三維GIS技術(shù)在鐵路全生命周期中的應(yīng)用探討

■ 閔世平 趙亮亮

三維GIS技術(shù)在鐵路全生命周期中的應(yīng)用探討

■ 閔世平 趙亮亮

以實(shí)際案例分析和探討三維GIS技術(shù)如何在鐵路勘察設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和安全運(yùn)營(yíng)各階段實(shí)現(xiàn)廣泛深入應(yīng)用，發(fā)揮其基礎(chǔ)性和支撐性作用，并為鐵路信息化建設(shè)的進(jìn)一步提高提供一些可供參考的技術(shù)思路和實(shí)用工具；提出一套面向鐵路行業(yè)的三維GIS技術(shù)應(yīng)用路線，研發(fā)一系列面向鐵路行業(yè)的實(shí)用三維GIS軟件工具，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了技術(shù)路線和軟件工具的可行性。

三維GIS；鐵路行業(yè)；全生命周期；鐵路信息化

1 基于三維GIS技術(shù)的鐵路行業(yè)總體解決方案

鐵路行業(yè)全生命周期是指鐵路勘察設(shè)計(jì)、建設(shè)施工和安全運(yùn)營(yíng)3個(gè)階段。三維GIS技術(shù)在各階段的應(yīng)用側(cè)重不同，但相互之間在技術(shù)和數(shù)據(jù)層面的關(guān)聯(lián)性非常緊密，因此，從鐵路行業(yè)信息化建設(shè)和發(fā)展的角度看，在統(tǒng)籌兼顧的基礎(chǔ)上，綜合規(guī)劃和科學(xué)制定各階段信息化建設(shè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)發(fā)展要求，有利于提高效率、節(jié)省投資。以三維基礎(chǔ)地理信息和三維GIS技術(shù)為數(shù)據(jù)和軟件支撐環(huán)境，為鐵路行業(yè)各階段的科學(xué)決策提供位置、數(shù)據(jù)集成、空間分析3大技術(shù)支撐和服務(wù)。在勘察設(shè)計(jì)階段，為規(guī)劃選線、輔助設(shè)計(jì)、成果展示等業(yè)務(wù)提供集成三維地理環(huán)境和碰撞檢測(cè)等空間分析應(yīng)用；在施工建設(shè)階段，基于前一階段的三維地理環(huán)境，為數(shù)字化施工、工程形象進(jìn)度、施工安全監(jiān)測(cè)提供高精度三維地理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；在運(yùn)營(yíng)階段，基于竣工測(cè)量更新后的三維地理環(huán)境，為鐵路日常養(yǎng)護(hù)、安全監(jiān)測(cè)和應(yīng)急搶險(xiǎn)提供數(shù)據(jù)管理和分析應(yīng)用（見圖1）。

2 勘察設(shè)計(jì)階段

勘察設(shè)計(jì)階段三維GIS的應(yīng)用，需重點(diǎn)解決三方面問(wèn)題：三維地理環(huán)境快速搭建、基于三維GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)集成共享和輔助設(shè)計(jì)平臺(tái)開發(fā)。

2.1 三維地理環(huán)境快速搭建

三維地理環(huán)境快速搭建包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的快速采集和帶狀三維場(chǎng)景的無(wú)縫集成，與傳統(tǒng)數(shù)字城市面狀三維場(chǎng)景構(gòu)建不同。鐵路工程呈帶狀分布，三維場(chǎng)景的構(gòu)建需解決分帶投影和無(wú)縫拼接問(wèn)題，這是鐵路行業(yè)開展三維GIS技術(shù)應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)。

根據(jù)范圍大小和精度需求，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的快速采集可采用不同手段，例如：中小比例尺數(shù)據(jù)可購(gòu)置衛(wèi)星影像；大范圍大比例尺可采用有人駕駛航測(cè)方法；小范圍大比例尺可采用無(wú)人機(jī)采集等技術(shù)。帶狀三維地理環(huán)境的制作包括地形三維和地面建筑物的制作和集成，其技術(shù)流程見圖2。

其中沿鐵路中線帶狀三維模型自動(dòng)匹配，三維模型與三維地形準(zhǔn)確匹配技術(shù)和工具已開發(fā)完成并得到實(shí)際應(yīng)用，中（國(guó)）老（撾）鐵路精細(xì)三維場(chǎng)景部分截圖見圖3。

圖1 鐵路行業(yè)三維GIS技術(shù)應(yīng)用流程

圖2 鐵路帶狀三維環(huán)境快速搭建技術(shù)流程

由此提出鐵路中線分段投影及三維模型自動(dòng)匹配的解決思路：通過(guò)鐵路中線橫、縱斷面二維設(shè)計(jì)成果，基于嚴(yán)密算法，快速生成鐵路三維矢量中線，通過(guò)分類處理（如路基、隧道等）和等間距分段處理后，提取每段中線的空間定位屬性和類別屬性信息，并與鐵路三維模型部件自動(dòng)匹配，實(shí)現(xiàn)呈帶狀分布鐵路三維模型沿鐵路中線快速集成。

2.2 基于三維GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)集成共享

目前，鐵路勘察設(shè)計(jì)各專業(yè)大多獨(dú)立開展設(shè)計(jì)工作，這種設(shè)計(jì)模式無(wú)法確保專業(yè)之間的協(xié)調(diào)性和一致性。因此，“協(xié)同設(shè)計(jì)”理念應(yīng)運(yùn)而生，業(yè)內(nèi)人士試圖尋求一種多專業(yè)“協(xié)同設(shè)計(jì)、過(guò)程互檢”的設(shè)計(jì)模式和技術(shù)手段，但效果不甚理想。

三維GIS技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)集成、共享服務(wù)和空間分析功能為協(xié)同設(shè)計(jì)的進(jìn)一步完善提供有效支撐：基于高精度鐵路帶狀三維電子沙盤，集成地質(zhì)、環(huán)評(píng)、經(jīng)濟(jì)等各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)共享集成的真實(shí)三維環(huán)境，各專業(yè)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)成果能夠動(dòng)態(tài)集成到三維場(chǎng)景中，達(dá)到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)互檢的目的。

根據(jù)以上，研發(fā)了一款面向二維、三維結(jié)合，能為各專業(yè)提供在線集成的三維地理環(huán)境服務(wù)軟件平臺(tái)。

2.3 輔助設(shè)計(jì)功能開發(fā)

基于鐵路三維地理環(huán)境，利用三維GIS的空間分析功能，為鐵路各專業(yè)設(shè)計(jì)工作提供有效輔助設(shè)計(jì)服務(wù)。

2.3.1 規(guī)劃選線

鐵路定線主要包括地質(zhì)選線和經(jīng)濟(jì)可行性選線，涉及地形地貌、地質(zhì)、環(huán)境、交通、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、運(yùn)量需求等眾多因素，這些因素幾乎都與地理位置相關(guān)，均可“圖形化、位置化”，并集成到三維環(huán)境中，提高了這些因素的數(shù)據(jù)豐富性和視角多樣性，為設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)更加全面的

虛擬選線環(huán)境，減少實(shí)地踏勘工作量，提高設(shè)計(jì)人員查找、整合、對(duì)比資料的工作效率。同時(shí)，利用三維GIS空間分析功能能提供一些適用的輔助選線工具（見圖4），例如：根據(jù)地形地貌、地質(zhì)、環(huán)境等因素快速生成推薦方案，基于谷歌地球開發(fā)的三維規(guī)劃選線系統(tǒng)已得到廣泛深入應(yīng)用，考慮數(shù)據(jù)安全性，有必要將其移植到自主三維GIS平臺(tái)上。

圖3 中（國(guó)）老（撾）鐵路三維場(chǎng)景

圖4 鐵路規(guī)劃輔助選線

圖5 三維斷面采集

圖6 三維地質(zhì)體重構(gòu)及展示

2.3.2 三維斷面采集

在鐵路勘測(cè)設(shè)計(jì)工作中，斷面圖主要用于路基、橋梁、隧道及站場(chǎng)的斷面設(shè)計(jì)、土石方數(shù)量計(jì)算、路基施工放樣等，其精度直接影響工程數(shù)量計(jì)算的準(zhǔn)確性。目前采用的全野外實(shí)測(cè)和航測(cè)內(nèi)業(yè)立體采集斷面法主要特點(diǎn)和存在的不足是：勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，斷面成果離散，實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)斷面密度不足的情況，需要加密和補(bǔ)測(cè)。

利用高精度三維場(chǎng)景和三維GIS技術(shù)，為設(shè)計(jì)人員提供一種“按需采集”的室內(nèi)斷面測(cè)量手段，改變和彌補(bǔ)傳統(tǒng)采集模式的不足，使得設(shè)計(jì)人員更專注于本專業(yè)的設(shè)計(jì)工作，最大限度減少對(duì)斷面數(shù)據(jù)獲取處理的工作量。

軟件主要功能包括：按指定里程和方向自動(dòng)斷面采集（見圖5），地物屬性交互采集，任意位置、任意角度實(shí)時(shí)斷面采集，斷面與地形匹配檢查等功能（地面植被茂密，需進(jìn)行外業(yè)實(shí)測(cè)）。

2.3.3 三維地質(zhì)體重構(gòu)與應(yīng)用

地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)在鐵路站前各專業(yè)設(shè)計(jì)工作中，發(fā)揮著重要作用，是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和造價(jià)預(yù)算重要的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)的地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)主要以二維地質(zhì)填圖數(shù)據(jù)提供給設(shè)計(jì)人員，難以滿足鐵路BIM三維應(yīng)用對(duì)“數(shù)據(jù)無(wú)縫、直觀高效”的需求。利用三維GIS技術(shù)，根據(jù)地質(zhì)鉆孔、地質(zhì)填圖、地質(zhì)調(diào)繪等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基于三維環(huán)境的三維地質(zhì)體構(gòu)建（地質(zhì)體精度由以上各數(shù)據(jù)精度決定）、管理和分析展示等，為鐵路BIM三維應(yīng)用提供地下三維環(huán)境（見圖6）。

基于三維GIS技術(shù)研究開發(fā)的三維地質(zhì)體構(gòu)建與管理應(yīng)用軟件，其主要功能包括：三維地理環(huán)境地上下一體化數(shù)據(jù)管理，三維地質(zhì)體構(gòu)建和剝離展示，第三方三維地質(zhì)體數(shù)據(jù)輸入和管理，地質(zhì)填圖數(shù)據(jù)任意位置生成，地質(zhì)體剖切、地質(zhì)體開挖等，可為鐵路BIM三維應(yīng)用提供數(shù)據(jù)查詢、成果展示、碰撞分析、工程量預(yù)算等實(shí)用輔助工具。

2.3.4 征地拆遷

鐵路建設(shè)項(xiàng)目點(diǎn)多、線路長(zhǎng)，征地拆遷工作量大、涉及面廣，切實(shí)做好征地拆遷工作，是推進(jìn)鐵路項(xiàng)目順利實(shí)施的重要保障。在鐵路勘察設(shè)計(jì)階段，就應(yīng)充分考慮這一

因素，因此，每一次線路方案的調(diào)整，都需要快速計(jì)算出鐵路沿線征地指標(biāo)。傳統(tǒng)的計(jì)算方法是在CAD等二維環(huán)境中采用人機(jī)交互方式逐段疊加計(jì)算，計(jì)算工作量巨大，工作效率不高，正確性難以保證。采用三維GIS技術(shù)，可基本實(shí)現(xiàn)計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、直觀的要求，其過(guò)程為：收集和整理鐵路沿線基礎(chǔ)測(cè)繪、城市規(guī)劃、國(guó)土地籍等各類專題數(shù)據(jù)；按耕地、林地、宅基地等類別進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，將分類數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成GIS數(shù)據(jù)，利用三維GIS空間分析和展示功能，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)計(jì)算各類方案征地拆遷指標(biāo)，并以色塊或指定方式展示結(jié)果（見圖7）。

2.3.5 三維環(huán)評(píng)

環(huán)境影響評(píng)價(jià)是鐵路線路方案選擇最重要的因素之一，傳統(tǒng)二維環(huán)評(píng)資料直觀性不夠，經(jīng)常出現(xiàn)環(huán)評(píng)結(jié)果認(rèn)識(shí)的不一致和歧義。三維GIS技術(shù)將有效彌補(bǔ)這方面的不足，提高環(huán)評(píng)結(jié)果的辨識(shí)度和一致性。通過(guò)成蘭鐵路環(huán)評(píng)工作三維GIS技術(shù)的實(shí)際開發(fā)應(yīng)用，驗(yàn)證了三維環(huán)評(píng)的可行性和可推廣性。

在構(gòu)建好的鐵路三維電子沙盤環(huán)境中，將環(huán)評(píng)專題數(shù)據(jù)按準(zhǔn)確地理位置（包括圖形和屬性），根據(jù)要求分類分層集成到三維環(huán)境中，在真實(shí)三維環(huán)境中判識(shí)鐵路線路與環(huán)評(píng)數(shù)據(jù)的空間關(guān)系（包括隧道等地下工程）。這種空間關(guān)系是全方位的，包括平面位置、高程位置、宏觀和微觀、地上和地下，利用系統(tǒng)提供的空間面積和距離量測(cè)、裁切地形和數(shù)據(jù)指標(biāo)查詢等工具，快速統(tǒng)計(jì)和分析所需的各種環(huán)評(píng)指標(biāo)，為科學(xué)高效的環(huán)評(píng)提供有效技術(shù)支撐。

3 建設(shè)施工階段

建設(shè)施工階段三維GIS的應(yīng)用，主要基于勘察設(shè)計(jì)階段搭建和移交，溶合精細(xì)三維地形和鐵路三維設(shè)計(jì)成果的三維電子沙盤，以及相關(guān)三維GIS軟件平臺(tái)開展應(yīng)用，在數(shù)字化施工、形象進(jìn)度管理和安全監(jiān)測(cè)等方面提供技術(shù)服務(wù)和支撐。

圖7 基于三維GIS技術(shù)的征地拆遷

3.1 數(shù)字化施工

數(shù)字化施工是提升工地管理水平，優(yōu)化施工方案，提高施工效率的最佳選擇，同時(shí)也是提高施工進(jìn)程透明度、實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程有效監(jiān)督的重要工具?；炯夹g(shù)應(yīng)用體系見圖8。

三維地理信息及三維GIS技術(shù)是數(shù)字化施工機(jī)械做出運(yùn)行、填挖、壓實(shí)等正確動(dòng)作的重要前提，從圖8可以看出地理信息在整個(gè)數(shù)字化施工技術(shù)流程中所處的支撐位置，是數(shù)字化施工中可視化施工、仿真模擬等應(yīng)用的支撐平臺(tái)。以數(shù)字化施工土石方壓實(shí)自動(dòng)檢測(cè)為例，三維GIS技術(shù)使簡(jiǎn)單枯燥的壓實(shí)過(guò)程和壓實(shí)數(shù)據(jù)變成一種可量化和可視化過(guò)程，輔助管理人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、查詢和指導(dǎo)壓實(shí)過(guò)程和壓實(shí)結(jié)果，提高其數(shù)字化壓實(shí)工程的效率和質(zhì)量（見圖9）。

圖8 三維GIS對(duì)數(shù)字化施工支撐

圖9 數(shù)字化動(dòng)態(tài)壓實(shí)模擬

3.2 形象進(jìn)度

形象進(jìn)度管理是鐵路建設(shè)施工過(guò)程中的重要管理工作，傳統(tǒng)管理模式是利用圖表、文字和數(shù)據(jù)，配以二維地形圖實(shí)現(xiàn)的。三維GIS技術(shù)的引入，將使這一工作效率和質(zhì)量得到有效提升。從定性的角度，三維GIS技術(shù)根據(jù)周

期性的工作量統(tǒng)計(jì)單，自動(dòng)或交互式生成真實(shí)的三維實(shí)體，并在三維環(huán)境中直觀展示工程的進(jìn)展情況；從定量的角度，可以將鐵路建設(shè)各子項(xiàng)工程動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與三維場(chǎng)景中的實(shí)體進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將所有量化數(shù)據(jù)或資料，圍繞真實(shí)三維對(duì)象集中關(guān)聯(lián)和管理起來(lái)，實(shí)現(xiàn)“所見即所得”的資料管理模式。

3.3 安全監(jiān)測(cè)

安全監(jiān)測(cè)也是鐵路建設(shè)施工的重要管理工作之一，為了規(guī)避和降低鐵路工程安全事故的發(fā)生，針對(duì)鐵路工程，特別是隧道工程的違章作業(yè)、安全隱患等安全事故，將視頻監(jiān)控，沉降、位移、傾斜、水位監(jiān)測(cè)等技術(shù)和設(shè)備大量應(yīng)用于安全監(jiān)測(cè)工作，效果良好。引入三維GIS技術(shù)，主要是對(duì)這些監(jiān)測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行綜合集成，提高其可視性和協(xié)同性。將所有監(jiān)測(cè)設(shè)備，包括視頻監(jiān)控等各類監(jiān)測(cè)傳感設(shè)備，在真實(shí)三維場(chǎng)景中準(zhǔn)確的坐標(biāo)位置進(jìn)行標(biāo)注、展示和管理，各相關(guān)軟件系統(tǒng)平臺(tái)也圍繞三維場(chǎng)景進(jìn)行集成管理，在系統(tǒng)和數(shù)據(jù)層面進(jìn)行相對(duì)共享，使用過(guò)程中所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以圍繞相關(guān)監(jiān)測(cè)實(shí)體進(jìn)行可視化管理、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析及預(yù)警預(yù)報(bào)等相關(guān)應(yīng)用。三維GIS技術(shù)的應(yīng)用，使得管理者對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的宏觀和微觀兩個(gè)層面都有直接的感性認(rèn)識(shí)，全面提升各監(jiān)測(cè)設(shè)備和系統(tǒng)的效率和效果，當(dāng)發(fā)生安全隱患和事故時(shí)，能夠快速直觀定位到事發(fā)地，有助于應(yīng)急搶險(xiǎn)的科學(xué)快速?zèng)Q策。

4 安全運(yùn)營(yíng)階段

隨著我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)里程和速度不斷提高，鐵路安全運(yùn)營(yíng)成為國(guó)家、各級(jí)政府和廣大群眾最為關(guān)注的事件之一。鐵路局傳統(tǒng)的管理手段難以應(yīng)對(duì)運(yùn)營(yíng)里程、運(yùn)量需求和安全級(jí)別的不斷增加，亟需尋求更加有效的管理手段。

圍繞鐵路運(yùn)營(yíng)階段的日常養(yǎng)護(hù)、安全監(jiān)測(cè)和應(yīng)急搶險(xiǎn)3大業(yè)務(wù)需求，三維GIS技術(shù)將在數(shù)據(jù)集成共享、位置服務(wù)、空間綜合分析等方面為鐵路安全運(yùn)營(yíng)提供有效技術(shù)支撐。經(jīng)過(guò)勘察設(shè)計(jì)和建設(shè)施工后搭建的鐵路三維電子沙盤和三維軟件平臺(tái)，集成了所有鐵路設(shè)計(jì)成果和竣工驗(yàn)收資料，運(yùn)營(yíng)部門在此基礎(chǔ)之上即可迅速開展相關(guān)信息化應(yīng)用。以成昆鐵路“鐵路專業(yè)三維GIS應(yīng)用平臺(tái)”開發(fā)為例，開展了相關(guān)應(yīng)用探索，效果良好。

系統(tǒng)構(gòu)建了成昆鐵路喜德—甘洛長(zhǎng)100 km，寬約4 km的帶狀三維電子沙盤，對(duì)沿線鐵路主要設(shè)施設(shè)備進(jìn)行精細(xì)三維建模，開發(fā)了三維GIS常用測(cè)量和分析功能及一系列專業(yè)應(yīng)用功能：鐵路設(shè)施設(shè)備及用地圖三維管理，沿線泥石流災(zāi)害管理查詢，水位監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)，巡防人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，災(zāi)害搶險(xiǎn)輔助分析，災(zāi)后評(píng)估等應(yīng)用。

4.1 鐵路相關(guān)信息三維管理

當(dāng)前，鐵路設(shè)施設(shè)備表格和文檔的管理、查詢及應(yīng)用模式，難以適應(yīng)運(yùn)營(yíng)里程和速度的快速增加。引入三維GIS技術(shù)，將三維場(chǎng)景中三維實(shí)體對(duì)象及相關(guān)資料進(jìn)行可視化關(guān)聯(lián)，包括設(shè)計(jì)成果、原料采購(gòu)、竣工驗(yàn)收、日常養(yǎng)護(hù)等所有離散的資料和信息，管理人員通過(guò)實(shí)體對(duì)象可快速查詢和管理與之相關(guān)的所有信息，另外，結(jié)合鐵路日常養(yǎng)護(hù)相關(guān)規(guī)范和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)信息綜合要求，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)維修養(yǎng)護(hù)自動(dòng)提示和定位功能，規(guī)避人為因素造成的差、錯(cuò)、漏現(xiàn)象；利用三維場(chǎng)景，對(duì)鐵路局大量的安全保護(hù)區(qū)及用地圖的二維管理和應(yīng)用模式進(jìn)行改進(jìn)，將鐵路安保區(qū)圖和用地圖在三維場(chǎng)景中進(jìn)行展示和管理，直觀便捷，更新維護(hù)也很便利；目前，鐵路沿線泥石流溝等地質(zhì)災(zāi)害資料均以文字、表格形式管理查詢，使用維護(hù)不便，難以直觀感受實(shí)地地形地貌及周圍地理環(huán)境?；诟呔辱F路三維電子沙盤，利用三維GIS技術(shù)的海量信息管理查詢功能，能夠?qū)⒄鎸?shí)地理位置與地質(zhì)災(zāi)害相關(guān)信息進(jìn)行有機(jī)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)在真實(shí)三維場(chǎng)景中的可視化管理和查詢應(yīng)用，除此之外，其它資料亦可采用這種管理模式和手段（見圖10）。

4.2 水位監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)基于高精度鐵路三維電子沙盤數(shù)據(jù)，利用三維GIS的自動(dòng)分析功能，通過(guò)安裝在鐵路重點(diǎn)設(shè)施設(shè)備上的水位監(jiān)測(cè)設(shè)備或氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、直觀顯示水位當(dāng)前位置，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析淹沒(méi)范圍，輔助管理人員進(jìn)行科學(xué)快速制定應(yīng)急決策（見圖11）。

4.3 巡防人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

圖10 鐵路設(shè)施設(shè)備三維管理

每年汛期是鐵路沿線災(zāi)害頻發(fā)期，對(duì)鐵路沿線重點(diǎn)地段或工點(diǎn)進(jìn)行專人巡檢，是確保鐵路安全運(yùn)營(yíng)和減少災(zāi)害

損失的重要手段，因此，必須有效監(jiān)督和指導(dǎo)巡檢人員的工作，規(guī)避擅離職守的情況發(fā)生。利用三維GIS的位置服務(wù)功能，在高精度鐵路三維電子沙盤中，動(dòng)態(tài)追蹤巡檢人員的行進(jìn)路線，查詢歷史巡檢記錄，實(shí)時(shí)向巡檢人員發(fā)出必要的指令，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和指導(dǎo)的目的。

圖11 水位監(jiān)測(cè)

4.4 災(zāi)害搶險(xiǎn)輔助分析鐵路沿線發(fā)生泥石流等災(zāi)害事故后，快速反應(yīng)和科學(xué)決策異常重要，鐵路三維電子沙盤和三維GIS能夠迅速定位災(zāi)害地點(diǎn)，直觀展示周邊交通和地形地貌現(xiàn)狀，快速查詢搶險(xiǎn)人員和搶險(xiǎn)物資的位置，為搶險(xiǎn)提供重要的決策依據(jù)。

4.5 災(zāi)后評(píng)估

地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生之前，鐵路沿線構(gòu)建了高精度三維電子沙盤，當(dāng)某地發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害，采用無(wú)人機(jī)或激光掃描等設(shè)備，快速采集災(zāi)害區(qū)域的地形地貌數(shù)據(jù)，基于兩期數(shù)據(jù)利用三維GIS技術(shù)快速計(jì)算泥石流或坍塌土石方量，統(tǒng)計(jì)分析受損的建筑、道路等周邊相關(guān)信息，為災(zāi)后賠付等事宜提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)，災(zāi)前高精度的三維場(chǎng)景也為災(zāi)后恢復(fù)重建提供重要參考依據(jù)。

5 結(jié)論

綜上所述，三維GIS技術(shù)在鐵路全生命周期各階段的實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證了技術(shù)的可行性和深入研究應(yīng)用的必要性，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)統(tǒng)一、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)共享、節(jié)省投資的目的。2013年初啟動(dòng)的中國(guó)鐵路總公司BIM三維技術(shù)應(yīng)用研究戰(zhàn)略，拉開了鐵路行業(yè)信息化新時(shí)代的大幕，作為這一研究戰(zhàn)略中的重要技術(shù)，三維GIS技術(shù)的應(yīng)用研究已成不可逆轉(zhuǎn)之勢(shì)。但是，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，三維GIS技術(shù)在鐵路行業(yè)要達(dá)到實(shí)用和推廣，仍有幾個(gè)重要問(wèn)題有待解決：

標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題：是新技術(shù)推廣應(yīng)用最為關(guān)鍵的基礎(chǔ)性工作。鐵路BIM技術(shù)的應(yīng)用研究，只有建立在鐵路建設(shè)各階段數(shù)據(jù)格式、內(nèi)容、精度等方面遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，參考數(shù)字城市“統(tǒng)一基礎(chǔ)地理框架”的模式開展此項(xiàng)研究。

自主性問(wèn)題：主要是指基礎(chǔ)軟件平臺(tái)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。目前，鐵路三維GIS平臺(tái)大多基于第三方軟件進(jìn)行二次開發(fā)完成，從可持續(xù)性、可擴(kuò)展性和經(jīng)濟(jì)高效等方面考慮，有必要開展自主三維GIS平臺(tái)的開發(fā)工作。鑒于BIM三維研究工作的緊迫性和三維GIS平臺(tái)研究工作的難度，可采用功能分步替代的模式逐步實(shí)現(xiàn)自主。

[1] 何莉，易思蓉. 鐵路線路視景仿真中構(gòu)造物三維模型庫(kù)的研究[J]. 鐵道勘察，2006(6)：25-27.

[2] 何關(guān)培. BIM總論[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[3] Brad Hardin. BIM與建設(shè)管理[M]. Sybex Inc， 2009.

[4] Florian Schroder，Patrick Robbach. Managing the Complexity of Digital Terrain Models[J]. Computer Graphics，1994，18 (6)：775-783.

[5] 王金委，曾學(xué)貴. 鐵路線路設(shè)計(jì)中三維可視化輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究[J]. 鐵路航測(cè)，2002 (3)：13-16.

[6] 羅斌. 鐵路線路三維選線設(shè)計(jì)中景觀建模方法的研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2002.

[7] 蘇林. 鐵路線路三維設(shè)計(jì)研究與開發(fā)[J]. 鐵道勘察，2007(2)：77-78.

[8] 蔣紅斐，蒲浩，詹振炎，等. 鐵路線路三維設(shè)計(jì)模型建立方法的研究[J]. 鐵道學(xué)報(bào)，2000(4)：74-77.

[9] 朱穎，蒲浩，劉江浩，等. 基于數(shù)字地球的鐵路三維空間選線技術(shù)研究[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2007(7)：35-39.

閔世平：中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，工程師，四川 成都， 610031

趙亮亮：中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，助理工程師，四川 成都，610031

責(zé)任編輯楊環(huán)

U212.22；P285.4+3

A

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