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

關(guān)鍵詞：運營高速鐵路；精密工程測量；信息化管理平臺

1運營高速鐵路精密工程測量

1.1測量內(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營，提高旅客乘坐高速列車的舒適度，需要對運營高速鐵路進行必要的精密工程測量維護工作。工作內(nèi)容主要包括精測網(wǎng)定期復(fù)測、重點地段基礎(chǔ)變形監(jiān)測及軌道線形測量等[1]。在高速鐵路運營期間，精測網(wǎng)定期復(fù)測能保證測量維護工作基準的精度及可靠性，在全線進行精測網(wǎng)復(fù)測后，對變形比較嚴重的地段須進行重點地段基礎(chǔ)變形監(jiān)測，復(fù)測獲取最新的測量成果。可對軌道線形開展測量，確定線路平順性偏差量、制定整修方案、指導(dǎo)軌道精調(diào)，保障高速鐵路運營質(zhì)量。運營高速鐵路精密工程測量成果由三重質(zhì)量控制環(huán)節(jié)組成，涉及的單位主要包含鐵路集團公司、測量公司、評估單位等[2]，其控制的主要流程為：（1）測量公司內(nèi)部自檢；（2）鐵路集團公司對項目部提交的成果進行質(zhì)檢；（3）第三方評估單位對測量公司提交的成果進行審查、評估[3]。

1.2測量信息化管理平臺建設(shè)需求與意義。上述測量工作流程中，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)范標準資料，這些信息數(shù)據(jù)的特點是數(shù)據(jù)量巨大且更新頻率較為頻繁[4]，無法得到有效的保存和管理。隨著越來越多的高速鐵路在我國建成運營，其運營期的測量信息管理工作負擔越來越重，運營高速鐵路測量信息整理維護的速度遠不及測量信息更新速度，致使其有效性和時效性得不到保證，造成運營高速鐵路測量信息管理工作不及時，給運營高速鐵路的測量維護工作帶來影響。考慮到上述運營高速鐵路精密工程測量內(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，采用統(tǒng)一的信息化標準[5]處理。通過信息化管理平臺對運營高速鐵路測量作業(yè)流程的每一個環(huán)節(jié)進行信息化管理，杜絕數(shù)據(jù)文件丟失、管理不規(guī)范、預(yù)警反饋不及時等現(xiàn)象，使運營高速鐵路精密工程測量作業(yè)的效率最大化和測量成果信息共享最大化。

2信息化管理平臺設(shè)計

2.1平臺總體設(shè)計原則。信息化管理平臺總體設(shè)計須遵循以下幾點原則：第一，運營高速鐵路精密工程測量工作包含精測網(wǎng)定期復(fù)測、重點地段基礎(chǔ)變形監(jiān)測及線形測量等多項內(nèi)容，這些項目在作業(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)評估、成果應(yīng)用等方面具有一致性[6]，信息化管理平臺設(shè)計應(yīng)考慮其通用性；第二，運營高速鐵路由于線路和軌道結(jié)構(gòu)類型等不同，測量手段和測量數(shù)據(jù)文件格式也存在相應(yīng)的差別，信息化平臺系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)兼顧差異性；第三，運營高速鐵路精密工程測量屬于長期維護項目[7]，信息化平臺系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)具備可擴展功能，以便根據(jù)后續(xù)實際需求進行維護升級；第四，應(yīng)具有分層和分模塊的思想，宜將運營高速鐵路精密工程測量所涉及的精密測網(wǎng)復(fù)測、重點地段基礎(chǔ)變形監(jiān)測及線形測量等不同類型的測量項目分模塊設(shè)計；第五，數(shù)據(jù)管理、成果等過程應(yīng)分層次進行系統(tǒng)設(shè)計；第六，信息化平臺系統(tǒng)應(yīng)能保證實時快速的數(shù)據(jù)共享[8]以及數(shù)據(jù)保存和管理的安全性。

2.2平臺邏輯框架設(shè)計。遵循平臺設(shè)計原則，根據(jù)運營高速鐵路精密工程測量作業(yè)的技術(shù)流程特點，平臺邏輯框架可采用B/S架構(gòu)[9]。框架體系可分為三個不同層級，分別為可視化層、業(yè)務(wù)管理層、數(shù)據(jù)管理層。應(yīng)保證不同層級間的獨立性，層與層之間可通過不同的數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

2.3平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計。信息化管理平臺的數(shù)據(jù)庫設(shè)計應(yīng)遵循以下設(shè)計要求：（1）使用合適的數(shù)據(jù)庫進行開發(fā)。運營高速鐵路精密工程測量信息化管理平臺可基于SQLserver或MySQL進行開發(fā)設(shè)計。SQLserver具有使用簡單、界面設(shè)計直觀、可適用豐富的編程語言、支持Web技術(shù)、軟件集成度高等特點。MySQL是非常好的開源數(shù)據(jù)庫，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，開發(fā)靈活，適合Web網(wǎng)站的開發(fā)。（2）數(shù)據(jù)組織合理。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計應(yīng)始終圍繞各種數(shù)據(jù)源展開[10]，保證各個數(shù)據(jù)源的獨立性和相關(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)計合理。每條運營線路各種數(shù)據(jù)能進行實時快速的線上查詢，需要充分考慮數(shù)據(jù)表單結(jié)構(gòu)設(shè)置，對于復(fù)雜關(guān)系要設(shè)計合理的關(guān)聯(lián)，滿足實際工作的需求。（4）數(shù)據(jù)存儲模式優(yōu)化。數(shù)據(jù)分析是基于多期數(shù)據(jù)的對比，為保證用戶訪問和讀取歷史數(shù)據(jù)的便捷性，必須優(yōu)化數(shù)據(jù)庫的存儲模式[11]，降低數(shù)據(jù)庫的存儲負荷，尤其是針對具有海量數(shù)據(jù)性質(zhì)的項目。（5）數(shù)據(jù)庫安全與權(quán)限設(shè)置嚴密。運營高速鐵路精密工程測量數(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，同時也應(yīng)做好數(shù)據(jù)庫的安全備份工作[11]，防止惡意攻擊數(shù)據(jù)庫的行為發(fā)生。

2.4數(shù)據(jù)分析及預(yù)警體系設(shè)計。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析都是經(jīng)過人工處理后，再對異常信息進行分析進而預(yù)警，這種方式存在效率低下的問題和人為因素的干擾。云計算概念的提出，可以很好解決上述問題，將海量數(shù)據(jù)共享在Web云端[12]，通過移動端APP和PC端調(diào)用相關(guān)計算函數(shù)，不再安裝其他計算軟件就可以實現(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，消除潛在的誤報警風險，提高及時預(yù)警的能力。云計算提供的功能應(yīng)包括：（1）數(shù)據(jù)計算和檢核：包括精測網(wǎng)復(fù)測的原始數(shù)據(jù)平差計算和控制點的穩(wěn)定性分析、重點地段基礎(chǔ)變形監(jiān)測的內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)檢核、線形測量的平順性綜合指標計算等。（2）變形分析和預(yù)測：針對長期變形監(jiān)測或一定頻次的復(fù)測項目。結(jié)合常用的數(shù)學(xué)計算模型如灰色系統(tǒng)模型、Kalman濾波[13]、極限學(xué)習機、小波分析法等，通過構(gòu)建或改進相應(yīng)計算模型[14-15]達到變形分析的目的。（3）多途徑、多手段預(yù)警：發(fā)現(xiàn)異常信號時，可通過短信、郵件、微信小程序等向用戶進行實時預(yù)警，保證預(yù)警的及時性和智能性。

3信息化管理平臺的實現(xiàn)及應(yīng)用

3.1工程概況。中國鐵路上海局集團有限公司的運營高速鐵路精測網(wǎng)復(fù)測與基礎(chǔ)變形監(jiān)測項目囊括了全國十余條運營高速鐵路線路，總運營長度超過3000km，是目前全國最大的運營高速鐵路精密工程測量項目。為了做好上述項目的管理工作，上海局開發(fā)了“運營鐵路技術(shù)數(shù)據(jù)處理咨詢評估服務(wù)平臺”。此信息化管理平臺基于B/S架構(gòu)開發(fā)，其主要功能涵蓋了測量任務(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、測量成果更新與共享、實時預(yù)警等。集團公司、測量單位、第三方評估單位可在此平臺上進行數(shù)據(jù)交互共享，實現(xiàn)運營高速鐵路精密工程測量數(shù)據(jù)的信息化管理。

3.2信息化管理平臺應(yīng)用情況。（1）平臺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)用包含了項目類型、測量計劃、任務(wù)工作量、評估審核情況、實時預(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)需要選擇進入對應(yīng)的模塊進行操作。平臺主界面如圖1所示。（2）平臺數(shù)據(jù)分類。運營高速鐵路精密工程測量數(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]。因此平臺對獲取的測量數(shù)據(jù)進行了分類處理，在高速鐵路應(yīng)用模塊中，將運營高速鐵路精密工程測量分為重點地段基礎(chǔ)變形監(jiān)測、線路精測網(wǎng)、線形測量三大部分。重點地段變形監(jiān)測模塊如圖2所示，在“重點地段變形監(jiān)測”模塊，將數(shù)據(jù)分為了4種類型，分別是沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)、橫向監(jiān)測數(shù)據(jù)、CPIII修復(fù)數(shù)據(jù)以及軌檢儀三維監(jiān)測數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)經(jīng)過分類導(dǎo)入相應(yīng)模塊后，用戶可在Web端利用預(yù)先設(shè)置好的計算程序進行在線解算。例如，CPIII平面數(shù)據(jù)在上傳完成后，會自動進行質(zhì)量檢測，如果存在問題，需要人工進行質(zhì)量檢查，用戶可以點擊“測段成果管理”導(dǎo)航菜單欄下的“測量分段成果處理”子導(dǎo)航欄，切換到測量分段成果處理管理頁面，如圖3所示。自由網(wǎng)和約束網(wǎng)的線上平差計算完成后，即可把平差結(jié)果保存到平臺數(shù)據(jù)庫中，并在“測段成果質(zhì)量管理”實時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)。運營高速鐵路精密工程測量的成果信息可以通過平臺的成果及預(yù)警信息查詢模塊進行查詢。該模塊可以推送精密網(wǎng)復(fù)測、基礎(chǔ)變形沉降監(jiān)測、線形測量的最新成果及預(yù)警信息服務(wù)。運營高速鐵路精測網(wǎng)復(fù)測成果查詢?nèi)鐖D5所示。點擊進入任一具體區(qū)段后即可通過搜索功能進行成果查詢。“運營鐵路技術(shù)數(shù)據(jù)處理咨詢評估服務(wù)平臺”還可通過郵件、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量成果和預(yù)警信息，保證了測量成果的實時有效性。

4結(jié)語

運營鐵路技術(shù)數(shù)據(jù)處理咨詢評估服務(wù)平臺經(jīng)過兩年時間的測試，平臺運行情況良好，是目前運營高速鐵路精密工程測量信息化管理的有力工具。目前，運營高速鐵路精密工程測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系統(tǒng)，但從應(yīng)用情況來看，大多數(shù)平臺系統(tǒng)都存在以下幾點問題：（1）只針對某項業(yè)務(wù)進行獨立規(guī)劃建設(shè)，沒有全方位考慮。（2）數(shù)據(jù)傳輸接口具有針對性，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)基于特定瀏覽器開發(fā)，其他瀏覽器打開時具有延遲性，甚至存在網(wǎng)頁報錯的現(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。為彌補上述不足，應(yīng)統(tǒng)一信息化平臺系統(tǒng)傳輸接口，在一個能適應(yīng)各業(yè)務(wù)需求的信息化管理平臺面上進行信息共享和業(yè)務(wù)交流。不但能提升運營高速鐵路精密測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系統(tǒng)的開發(fā)和維護的難度，降低信息化平臺系統(tǒng)的建設(shè)成本。此外，如何利用成熟的GIS思想去建設(shè)精密工程測量的信息化管理系統(tǒng)是下一步需要重點研究的問題。

作者:焦雄風 譚社會 陳錚 王宜軍4張獻州 單位:西南交通大學(xué)地球科學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 中國鐵路上海局集團有限公司 西南交通大學(xué)高速鐵路運營安全空間信息技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室 西安欏析時空軟件科技有限公司