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基于GIS的智能巡查管理信息化系統在南京地鐵運營線路保護區安全管理中的應用
發布時間:2020-09-29 10:21:26閱讀:收藏
摘要:當前城市軌道交通保護區所面臨的主要問題是缺乏科學有效的手段判斷保護區范圍,不能直觀把握施工項目與地鐵隧道的距離,無法準確掌握地鐵所處的安全狀況,進而影響執法監管效率,存在影響運營安全甚至停運的風險。針對上述情況,結合移動互聯網、GIS與GNSS定位技術,研發了軌道交通保護區信息化巡查執法智能管理系統及配套手持終端,在實現和滿足全線網保護區巡查執法標準化、規范化、信息化的基礎上,提出了巡查結果動態查詢、歷史項目和案件回溯及數據智能分析算法。

韓結 陸航 毛婷

南京市地鐵交通設施保護辦公室,南京,210012

摘要當前城市軌道交通保護區所面臨的主要問題是缺乏科學有效的手段判斷保護區范圍,不能直觀把握施工項目與地鐵隧道的距離,無法準確掌握地鐵所處的安全狀況,進而影響執法監管效率,存在影響運營安全甚至停運的風險。針對上述情況,結合移動互聯網、GIS與GNSS定位技術,研發了軌道交通保護區信息化巡查執法智能管理系統及配套手持終端,在實現和滿足全線網保護區巡查執法標準化、規范化、信息化的基礎上,提出了巡查結果動態查詢、歷史項目和案件回溯及數據智能分析算法,為地鐵保護區巡查執法管理的信息化和科學化提供了一定參考。

關鍵詞地鐵保護區,巡查執法,手持智能終端,智能管理系統


一、背景

目前我國城市軌道交通正處于快速發展階段,每年都有大量的線路投入運營。以南京為例,截至2015年底,南京地鐵軌道線網達到225公里,在建線路還有150公里。隨著里程的增加,軌道保護區的面積也在不斷增加,影響軌道交通安全的因素也越來越多,進而導致控制保護區內的安全管理涉及部門和單位越來越多,安全管理難度越來越大。[1]如何更高效地對地鐵保護區進行高效、智能、準確的巡查和執法,已逐漸成為新的研究趨勢。

依托某市地鐵保護區巡查執法工作調查,筆者利用Web及Java編程,借助當前成熟的手持平板、智能手機等設備,研發了一套適用于地鐵巡查執法的智能管理系統及配套手持智能終端,基本實現了軌道保護區巡查執法的標準化、高效化,同時為巡查執法信息的歷史記錄回溯、動態查詢、智能挖掘分析提供了可能。

二、智能管理系統架構

2.1 系統邏輯架構

如圖 1所示,基于B/S結構模式,研發保護區巡查執法智能管理系統,分Web管理系統和GPS終端兩部分:

2.1.1 Web管理系統

基于域名訪問的Web網頁查詢及管理系統,在整合巡查、執法各階段信息內容的基礎上,進行巡查軌跡的跟蹤、巡查項目信息統計及歷史信息查詢、案件進展追蹤等,為違規項目安全風險控制、執法案件管理提供基礎數據;

2.1.2 GPS巡查執法終端

基于智能終端的GPS巡查執法終端,借助高精度GPS定位模塊,實現精確定位,準確記錄違規項目與隧道距離,實時更新項目進展信息,實時掌握案件進展狀態,輔以文字描述、圖片等形式,動態上傳、下載。

圖1 隧道結構檢查智能管理系統


2.2、系統功能架構

2.2.1 Web管理系統

軌道交通保護區信息化巡查執法Web智能管理系統采用圖形化的操作界面,圖形數據雙向交互,主要功能包括基礎信息、巡查管理、案件管理、文書管理和系統管理五大功能模塊,如圖 2所示:

圖2 Web管理系統


2.2.2 基礎信息的配置

將軌道交通的路網信息進行搜集、整合和管理,涉及車站及區間里程、環號信息、隧道類型、對應的附屬設備信息。

2.2.3 巡查管理

包含巡查計劃和巡查成果兩部分,其中巡查計劃可以進行巡查任務的發布及跟蹤,通過終端記錄巡查軌跡、違規項目信息、現場電子簽名等并上傳至web系統。系統對每一個項目信息進行整合分析,用戶可以通過條件分類檢索查看,快速掌握巡查計劃詳情、巡查任務進展跟蹤及項目最新進展和歷史信息。并且可對搜索結果進行分析、瀏覽、導出、再查詢等處理。同時,可以進行報表的輸出,生成任務記錄單、違規項目信息記錄單等。

2.2.4 案件管理

用來處理案件相關審批表及文書,包括案件發起、案件審批和卷宗庫三部分內容,能夠實現案件的智能化操作及管理。用戶只需新增一個案件,系統會進行案件流程的的提示,只有上步流程走通才允許后面流程的開始。且對應當前步驟下一步的操作實現智能化管理,極大的提高案件審批效率。如圖3所示。通過案件流程圖了解案件相關信息的同時能夠直觀掌握案件發展線路。如圖4所示。

圖3 案件管理

圖4 案件進展流程圖

2.2.5 GPS巡查執法終端

圖5 GPS巡查執法終端


GPS巡查執法智能終端主要分為保護區巡查和委托執法兩大模塊。其中,保護區巡查模塊由巡查任務和巡查記錄兩部分組成,巡查任務按其任務類型又分為指派任務、計劃任務和臨時任務,巡查記錄包含軌跡記錄、違規項目記錄、圖像記錄等。執行巡查任務過程中,系統智能識別保護區范圍,進入保護區會報警提示,方便工作人員掌握保護區地鐵的安全狀況,記錄相關信息,給違規項目發放核查、整改等。通過終端設備將信息上傳至系統,實現巡查和執法的電子信息化,方便違規項目信息的查找和跟蹤,提高辦案效率,輔助工作人員進行信息的統計分析。

圖6 文書管理(微小工程)



三、關鍵技術

3.1坐標裝換技術

根據業務需求,巡查定位精度需達到1m范圍內,因此除了設備本身GPS滿足高精度使用要求外,利用GIS技術研發了GIS基礎信息生成工具。地鐵線路設計cad圖上使用的是城市坐標系,而GPS采用的是全球坐標系,顯示在公共資源底圖上的又是百度坐標系。所有需要將這幾個坐標系之間的轉換關系算出來,為此我們采集了某市地鐵全線網界樁控制點,計算出轉換參數后,通過GIS技術將地鐵隧道、車站、保護區紅線導入,再將導入好的GIS數據以計算出來的轉換參數為依據加載至底圖。經過大量數據的參數校準和現場調試,成功將GPS巡查的定位精度控制在了1m范圍內。


3.2 GIS數據生成技術

原始數據完后,還不能馬上生成所需要的GIS數據。在這一步之前,得先完成坐標系的轉換,這是GIS數據生成過程很重要的一環。采集的坐標點需具備以下幾個特點:

(1) 地鐵線路控制點。

控制點一個重要的屬性是其坐標是已知的,通過已知坐標可以將線路一一對應,同時這也是轉換參數計算的重要依據,是判斷參數計算準確性的關鍵。

(2) 數量充足。

采集的控制點坐標數量越多,這樣可以避免因偶然因素所導致的誤差,去除明顯不合理的數據,再取參數值平均值的方法,盡可能提高計算精度。

(3) 范圍覆蓋線網。

采集的數據應該均勻分布整個線網,集中一側會對轉換參數準確性產生較大的影響,所以在條件允許下,適當的擴大采集范圍,均衡采集點分布,是GIS轉換參數非常有效的手段。


3.3保護區定位及智能測距技術

針對地鐵保護區違規項目與地鐵隧道位置距離量測困難,傳統技術手段效率低下,甚至因不能及時處理整治保護區違規項目影響地鐵安全等問題的發生,通過對GIS于GNSS定位技術的研究,提出并研發出保護區定位及職能測距技術。

其工作原理簡述如下:通過GIS數據生成技術繪畫出精確的地鐵線路圖,反復驗證線路位置直至滿足精度要求,隨后通過GIS工具對隧道管片進行精細化切割。高精度GPS設備所定位的位置,計算與附近隧道各點距離,取其最小長度作為顯示距離。


四、應用成果

研究成果已投入某市地鐵現已運行六條線路的保護區巡查執法工作中,并經過為期1個月的使用,在工作效率、巡查成果分析和執法文書管理效率上已初步取得成效。

事實表明,與往年的巡查執法工作成果相比,采用新研發的智能管理系統及配套終端后,工作時間比原先減少了30~50%。

數據表明,使用該系統可大幅度降低使用的人力與物理,減少時間的投入,大大提升工作效率。


.結論與展望

5.1 主要結論

本文基于當前地鐵保護區信息化巡查執法智能化管理的需求,利用Web和Java技術,研發了適用于地鐵保護區巡查執法的智能管理系統及配套手持終端設備,并在某市地鐵6條地鐵線路開展示范性應用,取得了良好成效。主要結論如下:

(1) 研發的地鐵GPS巡查執法智能終端設備可快讀訂制、發布巡查任務,實現精確化、高效化的巡查執法工作,同時對于數據的實時上傳、共享及永久保存提供了較大方便;

(2) 結合實際工程應用,開發了配套的智能管理系統,嵌入智能分析模塊,自動、準確的挖掘巡查執法信息,動態調閱歷史巡查執法記錄,為巡查各區段巡查頻率調整和執法對象的處罰的決定提供可靠參考,為巡查執法的管理提供準確有效的信息資料。


5.2 展望

通過實際應用,針對該市地鐵保護區信息化巡查執法智能管理系統及配套手持終端,還存在以下不足,有待開展進一步研究與完善:

(1) 目前只能顯示單條任務所在紅線,如遇有換乘車站,無法顯示換乘線路保護紅線,對該區域巡查需重新發布對應線路巡查任務。造成該問題的原因在于處理后的線路GIS數據量大,在現有計算原理下移動設備加載負荷較大,容易造成系統崩潰。

(2) 案件文書模塊流程化,雖極大的提高了案件處理效率,但是不便于執法過程中的靈活處理,過于依賴流程。

(3 )要逐步的將地質信息、地鐵自有橋隧工法、周邊作業單位基坑類型工法、退讓內控距離、病害治理歷史資料等信息納入系統,努力打造洞內外互通的保護區施工項目風險點全生命周期管控體系,全面保障地鐵的安全運營和順利建設。

參考文獻

[1]崔立秋. 城市軌道交通運營安全管理模式研究[D].北京.北京交通大學,2013,(16): 16-19.

[2]阮鐮,章國棟.工程系統的規劃與設計 [M]. 北京:航空航天出版社,1991.

[3]甘刃初,信息系統開發 [M]. 北京:經濟管理出版社,1996.


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