轨道交通地质三维可视化研究

轨道交通地质三维可视化研究

彭永明

天津市地质工程勘察院 天津市南开区

摘要：三维可视化技术在轨道交通规划设计、安全运营管理中的应用日益广泛，文章分析了三维可视化技术在轨道交通运营管理中的应用，从三维可视化技术的优势、三维可视化技术内容等方面进行了探究，并分析了三维可视化技术在轨道交通运管中的应用策略，如需求分析、接口设计、系统功能模块及应用效果等。

关键词：三维地质；轨道交通；GIS；

随着经济的发展，城市人口不断增加，越来越多的城市选择修建轨道交通以缓解交通压力。然而，轨道交通工程的建设不可预见因素较多，具有工程地质与水文地质条件复杂、施工难度大等特点，是一项高风险的工程建设。在国内外轨道交通建设过程中，由于对工程地质或水文地质问题处理不当引起的地面坍塌、基坑突水、隧道围岩失稳等事故屡见不鲜，因此，在轨道交通规划与建设时需要查明周边地质条件，通过建立三维地质模型进行分析与评价，可以为轨道交通工程建设提供技术指导，减少轨道交通建设过程中工程风险。最近几年，GIS技术已开始逐渐融入到主流IT中，而云计算理念也融入到GIS应用的开发建设中，在应用服务等各个方面均取得了较好的成果，也积累的许多经验。本研究利用地质成果资料，结合轨道交通、管线及其它信息进行地质大数据三维可视化表达，研究如何利用三维地质信息为轨道交通规划设计、安全运营管理、地铁及周边地下空间统一开发利用进行综合分析与应用。

1、轨道交通工程变形监测方法

在城市轨道交通建设中，变形监测始终贯穿轨道交通的整个施工期和营运期，以确保主体结构和周边构筑物的安全。通过监测及时掌握发生的变形，如隧道本身及其周围地面建筑物沉降、位移及地下水变化等，进而采取相关措施防止变形加剧而危及结构和运营安全；通过监测数据，分析变形规律，为以后的轨道交通设计和施工提供技术参考依据。

变形监测工作主要有以下三个方面：第一，对车站等构筑物基坑开挖引起的边墙及周边地基、建筑物的变形观测，对隧道内部拱顶、底部的沉降观测。第二，对因盾构机掘进和竖井开挖引起的地表道路、两侧建筑物、高层房屋等沉降、倾斜、裂缝观测。第三，对地下隧道结构和车站的水平位移和沉降监测。监测方法主要包括物理测量、大地测量和自动化测量。测量仪器有精密水准仪、测斜仪、全站仪、收敛仪、应变计、锚杆测力计及钢筋应力计等。

2、轨道交通信息化方案概述

通过地理空间基础信息共享库建设，各部门可以方便、快捷使用共享库统一发布的在线地图服务，进行空间数据的共享和交换，在云GIS中搭建属于自己的GIS环境，带来传统的地理信息服务模式的转变，有效提高空间数据共享和交换水平。建立“云协同”服务模式，用户按需获取计算力、存储空间和信息服务；统一、权威的地理信息交换和共享服务系统成为基础地理信息以及各需求部门空间信息数据的“集散地”，为基础共享库提供空间信息数据支撑。

地理空间信息基础共享库的地图服务发布、资源交换和共享基于WebService技术，同时采用数据挖掘技术和SOA体系架构，遵循OGC开放地理信息服务规范及国家地理信息公共服务平台的有关标准规范，实现地理信息资源分布式管理、集中共享与服务。地理空间基础信息共享库可构建在云计算中心的混合云环境中，主要包含以下三个层面的内容。第一，应用层。基于地理空间基础信息共享库的数据和服务，面向有GIS需求的各个部门建成内容丰富、功能强大的地理信息空间共享库，可方便、快捷地进行基于地理位置的信息浏览、查询、搜索、量算，以及路线规划等应用，利用信息和通信技术支撑各业务系统开展各类增值服务与应用，以先进的信息化手段支撑规划、建设、运营、管理及应急应用管理和服务。第二，服务层。服务层主要是地理信息共享系统，系统包括地理信息共享服务套件和智能分析服务引擎。地理信息共享服务套件提供对用户打开和查看系统中公开的各种数据和地图，并能根据自身的实际需求来使用系统中的服务，例如基础地图、行业专题等。智能分析服务套件提供地理基础数据融合、数据分析、挖掘、数据应用的完整解决方案。第三，数据层。地理空间基础信息共享库作为政务民生核心数据库的重要组成部分，主要由基础地理信息数据库、公共地理空间框架数据库、遥感影像数据库、三维模型数据库、专题数据库、影像地图数据组成。

3、三维可视化技术在轨道交通建设中的应用分析
　　3.1 需求分析
　　3.1.1 集成需求
　　关于集成需求，应从系统内部集成、系统间集成等方面分析，具体可参考以下内容：第一，系统内部集成。在三维工程维修管理系统中，企业三维全景平台的构建，需要网络技术及计算机技术的参与。如此，三维数字化场景，就可与企业的业务数据及动态有效结合，将抽象的业务数据，更加直观的表现出来，促进企业基建管理的标准化、规范化。简而言之，立足轨道交通建设业务调研，可将数据库纳入三维工程维修管理系统，使项目的开发环节有效地连接为一个整体，促进维修管理系统的集成化。第二，系统间集成。为保证三维工程维修管理系统的有效运行，应使该系统与企业核心管理系统保持高效的协作关系，实现信息的互通互享。探析企业的核心管理软件，SAP系统具有应用的广泛性，且该系统具有统一集中开发的特点。如此，要实现企业各项业务的精细化管理，就要实现系统间的集成。为达成这一目标，就要在系统架构、管理维度等层面，优选数据接口，并优化三维工程维修系统的各项功能，如界面设计及数据源控制，实现费用的分劈操作。 　　

3.1.2 内容需求与开放型需求
　　在维修工程管理中，专业化及系统化的发展趋势不可逆转。该类工程项目的运营，不仅需要业主的参与及管理，还需要诸多参建单位的协作管理。当然，并非各方面都要全程参与三维维修管理系统的运行之中，而是要依据该系统的功能及结构，在不同阶段引入不同的参建单位，对之进行有效管控。如此，立足不同阶段录入的维修数据，该系统就可进行统计分析，进而控制轨道交通建设成本。此外，对于现有系统项目，企业在进行设计、研发、管理的同时，应考虑该系统未来的发展趋势，并做好良好基础条件的准备。如此，对于系统而言，就应保证系统具备一定的开放性、延展性，实现各个子系统之间的协调可控。三维工程维修系统，应通过技术开发，提供丰富的接口功能，以促进该系统与其他业务系统的集成。例如，针对企业危险源点，应实现三维可视化立体成像，使维修人员明确相应工作环境的危险源点，以规避安全事故[2]。例如，在安保层面，可将消防监控系统与厂区监控系统集成应用，以促进突发事件在第一时间得到预警，并运用三维可视化终端，实现人员的统一调配。如此，在未来兼容性系统开发中，就可进一步提升可视化信息平台的综合性，使该系统成为企业优良的精细化管理工具。
　　3.2 接口设计
　　在接口设计中，三维工程维修管理系统与SAP系统的接口设计至关重要。究其原因，SAP系统可整合各个信息系统，支持多元化的外部接口技术，并通过这些技术，实现三维工程维修管理系统与SAP系统的数据共享。探析SAP系统的典型接口技术，主要分三种类型，即RFC、BAPI、基于XML的WebService。其一，RFC接口类型。探析该类型接口的功能，即是具备系统间远程调用的功能模块。其二，BAPI接口类型。探析该类型接口的功能，即是提供与所属平台无关的、面向对象的接口，且该类接口具有标准性、独立性。其三，基于XML的WebService接口类型。探析该类型接口的功能，即是在应用系统之间，可调用相应的程序功能。

4、 结束语
　　综上所述，在基建工程管理中，三维可视化技术的形象化特点充分展现。相较于二维技术，三维可视化技术具有无可比拟的优势。由此可知，为进一步降低轨道交通建设成本，相关企业应投身于三维工程维修管理系统的建设中，深入调研该系统的集成需求、集成设计、集成功能、集成应用，为实现企业的精细化管理，提供强大的信息助力。

参考文献：

[1]高璇.关于三维可视化技术在基建维修中的应用[J].信息系统工程，2016（09）

[2]金德恒.三维可视化在电厂锅炉防磨防爆中的应用[J].设备管理与维修2017（11）

[3]张维，徐华龙，殷大发.煤与煤层气协调开采三维可视化关键技术[J].煤矿安全，2018（04）