基于GIS的地鐵保護區信息管理系統應用研究(安全)

                             許碧華

                 （東南大學交通學院，江蘇南京211189）

摘要：針對地鐵安全保護區內作業項目繁雜、風險源多、周期長、難以管理等問題，基于GIS技術，利用百度地圖建立了地鐵保護區信息管理系統，論述了系統的數據結構、總體框架和技術路線。實例表明，該系統實現了地鐵保護區內項目從土地出讓到施工全過程信息的存儲、查詢、統計、管理以及信息共享等功能，為地鐵的安全運營和外部風險源追溯等提供了信息化支持。

關鍵詞：地鐵保護區；地理信息系統；軟件設計；百度地圖API

中圖分類號：TP391.7；X923  doi:10．11731/j．issn．1673-193x．2016. 06. 031

0  引  言

    隨著城市化的進程，地鐵以其速度快、運量大、能耗低等特點飛速發展，大大方便了人們的出行，預計到2020年全國將有50個城市開通地鐵，運營里程超過8000公里，地鐵的運營安全尤其重要，地鐵防火、人員疏散等安全方面得到了重點關注。

    在地鐵快速發展的同時，地鐵周邊的城市建設對地鐵結構和運營的安全也產生了重大影響，為強化安全管理，全國各個城市也相繼制定了地鐵保護區管理的相關規定，加大了周邊工程的施工管理。另一方面，對于地鐵周邊工程設計、施工中的采取的技術措施及結構監測手段等得到了廣泛深入的探討。而地鐵保護最大的難題是對保護區內項目全過程的監管，如

何對大量的市政管線、道路、房屋等項目從規劃至施工的全過程信息進行管理，系統直觀地展現項目與地鐵的空間關系、風險源的追蹤溯源，以往積累的數據利用等則是關鍵。

    國內個別城市也研究開發了軌道交通保護區管理系統的研究，如上海軌道交通數字化監護管理系統，偏重于監護數據管理分析，重慶地鐵保護區管理系統，偏重于保護區外部作業項目網上報審等。本文利用GIS技術，結合數據庫技術等在百度地圖上對地鐵保護區內的眾多項目的空間及屬性信息建庫，可以使眾多項目在空間上關聯起來，使多個孤立的項目在空間上形成一個有機整體，對實現眾多項目之間的關聯分析，實現數據資源信息的共存共享，支持地鐵安全保護區的管理等有非常重大的現實意義。

1  現存問題和系統開發目標

1.1  存在問題

    1)地鐵保護區為帶狀、網狀，周邊建設活動頻繁，監管難度大。

    2)保護區內項目眾多，且各個孤立，項目與地鐵的相對關系難以快速確定。

    3)數據眾多，包括項目的各階段批文、地理信息、規劃方案、設計方案、施工方案、第三方評估數據、現場巡查信息等；信息分散且難以查找。    

4)外部作業項目的建設、設計、施工、監理單位人員流動快，監管容易脫節。

    5)地鐵結構面臨外部作業的多項目重疊交叉影響的不利情況，需結合地鐵結構現狀、周邊外部作業施工時序、前期地鐵建設或外部作業遺留問題等統籌進行管理。

    以上管理問題不及時解決，保護區內建設活動對地鐵結構安全產生影響的可能性就增大。近年來，由于管理不到位，導致地鐵結構發生安全事故的情況時有發生（圖1），地鐵結構安全保護的形式越來越嚴峻。因此，有必要結合地鐵保護區的管理特點，利用先進的信息化

管理手段，整合保護區內所有信息，系統化地對周邊項目開展全工程的跟蹤與監督。

1.2開發目標

    地理信息系統（Geographical Information System，簡稱GIS）近年來在眾多領域得到迅猛發展，它被廣泛地應用到城市規劃、建設、交通、社會服務等各個領域。其具有處理圖形及數據的存儲、管理、進行復雜的邏輯運算和數據挖掘等功能，同時也是實現數據的空間信息查詢與分析的有效工具。

    基于GIS技術，結合地鐵保護區項目施工特點和監管的需要，系統建設目標如下：

    1)在統一的地理坐標基準下，將孤立、分散的地鐵保護區內的項目信息，通過空間地理定位建立起空間聯系，使得分散的資料在空間上形成一個有機整體。

    2)制定統一的數據標準，各種項目資料嚴格按標準要求進行整理和錄入，為形成地鐵保護區內的項目數據的統一管理奠定基礎。

    3)建立地鐵保護區內項目數據庫管理系統，不斷擴展、錄入新的資料，實現數據庫的動態更新和反饋。提供多種基于屬性和空間的查詢、統計和分析功能。

    4)在準確、完善和覡勢性強的數據庫基礎上，開展多種應用研究，為地鐵保護區內的項目跟蹤與管理提供輔助決策支持等。

    5)預留系統拓展空間，未來為地鐵結構變形數據的整體管理，結構的日常檢測維護等信息提供接口。

2  系統開發技術

2.1  關鍵技術

    基于GIS的地鐵保護區項目信息管理系統是以數字化工程項目信息為主要內容，以完善的地理空間數據管理體系和數據服務體系為主要結構的信息管理系統。

    1)利用GIS技術，對地鐵保護區內工程項目信息空間信息化建庫，必須有統一的地理坐標體系，傳統做法是向各地的規劃或者測繪部門購買地形圖數據，但考慮到該類雖然精度高，但成本高，數據更新也較慢，而百度地圖對公眾免費開放，數據更新速度較快，并且提供免

費的百度API給開發人員，節省較多的資金成本，因此，選擇百度地圖作為系統的背景地圖和地理坐標體系，是本系統的一個關鍵技術。

    2)對ArcgisServer中的TiledMap ServiceLayer圖層類進行擴展，在該擴展的圖層類中添加百度矢量地圖和影像地圖，通過百度地圖提供的API實現百度地圖上的興趣點或者道路名稱等進行查詢和定位等，從而在Arc-gisServer中實現百度地圖和本系統中業務數據的有機融合，此也作為本系統的一個關鍵技術。

2.2  開發環境

    本系統數據涉及大量空間和非空間數據，因此必須對數據庫管理系統( DBMS)和基礎地理信息系統(GIS)平臺進行慎重選擇，才能發揮出系統的作用。軟件平臺選擇方案如下：

2.3  系統架構

    1)業務流程

    地鐵保護區內的每個工程項目都必須經過土地出讓、規劃、設計、施工以及現場跟蹤五個階段流程，對這五個階段必須嚴格監管和跟蹤，以確保地鐵線路的安全運行。在這五個階段中會出現大量的方案設計、審批意見等文字和附件資料，對這些信息資料分門別類的存入

各自的數據庫表中，方便快速調閱，為決策提供依據。業務流程圖如圖2所示。

2)數據庫組成

    系統數據庫分為項目空間數據庫、項目屬性現勢數據庫、歷史數據庫以及地鐵結構信息數據庫。

    項目空間數據庫：存放主要存儲項目空間數據，項目位置以及范圍線等信息。

    項目屬性現勢數據庫：存放存儲工程項目屬性信息、工程項目資料項目各階段的方案資料、文件、審批意見等文字及附件信息、附件以及用戶信息。

    項目歷史數據庫：主要存儲項目各階段中間方案的歷史信息。

    地鐵結構信息數據庫：主要存儲地鐵車站分布、附屬設施、線路要素等信息。

數據庫結構如圖3。

    3)總體架構

    根據地鐵保護管理特有的業務流程以及數據庫組成，系統總體結構主要分為三塊內容：數據庫層、WebSer-vlce等中間件層以及系統應用服務層。數據庫層，主要存儲業務數據；中間件層，主要利用WebService等技術開發數據管理應用服務接口；應用服務層，在利用中間件層WebService接口上，開發具體的客戶端應用功能。系統總體架構如圖4所示。

2.4實現方法

    為實現地鐵保護區內工程項目的統一管理，整個系統建設使用．NET結構模式，采用B/S架構構建，工程項目信息存儲于Oraclellg中，空間數據采用ArcgisServer進行數據發布與瀏覽。

    開發過程中主要通過百度API技術、GIS技術、數據庫技術，實現對工程項目資料數據的管理、空間及屬性查詢、統計及分析等功能，嚴格按照地鐵保護區的管理要求，對其范圍內的工程項目各個階段的方案資料等從嚴流程化管理，以保證數據的規范性、標準性和可擴展性，提供工程項目資料調閱使用的便捷性。系統用到的主要技術及路線如圖5所示。

3  系統應用-以南京為例

    南京地鐵目前6條線路運營，運營里程達到225公里，保護區內開發建設強度較大，保護區每年的項目數多達300個以上，外部作業對地鐵結構影響的案例時而發生。為此，建立保護區信息化管理系統，全過程跟蹤保護區內建設項目，協調各種矛盾，合理減少人力成本，確保地鐵的安全運營和實現社會效益、經濟效益的統一，無疑具有重要的意義。

3.1  系統特色

    1)系統高度契合南京地鐵保護區項目管理特點，緊貼施工管理業務流程，有條理地存儲業務數據，實現了項目全過程的跟蹤。

    2)通過友好的界面，利用圖、庫一體，在空間上能夠快速高效地管理地鐵保護區里面的施工項目信息，實現了保護區內近幾年來1000多個項目的現勢數據和歷史數據信息的查詢。

    3)系統預留了南京地鐵在建近200公里線路保護區拓展接口以及監測數據管理的功能。

3.2  功能結構

    系統主要包括“系統管理”、“工程數據管理”、“視圖管理”、“項目查詢”、“項目統計”等子功能模塊。系統功能結構如圖6所示。

3.3信息查詢

    1)項目查詢主要供瀏覽人員使用，能獲取項目的基本屬性信息，以及項目各階段的相關附件資料信息等。查詢可以通過兩種方式：①項目點擊查詢。直接點擊地圖上項目，結果將在屬性對話框中顯示。②條件查詢。系統提供用戶自定義查詢條件的功能，比如按照地鐵線

路或者地鐵站點等條件，點擊執行按鈕即可將查詢請求傳到服務器處理，系統將在地圖顯示窗口中清晰顯示。

    2)系統具有強大的圖形操縱功能，通過GIS地圖的放大、縮小、選擇、測距等操作工具，實現對地鐵線路、地形地貌、項目對象等進行瀏覽，可獲取項目離地鐵的水平距離，利用各個圖層的復選框可控制圖層的可見性，通過鏈接還可獲得項目現場施工影像等，增強了系統信息的表現力。

3.4數據管理

    1)通過數據管理功能，實現工程項目屬性及附件的入庫、編輯及項目的范圍線繪制等功能。

    2)項目管理中除了管理項目的基本屬性之外，重中之重的是項目各個階段的資料信息管理。項目階段主要包括：土地出讓、規劃階段、設計階段、施工階段以及工程結束跟蹤，在每個階段都可能有相應的跟蹤資料以及方案設計，方案的變更、優化等過程均保存在歷史庫

中，以便風險源的追蹤溯源，以及項目的總結分析等。

3.5統計分析

    系統提供對象信息統計的功能。用戶可根據需要分類統計。①統計保護內項目總數和方案數；②統計某條地鐵線保護區內項目總數和方案數；③統計不同階段的項目總數；④統計對地鐵重大產生影響的項目數等。

    通過統計功能，可以較快的獲取用戶所需要的數據分布，方便在海量數據中形成報表，輸出管理臺賬。

4  結束語

    1)提出了一套完整的地鐵保護區內工程項目全過程信息管理的解決方法?？梢詫�工程項目數據入庫并管�?，根據條件選擇范圍，可直接獲取查詢結果，并且可以生成各類報表及統計信息。

    2)方案是切實可行的，能高效管理工程項目數據庫，直觀展現工程項目信息，為地鐵新線路規劃設計或者其他重大地下工程提供輔助決策等。

    3)目前系統應用百度地圖作為背景，在條件成熟的情況下，可以利用城市測繪地形圖作為背景，利用移動終端等設備，進行性現場項目排查及信息管理。

    4)系統還可以進一步拓展，將地鐵結構變形情況等納入系統統一管理。