高鐵線形智能化信息系統的開發與利用

摘 ?要：橋上軌道線路的線形會隨著橋梁墩臺及路基的位移發生變化，當線形變化嚴重時會危害行車安全。準確地預測橋上鐵路橋墩位移、路基位移對軌道線形的影響有利于監測線路狀態，保障既有線路的安全運行。文章開發了一套高鐵線形智能化信息系統，可根據墩臺及路基位移變化計算線形變化，對軌道線形進行良好的預測與控制，方便工務人員進行管理。文章介紹了該系統的開發原理及小程序、Web端頁面使用方法。

關鍵詞：高鐵鄰線施工監測;線形預測;智能化管理;軟件開發

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）13-0058-05

Development and Utilization of Intelligent Information System for High Speed Railway Alignment

WANG Gang

（Shanghai Donghua Local Railway Development Co.， Ltd.， Shanghai ?200070， China）

Abstract： The alignment of track line on bridge will change with the displacement of bridge pier and subgrade. When the alignment changes seriously， it will endanger the traffic safety. Accurately predicting the influence of bridge pier displacement and subgrade displacement on track alignment is conducive to monitoring the line status and ensuring the safe operation of existing lines. In this paper， an intelligent information system for high-speed railway alignment is developed， which can calculate the alignment change according to the displacement change of pier and subgrade， predict and control the track alignment well， and facilitate the management of track maintenance personnel. This paper introduces the development principle of the system and the usage method of small program and web page.

Keywords： high speed railway adjacent line construction monitoring; alignment prediction; intelligent management; software development

0 ?引 ?言

當軌道線路的下部結構即橋墩或路基發生位移變化時，不可避免地會對軌道線路產生影響，嚴重時會對行車安全產生危害，因此必須對下部結構的位移進行監測與控制，同時對鐵路軌道狀態進行實時評價。目前我國現行的規范[1]中對于高速鐵路軌道狀態的評價均是通過測量軌道線形即幾何不平順值來確定的，但現有的監測手段無法實時監測高速鐵路線路軌道結構的幾何狀態，只能通過監測橋墩墩臺、路基等其他結構沉降進行間接測量。因此，準確地監測橋墩、路基等軌道下部結構位移同時間接計算軌道線性變化對于保障既有線路的安全運行具有重要的意義。然而由于間接計算過程較為復雜，現場難以進行計算控制，這為工務人員進行線形的管理與預測帶來了極大的挑戰。為簡化計算流程，方便高效地得到鋼軌線形隨下部結構的位移變化而變化的規律及計算結果，本文開發了一套高鐵線形智能化信息系統。可以達到對于軌道線路下部結構的橋墩及路基位移進行實時監測，同時根據其軌道線形的影響設置了橋墩及路基位移變化的最大限值，對于超限坐標數據進行報警處理，滿足了對于線路與結構位移變化監測的可視化要求，符合當今智能化工務的潮流。該控制系統包含微信小程序端及Web網頁端，使用方便快捷，有效地提高了鐵路工務人員的工作效率。

1 ?系統分析

1.1 ?系統開發原理

本系統開發原理主要依據橋墩位移及路基位移求解軌道線形的數據處理方法。主要包括橋梁段數據處理方法以及路基段數據處理方法。

橋梁段路基處理方法主要計算求出橋墩的單墩位移以及雙墩位移值。單墩位移包含了單墩橫向位移和單墩垂向位移，雙墩位移包含了雙墩橫向錯臺和雙墩垂向錯臺。主要原理是利用了各橋墩間的幾何尺寸關系，導入橋墩監測點處的原始監測數據，進而求出監測點處橋墩的位移值以及累計變化值。同時利用解析解法與有限元法得出橋墩位移與軌道幾何尺寸的關系，確定使得軌道線形不發生較大變形的橋墩位移最大限值，將其設為報警值，當橋墩位移超出該值后則進行報警處理。

路基段數據處理方法主要是依據測得的路基段水平變化值和垂直變化值，通過在CAD圖中導出坐標的方式，得到了路基段每隔0.5 m的測點的原坐標。現坐標需要通過原坐標與測點的變化值相結合求得。并利用相關幾何線形關系推導出路基段10 m弦指標與20 m弦指標，通過弦指標的數值來判斷路基段位移是否超限。并將路基段變化值的最大限值設為報警值，當路基位移變化值大于報警值后進行報警處理。

該系統是將上述算法內容進行了編程操作，通過代碼實現，可以達到對于橋墩與路基進行實時可視化位移監測管理，并篩選超限值。

1.2 ?系統功能描述

該系統按照使用場景的不同劃分為兩個端：微信小程序端和Web管理后臺端。小程序端的使用者主要為各工務段的工程師。工程師根據需求查看路基和橋墩的各種數據以及計算出來的軌道線形數據;Web管理端使用者主要為管理人員。通過電腦對路基橋墩進行管理，篩選里程查看路基的監測點或橋墩的檢測點。同時也可進行數據管理。篩選里程，選擇類型后查看對應的數據詳情：測量的時間、測量的數據（順向水平、橫向水平、豎向）以及對比多次測量的數據，也可以導入初始數據、路基數據、橋墩數據。Web端還設置預警管理設置，其可設置各路基點計算結果預警值、橋墩點計算結果預警值-單墩、橋墩點計算結果預警值-雙墩、偏差預警值，當線形計算結果超出預警值后進行報警。小程序端及Web端功能示意圖如圖1所示。

該系統數據來源主要通過后臺中數據管理導入初始數據、路基數據、橋墩數據，導入格式為：Excel文件（路基點、上行檢測點、下行檢測點、點號、相對坐標x、相對坐標y）或（橋墩點、一號檢測點、二號檢測點、三號檢測點）。

2 ?系統小程序端操作界面設計及主要功能

小程序端操作頁面主要包括橋墩端與路基端，可以對橋墩路基位移變化進行可視化管理，同時對超限指標進行報警處理，下面主要針對該軟件小程序端主要功能進行介紹。

2.1 ?路基

2.1.1 ?路基頁面介紹

在小程序端首頁點擊路基模塊，選擇里程、列車方向、測試時間，圖下數據會隨著選擇目標值的變化而變化，同時可以直接查看由內部算法計算好的水平10 m弦變化，點擊右上角圖標，切換橫圖數據頁。路基頁面如圖2所示，路基-路線橫屏頁如圖3所示。

2.1.2 ?路基點操作

在路基首頁點擊“搜索框”，跳轉到路基點搜索頁，如圖4所示，其包含所有規定里程內的所有監測點數據。同時點擊列表數據，可跳轉到目標路基監測點詳情頁，其包含該測點的水平10 m弦數據、垂直10 m弦數據，以及歷史走勢。如圖5所示。

2.1.3 ?路基偏差點統計

在首頁路基模塊中，點擊“水平10 m弦”版塊，可以跳轉到路基差點統計頁，其包含水平10 m弦超限的所有警示點信息，如：里程點號、水平10 m弦數據以及每次測量的時間、位移偏差結果等，具體如圖6所示。

2.2 ?橋墩

2.2.1 ?橋墩頁面介紹

在首頁點擊橋墩模塊，選擇里程、點號、墩數、橋、測試時間，圖下數據會隨著選擇目標值的變化而變化，可查看橫向水平累計變化、橫向水平等，橋墩頁面如圖7所示。點擊各版塊右上角圖標，切換橫圖數據頁，其包含目標里程內的橋墩可視化的位移變化值，以及位移變化值隨里程的變化規律，橫圖數據頁如圖8所示。

2.2.2 ?橋墩點操作

在橋墩首頁點擊“搜索框”，跳轉到橋墩點搜索頁，其包含所有目標里程內的橋墩點測量信息以及超限情況，搜索頁面如圖9所示。點擊具體監測點里程后，可跳轉到橋墩監測點詳情頁，其包含改點橋墩橫向、豎向、順向的全部位移信息以及歷史走向，詳情頁面如圖10所示。

3 ?系統Web端操作界面設計及主要功能

Web網頁端相較于小程序端主要起到后臺信息管理的功能，可以實現路基橋墩數據查看與編輯、導入測量數據與原始數據以及設置預警值功能，下面將對Web端主要功能進行介紹。

3.1 ?數據管理

數據管理是對于橋墩與路基的監測點數據進行查看、編輯以及導入。在頁面中可選擇類型切換路徑/橋墩，查詢對應的數據列表，其包含目標里程內的所有監測點信息，如圖11所示。在數據列表右側點擊“查看”按鈕，彈出“查看詳情”頁，可查看該監測點詳細的里程信息與位移測量數據，如圖12所示。數據導入可通過右上角“導入初始數據”或“導入路基數據”實現。

3.2 ?預警值設置

預警值的設置可幫助軟件小程序端對于超限數據進行報警處理。其可設置路基點計算結果預警值、橋墩點計算結果預警值-單墩、橋墩點計算結果預警值-雙墩、偏差預警值，點擊“保存設置”，即可保存。預警值設置頁面如圖13所示。

4 ?結 ?論

本文開發了一套利于現場進行軌道線性管理的智能化系統，主要根據軌道下部結構位移變化推導軌道線形以及10 m弦、20 m弦數據，同時根據設定的預警值，在某工況下一旦超出預警值將進行報警，顯示相關坐標信息。本系統原理主要依賴于下部結構的幾何尺寸關系，對于橋梁段，根據測量橋墩的位移變化計算出單墩與雙墩的位移值;而針對路基段則根據原始坐標和測得的路基段水平變化值和垂直變化值推出現坐標，并利用相關幾何線形關系求解出路基段10 m弦指標與20 m弦指標。通過對該原理進行編碼實現，則能夠僅輸入軌道下部結構位移值，自動計算線形變化，并對下部結構位移超限值進行報警處理。該系統包括兩個數據端，小程序端可以實時查看橋墩及路基的單次測量位移變化值、累計位移值，以及計算得到的10 m弦數據;Web網頁端可以進行原始數據及其他部分數據的導入、編輯與查看，同時也可以設定報警值。本文介紹了該系統的開發原理、功能描述以及小程序端、Web網頁端的頁面設計。該系統的開發為工務人員進行現場軌道線形管理提供了便利，大大提高了現場工作效率與監測的可靠性。

參考文獻：

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作者簡介：王綱（1972—），男，漢族，上海人，高級工程師，學士學位，研究方向：土木工程、軌道交通結構施工等。