朱丹丹　陸航　何喆卿

【摘 要】目前，地鐵隧道洞內(nèi)結(jié)構(gòu)病害檢查管理與地鐵安全保護(hù)區(qū)隧道設(shè)施保護(hù)管理上各自獨(dú)立，導(dǎo)致洞內(nèi)病害信息與洞外巡檢信息無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)的交互與分析，無(wú)法對(duì)地鐵隧道整體結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行全方位的把握。文章基于Web Service技術(shù)和Java編程語(yǔ)言，通過(guò)對(duì)地鐵安全保護(hù)區(qū)隧道設(shè)施內(nèi)外關(guān)聯(lián)技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)了隧道結(jié)構(gòu)洞內(nèi)外信息的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)與獲取，在險(xiǎn)情及重大病害情況下可第一時(shí)間查詢并分析其產(chǎn)生的內(nèi)外因素，進(jìn)而為南京地鐵結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)期安全與控制提供信息化數(shù)字化手段，并為南京地鐵隧道地下結(jié)構(gòu)數(shù)字化平臺(tái)提供基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】地鐵隧道；洞內(nèi)結(jié)構(gòu)檢查；洞外路面巡檢；內(nèi)外關(guān)聯(lián)技術(shù)；智能管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)： U231 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）29-0008-003

【Abstract】At present， the inspection and management of structural damage in underground tunnels and the protection and management of tunnel facilities in subway safety protection zones are independent. As a result， it is impossible to conduct real-time interaction and analysis of the disease information in the tunnels and the inspection information outside the tunnels， Security in all directions. Based on the Web Service technology and the Java programming language， through the research on the inside and outside related technology of the tunnel security tunnel in the subway， real-time correlation and acquisition of inside and outside information of the tunnel structure are realized. In the case of dangerous conditions and major diseases， Analyzes its internal and external factors， and then provides information digitization means for the safety and control of Nanjing metro structure operation period and provides the foundation for the digital structure of underground structure of Nanjing metro tunnel.

【Key words】Subway tunnel； Inspection of structures in the tunnel； Patrolling of pavement outside the tunnel； Related technology inside and outside； Intelligent management system

0 背景

地鐵隧道是城市軌道交通的載體，在城市現(xiàn)代化建設(shè)過(guò)程中起到無(wú)可替代的作用。地鐵隧道建設(shè)期投資大，動(dòng)輒上百億元的投資；運(yùn)營(yíng)期影響范圍大，某一段隧道的停運(yùn)都可能給上數(shù)十萬(wàn)人出行造成影響[1-3]。因此，對(duì)運(yùn)營(yíng)地鐵隧道結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的把握至關(guān)重要，不僅需要檢查統(tǒng)計(jì)隧道結(jié)構(gòu)的自身病害，還要對(duì)影響隧道結(jié)構(gòu)安全的周邊項(xiàng)目進(jìn)行巡查管理，只有兩方面同時(shí)入手，數(shù)據(jù)共享、關(guān)聯(lián)分析，才能達(dá)到全面掌握隧道結(jié)構(gòu)安全的目的。然而目前地鐵隧道結(jié)構(gòu)管養(yǎng)方面仍存在以下一些問(wèn)題：

（1）隨路網(wǎng)擴(kuò)張安全保護(hù)區(qū)受控/違規(guī)項(xiàng)目日益增多

伴隨著建設(shè)里程的增長(zhǎng)，軌道交通安全保護(hù)區(qū)范圍也隨之增長(zhǎng)，地鐵帶動(dòng)城市的發(fā)展與建設(shè)，在軌道交通安全保護(hù)區(qū)內(nèi)受控監(jiān)護(hù)項(xiàng)目與違規(guī)項(xiàng)目也會(huì)隨之而不斷新增，然而這些外界因素會(huì)對(duì)軌道交通設(shè)施結(jié)構(gòu)造成影響會(huì)在軌交運(yùn)營(yíng)期以結(jié)構(gòu)變形的形式體現(xiàn)出來(lái)。

（2）運(yùn)營(yíng)期結(jié)構(gòu)變形加劇

軌道交通設(shè)施結(jié)構(gòu)的變形除了外界安全保護(hù)區(qū)內(nèi)人為施工因素，還包括地質(zhì)不均勻、自然水土流失等；從內(nèi)在原因分析造成結(jié)構(gòu)變形的原因還在于其施工后的本體結(jié)構(gòu)固結(jié)沉降、運(yùn)營(yíng)期列車震動(dòng)以及結(jié)構(gòu)滲漏水病害的原因。

（3）軌道交通結(jié)構(gòu)病害日益增多

軌道交通結(jié)構(gòu)病害是軌道交通結(jié)構(gòu)傷損最直觀的表征現(xiàn)象，在長(zhǎng)期的自然環(huán)境和使用環(huán)境的雙重作用下，隧道會(huì)隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間推移出現(xiàn)不同程度的襯砌裂縫、變形以及滲漏水等病害。

（4）地鐵設(shè)施保護(hù)過(guò)程中，無(wú)法關(guān)聯(lián)外部信息與地鐵設(shè)施本體信息，設(shè)施結(jié)構(gòu)安全現(xiàn)狀無(wú)法直觀把握

軌道交通設(shè)施結(jié)構(gòu)在洞內(nèi)結(jié)構(gòu)檢查過(guò)程中可以獲悉其本體病害、養(yǎng)修及空間位置信息；全保護(hù)區(qū)洞外巡查可以獲悉其監(jiān)護(hù)項(xiàng)目、違規(guī)項(xiàng)目及空間位置信息，然而在實(shí)際日常生產(chǎn)過(guò)程中時(shí)常遇到的問(wèn)題在于每當(dāng)險(xiǎn)情發(fā)生的時(shí)候我們無(wú)法有效快速的把洞內(nèi)外信息與該險(xiǎn)情發(fā)生位置的地質(zhì)、監(jiān)測(cè)、標(biāo)圖等環(huán)境信息快速且有效的結(jié)合。

1 安保區(qū)隧道設(shè)施內(nèi)外關(guān)聯(lián)技術(shù)總體思路

1.1 安保區(qū)地鐵及環(huán)境信息數(shù)字化

隨著軌道交通的迅速發(fā)展，地鐵隧道網(wǎng)絡(luò)化日臻完善，運(yùn)營(yíng)里程迅速增加，并且地鐵隧道結(jié)構(gòu)的使用壽命也逐漸增加，病害信息和安保區(qū)內(nèi)施工項(xiàng)目將成幾何倍數(shù)的增加，完全依靠人工對(duì)地鐵本體結(jié)構(gòu)與安保區(qū)施工項(xiàng)目信息之間的關(guān)聯(lián)作出及時(shí)的獲取與統(tǒng)計(jì)，并制定針對(duì)性的分析報(bào)告幾乎是不可能的，必須借助信息化和數(shù)字化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信息的快速、科學(xué)統(tǒng)計(jì)與分析。endprint

1.2 地鐵結(jié)構(gòu)與安保區(qū)信息關(guān)聯(lián)

將地鐵結(jié)構(gòu)信息和安保區(qū)內(nèi)施工項(xiàng)目信息的獲取進(jìn)行電子化同步，可以減少中間處理環(huán)節(jié)，提高信息的時(shí)效性和準(zhǔn)確性[4]。通過(guò)手持終端，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查人員將地鐵結(jié)構(gòu)線路CAD直接以電子信息的形式保存到手持終端中，不再需要外業(yè)人員的查找資料、反復(fù)對(duì)比，可以節(jié)省大量的工作時(shí)間，減少信息獲取的時(shí)間周期，巡查結(jié)束后可及時(shí)上傳匯總巡查成果，提高信息的時(shí)效性；并且通過(guò)減少外業(yè)人員的信息錄入環(huán)節(jié)，消除工作交接錯(cuò)誤及遺漏信息的可能性，提高信息的準(zhǔn)確性。

2 內(nèi)外關(guān)聯(lián)關(guān)鍵技術(shù)研究

目前地鐵隧道洞內(nèi)結(jié)構(gòu)病害檢查管理與地鐵安全保護(hù)區(qū)隧道設(shè)施保護(hù)管理工作上各自獨(dú)立，導(dǎo)致洞內(nèi)病害信息與洞外巡查信息無(wú)法進(jìn)行交互關(guān)聯(lián)與分析，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法對(duì)地鐵隧道整體結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行全方位的把握。因此如何使兩者之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互是研究的重點(diǎn)，建立地鐵安全保護(hù)區(qū)隧道設(shè)施內(nèi)外關(guān)聯(lián)系統(tǒng)無(wú)疑是解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

根據(jù)使用者的需求，利用高精度定位功能手持路面巡查終端進(jìn)行路面巡查時(shí)，使用者可直接在終端內(nèi)查看當(dāng)前所在位置與地鐵本體結(jié)構(gòu)位置的關(guān)系，此外，終端還可對(duì)巡查人員的巡查路徑、巡查軌跡進(jìn)行考勤，手持終端最主要的就是記錄功能，包括項(xiàng)目信息巡查記錄、核查整改等功能。終端還可進(jìn)行距離及項(xiàng)目面積的自動(dòng)測(cè)量測(cè)算。

2.1 基于Web Service技術(shù)的系統(tǒng)集成

根據(jù)系統(tǒng)需求，系統(tǒng)建設(shè)分為終端及WEB端兩部分組成，如何使移動(dòng)智能終端與Web管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效交互，Web Service成為了必然的選擇[5]。

Web Service是基于網(wǎng)絡(luò)的、分布式的模塊化組件，它執(zhí)行特定的任務(wù)，遵守具體的技術(shù)規(guī)范，這些規(guī)范使得Web Service能與其他兼容的組件進(jìn)行互操作。高精度定位功能手持路面巡查終端通過(guò)系統(tǒng)提供的Web Service接口，和服務(wù)器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳以及更新操作。

系統(tǒng)中與手持路面巡查終端交互的Web Service接口包括：下載用戶信息、用戶密碼修改、上傳巡查任務(wù)開始信息、上傳項(xiàng)目信息、上傳項(xiàng)目圖片信息、上傳項(xiàng)目視頻信息、上傳巡查人員考勤信息等。

2.2 安保區(qū)違規(guī)項(xiàng)目位置判定技術(shù)

針對(duì)安全保護(hù)區(qū)內(nèi)違規(guī)項(xiàng)目的位置判定主要包括坐標(biāo)判定、距離判定和面積判定，手持路面巡查終端中內(nèi)嵌線路結(jié)構(gòu)的CAD圖，包括車站輪廓、車站紅線、區(qū)間中心軸線和區(qū)間紅線，如圖1所示。使用人員可通過(guò)手持路面巡查終端，觀察違規(guī)項(xiàng)目在CAD底圖上的所處位置，進(jìn)而直接判斷該項(xiàng)目是否所處安保區(qū)內(nèi)。

2.2.1 坐標(biāo)判定

手持路面巡查終端采用的是具有高精度GPS/BD定位功能的硬件設(shè)備，通過(guò)衛(wèi)星可對(duì)使用終端所在位置進(jìn)行坐標(biāo)定位。

2.2.2 距離判定

一旦確定違規(guī)項(xiàng)目屬于安保區(qū)內(nèi)，使用人員即可對(duì)該項(xiàng)目區(qū)域外輪廓進(jìn)行角點(diǎn)采集，手持巡查終端可自行對(duì)其計(jì)算出其與地鐵線路之間的距離。

2.2.3 面積判定

根據(jù)三點(diǎn)成面法，手持巡查終端至少需要采集三個(gè)角點(diǎn)，如圖2所示，方可形成一個(gè)面。根據(jù)每個(gè)角點(diǎn)的坐標(biāo)，手持路面巡查終端可自行計(jì)算出該項(xiàng)目的面積大小，避免有些違規(guī)項(xiàng)目因施工條件限制無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。

2.3 WEB端及終端研發(fā)

地鐵安全保護(hù)區(qū)隧道設(shè)施內(nèi)外關(guān)聯(lián)系統(tǒng)主要可以分為WEB端、終端APP及預(yù)留接口三部分內(nèi)容。其系統(tǒng)主要功能模塊架構(gòu)如圖3所示。

2.3.1 WEB端設(shè)計(jì)

WEB端（或網(wǎng)頁(yè)端），其功能模塊主要包括以下功能模塊：（1）巡查任務(wù)；（2）巡查成果。

任務(wù)發(fā)布模塊可輸入任務(wù)名稱、選擇巡查類型、實(shí)施人員、協(xié)同人員、起止時(shí)間、巡查的范圍等。

巡查任務(wù)發(fā)布后，系統(tǒng)可自動(dòng)將該任務(wù)派發(fā)給終端APP，任務(wù)實(shí)施人員可在終端APP按任務(wù)信息開始巡查。

任務(wù)實(shí)施人員完成巡查工作后，將巡查結(jié)果上傳至WEB端，用戶可在任務(wù)跟蹤模塊中對(duì)巡查過(guò)程信息進(jìn)行查看下載。

任務(wù)跟蹤主要目的是反饋任務(wù)執(zhí)行的情況，以及便于用戶隨時(shí)檢查任務(wù)是否已完成。主要體現(xiàn)為列表形式，用戶可在列表中看到每個(gè)巡查任務(wù)的執(zhí)行情況，包括巡查實(shí)際的起止時(shí)間、是否巡查到施工項(xiàng)目、每個(gè)施工項(xiàng)目的具體情況，同時(shí)可根據(jù)巡查情況自動(dòng)生成巡查記錄單。

巡查項(xiàng)目跟蹤模塊，如圖4所示。用戶可通過(guò)信息檢索快速有效地搜索到所需查看的項(xiàng)目，以及項(xiàng)目的具體信息。

2.3.2 路面巡查終端APP設(shè)計(jì)

終端APP（或數(shù)據(jù)采集端），主要包括以下功能模塊：（1）定位測(cè)距；（2）巡查信息；（3）數(shù)據(jù)采集。其主要架構(gòu)如圖5所示。

3 結(jié)論

文章基于Web Servicer技術(shù)和JAVA語(yǔ)言，進(jìn)行了地鐵安全保護(hù)區(qū)隧道設(shè)施內(nèi)外關(guān)聯(lián)技術(shù)的搭建和手持巡查終端APP的開發(fā)研究，不僅在地圖上固化了地鐵安全保護(hù)區(qū)內(nèi)車站輪廓、車站上下行紅線、區(qū)間中心軸線、區(qū)間紅線，還建立了地鐵安全保護(hù)區(qū)內(nèi)巡查任務(wù)和項(xiàng)目信息標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了項(xiàng)目信息的記錄格式與內(nèi)容，提高了地鐵安全保護(hù)區(qū)內(nèi)施工項(xiàng)目信息的準(zhǔn)確度和規(guī)范化，還實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目信息獲取與電子化的同步，減少了中間處理環(huán)節(jié)，極大地方便了后期數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，節(jié)省了大量人力、物力成本，提高了項(xiàng)目信息的時(shí)效性與準(zhǔn)確性，同時(shí)也為地鐵結(jié)構(gòu)安全信息化、科學(xué)化奠定了基礎(chǔ)。

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