智慧軌道背景下的控制保護區(qū)信息化建設(shè)方案研究

周鈺妮

重慶市軌道交通（集團）有限公司 重慶 401120

引言

城市軌道交通作為城市公共交通網(wǎng)絡(luò)中的骨干，近些年來，因其運量大、全天候、綠色、節(jié)能等優(yōu)點，漸漸成為市民出行的首要選擇。2020年，中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布了《中國城市軌道交通智慧城規(guī)發(fā)展綱要》，指出智慧軌道交通是城市軌道交通行業(yè)未來的發(fā)展方向，各大地鐵城市紛紛提出自己的信息化建設(shè)方案。然而，實現(xiàn)智慧軌道交通需要長遠布局謀劃。各城市的信息化建設(shè)方案往往自上而下，缺乏細節(jié)考慮，控制保護區(qū)作為軌道交通中特殊的一分子，信息化建設(shè)方案不能與建設(shè)、運營簡單一概而論。有鑒于此，站在控制保護區(qū)管理的角度，單獨對控制保護區(qū)的信息化建設(shè)進行系統(tǒng)思考和分析，具有一定的研究意義和實踐價值。

1 研究背景

1.1 控制保護區(qū)現(xiàn)狀

為保證軌道交通建設(shè)和運營安全，國家建設(shè)部于2005年頒布施行的《城市軌道交通運營管理辦法》中首次提出了“軌道交通保護區(qū)”的概念，即在軌道交通沿線劃定一定的范圍，在該范圍內(nèi)的建設(shè)和作業(yè)等活動受到合理限制。近年來，伴隨著城市加速發(fā)展，進入軌道交通控制保護區(qū)內(nèi)的工程建設(shè)項目越來越多，但大部分城市仍然采用傳統(tǒng)的、靠人力為主的工作方式在開展巡查、審查工作，因監(jiān)管不到位導(dǎo)致的事故頻頻發(fā)生：2019年12月12日，廈門地鐵呂厝站外的配套物業(yè)開發(fā)項目違規(guī)施工，造成大量積水涌入?yún)呜日菊緩d、站臺、軌行區(qū)；2021年1月22日，南寧地鐵1號線百花嶺至埌東客運站下行隧道被鉆穿，導(dǎo)致行車中斷1小時52分……保護區(qū)內(nèi)建設(shè)作業(yè)項目的發(fā)現(xiàn)、監(jiān)管成為目前軌道交通經(jīng)營單位亟待解決的難題。伴隨著工程項目和運營里程的與日俱增，如果單憑人工巡查，那么力有未逮，難以保證嚴格的管理，而項目審查的時效性、巡查工作效率，在傳統(tǒng)工作方式下已無法進一步提高。

1.2 控制保護區(qū)信息化建設(shè)現(xiàn)狀

截至2017年12月，國內(nèi)已開通地鐵運營且建立了地鐵保護管理制度的34個城市中，僅有7個城市建成了保護區(qū)綜合管理信息系統(tǒng)[1]。綜合管理信息系統(tǒng)旨在實現(xiàn)控制保護區(qū)全方位、項目全過程的管理工作，以此提高保護區(qū)管理的工作質(zhì)效。因此，大部分地鐵城市都在緊鑼密鼓地籌建。但該項目僅僅初步解決了資料關(guān)聯(lián)存檔、人員管理、分類統(tǒng)計等綜合辦公問題，對業(yè)務(wù)工作的信息化建設(shè)還有很大的探索空間。

2 信息化目標分析

2.1 信息化建設(shè)原則

信息化規(guī)劃是一項立足當(dāng)下，著眼長遠的工作，既需要考慮到當(dāng)前的發(fā)展水平、解決當(dāng)下的實際問題，也要能預(yù)判未來的發(fā)展方向、提出3～5年的發(fā)展戰(zhàn)略。一方面，國內(nèi)目前對軌道交通控制保護區(qū)的信息化建設(shè)主要集中于綜合管理信息系統(tǒng)的建設(shè)，其他諸如無人機巡檢等項目，暫未出現(xiàn)大規(guī)模研究，但可以參考工作性質(zhì)類似的高速、鐵路、電力巡檢[2-3]，以這些行業(yè)的先進信息化成果作為標桿，來尋找差距。另一方面，可以以控制保護區(qū)管理工作的業(yè)務(wù)需求為出發(fā)點，對具體業(yè)務(wù)流程進行整合并梳理，挖掘目前業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)中可以使用信息化手段解決的問題。

2.2 當(dāng)前業(yè)務(wù)工作存在的問題

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，各地鐵城市對于城市軌道交通保護區(qū)的管理內(nèi)容和實施過程比較一致，但具體方向各有側(cè)重：有的偏重于巡查管理，有的偏重于監(jiān)測數(shù)據(jù)分析。相互之間差異性較大，但依然有一些共性問題。

一是在項目報審階段，需要判斷施工范圍與控制保護區(qū)的空間關(guān)系，以此明確報審項目是否需要受到監(jiān)管限制；而目前這項工作主要以人工疊加項目圖紙與軌道結(jié)構(gòu)圖紙的方式進行復(fù)核，異常耗時耗力。

二是由于軌道交通多是地下線路，巡查人員只能按照紙質(zhì)圖紙判斷軌道地下結(jié)構(gòu)的具體位置。但在建設(shè)過程中可能產(chǎn)生實際位置與圖紙位置不一致的情況，無準確定位手段，極易判斷失誤，造成誤巡和漏巡。

三是對于地勘等時間短、強度大的作業(yè)項目，以當(dāng)前的巡查頻次不易察覺或難以阻止。即使是巡查頻次達到全國之最的深圳——每3小時巡查1次——依然多次發(fā)生施工打穿隧道的危險性事件。

3 建設(shè)方案

3.1 綜合信息管理系統(tǒng)

綜合信息管理系統(tǒng)以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫為支撐，不僅是外部單位報建的窗口，也將實現(xiàn)控制保護區(qū)業(yè)務(wù)的管理，集成所有信息化建設(shè)項目，主要實現(xiàn)以下幾個功能：

3.1.1 檔案管理。存儲所有軌道線網(wǎng)資料、保護區(qū)項目資料、標識標志資料及必要的地理資源。

3.1.2 報建審批。對進入軌道控制保護區(qū)、可能影響軌道結(jié)構(gòu)安全的建設(shè)項目或作業(yè)實現(xiàn)網(wǎng)上辦事功能，展示整個辦公流程，方便實時查看。對審查人員的待辦協(xié)辦事項進行管理。

3.1.3 巡查管理。對出外勤的巡查人員進行足跡管理，接收移動巡查終端上傳的項目現(xiàn)場資料（包含圖片、視頻、文檔、錄音等）。對巡查人員在巡檢中發(fā)現(xiàn)的違規(guī)項目，采用發(fā)現(xiàn)—上報—處置—消警的閉環(huán)流程，確保發(fā)現(xiàn)問題得到妥善處理，消除可見隱患。

3.1.4 監(jiān)測管理。接收存儲監(jiān)測單位上傳監(jiān)測報告，根據(jù)數(shù)據(jù)自動生成統(tǒng)計曲線，對偏離指標的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行多種方式預(yù)警。

3.1.5 配套移動設(shè)備子系統(tǒng)。研發(fā)配套的APP供外勤人員使用，幫助巡查人員通過手機或巡查終端定位直接測算發(fā)現(xiàn)項目與軌道結(jié)構(gòu)的距離，判斷項目是否進入控制保護區(qū)。通過移動設(shè)備調(diào)閱基礎(chǔ)資料、項目信息及下發(fā)任務(wù)，并實現(xiàn)實時或離線上傳巡查軌跡、巡查記錄。

3.2 空間數(shù)據(jù)分析與可視化系統(tǒng)

空間數(shù)據(jù)分析與可視化系統(tǒng)搭載在綜合管理信息系統(tǒng)上，直觀展示軌道交通線路、城市地圖、建設(shè)項目紅線等圖形數(shù)據(jù)，主要實現(xiàn)以下幾點功能[4]：

3.2.1 通過讀取報建單位上傳的項目范圍數(shù)據(jù)文件獲取坐標，轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)首頁的城市軌道交通線路地圖上，以面狀或線狀矢量圖形展示建設(shè)項目紅線。

3.2.2 通過計算建設(shè)項目紅線與軌道結(jié)構(gòu)外邊線的距離，判斷項目是否進入軌道交通控制保護區(qū)內(nèi)，進一步判定建設(shè)項目紅線所涉及的線路及區(qū)間，并自動計算風(fēng)險影響等級，輔助審查人員進行技術(shù)方案的審核。

3.3 施工智能識別預(yù)警系統(tǒng)

目前各大地鐵城市對軌道交通控制保護區(qū)的防護及安全監(jiān)管都是依靠人力定時巡查，巡查范圍受地形地貌、封閉住宅校區(qū)、管制區(qū)域、人員責(zé)任心、天氣環(huán)境等因素的影響較大，無法主動、及時、直觀地掌握保護區(qū)的情況。

視頻監(jiān)控是一個很好的解決手段。一方面，管理人員不用親臨現(xiàn)場，就可以對多處場地實施監(jiān)督和管理，節(jié)約了大量人力物力成本；另一方面，由于保護區(qū)錄像被存儲備份，即使發(fā)生了一些不可預(yù)測事件，也便于事故發(fā)生以后第一時間明確事故責(zé)任，找出事故發(fā)生的原因，避免今后類似事件的重演。

通過無人機、車載、定點攝像頭拍攝的圖像和視頻結(jié)合人工智能的圖像識別技術(shù)已經(jīng)在各類勘察、巡檢方面進行了廣泛的應(yīng)用，深圳率先進行了軌道交通控制保護區(qū)內(nèi)施工機械管理及施工行為識別的研究，以11號線為試點，達到了80%以上的識別準確率。由此可見，隨著科學(xué)技術(shù)水平的進步，應(yīng)用多種渠道獲得的視頻圖像結(jié)合智能識別技術(shù)，識別保護區(qū)范圍內(nèi)是否有指定機械設(shè)備出現(xiàn)，使管理人員能夠及時發(fā)現(xiàn)并查看是否存在違規(guī)施工的情況，避免出現(xiàn)重大施工事故，將成為一種有效的管控手段[6]。

3.4 大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

隨著云時代的到來，人們漸漸認識到海量數(shù)據(jù)的潛在價值，大數(shù)據(jù)在各行各業(yè)都帶來了顛覆性成果。上述三個系統(tǒng)開始投入使用后，必將產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。依托于數(shù)據(jù)庫存儲，利用大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對其進行分類處理，從中挖掘有效信息，發(fā)覺有效信息之間的關(guān)聯(lián)，輔助管理人員進行決策，將使得管理工作更便捷和智能。

除此之外，還可以構(gòu)建地鐵和城市地形地貌的三維DEM，實現(xiàn)對項目與地鐵橋隧空間位置關(guān)系的快速判定；也可以考慮構(gòu)建項目的BIM模型[5]，把控所有關(guān)鍵風(fēng)險點，對項目實施動態(tài)監(jiān)測。