基于混合開發(fā)模式的鐵路外部環(huán)境管控地理信息平臺設(shè)計與實現(xiàn)

趙振洋

（中國鐵路設(shè)計集團有限公司 測繪地理信息研究院，天津 300143）

為確保鐵路安全和平穩(wěn)運營，鐵路運營部門需要定期對鐵路周邊一定范圍內(nèi)進行定期巡視和隱患排查，當(dāng)前的鐵路外部環(huán)境主要是通過人工定期實地巡查的方式來完成，存在數(shù)據(jù)空間信息量缺失、自動化、信息化水平低、數(shù)據(jù)不規(guī)范和作業(yè)模式落后等問題，為鐵路的安全運營埋下了巨大的隱患。

針對以上問題，國內(nèi)諸多鐵路工作者進行了相關(guān)的研究和信息化的探索。文獻[1]深入分析鐵路沿線外部環(huán)境安全隱患成因，針對嚴(yán)峻的鐵路沿線外部環(huán)境安全現(xiàn)狀，從制度方面給出了鐵路沿線外部環(huán)境安全管控對策。文獻[2]構(gòu)建了重慶高鐵外部環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)，解決了防洪、防風(fēng)、滑坡坍塌等方面的鐵路外部環(huán)境問題，但并未對全線的安全隱患諸如彩鋼房、取土挖沙等進行系統(tǒng)性的管理。文獻[3]設(shè)計與實現(xiàn)了鐵路外部環(huán)境安全管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對鐵路外部環(huán)境的閉環(huán)管理，該系統(tǒng)僅限于PC 端進行使用，并無移動端的配套巡檢系統(tǒng)。文獻[4]基于高分辨遙感變換檢測技術(shù)和北斗智能巡檢終端巡檢技術(shù)，開展了京滬高鐵周邊環(huán)境安全隱患智能監(jiān)測體系研究，但未建設(shè)一個完整的應(yīng)用型平臺。

筆者在此基礎(chǔ)上，與相關(guān)鐵路運營單位進行深度合作，深入研究鐵路外部環(huán)境管理工作業(yè)務(wù)流程，著力于鐵路沿線安全隱患的管理，制定了一套完整、規(guī)范化的工作流程,基于混合開發(fā)模式設(shè)計實現(xiàn)一個PC 和移動端全覆蓋的鐵路外部環(huán)境管控地理信息平臺，提升鐵路外部環(huán)境問題管控水平。

1 混合開發(fā)模式簡介

混合開發(fā)（Hybrid Development）技術(shù)，即是將傳統(tǒng)的C/S 架構(gòu)和B/S 架構(gòu)進行深度融合，取長補短，共同構(gòu)建一個高性能的平臺性應(yīng)用，具有跨平臺能力強、突破本地與網(wǎng)絡(luò)安全策略限制、兼容性好[5]界面美觀、更新迭代簡單、知識產(chǎn)權(quán)安全開發(fā)效率高[6]等優(yōu)點。混合開發(fā)模式PC 端混合模式采用基于Chromium 嵌入式框架的開發(fā)方式，移動端則采用Hybrid App 下的WebView 開發(fā)作為依托。

1.1 Chromium 嵌入式框架

Chromium 嵌入式框架（CEF，Chromium Embedded Framework），簡稱CEF 框架。它本質(zhì)上是一個基于谷歌瀏覽器內(nèi)核（Google Chromium）的Web browser 控 件[7]，支 持Windows、Linux、Mac 平 臺。CEF 框架基于谷歌瀏覽器開源而來，很好的繼承了其簡單、高速、安全等優(yōu)點，支持.net、Python、Java、Delphi 等主流語言進行定制化開發(fā)，其開發(fā)成果具有與Chromium 近乎一樣的性能。

CEF 框架提供了一個用以代替原生WebBrowser控件的ChromeBrowser 控件，通過此控件可以便捷訪問本地或者網(wǎng)絡(luò)的HTML 頁面，通過C#語言與JavaScript 的互相調(diào)用完成業(yè)務(wù)邏輯的實現(xiàn)，開發(fā)者不僅可以通過代碼對網(wǎng)頁的各項事件進行重載，還可以調(diào)用Chrome 商店的各類功能強大的插件或定制化開發(fā)相關(guān)插件，滿足自身特殊化需求。

1.2 Hybrid App 下的WebView 開發(fā)技術(shù)

Hybrid App 是指的介于Web App 和原生App 之間的一種混合式應(yīng)用[8]，使用客戶端語言（Android端主要為Java，IOS 端主要為OBJECT-C）和Web 語言進行開發(fā)，兼具Web App 的跨平臺性和原生App的良好的用戶體驗，同時開發(fā)成本和難度都較原生App 要低很多，是目前移動端開發(fā)最為流行的開發(fā)模式。在Android 平臺下，Hybrid App 開發(fā)模式主要圍繞WebView 控件開展。

WebView 是一個Android SDK 中自帶的一個原生控件，它的主要作用是在移動App 中實現(xiàn)Web 資源的加載，利用原生代碼為Web 提供所需本地軟硬件資源。WebView 開發(fā)原理，如圖1 所示。

圖1 WebView 開發(fā)原理

近年來，隨著移動端應(yīng)用需求的持續(xù)增強，國內(nèi)外許多公司也對WebView 進行的進一步的優(yōu)化。如TBS 騰訊瀏覽服務(wù)[9]采用內(nèi)核級替換的方式對移動端WebView 進行優(yōu)化，瀏覽速度、穩(wěn)定性及兼容性都有了一定的提升，也加入了一些諸如海量視頻格式支持、適屏排版、夜間模式等豐富的功能，逐漸成為國內(nèi)Android 開發(fā)者的首選框架。

2 平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

基于混合開發(fā)模式技術(shù)，研究完成了鐵路外部環(huán)境管控地理信息平臺的設(shè)計和實現(xiàn)，主要包含了數(shù)據(jù)庫設(shè)計、平臺架構(gòu)設(shè)計以及功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn)。

2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

2.1.1 平臺數(shù)據(jù)介紹

平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計遵循數(shù)據(jù)獨立性高、共享度高、冗余度低和易擴展移植的設(shè)計理念，將所有數(shù)據(jù)分為4 個子數(shù)據(jù)庫。

（1）鐵路空間地理信息數(shù)據(jù)庫

主要鐵路線路的要素地理信息數(shù)據(jù)和鐵路外部環(huán)境隱患數(shù)據(jù)。第1 類數(shù)據(jù)主要包含鐵路精準(zhǔn)線位、百米標(biāo)矢量點數(shù)據(jù)、安全保護區(qū)等矢量數(shù)據(jù)。第2類數(shù)據(jù)為本平臺的核心數(shù)據(jù)——鐵路外部環(huán)境隱患地理空間數(shù)據(jù)。

（2）鐵路運營管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫

此類數(shù)據(jù)為鐵路運營管理的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，主要鐵路運營單位內(nèi)部工區(qū)、車間、站段的里程劃分范圍數(shù)據(jù)，其存儲形式為數(shù)據(jù)庫表格。

（3）鐵路周邊影像數(shù)據(jù)庫

鐵路沿線的高分影像，其存儲形式為GeoTiff 格式數(shù)據(jù)和切片格式。另還有基于天地圖的全球高清影像服務(wù)和矢量地圖數(shù)據(jù)[10]。

（4）元數(shù)據(jù)庫

為保障平臺數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計元數(shù)據(jù)庫對整個平臺的數(shù)據(jù)的標(biāo)識、結(jié)構(gòu)、內(nèi)容、狀況、規(guī)范及相關(guān)特征的描述進行存儲。

2.1.2 數(shù)據(jù)組織與設(shè)計方式

（1）Oracle Spatial 空間數(shù)據(jù)庫

本平臺中的鐵路空間地理信息數(shù)據(jù)庫和鐵路內(nèi)部管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一存放在標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)管理環(huán)境中[11]，其中，矢量數(shù)據(jù)以FeatureClass 形式存儲，非矢量表格數(shù)據(jù)以Table 形式存儲。

（2）ArcServer 海量地理數(shù)據(jù)管理

鐵路周邊影像數(shù)據(jù)使用ArcServer 地理數(shù)據(jù)管理方案進行管理[12]，以時間節(jié)點為最小單元，將同一時間節(jié)點的影像數(shù)據(jù)制作柵格鑲嵌數(shù)據(jù)集，發(fā)布為符合OSG 標(biāo)準(zhǔn)的影像服務(wù)，以供調(diào)用。

（3）文件系統(tǒng)格式

針對本平臺中的元數(shù)據(jù)和相關(guān)音頻、圖像文檔等文件，采用文件格式對其進行存儲。

2.2 平臺架構(gòu)設(shè)計

2.2.1 邏輯架構(gòu)

在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的支撐和約束下，平臺自下而上可分?jǐn)?shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層[13]，具體如圖2 所示。

圖2 平臺整體架構(gòu)

（1）用戶層：設(shè)計具有多元性，主要面向以下幾類用戶：鐵路局一線巡檢人員、鐵路局車間或工區(qū)負(fù)責(zé)人、地方政府相關(guān)安全負(fù)責(zé)。

（2）應(yīng)用層：本平臺主要包含2 個子系統(tǒng)，分別是PC 端鐵路外部環(huán)境管控系統(tǒng)和移動端鐵路周邊環(huán)境智能巡檢App。

（3）服務(wù)層：主要提供以下幾種服務(wù)：鐵路沿線高分衛(wèi)星地圖服務(wù)、鐵路定位服務(wù)（包括鐵路里程、偏距、方位、工區(qū)、車間、工務(wù)段等隸屬信息）、鐵路周邊風(fēng)險源查詢服務(wù)。

（4）數(shù)據(jù)層：具體見2.1 節(jié)數(shù)據(jù)庫設(shè)計部分。

2.2.2 物理架構(gòu)

平臺將數(shù)據(jù)庫及云計算模塊統(tǒng)一存放在服務(wù)器端，用戶使用PC 客戶端或者移動客戶端通過互聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)器建立加密通信[14]。物理架構(gòu)圖，如圖3 所示。

圖3 平臺物理架構(gòu)

為保證了數(shù)據(jù)的安全性和私密性將數(shù)據(jù)存放于服務(wù)器，同時將復(fù)雜的計算和數(shù)據(jù)處理流程交由服務(wù)器進行也能減輕客戶端的壓力，減少對客戶機的性能需求，使整個平臺的適用性和經(jīng)濟性增強。

2.3 功能模塊設(shè)計

根據(jù)鐵路外部環(huán)境管控的實際業(yè)務(wù)需求，將整個平臺分為PC 端鐵路外部環(huán)境管控系統(tǒng)和移動端鐵路周邊環(huán)境智能巡檢App 兩個子系統(tǒng)，功能模塊分別，如表1 所示。

表1 平臺功能模塊

2.4 平臺關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.4.1 移動GIS 技術(shù)

GIS 具有強大的空間數(shù)據(jù)管理和分析能力，移動GIS 技術(shù)在現(xiàn)有GIS 優(yōu)點的基礎(chǔ)上，憑借其多終端、移動性和服務(wù)實時性等特點備受開發(fā)者的青睞。系統(tǒng)從空間、時間和社會屬性等全方面的對鐵路的外部隱患進行管控，依托ArcServer 平臺和Oracle Spatial 空間數(shù)據(jù)庫，采用Openlayers 地圖框架對問題庫進行全方位管理，將移動GIS 技術(shù)深入應(yīng)用到鐵路外部環(huán)境管控中。

2.4.2 高度自動化的問題信息計算提取技術(shù)

鐵路外環(huán)境問題屬性復(fù)雜，為盡可能的減少鐵路外環(huán)境管理人員的維護工作量，本系統(tǒng)在深入分析鐵路外環(huán)境工作業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，對鐵路基礎(chǔ)運維數(shù)據(jù)進行了特殊化處理，實現(xiàn)了鐵路外環(huán)境問題屬性信息的高度自動化提?。喝缋锍谭秶?、工務(wù)段、車間、線路、區(qū)間信息、線路形式、風(fēng)口信息、車站范圍、是否路內(nèi)外、是否安保區(qū)、面積、所屬行政區(qū)、鐵路地方雙段長信息等均可以實現(xiàn)自動化提取。

3 平臺應(yīng)用介紹

平臺建設(shè)完成后，于2019 年12 月在某鐵路局高鐵工務(wù)段展開實驗性應(yīng)用。鐵路外環(huán)境專項整治期間，完成了鐵路局管內(nèi)高速鐵路外部環(huán)境7 000 余處隱患問題的建檔和管理工作，其中，工務(wù)段管理人員通過系統(tǒng)的統(tǒng)計分析功能對路外環(huán)境隱患問題有了詳盡的掌握，多次依托本平臺進行鐵路局管內(nèi)鐵路外部環(huán)境問題的相關(guān)匯總，與地方政府溝通交流，實現(xiàn)問題銷號近四千條。一線巡檢人員采用移動巡檢終端，實現(xiàn)了對每個問題的現(xiàn)場巡查，累積上傳隱患現(xiàn)場照片3 萬余張，有力的推動了該鐵路局內(nèi)鐵路外部環(huán)境整治工作。

4 結(jié)束語

本文研究建立了一套完整的鐵路外部管控綜合解決方案，并為之設(shè)計和搭建了鐵路外部環(huán)境管控地理信息平臺。平臺采用混合開發(fā)模式，實現(xiàn)了鐵路外部環(huán)境問題的鐵路內(nèi)外互聯(lián)互通和分級管理，將問題管理和GIS 技術(shù)相結(jié)合，提高了問題管理的科學(xué)性和信息化程度，摒棄傳統(tǒng)人工作業(yè)模式，采用移動智能終端進行外業(yè)巡檢，提高了外業(yè)問題記錄的精確程度和自動化程度。目前，平臺已在實踐中取得了良好的效果，下一步，筆者將繼續(xù)探究平臺中高分影像動態(tài)監(jiān)測[15]、二維碼等先進技術(shù)手段的應(yīng)用，相信隨著其深層次發(fā)展，可以建立新的鐵路外部環(huán)境管控標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程和規(guī)范，為鐵路運營單位的外部環(huán)境管控工作提供良好的借鑒。