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运营铁路工程测量信息化管理平台探究

发布时间:2020/12/28 8:55:00   阅读:

摘要:高速铁路的安全运营离不开运营高速铁路精密工程测量,精密工程测量是保证高速列车安全平稳行驶的重要手段。近年来,随着现代信息化技术的发展,利用信息化的方式对测量作业和获取的海量数据进行管理,是运营高速铁路精密工程测量工作高效开展和科学管控的必然要求。文章通过对测量技术流程中的信息化需求进行分析,阐述如何建设高效实用的信息化管理平台,最后引用实例,展示了运营高速铁路精密工程测量信息化的具体应用情况。

关键词:运营高速铁路;精密工程测量;信息化管理平台

1运营高速铁路精密工程测量

1.1测量内容及质量管控。高速铁路建成通车后,为了保证高速列车的安全运营,提高旅客乘坐高速列车的舒适度,需要对运营高速铁路进行必要的精密工程测量维护工作。工作内容主要包括精测网定期复测、重点地段基础变形监测及轨道线形测量等[1]。在高速铁路运营期间,精测网定期复测能保证测量维护工作基准的精度及可靠性,在全线进行精测网复测后,对变形比较严重的地段须进行重点地段基础变形监测,复测获取最新的测量成果。可对轨道线形开展测量,确定线路平顺性偏差量、制定整修方案、指导轨道精调,保障高速铁路运营质量。运营高速铁路精密工程测量成果由三重质量控制环节组成,涉及的单位主要包含铁路集团公司、测量公司、评估单位等[2],其控制的主要流程为:(1)测量公司内部自检;(2)铁路集团公司对项目部提交的成果进行质检;(3)第三方评估单位对测量公司提交的成果进行审查、评估[3]。

1.2测量信息化管理平台建设需求与意义。上述测量工作流程中,涉及大量的组织施工方案信息、各类控制网数据以及各种规范标准资料,这些信息数据的特点是数据量巨大且更新频率较为频繁[4],无法得到有效的保存和管理。随着越来越多的高速铁路在我国建成运营,其运营期的测量信息管理工作负担越来越重,运营高速铁路测量信息整理维护的速度远不及测量信息更新速度,致使其有效性和时效性得不到保证,造成运营高速铁路测量信息管理工作不及时,给运营高速铁路的测量维护工作带来影响。考虑到上述运营高速铁路精密工程测量内容繁多、流程复杂、参与单位多,故亟须建立高效规范的信息化管理平台,采用统一的信息化标准[5]处理。通过信息化管理平台对运营高速铁路测量作业流程的每一个环节进行信息化管理,杜绝数据文件丢失、管理不规范、预警反馈不及时等现象,使运营高速铁路精密工程测量作业的效率最大化和测量成果信息共享最大化。

2信息化管理平台设计

2.1平台总体设计原则。信息化管理平台总体设计须遵循以下几点原则:第一,运营高速铁路精密工程测量工作包含精测网定期复测、重点地段基础变形监测及线形测量等多项内容,这些项目在作业安全控制、数据采集、数据传输、数据分析、数据评估、成果应用等方面具有一致性[6],信息化管理平台设计应考虑其通用性;第二,运营高速铁路由于线路和轨道结构类型等不同,测量手段和测量数据文件格式也存在相应的差别,信息化平台系统设计应兼顾差异性;第三,运营高速铁路精密工程测量属于长期维护项目[7],信息化平台系统设计应具备可扩展功能,以便根据后续实际需求进行维护升级;第四,应具有分层和分模块的思想,宜将运营高速铁路精密工程测量所涉及的精密测网复测、重点地段基础变形监测及线形测量等不同类型的测量项目分模块设计;第五,数据管理、成果发布等过程应分层次进行系统设计;第六,信息化平台系统应能保证实时快速的数据共享[8]以及数据保存和管理的安全性。

2.2平台逻辑框架设计。遵循平台设计原则,根据运营高速铁路精密工程测量作业的技术流程特点,平台逻辑框架可采用B/S架构[9]。框架体系可分为三个不同层级,分别为可视化层、业务管理层、数据管理层。应保证不同层级间的独立性,层与层之间可通过不同的数据接口实现数据传输。

2.3平台数据库设计。信息化管理平台的数据库设计应遵循以下设计要求:(1)使用合适的数据库进行开发。运营高速铁路精密工程测量信息化管理平台可基于SQLserver或MySQL进行开发设计。SQLserver具有使用简单、界面设计直观、可适用丰富的编程语言、支持Web技术、软件集成度高等特点。MySQL是非常好的开源数据库,其占用内存小,支持各种操作系统包括Windows系列和Linux等,属于轻量型的数据库,开发灵活,适合Web网站的开发。(2)数据组织合理。数据库的设计应始终围绕各种数据源展开[10],保证各个数据源的独立性和相关性,方便用户后续的数据分析。(3)数据表单设计合理。每条运营线路各种数据能进行实时快速的线上查询,需要充分考虑数据表单结构设置,对于复杂关系要设计合理的关联,满足实际工作的需求。(4)数据存储模式优化。数据分析是基于多期数据的对比,为保证用户访问和读取历史数据的便捷性,必须优化数据库的存储模式[11],降低数据库的存储负荷,尤其是针对具有海量数据性质的项目。(5)数据库安全与权限设置严密。运营高速铁路精密工程测量数据具有保密性,采用不同权限设置管理用户非常必要,同时也应做好数据库的安全备份工作[11],防止恶意攻击数据库的行为发生。

2.4数据分析及预警体系设计。传统的数据分析都是经过人工处理后,再对异常信息进行分析进而预警,这种方式存在效率低下的问题和人为因素的干扰。云计算概念的提出,可以很好解决上述问题,将海量数据共享在Web云端[12],通过移动端APP和PC端调用相关计算函数,不再安装其他计算软件就可以实现数据的在线处理和分析,满足各类用户的不同数据分析需求,消除潜在的误报警风险,提高及时预警的能力。云计算提供的功能应包括:(1)数据计算和检核:包括精测网复测的原始数据平差计算和控制点的稳定性分析、重点地段基础变形监测的内外业数据检核、线形测量的平顺性综合指标计算等。(2)变形分析和预测:针对长期变形监测或一定频次的复测项目。结合常用的数学计算模型如灰色系统模型、Kalman滤波[13]、极限学习机、小波分析法等,通过构建或改进相应计算模型[14-15]达到变形分析的目的。(3)多途径、多手段预警:发现异常信号时,可通过短信、邮件、微信小程序等向用户进行实时预警,保证预警的及时性和智能性。

3信息化管理平台的实现及应用

3.1工程概况。中国铁路上海局集团有限公司的运营高速铁路精测网复测与基础变形监测项目囊括了全国十余条运营高速铁路线路,总运营长度超过3000km,是目前全国最大的运营高速铁路精密工程测量项目。为了做好上述项目的管理工作,上海局开发了“运营铁路技术数据处理咨询评估服务平台”。此信息化管理平台基于B/S架构开发,其主要功能涵盖了测量任务管理、人员设备作业信息管理、数据传输与处理、数据分析、测量成果更新与共享、实时预警等。集团公司、测量单位、第三方评估单位可在此平台上进行数据交互共享,实现运营高速铁路精密工程测量数据的信息化管理。

3.2信息化管理平台应用情况。(1)平台主界面主要分为具体应用和导航目录两部分,左侧的具体应用包含了项目类型、测量计划、任务工作量、评估审核情况、实时预警信息等功能。右侧的导航目录分为高速铁路应用和普速铁路应用以及系统基础应用。用户可根据需要选择进入对应的模块进行操作。平台主界面如图1所示。(2)平台数据分类。运营高速铁路精密工程测量数据量大、数据类型和数据处理方法存在差异,难以做到统一处理[8]。因此平台对获取的测量数据进行了分类处理,在高速铁路应用模块中,将运营高速铁路精密工程测量分为重点地段基础变形监测、线路精测网、线形测量三大部分。重点地段变形监测模块如图2所示,在“重点地段变形监测”模块,将数据分为了4种类型,分别是沉降监测数据、横向监测数据、CPIII修复数据以及轨检仪三维监测数据。(3)数据处理。数据经过分类导入相应模块后,用户可在Web端利用预先设置好的计算程序进行在线解算。例如,CPIII平面数据在上传完成后,会自动进行质量检测,如果存在问题,需要人工进行质量检查,用户可以点击“测段成果管理”导航菜单栏下的“测量分段成果处理”子导航栏,切换到测量分段成果处理管理页面,如图3所示。自由网和约束网的线上平差计算完成后,即可把平差结果保存到平台数据库中,并在“测段成果质量管理”实时显示其成果精度的合格信息,如图4所示。(4)成果更新及发布。通过以上的分析和处理,在满足相应的限差要求后,方可启用更新的成果数据。运营高速铁路精密工程测量的成果信息可以通过平台的成果发布及预警信息查询模块进行查询。该模块可以推送精密网复测、基础变形沉降监测、线形测量的最新成果及预警信息服务。运营高速铁路精测网复测成果查询如图5所示。点击进入任一具体区段后即可通过搜索功能进行成果查询。“运营铁路技术数据处理咨询评估服务平台”还可通过邮件、短信和微信小程序等,以网络化多途径的方式向用户推送测量成果和预警信息,保证了测量成果的实时有效性。

4结语

运营铁路技术数据处理咨询评估服务平台经过两年时间的测试,平台运行情况良好,是目前运营高速铁路精密工程测量信息化管理的有力工具。目前,运营高速铁路精密工程测量的信息化管理方式还处于不断完善的阶段,虽然已有投入使用的高速铁路信息化管理平台系统,但从应用情况来看,大多数平台系统都存在以下几点问题:(1)只针对某项业务进行独立规划建设,没有全方位考虑。(2)数据传输接口具有针对性,信息共享只能局限于某些部门或少数工作人员。(3)大多数系统基于特定浏览器开发,其他浏览器打开时具有延迟性,甚至存在网页报错的现象。因此,各信息化管理系统在业务需求、信息共享等方面都具有一定的局限性。为弥补上述不足,应统一信息化平台系统传输接口,在一个能适应各业务需求的信息化管理平台面上进行信息共享和业务交流。不但能提升运营高速铁路精密测量信息交互的效率和数据的共享程度,而且可以极大减轻信息化平台系统的开发和维护的难度,降低信息化平台系统的建设成本。此外,如何利用成熟的GIS思想去建设精密工程测量的信息化管理系统是下一步需要重点研究的问题。

作者:焦雄风 谭社会 陈铮 王宜军4张献州 单位:西南交通大学地球科学与环境工程学院 中国铁路上海局集团有限公司 西南交通大学高速铁路运营安全空间信息技术国家地方联合工程实验室 西安椤析时空软件科技有限公司

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