智慧軌道背景下的控制保護區信息化建設方案研究

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絡中的骨干，近些年來，因其運量大、全天候、綠色、節能等優點，漸漸成為市民出行的首要選擇。2020年，中國城市軌道交通協會發布了《中國城市軌道交通智慧城規發展綱要》，指出智慧軌道交通是城市軌道交通行業未來的發展方向，各大地鐵城市紛紛提出自己的信息化建設方案。然而，實現智慧軌道交通需要長遠布局謀劃。各城市的信息化建設方案往往自上而下，缺乏細節考慮，控制保護區作為軌道交通中特殊的一分子，信息化建設方案不能與建設、運營簡單一概而論。有鑒于此，站在控制保護區管理的角度，單獨對控制保護區的信息化建設進行系統思考和分析，具有一定的研究意義和實踐價值。

1 研究背景

1.1 控制保護區現狀

為保證軌道交通建設和運營安全，國家建設部于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”的概念，即在軌道交通沿線劃定一定的范圍，在該范圍內的建設和作業等活動受到合理限制。近年來，伴隨著城市加速發展，進入軌道交通控制保護區內的工程建設項目越來越多，但大部分城市仍然采用傳統的、靠人力為主的工作方式在開展巡查、審查工作，因監管不到位導致的事故頻頻發生：2019年12月12日，廈門地鐵呂厝站外的配套物業開發項目違規施工，造成大量積水涌入呂厝站站廳、站臺、軌行區；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，導致行車中斷1小時52分……保護區內建設作業項目的發現、監管成為目前軌道交通經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，在傳統工作方式下已無法進一步提高。

1.2 控制保護區信息化建設現狀

截至2017年12月，國內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綜合管理信息系統[1]。綜合管理信息系統旨在實現控制保護區全方位、項目全過程的管理工作，以此提高保護區管理的工作質效。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聯存檔、人員管理、分類統計等綜合辦公問題，對業務工作的信息化建設還有很大的探索空間。

2 信息化目標分析

2.1 信息化建設原則

信息化規劃是一項立足當下，著眼長遠的工作，既需要考慮到當前的發展水平、解決當下的實際問題，也要能預判未來的發展方向、提出3～5年的發展戰略。一方面，國內目前對軌道交通控制保護區的信息化建設主要集中于綜合管理信息系統的建設，其他諸如無人機巡檢等項目，暫未出現大規模研究，但可以參考工作性質類似的高速、鐵路、電力巡檢[2-3]，以這些行業的先進信息化成果作為標桿，來尋找差距。另一方面，可以以控制保護區管理工作的業務需求為出發點，對具體業務流程進行整合并梳理，挖掘目前業務結構中可以使用信息化手段解決的問題。

2.2 當前業務工作存在的問題

經調研發現，各地鐵城市對于城市軌道交通保護區的管理內容和實施過程比較一致，但具體方向各有側重：有的偏重于巡查管理，有的偏重于監測數據分析。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的空間關系，以此明確報審項目是否需要受到監管限制；而目前這項工作主要以人工疊加項目圖紙與軌道結構圖紙的方式進行復核，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圖紙判斷軌道地下結構的具體位置。但在建設過程中可能產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、強度大的作業項目，以當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——依然多次發生施工打穿隧道的危險性事件。

3 建設方案

3.1 綜合信息管理系統

綜合信息管理系統以統一的數據庫為支撐，不僅是外部單位報建的窗口，也將實現控制保護區業務的管理，集成所有信息化建設項目，主要實現以下幾個功能：

3.1.1 檔案管理。存儲所有軌道線網資料、保護區項目資料、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、可能影響軌道結構安全的建設項目或作業實現網上辦事功能，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場資料（包含圖片、視頻、文檔、錄音等）。對巡查人員在巡檢中發現的違規項目，采用發現—上報—處置—消警的閉環流程，確保發現問題得到妥善處理，消除可見隱患。

3.1.4 監測管理。接收存儲監測單位上傳監測報告，根據數據自動生成統計曲線，對偏離指標的監測數據進行多種方式預警。

3.1.5 配套移動設備子系統。研發配套的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現項目與軌道結構的距離，判斷項目是否進入控制保護區。通過移動設備調閱基礎資料、項目信息及下發任務，并實現實時或離線上傳巡查軌跡、巡查記錄。

3.2 空間數據分析與可視化系統

空間數據分析與可視化系統搭載在綜合管理信息系統上，直觀展示軌道交通線路、城市地圖、建設項目紅線等圖形數據，主要實現以下幾點功能[4]：

3.2.1 通過讀取報建單位上傳的項目范圍數據文件獲取坐標，轉換到系統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項目紅線。

3.2.2 通過計算建設項目紅線與軌道結構外邊線的距離，判斷項目是否進入軌道交通控制保護區內，進一步判定建設項目紅線所涉及的線路及區間，并自動計算風險影響等級，輔助審查人員進行技術方案的審核。

3.3 施工智能識別預警系統

目前各大地鐵城市對軌道交通控制保護區的防護及安全監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、管制區域、人員責任心、天氣環境等因素的影響較大，無法主動、及時、直觀地掌握保護區的情況。

視頻監控是一個很好的解決手段。一方面，管理人員不用親臨現場，就可以對多處場地實施監督和管理，節約了大量人力物力成本；另一方面，由于保護區錄像被存儲備份，即使發生了一些不可預測事件，也便于事故發生以后第一時間明確事故責任，找出事故發生的原因，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合人工智能的圖像識別技術已經在各類勘察、巡檢方面進行了廣泛的應用，深圳率先進行了軌道交通控制保護區內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，隨著科學技術水平的進步，應用多種渠道獲得的視頻圖像結合智能識別技術，識別保護區范圍內是否有指定機械設備出現，使管理人員能夠及時發現并查看是否存在違規施工的情況，避免出現重大施工事故，將成為一種有效的管控手段[6]。

3.4 大數據分析系統

隨著云時代的到來，人們漸漸認識到海量數據的潛在價值，大數據在各行各業都帶來了顛覆性成果。上述三個系統開始投入使用后，必將產生大量的數據。依托于數據庫存儲，利用大數據分析系統對其進行分類處理，從中挖掘有效信息，發覺有效信息之間的關聯，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，還可以構建地鐵和城市地形地貌的三維DEM，實現對項目與地鐵橋隧空間位置關系的快速判定；也可以考慮構建項目的BIM模型[5]，把控所有關鍵風險點，對項目實施動態監測。