智慧科技在地鐵安全保護區(qū)綜合管理平臺建設中的應用

師小瑜，馬亮，楊碩

（北京市地鐵運營有限公司，北京 100044）

1 研究背景

隨著我國城市現代化的發(fā)展，城市空間壓力帶來的交通擁堵問題逐漸突顯，已成為影響城市高質量發(fā)展和增進人民生活福祉的焦點問題。而城市軌道交通（簡稱城軌交通）以大運量、快速、準時、環(huán)保等特點，大大提高了其沿線的通達，帶動了人流的定向引導，為改善城市空間結構與形態(tài)、解決現代化城市交通問題提供了重要途徑。

城軌交通快速發(fā)展的同時，受到城市基礎設施建設不斷完善等外部因素影響，在城軌交通安全保護區(qū)違法勘察、違規(guī)施工造成的隧道結構打穿或結構損傷事件時有發(fā)生，使城軌交通線路安全風險不斷提升。例如，某城市因違法勘察鉆探施工，致使隧道結構被打穿，1根鉆管墜落至地鐵運營正線并與正在行駛的列車碰撞，造成列車前擋風玻璃嚴重受損，導致列車停運。又如，某城市因基坑工程嚴重塌陷，致附近的樓房垮塌并起火，直接危及鄰近城軌交通的運營安全，并造成停運23 h 58 min。

城軌交通的安全性直接關系到廣大乘客的人身安全和財產安全，一旦發(fā)生安全事故，造成的危害和社會影響極大。為進一步有效提升安全保護區(qū)的安全管理水平，北京地鐵在2020 年發(fā)布了第1 版《首都智慧地鐵發(fā)展白皮書》，面向運營階段智慧化提出了“以智慧服務、智慧運行、智慧維護和智慧管理為核心的首都網絡化的智慧地鐵新模式”。基于此，以“需求牽引，業(yè)務導向”為原則，結合地鐵安全保護區(qū)管理的實際情況，開展了智慧地鐵安全保護區(qū)綜合管理平臺的建設［1］。

智慧地鐵安全保護區(qū)綜合管理平臺利用北斗高精度定位、GIS、視頻分析、圖像智能識別、多功能傳感器、物聯(lián)網、5G、邊緣計算等技術，實現地鐵安全保護區(qū)線路及其保護區(qū)邊界、建構筑物、勘測數據、土建設施等空間地理信息的查詢與可視化，實現保護區(qū)外部工程管理、保護區(qū)巡查管理的信息化，并實現保護區(qū)沉降等重要風險的識別與預警［2］。

2 地鐵安全保護區(qū)管理現狀

為規(guī)范城軌交通運營及相關活動，保障城軌交通運營安全，我國各大軌道交通運營城市相繼出臺了一系列法律法規(guī)，其中明確劃定了城軌交通安全保護區(qū)范圍以及管理要求，并對城軌交通安全保護區(qū)管理提供了政策支持。但在安全保護區(qū)日常管理中，仍存在諸多困擾，影響安全保護區(qū)管控的質量和水平。

（1）人工巡查方式難以滿足規(guī)模化、網絡化情況下的保護區(qū)巡查。盡管城軌交通正逐年規(guī)模式持續(xù)發(fā)展，但目前我國各大中城市仍普遍采取人工輔以車輛為主的保護區(qū)巡查方式，該管理方式需要耗費大量人工工時和人工成本，管理效能低下，發(fā)現問題的及時性和準確性也難以保證。

（2）保護區(qū)范圍實地界定困難，部分區(qū)域難以通達。城軌交通安全保護區(qū)范圍不易準確測量和判定，實地界定存在較大困難，特別是地下結構形式，很難通過地圖精準定位，給現場巡查管理造成了極大難度。另外，受保護區(qū)周邊復雜環(huán)境影響，部分保護區(qū)巡查范圍采用人工方式難以通達，造成巡查盲區(qū)，進一步增加了保護區(qū)管理的安全風險。

（3）外部工程施工安全風險因素較多，與結構自身病害等因素疊加，增加了管控難度。隨著城市建設及基礎設施不斷完善，城軌交通鄰近、穿越或與既有車站連通類工程每年都大量存在，外部工程施工工藝復雜、持續(xù)時間長，且各工程參建單位對安全風險管控水平參差不齊，極易造成既有結構的上浮、變形、開裂等病害問題。另外，各條線路建成年代差異較大，存在不同程度的病害問題。加之部分地區(qū)還受到大地沉降、地下水位變化等地質因素影響，多重安全風險因素的疊加給安全風險分析和評估工作增加了極大難度，對城軌交通結構及運營安全構成較大風險。

3 構建智慧地鐵安全保護區(qū)綜合管理平臺

3.1 智慧科技應用

3.1.1 智能感知診斷技術

利用北斗高精度定位、GIS、視頻分析、圖像智能識別、多功能傳感器、物聯(lián)網、5G、邊緣計算等技術對地鐵安全保護區(qū)進行實時感知，并通過建筑信息模型（BIM）技術等對感知設備進行可視化管理與狀態(tài)的可視化查看，增強保護區(qū)整體感知水平，同時通過自動辨識評價安全保護區(qū)健康狀態(tài)、主動診斷報警安全保護區(qū)風險影響，為智能保護區(qū)管控奠定基礎［3-4］。

3.1.2 智慧分析預警技術

通過對感知及診斷數據進行深度挖掘，從故障數量、位置、頻次等維度分析狀態(tài)演化機理與規(guī)律，將安全保護區(qū)狀態(tài)評定與運營線路及保護區(qū)范圍數據、線路地域地下水監(jiān)控數據、地質勘查數據、給排水及燃氣熱力等管線信息數據、地面沉降監(jiān)測數據、橋梁路基隧道等土建結構健康狀態(tài)監(jiān)測數據等進行多源數據關聯(lián)，同時結合衛(wèi)星遙感影像、無人機巡檢采集影像、樹木侵界及雨水倒灌重點施工配合現場等安全保護區(qū)重點管控區(qū)域閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）圖像采集進行分析，輔助人工預測和判斷安全保護區(qū)安全狀態(tài)、辨識與預警安全風險，以提升安全保護區(qū)監(jiān)控水平，并建立相應的案例庫，為地鐵安全保護區(qū)安全風險管控提供決策依據。

3.1.3 智慧管理技術

基于地鐵安全保護區(qū)管理規(guī)定，按照管理機構及職責分工、管理程序、管理標準和管理要求等，建立作業(yè)計劃管理、生產任務派發(fā)、作業(yè)質量監(jiān)控、一鍵報警、統(tǒng)計分析管理、培訓教育管理及綜合檔案管理功能板塊，有效提升安全保護區(qū)日常管理效率和綜合管理水平。

3.2 智慧地鐵安全保護區(qū)綜合管理平臺

北京地鐵安全保護區(qū)綜合管理平臺是為地鐵運營企業(yè)及相關業(yè)務部門推行線路安全保護區(qū)綜合管理的智慧化平臺，主要包含智慧地鐵安全保護區(qū)“一張圖”基礎數據平臺、智慧地鐵安全保護區(qū)巡查管理子系統(tǒng)和智慧地鐵安全保護區(qū)外部工程管理子系統(tǒng)三大板塊，平臺總體結構見圖1。北京地鐵安全保護區(qū)綜合管理平臺的應用，為地鐵安全保護區(qū)高效、協(xié)同、智能管理奠定了基礎［5］。

圖1 平臺總體結構

3.2.1 智慧地鐵安全保護區(qū)“一張圖”基礎數據平臺

基于地鐵保護區(qū)管理系統(tǒng)的標準地圖服務需求，通過基礎地理信息數據標準化研究與治理，將地鐵線網資料、保護區(qū)界限資料、地表環(huán)境資料、地下建構筑物基本信息及病害資料、地下水文資料、地質勘察資料、市政管線資料、地表沉降監(jiān)測資料、視頻監(jiān)控與遙感影像數據，以及地鐵建筑結構和軌道監(jiān)測數據進行集成和可視化，同時與北斗定位系統(tǒng)對接，通過北斗定位系統(tǒng)為該平臺提供定期的位置數據更新，以地圖服務形式，形成地鐵安全保護區(qū)“一張圖”基礎數據平臺，滿足檢索、定位、查詢、量測等基本功能的同時，為后續(xù)數據耦合分析、評估指標研究奠定了數據基礎［6-7］。

3.2.2 智慧地鐵安全保護區(qū)巡查管理子系統(tǒng)

研發(fā)智慧地鐵安全保護區(qū)巡查管理子系統(tǒng)，實現了保護區(qū)巡查計劃制定、任務派發(fā)、隱患上報及隱患監(jiān)控全流程信息化管理，同時該子系統(tǒng)還可實現與上級行政主管單位保護區(qū)管理平臺的對接，可滿足巡查一級隱患“一鍵上報”，提高了地鐵保護區(qū)綜合管理水平和工作效率［8］。

智慧地鐵安全保護區(qū)巡查管理子系統(tǒng)重點解決了以往人工巡查管理效能低下、范圍實地界定困難等問題：

（1）運用無人機航空攝影測量技術對地鐵保護區(qū)域地貌進行航拍測繪，利用多期遙感影像數據對城軌交通安全保護區(qū)范圍地表地物的變化進行監(jiān)測和影像比對分析，并通過風險智能識別算法輔助人工判斷，解決人工巡查效率低下、走巡不可達等問題。另外，運用CCTV視頻智能監(jiān)控技術，檢測侵入事件及雨水倒灌等事件的發(fā)生，并通過應急系統(tǒng)實現一鍵預警報警功能，為地鐵安全保護區(qū)高效、智能巡查管理提供了途徑。

（2）針對保護區(qū)位置人工難以準確辨識等問題，通過引入電子圍欄技術，利用北斗定位技術輔助巡查人員快速、準確地判定所在位置及其與地鐵線路及周邊建筑環(huán)境的空間位置關系，同時也能實現對巡查人員巡查軌跡的監(jiān)控和記錄。巡查人員發(fā)現隱患問題后，可通過APP 端實現隱患問題的一鍵上報、快速查詢和隱患跟蹤監(jiān)控，并通過隱患地圖圖層，將隱患信息在地圖上直觀展現，便于巡查管理人員整體把控隱患［9］。

3.2.3 智慧地鐵安全保護區(qū)外部工程管理子系統(tǒng)

研發(fā)智慧地鐵安全保護區(qū)外部工程管理子系統(tǒng)，實現了保護區(qū)外部工程項目的任務下達、方案審查、實施籌備、配合過程監(jiān)管、工程后評估備案及全過程檔案查詢存儲等信息化管理［10-11］。

智慧地鐵安全保護區(qū)外部工程管理子系統(tǒng)重點研究并探索解決過去外部工程管控難度大等問題：

（1）建立保護區(qū)外部施工項目運營安全風險管控清單（包括風險點、風險時段、管控措施、責任人信息等），納入外部工程管理子系統(tǒng)，并與保護區(qū)巡查管理子系統(tǒng)進行關聯(lián)，當施工至風險時段前，系統(tǒng)按照風險管控等級向不同管控人員發(fā)出風險提示信息，輔助人工開展運營風險管控，提高保護區(qū)外部工程施工管控質量和水平。

（2）根據歷年地鐵安全保護區(qū)施工案例資料，及其對地鐵運營組織、行車組織和設備設施影響的經驗，結合“一張圖”基礎數據平臺信息，建立保護區(qū)常見施工類型安全風險辨識及后評估系統(tǒng)，對擬實施或進入工程后評估的保護區(qū)施工項目進行運營安全風險預判分析和風險提示，輔助人工開展專項方案審查和工程后評估，為采取有效管控措施提供可靠依據。

4 結束語

建設智慧地鐵已成為當前城軌交通行業(yè)的發(fā)展共識和趨勢。在充分借鑒國內外先進經驗的基礎上，運用前沿智慧科技與智慧地鐵理念，開展了智慧地鐵安全保護區(qū)綜合管理平臺的研究與應用，旨在解決當前城軌交通安全保護區(qū)管理的痛點與難點問題，從而實現企業(yè)高質量、可持續(xù)發(fā)展。目前該系統(tǒng)已具備基本功能并投入使用，取得了較好的應用效果，其部分功能仍將在使用過程中持續(xù)優(yōu)化完善，為城軌交通安全保護區(qū)智慧化管理提供可靠支持。