GIS在地鐵安全管理平臺設計中的應用

楊昕續(xù)

（蘇州科技大學，江蘇 蘇州 215009）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，地鐵建設的規(guī)模不斷擴大，地鐵正逐漸成為人們?nèi)粘３鲂胁豢苫蛉钡慕煌ǚ绞街?。與此同時，地鐵站人流密集度大，深處地下，環(huán)境空間封閉狹窄，相較于其他公共交通運營管理存在更大的難度，一旦發(fā)生災難或安全事故，由于地鐵安全管理人員對事發(fā)地和周邊環(huán)境以及營救資源缺乏直觀可取的信息來源，很難在黃金時間內(nèi)完成對事故的處理和人員的救助，造成嚴重的社會影響。而與此同時，地理信息系統(tǒng)也正在蓬勃發(fā)展。地理信息系統(tǒng)自出現(xiàn)后，迅速吸收能利用的空間分析方法和手段，將他們植入GIS軟件，并且利用各種計算機新技術，使復雜的傳統(tǒng)空間分析任務變得簡單易行，并能方便高效地應用幾何邏輯、代數(shù)等運算以及數(shù)理統(tǒng)計分析和其他數(shù)學物理方法，更科學高效地分析和解釋地理特征間的相互關系及空間模式。北美和西歐的多數(shù)發(fā)達國家有著較長的地鐵發(fā)展史，技術專家從多個維度，應用GIS相關技術，把運營、調(diào)度、維修等方面綜合協(xié)調(diào)，是比較全面的一套運行體系。我國地鐵發(fā)展起步晚，但大部分的地鐵站也已裝配自動售票、列車自動駕駛、電力監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測等多個系統(tǒng)。因此，將這些系統(tǒng)集結起來構筑一個新的平臺，可以高效發(fā)揮各系統(tǒng)的作用。

1 平臺總體介紹

1.1 平臺目標

地鐵安全管理平臺的設計目標是基于GIS技術，將現(xiàn)有的地鐵安全管理系統(tǒng)進行優(yōu)化整合，開發(fā)一個三維可視化、界面友好的管理平臺，該平臺實現(xiàn)地理三維模型交互，數(shù)據(jù)漫游導出，并且能獨立穩(wěn)定運行，進行對已建成地鐵沿線、各站點的地理空間數(shù)據(jù)監(jiān)測匯總，將獲取數(shù)據(jù)實時更新納入專屬安全管理數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫配有專門工作人員進行管理維護，實時更新。

在安全監(jiān)測方面，通過編寫代碼優(yōu)化計算，分析計算機生成的地理三維模型及數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)并預警潛在安全漏洞，實現(xiàn)部分風險防患于未然，在發(fā)生安全事故時也能迅速調(diào)用計算機算法演算出最優(yōu)處理方案，在引導受災群眾保護自身安全的同時告知相關部門展開救援，把損失降至最少。平臺的最終目標必然是排查一切安全隱患，盡可能不發(fā)生災難或安全事故［1］。

1.2 平臺理論內(nèi)涵

地鐵安全管理平臺的運行過程，就是對所有數(shù)據(jù)的處理分析，制訂相關舉措應對風險的發(fā)生，符合PDCA循環(huán)，先對每一區(qū)段擬定安全標準，在數(shù)據(jù)監(jiān)測的過程中與標準進行對比看是否達到要求，如果產(chǎn)生沖突，說明存在問題，發(fā)出預警，在找出原因后及時消除安全隱患，并吸取經(jīng)驗教訓，形成一套完備的安全管理體系。

地鐵安全管理平臺采用B/S模式，由負責人員進行用戶登錄，對實時更新的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測管理［2］。這里通過對GIS數(shù)據(jù)的加工，在云架構WebGIS技術的加持下，使用ArcGIS API for JavaScript桌面端訪問Web地圖獲取地圖數(shù)據(jù)，輸入關鍵屬性進行信息的篩選檢索，進行空間分析和處理，在線對一些地圖要素進行再編輯，從而輸出得到最后的精確數(shù)據(jù)，并將其存入ArcGIS SDE空間數(shù)據(jù)庫中，形成地鐵安全管理平臺專屬地圖數(shù)據(jù)庫。開發(fā)操作人員需對ArcGIS和Java以及C＃編程語言有著一定的熟練掌握。

2 平臺總體結構

2.1 邏輯架構設計

地鐵安全管理平臺是一個集各種現(xiàn)有系統(tǒng)功能于一體的綜合管理平臺，采用B/S模式搭建，實現(xiàn)了地鐵安全信息及地理要素信息的收集、錄入、存儲、更新、查詢、調(diào)用，并對安全指標與實時數(shù)據(jù)作處理分析，智能預警保障，體現(xiàn)出綜合全面性，主要分為以下幾個層級。

基礎層：基礎層即系統(tǒng)運行的軟件硬件和網(wǎng)絡環(huán)境，是平臺成功運行的第一步，主要運行環(huán)境為Windows 10系統(tǒng)及遵循超文本傳輸安全協(xié)議的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。

數(shù)據(jù)層：數(shù)據(jù)層囊括了本平臺所有存儲信息的數(shù)據(jù)庫，包括地鐵專屬GIS空間數(shù)據(jù)庫、周邊環(huán)境地理空間數(shù)據(jù)庫等，同時完成對所有數(shù)據(jù)的收集分類存儲更新，以及對數(shù)據(jù)庫算法以及內(nèi)存分配的優(yōu)化。

技術層：技術層貫穿整個安全管理平臺的始終，為平臺所有功能提供技術支持，包括網(wǎng)絡技術、SQL Server數(shù)據(jù)庫技術、3S技術、信息安全及處理技術、通信技術等，彼此間相互結合，實現(xiàn)平臺安全穩(wěn)定運行，展現(xiàn)出空前的先進性。

通信服務層：通信服務層對網(wǎng)絡配置的要求非常嚴格，通過平臺對數(shù)據(jù)的處理分析，在服務器端與通信技術人員實現(xiàn)實時交互，將結果第一時間傳達給相關管理負責人員，由他們檢核地鐵站及其相關安全指數(shù)，并有效規(guī)避潛在風險及完美應對已發(fā)生災害，將損失降至最低。

應用層：應用層是整個平臺運轉的關鍵，是平臺功能的核心，如何實現(xiàn)所有功能正常運行離不開技術層的支持。它將以上的4個層級捆綁在一起，貫穿整個平臺始終。應用層將初始數(shù)據(jù)與計算機高級處理生成結果通過多個功能模塊連接，為使用人員提供多種模塊進行操作使用。

2.2 功能模塊設計

地鐵安全管理平臺是對用戶友好的綜合信息平臺，依據(jù)系統(tǒng)邏輯架構確定功能模塊，可劃分為以下幾個部分。

地圖基礎訪問模塊：服務器通過開源地圖軟件在瀏覽器中獲取地圖和圖像。使用人員進行用戶登錄后，出現(xiàn)的默認界面即為地圖訪問界面，在這個界面，使用人員可以清晰地得知自己當前所在區(qū)域及周邊環(huán)境的2D平面圖以及城市內(nèi)各地鐵線路和站點分布，進行放大、縮小、平移，也可根據(jù)需要切換合適的地圖類型，功能大致和百度地圖相似。

安全隱患監(jiān)測模塊：通過C＃編程語言在VS Code中編寫判定算法實現(xiàn)系統(tǒng)對預錄入的安全數(shù)據(jù)指標與實時數(shù)據(jù)進行對比，當實時數(shù)據(jù)超過或臨近安全值的上限時，系統(tǒng)會及時發(fā)出危險警報。同時，專業(yè)的審查人員也會做好相應自己負責地鐵站的所有數(shù)據(jù)安全分析，并將結果實時上傳到信息安全數(shù)據(jù)庫并保存，完成對安全指標的實時更新。

智能預警模塊：在安全隱患系統(tǒng)監(jiān)測到部分指標異常時，即判定算法輸出為真，系統(tǒng)會自動執(zhí)行下一環(huán)節(jié)，即智能預警模塊。系統(tǒng)在向管理人員發(fā)出安全預警的同時通過GIS特有的空間分析功能計算出離事發(fā)地最近的醫(yī)院、警察局、消防站的相對位置，并在主界面的地圖上高亮顯示，分析出最快救援的最短路線，一并反饋給負責人員，由安全負責人員發(fā)送救援信號給臨近的公共安全部門實施救援。此模塊的優(yōu)勢在于精確、迅速，能夠在安全隱患或風險產(chǎn)生的第一時間做出反應，可以大大提高救援成功率，降低損失。

2.3 平臺試運行

本平臺是初次設計構建，在實裝運行時可能出現(xiàn)一些未知的錯誤，因此試運行是一個不可或缺的步驟。經(jīng)過全面考察調(diào)試平臺功能，進一步完善相關存在問題，確保最后順利交付給管理單位。試運行測試主要內(nèi)容：平臺服務器運行穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)通信服務端穩(wěn)定性、獲取數(shù)據(jù)高效性和準確性、平臺網(wǎng)絡及綜合安全性等。目前計劃在蘇州地鐵三號線石湖北站進行測試。時間選擇在周末地鐵高峰期，以測試其服務器穩(wěn)定性。本平臺采用Flex相關技術，兼容大部分瀏覽器。在用戶登錄后，成功對所在地區(qū)及周邊的地圖數(shù)據(jù)進行訪問，一些安全數(shù)據(jù)也可以正常計算分析得出。測試預警模塊時，將事先修改的數(shù)據(jù)編輯錄入數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)迅速發(fā)出安全隱患警報，并在有效時間內(nèi)生成最快救援方案。

3 設計應用總結

本文就WebGIS三維可視化、ArcGIS軟件應用、SQL Server數(shù)據(jù)庫管理等多項核心技術，設計開發(fā)了用戶友好、高效便捷、智能化的地鐵安全管理平臺，實現(xiàn)了從基礎地圖獲取到數(shù)據(jù)采集分析處理存儲到智能監(jiān)測預警的完整功能鏈。GIS技術與地鐵安全管理結合在國內(nèi)尚處于初步探索階段，許多理論雖已成熟，但具體應用仍存在問題。實踐證明，其有著空前的先進可行性，該平臺能夠有效地實現(xiàn)設計功能，大大提高了地鐵安全管理的工作效率和水平，因其自動化、智能化的特點，降低了人工操作出現(xiàn)問題的概率，方便了有關部門的分工安排，為地鐵運營創(chuàng)造了一個更加穩(wěn)定的安全保障。

4 結語

隨著GIS技術與網(wǎng)絡信息技術的進一步發(fā)展，作為地理信息技術的核心，GIS與遙感，全球定位系統(tǒng)、編程、數(shù)據(jù)庫管理、地圖學制圖、統(tǒng)計學等領域息息相關，其特有的空間分析建立空間模型功能在類似的平臺所體現(xiàn)的優(yōu)勢具體廣闊的前景。本平臺也會隨之進行版本迭代優(yōu)化，推出功能更加強大，信息獲取更加全面，操作要求更加簡便的系統(tǒng)，并在后續(xù)發(fā)展成熟后投入更多城市使用，真正實現(xiàn)地鐵安全的防患于未然。