智慧科技在地鐵安全保護(hù)區(qū)綜合管理平臺(tái)建設(shè)中的應(yīng)用

師小瑜，馬亮，楊碩

（北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，北京 100044）

1 研究背景

隨著我國(guó)城市現(xiàn)代化的發(fā)展，城市空間壓力帶來的交通擁堵問題逐漸突顯，已成為影響城市高質(zhì)量發(fā)展和增進(jìn)人民生活福祉的焦點(diǎn)問題。而城市軌道交通（簡(jiǎn)稱城軌交通）以大運(yùn)量、快速、準(zhǔn)時(shí)、環(huán)保等特點(diǎn)，大大提高了其沿線的通達(dá)，帶動(dòng)了人流的定向引導(dǎo)，為改善城市空間結(jié)構(gòu)與形態(tài)、解決現(xiàn)代化城市交通問題提供了重要途徑。

城軌交通快速發(fā)展的同時(shí)，受到城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善等外部因素影響，在城軌交通安全保護(hù)區(qū)違法勘察、違規(guī)施工造成的隧道結(jié)構(gòu)打穿或結(jié)構(gòu)損傷事件時(shí)有發(fā)生，使城軌交通線路安全風(fēng)險(xiǎn)不斷提升。例如，某城市因違法勘察鉆探施工，致使隧道結(jié)構(gòu)被打穿，1根鉆管墜落至地鐵運(yùn)營(yíng)正線并與正在行駛的列車碰撞，造成列車前擋風(fēng)玻璃嚴(yán)重受損，導(dǎo)致列車停運(yùn)。又如，某城市因基坑工程嚴(yán)重塌陷，致附近的樓房垮塌并起火，直接危及鄰近城軌交通的運(yùn)營(yíng)安全，并造成停運(yùn)23 h 58 min。

城軌交通的安全性直接關(guān)系到廣大乘客的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全，一旦發(fā)生安全事故，造成的危害和社會(huì)影響極大。為進(jìn)一步有效提升安全保護(hù)區(qū)的安全管理水平，北京地鐵在2020 年發(fā)布了第1 版《首都智慧地鐵發(fā)展白皮書》，面向運(yùn)營(yíng)階段智慧化提出了“以智慧服務(wù)、智慧運(yùn)行、智慧維護(hù)和智慧管理為核心的首都網(wǎng)絡(luò)化的智慧地鐵新模式”?；诖?，以“需求牽引，業(yè)務(wù)導(dǎo)向”為原則，結(jié)合地鐵安全保護(hù)區(qū)管理的實(shí)際情況，開展了智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)綜合管理平臺(tái)的建設(shè)［1］。

智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)綜合管理平臺(tái)利用北斗高精度定位、GIS、視頻分析、圖像智能識(shí)別、多功能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、5G、邊緣計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地鐵安全保護(hù)區(qū)線路及其保護(hù)區(qū)邊界、建構(gòu)筑物、勘測(cè)數(shù)據(jù)、土建設(shè)施等空間地理信息的查詢與可視化，實(shí)現(xiàn)保護(hù)區(qū)外部工程管理、保護(hù)區(qū)巡查管理的信息化，并實(shí)現(xiàn)保護(hù)區(qū)沉降等重要風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別與預(yù)警［2］。

2 地鐵安全保護(hù)區(qū)管理現(xiàn)狀

為規(guī)范城軌交通運(yùn)營(yíng)及相關(guān)活動(dòng)，保障城軌交通運(yùn)營(yíng)安全，我國(guó)各大軌道交通運(yùn)營(yíng)城市相繼出臺(tái)了一系列法律法規(guī)，其中明確劃定了城軌交通安全保護(hù)區(qū)范圍以及管理要求，并對(duì)城軌交通安全保護(hù)區(qū)管理提供了政策支持。但在安全保護(hù)區(qū)日常管理中，仍存在諸多困擾，影響安全保護(hù)區(qū)管控的質(zhì)量和水平。

（1）人工巡查方式難以滿足規(guī)模化、網(wǎng)絡(luò)化情況下的保護(hù)區(qū)巡查。盡管城軌交通正逐年規(guī)模式持續(xù)發(fā)展，但目前我國(guó)各大中城市仍普遍采取人工輔以車輛為主的保護(hù)區(qū)巡查方式，該管理方式需要耗費(fèi)大量人工工時(shí)和人工成本，管理效能低下，發(fā)現(xiàn)問題的及時(shí)性和準(zhǔn)確性也難以保證。

（2）保護(hù)區(qū)范圍實(shí)地界定困難，部分區(qū)域難以通達(dá)。城軌交通安全保護(hù)區(qū)范圍不易準(zhǔn)確測(cè)量和判定，實(shí)地界定存在較大困難，特別是地下結(jié)構(gòu)形式，很難通過地圖精準(zhǔn)定位，給現(xiàn)場(chǎng)巡查管理造成了極大難度。另外，受保護(hù)區(qū)周邊復(fù)雜環(huán)境影響，部分保護(hù)區(qū)巡查范圍采用人工方式難以通達(dá)，造成巡查盲區(qū)，進(jìn)一步增加了保護(hù)區(qū)管理的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（3）外部工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素較多，與結(jié)構(gòu)自身病害等因素疊加，增加了管控難度。隨著城市建設(shè)及基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，城軌交通鄰近、穿越或與既有車站連通類工程每年都大量存在，外部工程施工工藝復(fù)雜、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，且各工程參建單位對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)管控水平參差不齊，極易造成既有結(jié)構(gòu)的上浮、變形、開裂等病害問題。另外，各條線路建成年代差異較大，存在不同程度的病害問題。加之部分地區(qū)還受到大地沉降、地下水位變化等地質(zhì)因素影響，多重安全風(fēng)險(xiǎn)因素的疊加給安全風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估工作增加了極大難度，對(duì)城軌交通結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)安全構(gòu)成較大風(fēng)險(xiǎn)。

3 構(gòu)建智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)綜合管理平臺(tái)

3.1 智慧科技應(yīng)用

3.1.1 智能感知診斷技術(shù)

利用北斗高精度定位、GIS、視頻分析、圖像智能識(shí)別、多功能傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、5G、邊緣計(jì)算等技術(shù)對(duì)地鐵安全保護(hù)區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)感知，并通過建筑信息模型（BIM）技術(shù)等對(duì)感知設(shè)備進(jìn)行可視化管理與狀態(tài)的可視化查看，增強(qiáng)保護(hù)區(qū)整體感知水平，同時(shí)通過自動(dòng)辨識(shí)評(píng)價(jià)安全保護(hù)區(qū)健康狀態(tài)、主動(dòng)診斷報(bào)警安全保護(hù)區(qū)風(fēng)險(xiǎn)影響，為智能保護(hù)區(qū)管控奠定基礎(chǔ)［3-4］。

3.1.2 智慧分析預(yù)警技術(shù)

通過對(duì)感知及診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，從故障數(shù)量、位置、頻次等維度分析狀態(tài)演化機(jī)理與規(guī)律，將安全保護(hù)區(qū)狀態(tài)評(píng)定與運(yùn)營(yíng)線路及保護(hù)區(qū)范圍數(shù)據(jù)、線路地域地下水監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、地質(zhì)勘查數(shù)據(jù)、給排水及燃?xì)鉄崃Φ裙芫€信息數(shù)據(jù)、地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、橋梁路基隧道等土建結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等進(jìn)行多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，同時(shí)結(jié)合衛(wèi)星遙感影像、無人機(jī)巡檢采集影像、樹木侵界及雨水倒灌重點(diǎn)施工配合現(xiàn)場(chǎng)等安全保護(hù)區(qū)重點(diǎn)管控區(qū)域閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)（CCTV）圖像采集進(jìn)行分析，輔助人工預(yù)測(cè)和判斷安全保護(hù)區(qū)安全狀態(tài)、辨識(shí)與預(yù)警安全風(fēng)險(xiǎn)，以提升安全保護(hù)區(qū)監(jiān)控水平，并建立相應(yīng)的案例庫，為地鐵安全保護(hù)區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)管控提供決策依據(jù)。

3.1.3 智慧管理技術(shù)

基于地鐵安全保護(hù)區(qū)管理規(guī)定，按照管理機(jī)構(gòu)及職責(zé)分工、管理程序、管理標(biāo)準(zhǔn)和管理要求等，建立作業(yè)計(jì)劃管理、生產(chǎn)任務(wù)派發(fā)、作業(yè)質(zhì)量監(jiān)控、一鍵報(bào)警、統(tǒng)計(jì)分析管理、培訓(xùn)教育管理及綜合檔案管理功能板塊，有效提升安全保護(hù)區(qū)日常管理效率和綜合管理水平。

3.2 智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)綜合管理平臺(tái)

北京地鐵安全保護(hù)區(qū)綜合管理平臺(tái)是為地鐵運(yùn)營(yíng)企業(yè)及相關(guān)業(yè)務(wù)部門推行線路安全保護(hù)區(qū)綜合管理的智慧化平臺(tái)，主要包含智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)“一張圖”基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)、智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)巡查管理子系統(tǒng)和智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)外部工程管理子系統(tǒng)三大板塊，平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)見圖1。北京地鐵安全保護(hù)區(qū)綜合管理平臺(tái)的應(yīng)用，為地鐵安全保護(hù)區(qū)高效、協(xié)同、智能管理奠定了基礎(chǔ)［5］。

圖1 平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)

3.2.1 智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)“一張圖”基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)

基于地鐵保護(hù)區(qū)管理系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)需求，通過基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化研究與治理，將地鐵線網(wǎng)資料、保護(hù)區(qū)界限資料、地表環(huán)境資料、地下建構(gòu)筑物基本信息及病害資料、地下水文資料、地質(zhì)勘察資料、市政管線資料、地表沉降監(jiān)測(cè)資料、視頻監(jiān)控與遙感影像數(shù)據(jù)，以及地鐵建筑結(jié)構(gòu)和軌道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成和可視化，同時(shí)與北斗定位系統(tǒng)對(duì)接，通過北斗定位系統(tǒng)為該平臺(tái)提供定期的位置數(shù)據(jù)更新，以地圖服務(wù)形式，形成地鐵安全保護(hù)區(qū)“一張圖”基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，滿足檢索、定位、查詢、量測(cè)等基本功能的同時(shí)，為后續(xù)數(shù)據(jù)耦合分析、評(píng)估指標(biāo)研究奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)［6-7］。

3.2.2 智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)巡查管理子系統(tǒng)

研發(fā)智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)巡查管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)區(qū)巡查計(jì)劃制定、任務(wù)派發(fā)、隱患上報(bào)及隱患監(jiān)控全流程信息化管理，同時(shí)該子系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)與上級(jí)行政主管單位保護(hù)區(qū)管理平臺(tái)的對(duì)接，可滿足巡查一級(jí)隱患“一鍵上報(bào)”，提高了地鐵保護(hù)區(qū)綜合管理水平和工作效率［8］。

智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)巡查管理子系統(tǒng)重點(diǎn)解決了以往人工巡查管理效能低下、范圍實(shí)地界定困難等問題：

（1）運(yùn)用無人機(jī)航空攝影測(cè)量技術(shù)對(duì)地鐵保護(hù)區(qū)域地貌進(jìn)行航拍測(cè)繪，利用多期遙感影像數(shù)據(jù)對(duì)城軌交通安全保護(hù)區(qū)范圍地表地物的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)和影像比對(duì)分析，并通過風(fēng)險(xiǎn)智能識(shí)別算法輔助人工判斷，解決人工巡查效率低下、走巡不可達(dá)等問題。另外，運(yùn)用CCTV視頻智能監(jiān)控技術(shù)，檢測(cè)侵入事件及雨水倒灌等事件的發(fā)生，并通過應(yīng)急系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一鍵預(yù)警報(bào)警功能，為地鐵安全保護(hù)區(qū)高效、智能巡查管理提供了途徑。

（2）針對(duì)保護(hù)區(qū)位置人工難以準(zhǔn)確辨識(shí)等問題，通過引入電子圍欄技術(shù)，利用北斗定位技術(shù)輔助巡查人員快速、準(zhǔn)確地判定所在位置及其與地鐵線路及周邊建筑環(huán)境的空間位置關(guān)系，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)對(duì)巡查人員巡查軌跡的監(jiān)控和記錄。巡查人員發(fā)現(xiàn)隱患問題后，可通過APP 端實(shí)現(xiàn)隱患問題的一鍵上報(bào)、快速查詢和隱患跟蹤監(jiān)控，并通過隱患地圖圖層，將隱患信息在地圖上直觀展現(xiàn)，便于巡查管理人員整體把控隱患［9］。

3.2.3 智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)外部工程管理子系統(tǒng)

研發(fā)智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)外部工程管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)區(qū)外部工程項(xiàng)目的任務(wù)下達(dá)、方案審查、實(shí)施籌備、配合過程監(jiān)管、工程后評(píng)估備案及全過程檔案查詢存儲(chǔ)等信息化管理［10-11］。

智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)外部工程管理子系統(tǒng)重點(diǎn)研究并探索解決過去外部工程管控難度大等問題：

（1）建立保護(hù)區(qū)外部施工項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)管控清單（包括風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)、風(fēng)險(xiǎn)時(shí)段、管控措施、責(zé)任人信息等），納入外部工程管理子系統(tǒng)，并與保護(hù)區(qū)巡查管理子系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，當(dāng)施工至風(fēng)險(xiǎn)時(shí)段前，系統(tǒng)按照風(fēng)險(xiǎn)管控等級(jí)向不同管控人員發(fā)出風(fēng)險(xiǎn)提示信息，輔助人工開展運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)管控，提高保護(hù)區(qū)外部工程施工管控質(zhì)量和水平。

（2）根據(jù)歷年地鐵安全保護(hù)區(qū)施工案例資料，及其對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)組織、行車組織和設(shè)備設(shè)施影響的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合“一張圖”基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)信息，建立保護(hù)區(qū)常見施工類型安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)及后評(píng)估系統(tǒng)，對(duì)擬實(shí)施或進(jìn)入工程后評(píng)估的保護(hù)區(qū)施工項(xiàng)目進(jìn)行運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判分析和風(fēng)險(xiǎn)提示，輔助人工開展專項(xiàng)方案審查和工程后評(píng)估，為采取有效管控措施提供可靠依據(jù)。

4 結(jié)束語

建設(shè)智慧地鐵已成為當(dāng)前城軌交通行業(yè)的發(fā)展共識(shí)和趨勢(shì)。在充分借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用前沿智慧科技與智慧地鐵理念，開展了智慧地鐵安全保護(hù)區(qū)綜合管理平臺(tái)的研究與應(yīng)用，旨在解決當(dāng)前城軌交通安全保護(hù)區(qū)管理的痛點(diǎn)與難點(diǎn)問題，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。目前該系統(tǒng)已具備基本功能并投入使用，取得了較好的應(yīng)用效果，其部分功能仍將在使用過程中持續(xù)優(yōu)化完善，為城軌交通安全保護(hù)區(qū)智慧化管理提供可靠支持。