導(dǎo)語(yǔ)：鐵路地理數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

提要:針對(duì)鐵路方面缺乏科學(xué)化的地理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)問(wèn)題，該文提出了利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行鐵路地理空間數(shù)據(jù)采集，建設(shè)了鐵路地理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。從需求分析、總體設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)等方面介紹了系統(tǒng)建設(shè)的基本情況，完成了系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件開(kāi)發(fā)。通過(guò)測(cè)試表明，該系統(tǒng)具有先進(jìn)性、科學(xué)性和實(shí)用性，提高了鐵路地理數(shù)據(jù)采集效率和管理科學(xué)化水平。

關(guān)鍵詞:鐵路;地理數(shù)據(jù)采集;數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

1引言

隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化時(shí)代的到來(lái)，鐵路系統(tǒng)傳統(tǒng)的管理模式已經(jīng)不能滿足鐵路發(fā)展的需要。在鐵路地理數(shù)據(jù)管理過(guò)程中，急需引入現(xiàn)代化的技術(shù)手段和方法，建設(shè)現(xiàn)代化、科學(xué)化的鐵路地理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，從而提供數(shù)據(jù)管理與決策平臺(tái)［1］。近年來(lái)，隨著無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量應(yīng)用不斷擴(kuò)大及信息化服務(wù)水平不斷提升，許多學(xué)者開(kāi)展了利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量應(yīng)用［2～4］和鐵路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)研究［5～18］。李德仁［2］等介紹了無(wú)人機(jī)遙感系統(tǒng)在相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與實(shí)踐，給出了發(fā)展無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的建議;曹琳［3］利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量系統(tǒng)獲取西安市焦岱鎮(zhèn)鮑旗寨社區(qū)影像，建立三維模型，評(píng)價(jià)了模型精度水平;李杰［4］等利用油動(dòng)無(wú)人機(jī)傾斜攝影，為瑪納斯縣智慧城市建設(shè)提供高精度三維模型;朱韋橋［5］等設(shè)計(jì)了鐵路綜合檢測(cè)業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)的總體架構(gòu)和功能結(jié)構(gòu)，得到了成功應(yīng)用;李聰旭［6］分析了京滬高鐵對(duì)鐵路GIS的業(yè)務(wù)需求，提出了鐵路GIS平臺(tái)建設(shè)的技術(shù)路線，詳細(xì)分析了平臺(tái)的總體架構(gòu)、應(yīng)用功能和外部接口等，最后對(duì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)結(jié)果進(jìn)行了界面展示;金怡成［7］按照鐵一院的業(yè)務(wù)需求，搭建了系統(tǒng)的架構(gòu)模型，進(jìn)行了系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能模塊，并進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試。對(duì)于無(wú)人機(jī)鐵路地理數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)方面鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。為進(jìn)一步提高鐵路地理數(shù)據(jù)采集效率，完善鐵路地理數(shù)據(jù)管理，推動(dòng)“智慧鐵路”建設(shè)，本文結(jié)合最新的無(wú)人機(jī)航測(cè)遙感、傾斜攝影三維建模、GIS和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，開(kāi)展鐵路地理數(shù)據(jù)采集與管理系統(tǒng)建設(shè)，為“智慧鐵路”建設(shè)提供可靠、準(zhǔn)確、實(shí)用的地理空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和管理平臺(tái)。

2鐵路地理數(shù)據(jù)采集

傳統(tǒng)鐵路地理數(shù)據(jù)采集工作量大、效率低、對(duì)列車(chē)干擾大。隨著測(cè)量傳感器的快速發(fā)展，一些現(xiàn)代化技術(shù)手段如衛(wèi)星測(cè)量、無(wú)人機(jī)航攝、三維激光掃描和移動(dòng)攝影測(cè)量等方法，逐步應(yīng)用于線狀分布的鐵路地理數(shù)據(jù)采集，具有現(xiàn)代化、多樣化、智能化等特點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)鐵路線路環(huán)境情況采用不同的數(shù)據(jù)采集方法。本文采用無(wú)人機(jī)航攝的方式進(jìn)行鐵路地理數(shù)據(jù)采集，無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量技術(shù)是近些年發(fā)展起來(lái)的測(cè)繪遙感高新技術(shù)，它以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復(fù)雜場(chǎng)景，通過(guò)高效的數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)處理方法生成數(shù)據(jù)成果，直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性信息，同時(shí)生成可視化的三維模型。數(shù)據(jù)生產(chǎn)分三個(gè)流程，分別是前期技術(shù)方案設(shè)計(jì)、中期野外數(shù)據(jù)采集和后期數(shù)據(jù)處理。詳細(xì)生產(chǎn)流程見(jiàn)圖1。

3鐵路地理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

3.1需求分析。3.1.1數(shù)據(jù)需求。1)矢量專題圖。包括行政區(qū)劃、路網(wǎng)、地名地址等矢量數(shù)據(jù)。2)數(shù)字高程。DSM、DEM高程模型數(shù)據(jù)。3)影像圖。DOM影像圖，重點(diǎn)區(qū)域精度不低于0.2m。4)傾斜攝影三維模型。精度不低于0.5cm，OSGDB格式。5)設(shè)備三維模型。BIM或者M(jìn)ax建模。3.1.2業(yè)務(wù)需求。1)設(shè)備資產(chǎn)數(shù)據(jù)管理需求。主要滿足三維設(shè)備模型、電子臺(tái)賬及設(shè)備相關(guān)技術(shù)資料信息的增、刪、改、查等管理需求。2)設(shè)備資產(chǎn)查詢應(yīng)用需求。主要滿足對(duì)設(shè)備進(jìn)行空間查詢、關(guān)鍵字查詢、里程號(hào)定位、空間定位、故障設(shè)備預(yù)計(jì)統(tǒng)計(jì)分析、函渠、隧道等設(shè)備的漏水點(diǎn)查找業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。3.2總體設(shè)計(jì)。3.2.1設(shè)計(jì)原則。1)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、整合資源。規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化是信息化建設(shè)的基礎(chǔ)，也是不同系統(tǒng)兼容和進(jìn)一步擴(kuò)充的根本保證。因此，鐵路地理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化工作極其重要。各應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)容、數(shù)據(jù)分類與編碼、數(shù)據(jù)精度、作業(yè)規(guī)程等應(yīng)采用有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在統(tǒng)一鐵路地理數(shù)據(jù)管理建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，統(tǒng)一整合現(xiàn)有信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)資源，提高鐵路管理效能，避免重復(fù)投資建設(shè)。2)精簡(jiǎn)務(wù)實(shí)、高效協(xié)同。突出鐵路信息化建設(shè)的科學(xué)性、實(shí)用性，注重創(chuàng)新，注重實(shí)效，降低運(yùn)行成本，提高管理效益;強(qiáng)化統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各方協(xié)作的工作機(jī)制和管理與技術(shù)創(chuàng)新相匹配的互動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共用、信息共享、相互移植;優(yōu)化鐵路運(yùn)輸管理和服務(wù)流程，提升管理水平。3)統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施。由于地理數(shù)據(jù)系統(tǒng)建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期不斷完善的過(guò)程，不可能一蹴而就。因此有必要在統(tǒng)一規(guī)劃的前提下，根據(jù)實(shí)際情況分步實(shí)施，注重實(shí)效，穩(wěn)步推進(jìn)。信息化項(xiàng)目新舊區(qū)別對(duì)待，對(duì)于新建項(xiàng)目要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于已建項(xiàng)目要深化應(yīng)用，不斷完善。4)技術(shù)先進(jìn)、安全穩(wěn)定。鐵路地理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、系統(tǒng)架構(gòu)、采用技術(shù)均應(yīng)確保有一定的先進(jìn)性、前瞻性、擴(kuò)充性;同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)遵循安全性的原則，采用嚴(yán)格的安全保密措施，設(shè)置多級(jí)安全機(jī)制。明確各級(jí)工作人員的職責(zé)，保證各司其職、各負(fù)其責(zé)。系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)將安全性問(wèn)題分為以下三種情況:一是防止外部非法用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò);二是防止內(nèi)部合法用戶越權(quán)訪問(wèn);三是防止意外的數(shù)據(jù)損害。為了提高系統(tǒng)的安全性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取如下措施:一是網(wǎng)絡(luò)專網(wǎng)，增加部署一定的安全措施和系統(tǒng)冗余策略;二是給系統(tǒng)內(nèi)部不同的用戶和部門(mén)賦予不同的權(quán)限等。5)智能分析、智慧決策。鐵路地理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)綜合利用物聯(lián)網(wǎng)、傳感器等實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸管理、資產(chǎn)管理、指揮調(diào)度等各類信息的自動(dòng)化采集，利用大數(shù)據(jù)挖掘和時(shí)空分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化輔助決策分析。6)適度開(kāi)放、充分共享。信息系統(tǒng)的開(kāi)放性是系統(tǒng)生命力的表現(xiàn)，只有開(kāi)放的系統(tǒng)才能兼容和不斷發(fā)展，才能保證前期投資持續(xù)有效，保證系統(tǒng)可分期逐步發(fā)展和整個(gè)系統(tǒng)的日臻完善。鐵路地理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在運(yùn)行環(huán)境的軟硬件平臺(tái)的選擇上，要符合開(kāi)放性計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，能夠較為容易地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)充，以適應(yīng)后續(xù)工程和有關(guān)政策以及信息技術(shù)的發(fā)展變化。3.2.2總體架構(gòu)。結(jié)合鐵路固定行車(chē)設(shè)備管理的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，參照國(guó)家及行業(yè)相關(guān)規(guī)范，形成鐵路地理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)的總體架構(gòu)，如圖2所示。3.3詳細(xì)設(shè)計(jì)。3.3.1功能設(shè)計(jì)。按照總體架構(gòu)，鐵路地理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖3所示。1)用戶登錄:實(shí)現(xiàn)用戶身份的審核校驗(yàn)，并對(duì)各類不同角色(崗位)用戶進(jìn)行功能、數(shù)據(jù)權(quán)限控制，確保系統(tǒng)功能操作及數(shù)據(jù)安全。2)常用工具:包括三維瀏覽、空間測(cè)量、二三維對(duì)比、空間定位、框選查詢、標(biāo)注和模型管理等功能模塊。3)分類查詢:查詢當(dāng)前三維場(chǎng)景范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)設(shè)備類型的相關(guān)信息，可在三維場(chǎng)景窗口中顯示定位到對(duì)應(yīng)記錄的設(shè)備位置及設(shè)備記錄等詳細(xì)信息。4)模糊查詢:根據(jù)設(shè)備類型(工務(wù)、電務(wù)、供電、通信)和輸入的關(guān)鍵字進(jìn)行模糊查詢，可在三維場(chǎng)景窗口中顯示定位到對(duì)應(yīng)記錄的設(shè)備位置及設(shè)備記錄等詳細(xì)信息。5)綜合查詢:實(shí)現(xiàn)對(duì)全部類型的設(shè)備電子臺(tái)賬查詢。該功能支持所有鐵路線行車(chē)設(shè)備，按照設(shè)備管理單位(段、工隊(duì)、工區(qū))等設(shè)備管區(qū)及設(shè)備本身相關(guān)屬性過(guò)濾條件進(jìn)行查詢檢索。6)統(tǒng)計(jì)分析:實(shí)現(xiàn)對(duì)各類設(shè)備數(shù)量按管區(qū)(或線路區(qū)間)、設(shè)備類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行列表及統(tǒng)計(jì)圖的形式進(jìn)行展示。也可以導(dǎo)出統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)應(yīng)的圖表。7)應(yīng)用分析:實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)警分析，自動(dòng)列出各類快到期設(shè)備的列表及已超期的設(shè)備列表;隧道(涵洞)漏水點(diǎn)分析，通過(guò)三維透視分析，精準(zhǔn)查找隧道(涵洞)頂部漏水點(diǎn)位置，打印輸出對(duì)應(yīng)三維場(chǎng)景的地圖，供設(shè)備檢維修人員現(xiàn)場(chǎng)踏勘維修提供有力的數(shù)據(jù)支撐。8)系統(tǒng)管理:實(shí)現(xiàn)用戶管理、數(shù)據(jù)管理和日志管理等功能。3.3.2三維模型設(shè)計(jì)。模型設(shè)計(jì)是基于傾斜攝影數(shù)據(jù)、正射影像數(shù)據(jù)及提供的各項(xiàng)設(shè)備數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)圖紙等進(jìn)行模型建立。三維地理模型建設(shè)流程如圖4所示。3.4系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。試驗(yàn)區(qū)選取神朔鐵路雙巖畔隧道至霍家梁隧道出口約13km的鐵路，以此段鐵路中心線兩側(cè)各外擴(kuò)1km為數(shù)據(jù)采集范圍，工作區(qū)面積約26km2。設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了神朔鐵路地理數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了用戶登錄、常用工具、分類查詢、模糊查詢、綜合查詢、統(tǒng)計(jì)分析、應(yīng)用分析、系統(tǒng)管理等功能。具體功能實(shí)現(xiàn)如圖5所示。

4結(jié)語(yǔ)

鐵路地理數(shù)據(jù)采集是鐵路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)，利用無(wú)人機(jī)傾斜攝影測(cè)量進(jìn)行鐵路地理信息采集，具有高效便捷、精度高、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、紋理真實(shí)等優(yōu)點(diǎn)。首次在國(guó)家能源集團(tuán)鐵路運(yùn)輸板塊上，運(yùn)用無(wú)人機(jī)傾斜攝影+三維建模+GIS技術(shù)，建立了神朔鐵路試驗(yàn)段雙巖畔隧道至霍家梁隧道的鐵路數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了地理數(shù)據(jù)和鐵路設(shè)備的圖、表、位置、屬性的一體化管理，有助于鐵路數(shù)據(jù)信息利用和資源共享，滿足鐵路信息化管理的需要，提高了鐵路信息化管理水平，為“智慧鐵路”建設(shè)提供了可靠、準(zhǔn)確、實(shí)用的地理空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和管理平臺(tái)。

作者:陳隆 單位:國(guó)家能源集團(tuán)神華和利時(shí)信息技術(shù)有限公司