)長(zhǎng)期變形監(jiān)測(cè)或一定頻次的復(fù)測(cè)項(xiàng)目。結(jié)合常用的數(shù)學(xué)計(jì)算模型如灰色系統(tǒng)模型、Kalman濾波[13]、極限學(xué)習(xí)機(jī)、小波分析法等，通過(guò)構(gòu)建或改進(jìn)相應(yīng)計(jì)算模型[14-15]達(dá)到變形分析的目的。（3）多途徑、多手段預(yù)警：發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)時(shí)，可通過(guò)短信、郵件、微信小程序等向用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，保證預(yù)警的及時(shí)性和智能性。

3信息化管理平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

3.1工程概況。中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司的運(yùn)營(yíng)高速鐵路精測(cè)網(wǎng)復(fù)測(cè)與基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)項(xiàng)目囊括了全國(guó)十余條運(yùn)營(yíng)高速鐵路線路，總運(yùn)營(yíng)長(zhǎng)度超過(guò)3000km，是目前全國(guó)最大的運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量項(xiàng)目。為了做好上述項(xiàng)目的管理工作，上海局開(kāi)發(fā)了“運(yùn)營(yíng)鐵路技術(shù)數(shù)據(jù)處理咨詢?cè)u(píng)估服務(wù)平臺(tái)”。此信息化管理平臺(tái)基于B/S架構(gòu)開(kāi)發(fā)，其主要功能涵蓋了測(cè)量任務(wù)管理、人員設(shè)備作業(yè)信息管理、數(shù)據(jù)傳輸與處理、數(shù)據(jù)分析、測(cè)量成果更新與共享、實(shí)時(shí)預(yù)警等。集團(tuán)公司、測(cè)量單位、第三方評(píng)估單位可在此平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)交互共享，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量數(shù)據(jù)的信息化管理。

3.2信息化管理平臺(tái)應(yīng)用情況。（1）平臺(tái)主界面主要分為具體應(yīng)用和導(dǎo)航目錄兩部分，左側(cè)的具體應(yīng)用包含了項(xiàng)目類型、測(cè)量計(jì)劃、任務(wù)工作量、評(píng)估審核情況、實(shí)時(shí)預(yù)警信息等功能。右側(cè)的導(dǎo)航目錄分為高速鐵路應(yīng)用和普速鐵路應(yīng)用以及系統(tǒng)基礎(chǔ)應(yīng)用。用戶可根據(jù)需要選擇進(jìn)入對(duì)應(yīng)的模塊進(jìn)行操作。平臺(tái)主界面如圖1所示。（2）平臺(tái)數(shù)據(jù)分類。運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)處理方法存在差異，難以做到統(tǒng)一處理[8]。因此平臺(tái)對(duì)獲取的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了分類處理，在高速鐵路應(yīng)用模塊中，將運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量分為重點(diǎn)地段基礎(chǔ)變形監(jiān)測(cè)、線路精測(cè)網(wǎng)、線形測(cè)量三大部分。重點(diǎn)地段變形監(jiān)測(cè)模塊如圖2所示，在“重點(diǎn)地段變形監(jiān)測(cè)”模塊，將數(shù)據(jù)分為了4種類型，分別是沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、橫向監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、CPIII修復(fù)數(shù)據(jù)以及軌檢儀三維監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)分類導(dǎo)入相應(yīng)模塊后，用戶可在Web端利用預(yù)先設(shè)置好的計(jì)算程序進(jìn)行在線解算。例如，CPIII平面數(shù)據(jù)在上傳完成后，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，如果存在問(wèn)題，需要人工進(jìn)行質(zhì)量檢查，用戶可以點(diǎn)擊“測(cè)段成果管理”導(dǎo)航菜單欄下的“測(cè)量分段成果處理”子導(dǎo)航欄，切換到測(cè)量分段成果處理管理頁(yè)面，如圖3所示。自由網(wǎng)和約束網(wǎng)的線上平差計(jì)算完成后，即可把平差結(jié)果保存到平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并在“測(cè)段成果質(zhì)量管理”實(shí)時(shí)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(guò)以上的分析和處理，在滿足相應(yīng)的限差要求后，方可啟用更新的成果數(shù)據(jù)。運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量的成果信息可以通過(guò)平臺(tái)的成果及預(yù)警信息查詢模塊進(jìn)行查詢。該模塊可以推送精密網(wǎng)復(fù)測(cè)、基礎(chǔ)變形沉降監(jiān)測(cè)、線形測(cè)量的最新成果及預(yù)警信息服務(wù)。運(yùn)營(yíng)高速鐵路精測(cè)網(wǎng)復(fù)測(cè)成果查詢?nèi)鐖D5所示。點(diǎn)擊進(jìn)入任一具體區(qū)段后即可通過(guò)搜索功能進(jìn)行成果查詢。“運(yùn)營(yíng)鐵路技術(shù)數(shù)據(jù)處理咨詢?cè)u(píng)估服務(wù)平臺(tái)”還可通過(guò)郵件、短信和微信小程序等，以網(wǎng)絡(luò)化多途徑的方式向用戶推送測(cè)量成果和預(yù)警信息，保證了測(cè)量成果的實(shí)時(shí)有效性。

4結(jié)語(yǔ)

運(yùn)營(yíng)鐵路技術(shù)數(shù)據(jù)處理咨詢?cè)u(píng)估服務(wù)平臺(tái)經(jīng)過(guò)兩年時(shí)間的測(cè)試，平臺(tái)運(yùn)行情況良好，是目前運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)量信息化管理的有力工具。目前，運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密工程測(cè)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(tái)系統(tǒng)，但從應(yīng)用情況來(lái)看，大多數(shù)平臺(tái)系統(tǒng)都存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：（1）只針對(duì)某項(xiàng)業(yè)務(wù)進(jìn)行獨(dú)立規(guī)劃建設(shè)，沒(méi)有全方位考慮。（2）數(shù)據(jù)傳輸接口具有針對(duì)性，信息共享只能局限于某些部門或少數(shù)工作人員。（3）大多數(shù)系統(tǒng)基于特定瀏覽器開(kāi)發(fā)，其他瀏覽器打開(kāi)時(shí)具有延遲性，甚至存在網(wǎng)頁(yè)報(bào)錯(cuò)的現(xiàn)象。因此，各信息化管理系統(tǒng)在業(yè)務(wù)需求、信息共享等方面都具有一定的局限性。為彌補(bǔ)上述不足，應(yīng)統(tǒng)一信息化平臺(tái)系統(tǒng)傳輸接口，在一個(gè)能適應(yīng)各業(yè)務(wù)需求的信息化管理平臺(tái)面上進(jìn)行信息共享和業(yè)務(wù)交流。不但能提升運(yùn)營(yíng)高速鐵路精密測(cè)量信息交互的效率和數(shù)據(jù)的共享程度，而且可以極大減輕信息化平臺(tái)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)的難度，降低信息化平臺(tái)系統(tǒng)的建設(shè)成本。此外，如何利用成熟的GIS思想去建設(shè)精密工程測(cè)量的信息化管理系統(tǒng)是下一步需要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。

作者:焦雄風(fēng) 譚社會(huì) 陳錚 王宜軍4張獻(xiàn)州 單位:西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司 西南交通大學(xué)高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全空間信息技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室 西安欏析時(shí)空軟件科技有限公司