基于混合開發模式的鐵路外部環境管控地理信息平臺設計與實現

趙振洋

（中國鐵路設計集團有限公司 測繪地理信息研究院，天津 300143）

為確保鐵路安全和平穩運營，鐵路運營部門需要定期對鐵路周邊一定范圍內進行定期巡視和隱患排查，當前的鐵路外部環境主要是通過人工定期實地巡查的方式來完成，存在數據空間信息量缺失、自動化、信息化水平低、數據不規范和作業模式落后等問題，為鐵路的安全運營埋下了巨大的隱患。

針對以上問題，國內諸多鐵路工作者進行了相關的研究和信息化的探索。文獻[1]深入分析鐵路沿線外部環境安全隱患成因，針對嚴峻的鐵路沿線外部環境安全現狀，從制度方面給出了鐵路沿線外部環境安全管控對策。文獻[2]構建了重慶高鐵外部環境安全監測系統，解決了防洪、防風、滑坡坍塌等方面的鐵路外部環境問題，但并未對全線的安全隱患諸如彩鋼房、取土挖沙等進行系統性的管理。文獻[3]設計與實現了鐵路外部環境安全管理系統實現了對鐵路外部環境的閉環管理，該系統僅限于PC 端進行使用，并無移動端的配套巡檢系統。文獻[4]基于高分辨遙感變換檢測技術和北斗智能巡檢終端巡檢技術，開展了京滬高鐵周邊環境安全隱患智能監測體系研究，但未建設一個完整的應用型平臺。

筆者在此基礎上，與相關鐵路運營單位進行深度合作，深入研究鐵路外部環境管理工作業務流程，著力于鐵路沿線安全隱患的管理，制定了一套完整、規范化的工作流程,基于混合開發模式設計實現一個PC 和移動端全覆蓋的鐵路外部環境管控地理信息平臺，提升鐵路外部環境問題管控水平。

1 混合開發模式簡介

混合開發（Hybrid Development）技術，即是將傳統的C/S 架構和B/S 架構進行深度融合，取長補短，共同構建一個高性能的平臺性應用，具有跨平臺能力強、突破本地與網絡安全策略限制、兼容性好[5]界面美觀、更新迭代簡單、知識產權安全開發效率高[6]等優點。混合開發模式PC 端混合模式采用基于Chromium 嵌入式框架的開發方式，移動端則采用Hybrid App 下的WebView 開發作為依托。

1.1 Chromium 嵌入式框架

Chromium 嵌入式框架（CEF，Chromium Embedded Framework），簡稱CEF 框架。它本質上是一個基于谷歌瀏覽器內核（Google Chromium）的Web browser 控 件[7]，支 持Windows、Linux、Mac 平 臺。CEF 框架基于谷歌瀏覽器開源而來，很好的繼承了其簡單、高速、安全等優點，支持.net、Python、Java、Delphi 等主流語言進行定制化開發，其開發成果具有與Chromium 近乎一樣的性能。

CEF 框架提供了一個用以代替原生WebBrowser控件的ChromeBrowser 控件，通過此控件可以便捷訪問本地或者網絡的HTML 頁面，通過C#語言與JavaScript 的互相調用完成業務邏輯的實現，開發者不僅可以通過代碼對網頁的各項事件進行重載，還可以調用Chrome 商店的各類功能強大的插件或定制化開發相關插件，滿足自身特殊化需求。

1.2 Hybrid App 下的WebView 開發技術

Hybrid App 是指的介于Web App 和原生App 之間的一種混合式應用[8]，使用客戶端語言（Android端主要為Java，IOS 端主要為OBJECT-C）和Web 語言進行開發，兼具Web App 的跨平臺性和原生App的良好的用戶體驗，同時開發成本和難度都較原生App 要低很多，是目前移動端開發最為流行的開發模式。在Android 平臺下，Hybrid App 開發模式主要圍繞WebView 控件開展。

WebView 是一個Android SDK 中自帶的一個原生控件，它的主要作用是在移動App 中實現Web 資源的加載，利用原生代碼為Web 提供所需本地軟硬件資源。WebView 開發原理，如圖1 所示。

圖1 WebView 開發原理

近年來，隨著移動端應用需求的持續增強，國內外許多公司也對WebView 進行的進一步的優化。如TBS 騰訊瀏覽服務[9]采用內核級替換的方式對移動端WebView 進行優化，瀏覽速度、穩定性及兼容性都有了一定的提升，也加入了一些諸如海量視頻格式支持、適屏排版、夜間模式等豐富的功能，逐漸成為國內Android 開發者的首選框架。

2 平臺的設計與實現

基于混合開發模式技術，研究完成了鐵路外部環境管控地理信息平臺的設計和實現，主要包含了數據庫設計、平臺架構設計以及功能模塊的設計與實現。

2.1 數據庫設計

2.1.1 平臺數據介紹

平臺數據庫設計遵循數據獨立性高、共享度高、冗余度低和易擴展移植的設計理念，將所有數據分為4 個子數據庫。

（1）鐵路空間地理信息數據庫

主要鐵路線路的要素地理信息數據和鐵路外部環境隱患數據。第1 類數據主要包含鐵路精準線位、百米標矢量點數據、安全保護區等矢量數據。第2類數據為本平臺的核心數據——鐵路外部環境隱患地理空間數據。

（2）鐵路運營管理業務數據庫

此類數據為鐵路運營管理的業務數據，主要鐵路運營單位內部工區、車間、站段的里程劃分范圍數據，其存儲形式為數據庫表格。

（3）鐵路周邊影像數據庫

鐵路沿線的高分影像，其存儲形式為GeoTiff 格式數據和切片格式。另還有基于天地圖的全球高清影像服務和矢量地圖數據[10]。

（4）元數據庫

為保障平臺數據的規范化和標準化，設計元數據庫對整個平臺的數據的標識、結構、內容、狀況、規范及相關特征的描述進行存儲。

2.1.2 數據組織與設計方式

（1）Oracle Spatial 空間數據庫

本平臺中的鐵路空間地理信息數據庫和鐵路內部管理業務數據庫統一存放在標準的數據管理環境中[11]，其中，矢量數據以FeatureClass 形式存儲，非矢量表格數據以Table 形式存儲。

（2）ArcServer 海量地理數據管理

鐵路周邊影像數據使用ArcServer 地理數據管理方案進行管理[12]，以時間節點為最小單元，將同一時間節點的影像數據制作柵格鑲嵌數據集，發布為符合OSG 標準的影像服務，以供調用。

（3）文件系統格式

針對本平臺中的元數據和相關音頻、圖像文檔等文件，采用文件格式對其進行存儲。

2.2 平臺架構設計

2.2.1 邏輯架構

在統一的標準規范的支撐和約束下，平臺自下而上可分數據層、服務層、應用層和用戶層[13]，具體如圖2 所示。

圖2 平臺整體架構

（1）用戶層：設計具有多元性，主要面向以下幾類用戶：鐵路局一線巡檢人員、鐵路局車間或工區負責人、地方政府相關安全負責。

（2）應用層：本平臺主要包含2 個子系統，分別是PC 端鐵路外部環境管控系統和移動端鐵路周邊環境智能巡檢App。

（3）服務層：主要提供以下幾種服務：鐵路沿線高分衛星地圖服務、鐵路定位服務（包括鐵路里程、偏距、方位、工區、車間、工務段等隸屬信息）、鐵路周邊風險源查詢服務。

（4）數據層：具體見2.1 節數據庫設計部分。

2.2.2 物理架構

平臺將數據庫及云計算模塊統一存放在服務器端，用戶使用PC 客戶端或者移動客戶端通過互聯網與服務器建立加密通信[14]。物理架構圖，如圖3 所示。

圖3 平臺物理架構

為保證了數據的安全性和私密性將數據存放于服務器，同時將復雜的計算和數據處理流程交由服務器進行也能減輕客戶端的壓力，減少對客戶機的性能需求，使整個平臺的適用性和經濟性增強。

2.3 功能模塊設計

根據鐵路外部環境管控的實際業務需求，將整個平臺分為PC 端鐵路外部環境管控系統和移動端鐵路周邊環境智能巡檢App 兩個子系統，功能模塊分別，如表1 所示。

表1 平臺功能模塊

2.4 平臺關鍵技術介紹

2.4.1 移動GIS 技術

GIS 具有強大的空間數據管理和分析能力，移動GIS 技術在現有GIS 優點的基礎上，憑借其多終端、移動性和服務實時性等特點備受開發者的青睞。系統從空間、時間和社會屬性等全方面的對鐵路的外部隱患進行管控，依托ArcServer 平臺和Oracle Spatial 空間數據庫，采用Openlayers 地圖框架對問題庫進行全方位管理，將移動GIS 技術深入應用到鐵路外部環境管控中。

2.4.2 高度自動化的問題信息計算提取技術

鐵路外環境問題屬性復雜，為盡可能的減少鐵路外環境管理人員的維護工作量，本系統在深入分析鐵路外環境工作業務流程的基礎上，對鐵路基礎運維數據進行了特殊化處理，實現了鐵路外環境問題屬性信息的高度自動化提取：如里程范圍、工務段、車間、線路、區間信息、線路形式、風口信息、車站范圍、是否路內外、是否安保區、面積、所屬行政區、鐵路地方雙段長信息等均可以實現自動化提取。

3 平臺應用介紹

平臺建設完成后，于2019 年12 月在某鐵路局高鐵工務段展開實驗性應用。鐵路外環境專項整治期間，完成了鐵路局管內高速鐵路外部環境7 000 余處隱患問題的建檔和管理工作，其中，工務段管理人員通過系統的統計分析功能對路外環境隱患問題有了詳盡的掌握，多次依托本平臺進行鐵路局管內鐵路外部環境問題的相關匯總，與地方政府溝通交流，實現問題銷號近四千條。一線巡檢人員采用移動巡檢終端，實現了對每個問題的現場巡查，累積上傳隱患現場照片3 萬余張，有力的推動了該鐵路局內鐵路外部環境整治工作。

4 結束語

本文研究建立了一套完整的鐵路外部管控綜合解決方案，并為之設計和搭建了鐵路外部環境管控地理信息平臺。平臺采用混合開發模式，實現了鐵路外部環境問題的鐵路內外互聯互通和分級管理，將問題管理和GIS 技術相結合，提高了問題管理的科學性和信息化程度，摒棄傳統人工作業模式，采用移動智能終端進行外業巡檢，提高了外業問題記錄的精確程度和自動化程度。目前，平臺已在實踐中取得了良好的效果，下一步，筆者將繼續探究平臺中高分影像動態監測[15]、二維碼等先進技術手段的應用，相信隨著其深層次發展，可以建立新的鐵路外部環境管控標準化作業流程和規范，為鐵路運營單位的外部環境管控工作提供良好的借鑒。