地鐵沿線保護區施工項目信息化管理

李 凱，韓 鵬，吳 屾，羅 杰，李綠洲，郭 泰

(1.武漢地鐵運營有限公司，武漢 430000；2.武漢理工大學土木工程與建筑學院，武漢 430070)

當前CORS(Continuously Operating Reference Stations，CORS)可為城市諸多領域如氣象、車船導航定位、物體跟蹤、公安消防、測繪、GIS(Geographic Information System，GIS)應用等提供高精度的動態實時北斗定位服務，極大地加快該城市基礎地理信息的建設。按照新型基礎測繪的要求，持續推進基礎測繪生產模式、服務產品、服務方式等方面的創新是CORS發展的主要方向。因此，以需求為導向，實現CORS服務由標準化向定制化轉型，需要充分利用CORS系統，在現有基礎上發展新的衍生應用。為此在現有CORS基礎上，通過高精度的位置服務和高精度地圖成果來為智能化城市管理賦能，研發一種地鐵沿線保護區施工項目信息化管理系統。目前已有學者對地鐵沿線保護區施工項目信息化管理系統進行了相關研究，曾賢敏等[1]利用Visual Basic開發了一套地鐵保護區變形監測信息管理系統，實現了對保護區作業的變形監測信息的有效管理和預報警；許碧華[2]針對地鐵運營保護區內施工作業的各種復雜管理問題，基于百度地圖和GIS技術研發了一套地鐵保護區信息管理系統，闡明了技術路線、系統總體框架和數據以實現監測數據的結構，系統主要功能是對保護區施工項目的全過程網絡審批管理和數據庫管理;王紫蔚等[3]利用數據庫技術、計算機技術、無線通信技術，結合全站儀的ATR功能和液體靜力水準儀的安全監測，研發了一套地鐵隧道結構變形自動化監測系統，大幅提高監測效率，并有網絡傳輸、結果分析、預報警等功能。陸航[4]針對目前地鐵運營保護區管理缺乏判斷保護區范圍的技術手段，無法直接得出施工作業與地鐵結構邊線的準確距離，從而影響地鐵公司執法管理的現狀，提出基于GIS、GPS定位技術、移動互聯網技術等研發一套智能巡查執法管理系統，以滿足地鐵保護區監管需要。聶鑫路等[5]提出了采用目前流行的無人機技術，采用攝影測量的手段取代目前地鐵人工安全巡查，并在重慶地鐵6號線進行了試驗，為地鐵保護區管理提供了一種新的巡查思路。陳俊海等[6]采用GIS、計算機技術、移動互聯網技術等研發了一套基于北京地鐵運營的保護區巡查安全管理系統，針對地鐵沿線安全巡查采用信息化的手段進行管理，取得了一定的效果。

論文充分分析武漢地鐵部方案需求，結合WHCORS平臺建立武漢高精度測繪服務系統，為武漢地鐵沿線的巡檢員提供一體化厘米級導航定位終端；終端可實時向服務端上傳實時位置信息，服務端顯示巡檢員實時軌跡，并配合動態“電子圍欄”，同時可利用二維數字地圖動態大屏展示巡檢員和項目的實況；研發融入高精度地圖的手機APP，為用戶提供更好的服務體驗。

1 系統簡介

信息化巡檢監控系統主要分為三個部分，整體框架如圖1所示。由巡檢監控與管理子系統組成，在用戶端則提供單獨的APP實現與導航定位終端和巡檢員監控平臺的交互。

1.1 RTK-INS導航終端設計

采用集成GNSS天線、雙頻GNSS接收芯片、MEMS慣性芯片、通訊模塊一體的整機設計方案，充分考慮防水、防塵、抗低溫和續航等需求，同時采用合理的結構設計保障終端可快速便捷安裝在巡檢員手機上。

1.2 巡檢監控管理子系統

平臺提供用戶實時軌跡、歷史軌跡與違規記錄查詢；提供項目信息錄入；提供文檔文件的上傳；提供數據的報表統計；實時對接APP中的用戶個人信息、匯報上傳等功能。設計方案如圖2所示。

1.3 移動端APP

APP嵌入地區影像圖，加載鐵路軌跡，巡檢員登錄，實時顯示客戶端當前位置、授權道路信息；提供歷史巡檢路線的查看；提供巡檢任務的結果提交上傳；預留不同終端間的交互、交流接口。

2 系統的實現

2.1 硬件設計

當前導航定位需求朝著低成本、實時高精度、硬件小型化和低功耗的方向發展，因此，在研制RTK/INS模組和終端時需對成本和硬件數據質量等進行權衡，因此可以通過相應的算法來彌補觀測數據質量和解算效率的不足。在設計硬件時，需要根據具體需求進行具體分析，在充分了解各項需求的前提下給出具體的技術路線,如圖3所示。

2.2 系統組成

系統內部主要由CPU核心板、GNSS芯片、IMU芯片、氣壓計芯片組成，系統外部由GNSS天線接口、兩個串口組成，一個串口用于供電、調試和打印，另一個串口用戶發送NMEA數據并獲取RTCM格式的差分改正數。

2.3 工作原理

系統內部CPU和GNSS芯片通過USB和串口進行連接并獲取IMU數據，通常IMU提供SPI和I2C接口，其中SPI數據傳輸速率相比I2C要高出數倍。為了保障高采樣IMU數據傳輸的實時性，將CPU和IMU通過SPI連接實時讀取IMU數據，而氣壓計只需要1 Hz的采樣即可，可以通過I2C將CPU和氣壓計連接并獲取氣壓計數據。

此外，RTK在工作時必須接收差分改正信息才能獲得高精度的定位信息，而該終端設計只保留串口，因此需要借助外部4G通訊模塊連接設備串口來獲取差分改正信息。

1)GNSS芯片通過GNSS接收機接收到衛星信號后，將原始GNSS觀測值傳輸到CPU。

2)CPU得到GNSS數據，解算SPP并將SPP結果以NMEA的格式通過串口傳輸到4G通信模塊后發送到CORS服務中心。

3)在進行2)的同時，CPU實時讀取IMU和氣壓計數據，與SPP結果進行組合解算。

4)CPU接收CORS中心通過4G模塊發送到串口的差分改正數據，進行RTK解算，同時讀取IMU和氣壓計數據，與RTK結果進行組合解算得到組合導航結果。

2.4 監控平臺功能

1)大屏數據可視化 通過大屏可視化技術，可實現全局監控巡檢員位置信息、項目位置和二維底圖的可視化。

2)歷史回看 巡檢員每天的巡檢路線都會通過終端回傳到服務器進行永久保存。該功能可以實現對歷史巡檢線路的檢測及通過地圖展示檢索結果的詳細線路和位置。

3)用戶管理 通過標記用戶的角色，實現對巡檢員和領導身份信息的管理，方便其他模塊通過身份來控制不同的權限。例如：對于巡檢員，能登錄APP，并且只能看到自己的實時位置和檢索自己的歷史軌跡。對于領導，可以看到所有巡檢員的實時更新位置等，后臺管理只能領導登錄。每一項通過獨立編碼確認該項的表達場景。也需要通過編碼進行檢索值列表。同時提供工號檢索和巡檢員的添加、修改、刪除。

4)數據字典管理 在項目信息當中，有些信息如果通過文字輸入，結果會變得不可控制，而這些值本身是有不同結果區分的，是固定的表現形式。通過數據字典可以對這些常量信息進行管理和控制，進而整個系統用到的常量信息都可以檢索到，然后選擇對應的值。該功能可展示系統所有數據字典信息并提供新增功能和每一項的修改和刪除。

5)項目管理 通過在線網頁形式將項目所有關聯信息進行存檔,便于以后的編輯和檢索。項目管理可實現：項目和片區的添加、片區基本信息的編輯、片區可選信息的編輯、相關文檔的上傳和存儲，在線閱覽、excel統計數據的導入、動態統計報表的生成、施工進展列表檢索。項目分為多個片區，每個片區可以進行編輯和刪除等操作。片區分為基本信息和可選信息。

基本信息包括位置、類型(空地、建房、道路等)、概括(權屬單位、參建單位、位置關系等)。

可選信息通過勾選可以添加到基本信息中，包括告知單、技術管理中心回函、安全影響中心評估報告、檢測方案資料(方案，專家意見，會議簽到表及其他)、初始化狀態調查報告、安全協議、第三方檢測報告(每期報告)、專項施工方案(方案，專家意見，簽到表及其他)、交涉協調資料(照片，語音，錄像等)、監護巡查記錄(執法記錄儀，航拍，視屏，照片等)、施工進展等。

6)文檔管理 提供文檔的存儲能力，方便快速地檢索，以及在線閱讀。可以將本地文件(圖片，視屏，word，excel等各種格式文件)上傳到服務器。數量不限制，大小控制在30 M以內，保存上傳時間、標題等信息。

7)統計報表 對系統全局數據的匯總，將結果以數據或者統計圖的形式表現出來。統計范圍包括：巡檢員范圍完成的統計、告知單數統計、評估報告統計、安全協議統計、施工方案統計。

2.5 數據庫

服務系統基本庫存儲服務系統運行過程中的基本信息包括：服務系統基本庫表說明、用戶信息表、用戶權限表、位置實時信息表、數據字典表、文檔信息表、項目信息表、項目詳細表、系統日志表。

2.6 移動端APP

通過賬號和密碼登錄，確認身份。通過BLE低功耗藍牙技術實現APP和終端導航設備的互聯，然后進行數據的傳輸、解算、加載。基于百度地圖實現最終的位置實時展示。

APP上實時軌跡技術實現路線如下：導航定位終端實時傳輸當前的位置信息到服務平臺，服務平臺接收到位置信息并在Web端顯示，然后通過HTTP協議將實時位置信息發送到華為平板上的APP，APP接收到位置坐標后，采用打點的形式實時顯示當前位置。具體流程如圖4所示。

3 結 論

城市軌道交通控制保護區管理系統可為管理工作提供一系列便捷高效、智能的移動式可視化功能,具備處理巨型數據的能力。該系統有助于提高軌道控制保護區管理工作效率、準確率,減少軌道控制保護區范圍內建設項目對軌道交通建設及運營的安全影響。軌道控制保護區管理系統還引入了衛星遙感技術,對保護區內建筑物進行實時動態監拍,提高了控制保護區內違法建設項目的查找效率。隨著計算技術的不斷發展,城市軌道交通建設及運營管理定將突破傳統方式的束縛,日趨智能化、網絡化﹑高效化。