智慧城軌土建設施地理信息平臺應用
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據中國城市軌道交通協會統計，截至2020年12月31日，中國內地累計有45個城市開通城軌交通運營線路7978.19km。2020年初，中國城市軌道交通協會了《中國城市軌道交通智慧城軌發展綱要》，同年，上海申通地鐵了《5G+智慧地鐵白皮書》，北京地鐵了《首都智慧地鐵發展白皮書》。奉行“交通強國，城軌擔當”的歷史使命，遵循“推進城軌信息化，發展城軌智能化，建設城軌智慧化”的建設主線，落實“感知—學習—研判—決策—行動”為內涵的智慧城軌建設迫在眉睫。對此，構建統一的高精度時空基準，匯集地鐵系統各元素綜合時空信息與狀態數據，搭建滿足地鐵運維所需的基礎設施空間數字化地理信息平臺，對于城軌智慧運維、城市地下空間基礎設施數字化管理具有重要意義。
1項目介紹
本項目針對地鐵運營管理過程中存在沿線地上建構筑物與地下管隧設施精確定位、土建設施及周邊環境信息不全面、保護區可視化程度不高等問題和需求，以某城市地鐵運營公司的基礎設施空間數字化地理信息平臺建設為例，收集在營線路的線站區間信息、土建設施信息，地質、水文，勘設平面圖、剖面圖，以及保護區內地上地下的建構筑物、管線、風險源等數據，對其進行梳理、整合、優化，形成結構化、標準化的地理信息數據，存儲至地理信息數據倉，形成城市級全網絡時空地理信息數據湖，構建智慧城軌基礎設施空間數字化地理信息平臺，為地鐵的智慧運行、智慧維護、智慧管理、智慧客服奠定數據基礎，為后續業務系統開放空間調用接口，為空間開發決策提供數據支持。
2平臺設計
智慧城軌基礎設施空間數字化地理信息平臺研究與應用涉及諸多方面，既要考慮當下各業務應用場景，又要思考智慧地鐵后續服務支持；既涉及到平臺的安全性、可復用性、可冗余性、可維護性、可擴展性，又需思考頂層整體規劃、分階段分期建設。
2.1頂層設計
建立地鐵沿線基礎設施時空地理信息“一張圖”，融合空間地理模型、線路數據、遙感影像、電子地圖等，實現結構化數據與非結構化數據不同緯度的可量化、可視化。頂層設計整體構想是實現感知層、數據層、業務層產業鏈支持，為后續線路接入提供可擴容性，及相關智慧應用提供空間數字化接口服務（圖1）。
2.2功能特點
智慧城軌基礎設施空間數字化地理信息平臺基本功能實現查詢、定位、量測、檢索，以及開放其他業務調用接口，其功能創新表現為：全：提供車站內詳細的暴露空間和地鐵非暴露空間、隧道路線、車站及沿線周邊地圖、附屬設施等多尺度空間信息；準：支持地鐵網絡客流、列車、設備設施、環境的時空分布的空間地圖、空間分析和時空展示的高精度時空融合場景，支持與北斗定位導航對接的快速定位、導航、路徑規劃、軌跡追蹤等多功能；多：可視化形式多樣，有基于地圖的二維展示、基于三維的場景展示、專項數據的清單列表展示、宏觀微觀展示等；動：構建數據采集、更新與反饋機制，實現數據庫的動態更新；?。褐С挚土黝A測客運管理、設備管理、應急指揮調度、平行推演等專項分析的空間數據共享使用，無需重復構建數據底層，節省成本。
3應用案例
地鐵保護區是指地鐵車輛在軌道交通線路上運行必須確保線路結構有一個安全的空間，該空間一般在結構周邊50m范圍內的空間。保護區管理是地鐵安全運行和維護的重要內容?；A地理信息一張圖可為地鐵保護區管理提供有效的數據支撐，結合保護區施工審批、安全巡檢、監測檢測等業務，實現數據湖與應用系統之間的反饋與更新，對于地鐵保護區安全管理、提質增效發揮重要作用。
3.1基礎地理信息平臺
提高數據治理能力，實現“安全用數、高效用數、用優質數”，才能更好的支持數據創新應用，實現數據價值，推動地鐵保護區管理數字化轉型。保護區數據治理主要是把結構化數據（含模型、CAD圖、工程建設信息、地鐵運營數據等）、非結構化數據（含報告、PDF文件、圖紙、圖片等）集成到智慧城軌基礎設施空間數字化地理信息平臺，并實現檢索、定位、查詢、量測等基本功能。結構化數據，以地鐵運營線路數據為基礎，結合沿線地理地信、周邊環境、土建設施、地質平面圖、地質剖面圖、管線調查圖、遙感影像等，對其進行相應的梳理，形成“采集—處理—表達—分析—服務”一體化的智慧決策系統（朱合華等，2018），建立規范化的數據標準，進行數據歸倉入庫，健全數據治理體系，構建地鐵保護區基礎地理信息“一張圖”數據倉。同時，對非結構化數據進行分類分倉，賦予時空地理信息，利用索引技術建立非結構化數據檢索，將不同環境中的結構數據和非結構化數據有機結合，構建知識、軌跡圖譜，實現在線“一張圖”快捷瀏覽及便捷查詢（圖2）。
3.2地鐵保護區安全巡檢業務
軌道運營線路工程地處城市繁華區，周邊環境復雜、高樓林立，地下管網密集，安全風險因素較多；保護區內工程多、參建單位多、安全施工信息和數據多，綜合管理壓力大；傳統保護區現場巡檢只能通過文字和現場照片進行說明展示，不能滿足“實時掌控、全局把握”的需求。地保巡檢人員努力掌握和運用信息化技術，借助基礎設施空間數字化地理信息平臺技術實現對地鐵保護區進行巡查、管理，增加覆蓋范圍及巡查頻次，精確巡查點位并通過對以往數據進行比對，及時發現異常情況。通過智慧城軌基礎設施空間數字化地理信息平臺，將地鐵運營過程中對地鐵沿線在施工程及其周邊環境信息掌握不全不精準及保護區管理信息化水平不高的問題予以解決，對沿線及周邊環境空間地理信息數據進行綜合治理，引進信息技術手段，提高安全巡檢水平，進一步完善保護區管理制度，解決地上建構筑物與地下管隧設施精確定位、設施及周邊環境信息不全面、巡檢信息化等問題，為生產決策提供及時、準確的依據，促進軌道交通安全、高效運行，為保護區綜合管理提供有力支持。
3.3地鐵保護區施工審批
地鐵保護區施工審批：一方面依靠空間數字化地理信息平臺形成三維可視化的地保預警區域，加強保護區內的施工作業規范化，保護合法合規作業、提高對違規施工的聯合執法力度；另一方面將保護區內的水電氣熱等管線、建構筑物、風險源可視化，借助日漸成熟的三維地質模型（宋越等，2019），方便施工的精確定位、風險規避，確保地鐵正常運行，保障人民群眾生命財產安全。在規范施工作業、強化聯合執法方面，無論是施工方在未制定地鐵保護方案同時也未征得地鐵公司同意就開始施工作業；還是施工方的地保方案經過地鐵公司審查或專家評審同意，手續齊全，但施工作業中仍未按地鐵保護方案實施（高墅，2020）；這都需要加大地保安全巡檢頻次，精確定位施工作業區域，及時觸發施工審批預警條件，全面監控違規施工情況。依靠移動手持端APP、高點全景相機、無人機巡檢、工程審批預警等，形成多部門聯動、監管執法一體化的預警處置機制。
3.4地鐵保護區自動化監測
智慧城軌基礎設施空間數字化地理信息平臺在地鐵保護區土建設施自動化監測管理方面應用較為廣泛。既可對土建設施進行日常維護性監測，又可對所在重點區域進行沉降、位移、地下水等監測，也可對重點區域地質進行監測，如大地沉降、區域水文等。就土建設施監測而言，可借助部署其上的傳感器及感知設備，先將基準點與變形點的數據傳回邊緣Edge計算節點，進行結構化預處理；再將計算結果傳回空間數字化地理信息平臺數據倉，實現自動采集、預處理、回傳、存儲、變形趨勢分析及變形報表可視化。通過實時在線的現場自動化監測，實現監測數據在智慧城軌基礎設施空間數字化地理信息平臺的模擬仿真；土建維保部門根據仿真結果，發出人工復審及修補指令，進行相應流程環節（圖3）。
4結論及展望
本文介紹了智慧城軌基礎設施空間數字化地理信息平臺是智慧地鐵建設的數據基礎，為智慧管理提供數據保障；通過對平臺研究與應用，可借助現代化信息技術與管理理念，運用數字化、智能化手段，加強各領域統計分析、構建精細化、高效化管理機制，實現企業可持續發展，具有良好的經濟效益和社會效益。通過移動APP、空間定位等信息化手段的應用，提高管理運行效率，增強運營保護區安全管理的針對性、科學性和主動性，有效降低巡查人員成本；通過對運營保護區安全管理歷史數據的分析，預測預判保護區的安全隱患，及時采取預防整治措施，為軌道交通安全運營提供快速、優質、高效的綜合服務。創新地鐵保護區安全管理機制和監控巡查手段，實現降本增效。在地鐵運營整體框架下的智慧城軌基礎設施空間數字化地理信息平臺的應用，可實現運營保護區安全管理事件及時發現、快速處置、動態監管和政府、管理部門、軌道交通企業職責明確、統籌聯動、資源共享的信息化管理平臺，提高管理水平和工作效率，提升軌道交通安全運營保障能力，通過保障能力的提升，追求實現地鐵運營零事故?？梢詾榈罔F運營提供決策輔助，對以后的智慧運營具有重要參考意義。
作者：林琳 于淼 李珂 馮增文 李祿維單位： 北京城建勘測設計研究院有限責任公司
