移動鐵路現場踏勘GIS系統設計實現

摘 要：針對鐵路現場踏勘工作對踏勘路線的導航、定位、采集線路相關信息等需求，利用移動GIS，GPS、移動開發技術，基于Windows Mobile開發平臺進行設計、研發。以期探討實現適用于鐵路現場踏勘工作的移動GIS解決方案。

關鍵詞：移動GIS；現場踏勘；移動鐵路現場踏勘GIS

1 引言

在鐵路設計的前期踏勘工作中，工作人員需要摸清已有路段的狀況，主要控制點和重要路段的控制要素，進行地鐵線路勘測以及相關信息確認、收集，這需要工作人員快速、準確地到達設計地點，查看沿線的地形地貌、地質、水文、老路等狀況，采集線路相關信息。但是，由于踏勘區域存在地形復雜，參照物少，存在人為判斷線路位置難度大等特點，同時，基于傳統紙質地圖的勘測信息采集模式，復雜度高、程序繁瑣，造成效率低、質量無法保障。

同時鐵路踏勘存在同一條線路反復勘測的情況，路線重復使用，一條路線經勘測一兩次后，原工作人員已經熟悉，但新工作人員勘測時，需重新開始，耗時、工作效率低。

隨著移動技術、GPS、GIS、無線通訊、3G通訊等技術的快速發展，移動GIS平臺已成為野外信息采集、管理、應用的主要工具。為鐵路線路踏勘提供新的解決途徑。與傳統的終端比，移動GIS平臺具有移動性、便攜性、服務實時性等特點，利用GPS高精度導航、定位，結合及GIS的采集、管理、分析，地圖顯示等功能，可實現在任何時間、地點，方便、高效、迅速地獲取和處理地理信息。將移動GIS平臺用于鐵路踏勘，可有效解決勘測目標定位，信息采集、勘測質量保證，線路存儲和重復使用等問題，有助于簡化工作流程，降低工作強度，提高勘測效率。因此基于移動平臺研發適用于移動鐵路現場踏勘系統應運而生。

2 鐵路踏勘需求分析

根據鐵路設計前期踏勘實踐，需要提供踏勘線路的導航、勘測地點判定、定位，勘測信息采集，具體如下所示：

已有信息的加載：勘測區域影像圖、地圖、勘測線路加載，為勘測提供地理參考信息。

目標導航：對鐵路沿線道路中的任意一點的目標導航。

里程位置計算：對鐵路前期踏勘工作中對道路曲線上任意一點的導航以及里程位置計算。

勘測判圖：外業踏勘人員根據地形圖及遙感地圖能迅速準確的判斷自己所處的位置。

勘測點位信息獲取：對鐵路沿線的興趣點進行有效的記錄及位置定位。

鐵路坐標系統支持：支持鐵路部門專用坐標系統。

3 移動鐵路踏勘系統設計

3.1 架構設計

針對鐵路前期踏勘工作對導航、定位、采集勘測信息、線路管理的需求，依據先進性、實用性、標準性、實用性、可擴展性原則，基于已有移動GIS系統研發的進行設計研發。

本系統分為數據庫、中間件及移動應用三部分：

數據庫，主要為勘測線路的數據存儲、管理、應用提供數據基礎。

中間件：主要為移動應用和數據層提供數據引擎和功能處理中間件。

移動應用：提供鐵路踏勘所需的業務功能。主要包括項目管理，可實現項目的添加、刪除。導入線路，導入地圖等功能。數據測量，GPS配置等功能。

3.2 移動終端軟件功能設計

針對鐵路踏勘業務需求，移動鐵路現場踏勘GIS系統實現實時導航顯示、GPS測量、坐標系統轉換、勘測信息采集、輸出以及GIS數據管理等功能，具體如下所示：

（1）對鐵路沿線上曲線坐標的實時計算處理、顯示。（2）實時接收GPS衛星定位信息，并進行廣域衛星實時差分（SBAS），自動儲存測量結果，定位位置精度自動估算。（3）通過圖形和列表形式顯示被測物的評定結果。（4）鐵路工程坐標與WGS84坐標系相互轉換。（5）對已知目標點的GPS導航軌跡提示。（6）對踏勘測量點進行坐標采集、踏勘文字記錄，現場拍照。（7）測量數據與背景地圖匹配（1：10000矢量地圖或柵格地圖）。（8）對鐵路踏勘成果進行數據查詢、統計、文件輸出。（9）基礎GIS信息管理主要提供GIS數據管理基本功能，包括文件和網絡管理、基本繪圖和圖形編輯、數據查詢統計、數據輸出、數據轉換、符號管理和系統管理等。

其中，對“鐵路沿線上曲線坐標的實時計算處理、顯示”功能實現，通過，經過對鐵路沿線上曲線坐標多種方法的對比分析，從準確性、可靠性的角度，選擇鐵路工程項目中常用的“線路任意里程點平面坐標正算通用模型”[4]進行計算，以保證計算成果的正確性。

4 研發

本軟件基于微軟Mobile C++研發平臺，利用Trimble 移動GIS開發軟件（SDK），采用任意里程處的線路坐標計算數據模型，結合鐵路踏勘業務需求，進行研發。

5 應用流程

本系統的應用主要涉及室內、室外兩部分。

室內：鐵路踏勘前，在踏勘組織、設備、作業輔助工具準備后，工作人員需在移動設備上安裝踏勘終端軟件，導入項目區域內的地圖、影像圖和已有線路圖，為實地踏勘提供導航目標及地理信息參考數據。

外業（現場）：在現場踏勘中，利用移動GIS平臺上的踏勘軟件，根據存儲的已有鐵路線路指引，勘測點位的導航，參考地圖、影像圖等，快速定位尋找導航到勘測點位。到達目的地后，采集勘測點位的位置，根據地圖、影像、以及鐵路專題相關信息，采集鐵路勘測專業信息。

6 結束語

目前本系統已成功應用到鐵路設計、踏勘實際工作中，有效地簡化踏勘外業作業流程，使鐵路踏勘工作人員快速到達勘測現場，及時方便、高質量地采集現場控制點、勘測要素，快速摸清鐵路沿線的情況，為鐵路設計提供全面、準確的現場信息。

同時利用移動設備的高精度GPS，自動記錄踏勘路線，實現勘測路線有效存儲，為后續工作提供路線導行參考，縮短踏勘人員外業定位時間，降低踏勘外業強度，提高工作效率。

另外，利用全面、豐富的線路地圖、影像圖、線路等信息，有助于工作人員全面了解沿線的地理情況，采取相應的安全措施，確保野外踏勘工作安全。

移動鐵路現場踏勘GIS系統為鐵路踏勘工作量身定做，具有適用性強，高效、方便、自動化程度高，有利于降低外業強度，提高踏勘工作效率，確保踏勘安全。具有明顯的經濟、社會效益。

現場踏勘是線性工程設計中的必要環節，同時不同專業之間踏勘業務具有相似之處，均涉及線路導航、測點定位，信息采集、質量檢查等事務，因此本系統可推廣應用到其他長距離線性工程的外業踏勘工作中，如輸油氣管道、高壓電線、跨流域引水工程中，進一步發揮價值。

參考文獻

[1]李德仁，李清泉，謝智穎等.論空間信息與移動通信的集成應用[J].武漢大學學報（信息科學版），2002，27（1）：1-8.

[2]趙文斌，張登榮.移動計算環境中的地理信息系統[J].地理與地理信息科學，2003，19（2）：19-23.

[3]徐衛明，趙俊生.GPS測量坐標轉換實用性問題的分析[J].測繪工程，2000，9（2）：11-15.

[4]李德光.鐵路線路中線空間坐標與里程換算模型的研究[J].西南交通大學，U212.2：23-28.

[5]張爍，徐愛功，孫貴博等.基于移動GIS的GPS定位導航系統的設計與實現[J].計算機系統應用，2010，第19卷第7期.

作者簡介：王玲（1976-），女，河南新野人，北京望邦天鑫科技發展有限公司，目前從事移動GIS技術研究、支持、推廣應用工作。

于曉英（1979-），女，河北燕郊人，北京市金匯通投資基金管理有限公司，目前主要從事會計工作。