智慧城轨土建设施地理信息平台应用

关键词：智慧城轨；数字化空间；地铁保护区

据中国城市轨道交通协会统计，截至2020年12月31日，中国内地累计有45个城市开通城轨交通运营线路7978.19km。2020年初，中国城市轨道交通协会了《中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要》，同年，上海申通地铁了《5G+智慧地铁白皮书》，北京地铁了《首都智慧地铁发展白皮书》。奉行“交通强国，城轨担当”的历史使命，遵循“推进城轨信息化，发展城轨智能化，建设城轨智慧化”的建设主线，落实“感知—学习—研判—决策—行动”为内涵的智慧城轨建设迫在眉睫。对此，构建统一的高精度时空基准，汇集地铁系统各元素综合时空信息与状态数据，搭建满足地铁运维所需的基础设施空间数字化地理信息平台，对于城轨智慧运维、城市地下空间基础设施数字化管理具有重要意义。

1项目介绍

本项目针对地铁运营管理过程中存在沿线地上建构筑物与地下管隧设施精确定位、土建设施及周边环境信息不全面、保护区可视化程度不高等问题和需求，以某城市地铁运营公司的基础设施空间数字化地理信息平台建设为例，收集在营线路的线站区间信息、土建设施信息，地质、水文，勘设平面图、剖面图，以及保护区内地上地下的建构筑物、管线、风险源等数据，对其进行梳理、整合、优化，形成结构化、标准化的地理信息数据，存储至地理信息数据仓，形成城市级全网络时空地理信息数据湖，构建智慧城轨基础设施空间数字化地理信息平台，为地铁的智慧运行、智慧维护、智慧管理、智慧客服奠定数据基础，为后续业务系统开放空间调用接口，为空间开发决策提供数据支持。

2平台设计

智慧城轨基础设施空间数字化地理信息平台研究与应用涉及诸多方面，既要考虑当下各业务应用场景，又要思考智慧地铁后续服务支持；既涉及到平台的安全性、可复用性、可冗余性、可维护性、可扩展性，又需思考顶层整体规划、分阶段分期建设。

2.1顶层设计

建立地铁沿线基础设施时空地理信息“一张图”，融合空间地理模型、线路数据、遥感影像、电子地图等，实现结构化数据与非结构化数据不同纬度的可量化、可视化。顶层设计整体构想是实现感知层、数据层、业务层产业链支持，为后续线路接入提供可扩容性，及相关智慧应用提供空间数字化接口服务（图1）。

2.2功能特点

智慧城轨基础设施空间数字化地理信息平台基本功能实现查询、定位、量测、检索，以及开放其他业务调用接口，其功能创新表现为：全：提供车站内详细的暴露空间和地铁非暴露空间、隧道路线、车站及沿线周边地图、附属设施等多尺度空间信息；准：支持地铁网络客流、列车、设备设施、环境的时空分布的空间地图、空间分析和时空展示的高精度时空融合场景，支持与北斗定位导航对接的快速定位、导航、路径规划、轨迹追踪等多功能；多：可视化形式多样，有基于地图的二维展示、基于三维的场景展示、专项数据的清单列表展示、宏观微观展示等；动：构建数据采集、更新与反馈机制，实现数据库的动态更新；省：支持客流预测客运管理、设备管理、应急指挥调度、平行推演等专项分析的空间数据共享使用，无需重复构建数据底层，节省成本。

3应用案例

地铁保护区是指地铁车辆在轨道交通线路上运行必须确保线路结构有一个安全的空间，该空间一般在结构周边50m范围内的空间。保护区管理是地铁安全运行和维护的重要内容。基础地理信息一张图可为地铁保护区管理提供有效的数据支撑，结合保护区施工审批、安全巡检、监测检测等业务，实现数据湖与应用系统之间的反馈与更新，对于地铁保护区安全管理、提质增效发挥重要作用。

3.1基础地理信息平台

提高数据治理能力，实现“安全用数、高效用数、用优质数”，才能更好的支持数据创新应用，实现数据价值，推动地铁保护区管理数字化转型。保护区数据治理主要是把结构化数据（含模型、CAD图、工程建设信息、地铁运营数据等）、非结构化数据（含报告、PDF文件、图纸、图片等）集成到智慧城轨基础设施空间数字化地理信息平台，并实现检索、定位、查询、量测等基本功能。结构化数据，以地铁运营线路数据为基础，结合沿线地理地信、周边环境、土建设施、地质平面图、地质剖面图、管线调查图、遥感影像等，对其进行相应的梳理，形成“采集—处理—表达—分析—服务”一体化的智慧决策系统（朱合华等，2018），建立规范化的数据标准，进行数据归仓入库，健全数据治理体系，构建地铁保护区基础地理信息“一张图”数据仓。同时，对非结构化数据进行分类分仓，赋予时空地理信息，利用索引技术建立非结构化数据检索，将不同环境中的结构数据和非结构化数据有机结合，构建知识、轨迹图谱，实现在线“一张图”快捷浏览及便捷查询（图2）。

3.2地铁保护区安全巡检业务

轨道运营线路工程地处城市繁华区，周边环境复杂、高楼林立，地下管网密集，安全风险因素较多；保护区内工程多、参建单位多、安全施工信息和数据多，综合管理压力大；传统保护区现场巡检只能通过文字和现场照片进行说明展示，不能满足“实时掌控、全局把握”的需求。地保巡检人员努力掌握和运用信息化技术，借助基础设施空间数字化地理信息平台技术实现对地铁保护区进行巡查、管理，增加覆盖范围及巡查频次，精确巡查点位并通过对以往数据进行比对，及时发现异常情况。通过智慧城轨基础设施空间数字化地理信息平台，将地铁运营过程中对地铁沿线在施工程及其周边环境信息掌握不全不精准及保护区管理信息化水平不高的问题予以解决，对沿线及周边环境空间地理信息数据进行综合治理，引进信息技术手段，提高安全巡检水平，进一步完善保护区管理制度，解决地上建构筑物与地下管隧设施精确定位、设施及周边环境信息不全面、巡检信息化等问题，为生产决策提供及时、准确的依据，促进轨道交通安全、高效运行，为保护区综合管理提供有力支持。

3.3地铁保护区施工审批

地铁保护区施工审批：一方面依靠空间数字化地理信息平台形成三维可视化的地保预警区域，加强保护区内的施工作业规范化，保护合法合规作业、提高对违规施工的联合执法力度；另一方面将保护区内的水电气热等管线、建构筑物、风险源可视化，借助日渐成熟的三维地质模型（宋越等，2019），方便施工的精确定位、风险规避，确保地铁正常运行，保障人民群众生命财产安全。在规范施工作业、强化联合执法方面，无论是施工方在未制定地铁保护方案同时也未征得地铁公司同意就开始施工作业；还是施工方的地保方案经过地铁公司审查或专家评审同意，手续齐全，但施工作业中仍未按地铁保护方案实施（高墅，2020）；这都需要加大地保安全巡检频次，精确定位施工作业区域，及时触发施工审批预警条件，全面监控违规施工情况。依靠移动手持端APP、高点全景相机、无人机巡检、工程审批预警等，形成多部门联动、监管执法一体化的预警处置机制。

3.4地铁保护区自动化监测

智慧城轨基础设施空间数字化地理信息平台在地铁保护区土建设施自动化监测管理方面应用较为广泛。既可对土建设施进行日常维护性监测，又可对所在重点区域进行沉降、位移、地下水等监测，也可对重点区域地质进行监测，如大地沉降、区域水文等。就土建设施监测而言，可借助部署其上的传感器及感知设备，先将基准点与变形点的数据传回边缘Edge计算节点，进行结构化预处理；再将计算结果传回空间数字化地理信息平台数据仓，实现自动采集、预处理、回传、存储、变形趋势分析及变形报表可视化。通过实时在线的现场自动化监测，实现监测数据在智慧城轨基础设施空间数字化地理信息平台的模拟仿真；土建维保部门根据仿真结果，发出人工复审及修补指令，进行相应流程环节（图3）。

4结论及展望

本文介绍了智慧城轨基础设施空间数字化地理信息平台是智慧地铁建设的数据基础，为智慧管理提供数据保障；通过对平台研究与应用，可借助现代化信息技术与管理理念，运用数字化、智能化手段，加强各领域统计分析、构建精细化、高效化管理机制，实现企业可持续发展，具有良好的经济效益和社会效益。通过移动APP、空间定位等信息化手段的应用，提高管理运行效率，增强运营保护区安全管理的针对性、科学性和主动性，有效降低巡查人员成本；通过对运营保护区安全管理历史数据的分析，预测预判保护区的安全隐患，及时采取预防整治措施，为轨道交通安全运营提供快速、优质、高效的综合服务。创新地铁保护区安全管理机制和监控巡查手段，实现降本增效。在地铁运营整体框架下的智慧城轨基础设施空间数字化地理信息平台的应用，可实现运营保护区安全管理事件及时发现、快速处置、动态监管和政府、管理部门、轨道交通企业职责明确、统筹联动、资源共享的信息化管理平台，提高管理水平和工作效率，提升轨道交通安全运营保障能力，通过保障能力的提升，追求实现地铁运营零事故。可以为地铁运营提供决策辅助，对以后的智慧运营具有重要参考意义。

作者：林琳  于淼  李珂  冯增文  李禄维单位：  北京城建勘测设计研究院有限责任公司