基于GIS的地铁保护区信息管理系统应用研究(安全)

                             许碧华

                 （东南大学交通学院，江苏南京211189）

摘要：针对地铁安全保护区内作业项目繁杂、风险源多、周期长、难以管理等问题，基于GIS技术，利用百度地图建立了地铁保护区信息管理系统，论述了系统的数据结构、总体框架和技术路线。实例表明，该系统实现了地铁保护区内项目从土地出让到施工全过程信息的存储、查询、统计、管理以及信息共享等功能，为地铁的安全运营和外部风险源追溯等提供了信息化支持。

关键词：地铁保护区；地理信息系统；软件设计；百度地图API

中图分类号：TP391.7；X923  doi:10．11731/j．issn．1673-193x．2016. 06. 031

0  引  言

    随着城市化的进程，地铁以其速度快、运量大、能耗低等特点飞速发展，大大方便了人们的出行，预计到2020年全国将有50个城市开通地铁，运营里程超过8000公里，地铁的运营安全尤其重要，地铁防火、人员疏散等安全方面得到了重点关注。

    在地铁快速发展的同时，地铁周边的城市建设对地铁结构和运营的安全也产生了重大影响，为强化安全管理，全国各个城市也相继制定了地铁保护区管理的相关规定，加大了周边工程的施工管理。另一方面，对于地铁周边工程设计、施工中的采取的技术措施及结构监测手段等得到了广泛深入的探讨。而地铁保护最大的难题是对保护区内项目全过程的监管，如

何对大量的市政管线、道路、房屋等项目从规划至施工的全过程信息进行管理，系统直观地展现项目与地铁的空间关系、风险源的追踪溯源，以往积累的数据利用等则是关键。

    国内个别城市也研究开发了轨道交通保护区管理系统的研究，如上海轨道交通数字化监护管理系统，偏重于监护数据管理分析，重庆地铁保护区管理系统，偏重于保护区外部作业项目网上报审等。本文利用GIS技术，结合数据库技术等在百度地图上对地铁保护区内的众多项目的空间及属性信息建库，可以使众多项目在空间上关联起来，使多个孤立的项目在空间上形成一个有机整体，对实现众多项目之间的关联分析，实现数据资源信息的共存共享，支持地铁安全保护区的管理等有非常重大的现实意义。

1  现存问题和系统开发目标

1.1  存在问题

    1)地铁保护区为带状、网状，周边建设活动频繁，监管难度大。

    2)保护区内项目众多，且各个孤立，项目与地铁的相对关系难以快速确定。

    3)数据众多，包括项目的各阶段批文、地理信息、规划方案、设计方案、施工方案、第三方评估数据、现场巡查信息等；信息分散且难以查找。    

4)外部作业项目的建设、设计、施工、监理单位人员流动快，监管容易脱节。

    5)地铁结构面临外部作业的多项目重叠交叉影响的不利情况，需结合地铁结构现状、周边外部作业施工时序、前期地铁建设或外部作业遗留问题等统筹进行管理。

    以上管理问题不及时解决，保护区内建设活动对地铁结构安全产生影响的可能性就增大。近年来，由于管理不到位，导致地铁结构发生安全事故的情况时有发生（图1），地铁结构安全保护的形式越来越严峻。因此，有必要结合地铁保护区的管理特点，利用先进的信息化

管理手段，整合保护区内所有信息，系统化地对周边项目开展全工程的跟踪与监督。

1.2开发目标

    地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS）近年来在众多领域得到迅猛发展，它被广泛地应用到城市规划、建设、交通、社会服务等各个领域。其具有处理图形及数据的存储、管理、进行复杂的逻辑运算和数据挖掘等功能，同时也是实现数据的空间信息查询与分析的有效工具。

    基于GIS技术，结合地铁保护区项目施工特点和监管的需要，系统建设目标如下：

    1)在统一的地理坐标基准下，将孤立、分散的地铁保护区内的项目信息，通过空间地理定位建立起空间联系，使得分散的资料在空间上形成一个有机整体。

    2)制定统一的数据标准，各种项目资料严格按标准要求进行整理和录入，为形成地铁保护区内的项目数据的统一管理奠定基础。

    3)建立地铁保护区内项目数据库管理系统，不断扩展、录入新的资料，实现数据库的动态更新和反馈。提供多种基于属性和空间的查询、统计和分析功能。

    4)在准确、完善和觋势性强的数据库基础上，开展多种应用研究，为地铁保护区内的项目跟踪与管理提供辅助决策支持等。

    5)预留系统拓展空间，未来为地铁结构变形数据的整体管理，结构的日常检测维护等信息提供接口。

2  系统开发技术

2.1  关键技术

    基于GIS的地铁保护区项目信息管理系统是以数字化工程项目信息为主要内容，以完善的地理空间数据管理体系和数据服务体系为主要结构的信息管理系统。

    1)利用GIS技术，对地铁保护区内工程项目信息空间信息化建库，必须有统一的地理坐标体系，传统做法是向各地的规划或者测绘部门购买地形图数据，但考虑到该类虽然精度高，但成本高，数据更新也较慢，而百度地图对公众免费开放，数据更新速度较快，并且提供免

费的百度API给开发人员，节省较多的资金成本，因此，选择百度地图作为系统的背景地图和地理坐标体系，是本系统的一个关键技术。

    2)对ArcgisServer中的TiledMap ServiceLayer图层类进行扩展，在该扩展的图层类中添加百度矢量地图和影像地图，通过百度地图提供的API实现百度地图上的兴趣点或者道路名称等进行查询和定位等，从而在Arc-gisServer中实现百度地图和本系统中业务数据的有机融合，此也作为本系统的一个关键技术。

2.2  开发环境

    本系统数据涉及大量空间和非空间数据，因此必须对数据库管理系统( DBMS)和基础地理信息系统(GIS)平台进行慎重选择，才能发挥出系统的作用。软件平台选择方案如下：

2.3  系统架构

    1)业务流程

    地铁保护区内的每个工程项目都必须经过土地出让、规划、设计、施工以及现场跟踪五个阶段流程，对这五个阶段必须严格监管和跟踪，以确保地铁线路的安全运行。在这五个阶段中会出现大量的方案设计、审批意见等文字和附件资料，对这些信息资料分门别类的存入

各自的数据库表中，方便快速调阅，为决策提供依据。业务流程图如图2所示。

2)数据库组成

    系统数据库分为项目空间数据库、项目属性现势数据库、历史数据库以及地铁结构信息数据库。

    项目空间数据库：存放主要存储项目空间数据，项目位置以及范围线等信息。

    项目属性现势数据库：存放存储工程项目属性信息、工程项目资料项目各阶段的方案资料、文件、审批意见等文字及附件信息、附件以及用户信息。

    项目历史数据库：主要存储项目各阶段中间方案的历史信息。

    地铁结构信息数据库：主要存储地铁车站分布、附属设施、线路要素等信息。

数据库结构如图3。

    3)总体架构

    根据地铁保护管理特有的业务流程以及数据库组成，系统总体结构主要分为三块内容：数据库层、WebSer-vlce等中间件层以及系统应用服务层。数据库层，主要存储业务数据；中间件层，主要利用WebService等技术开发数据管理应用服务接口；应用服务层，在利用中间件层WebService接口上，开发具体的客户端应用功能。系统总体架构如图4所示。

2.4实现方法

    为实现地铁保护区内工程项目的统一管理，整个系统建设使用．NET结构模式，采用B/S架构构建，工程项目信息存储于Oraclellg中，空间数据采用ArcgisServer进行数据发布与浏览。

    开发过程中主要通过百度API技术、GIS技术、数据库技术，实现对工程项目资料数据的管理、空间及属性查询、统计及分析等功能，严格按照地铁保护区的管理要求，对其范围内的工程项目各个阶段的方案资料等从严流程化管理，以保证数据的规范性、标准性和可扩展性，提供工程项目资料调阅使用的便捷性。系统用到的主要技术及路线如图5所示。

3  系统应用-以南京为例

    南京地铁目前6条线路运营，运营里程达到225公里，保护区内开发建设强度较大，保护区每年的项目数多达300个以上，外部作业对地铁结构影响的案例时而发生。为此，建立保护区信息化管理系统，全过程跟踪保护区内建设项目，协调各种矛盾，合理减少人力成本，确保地铁的安全运营和实现社会效益、经济效益的统一，无疑具有重要的意义。

3.1  系统特色

    1)系统高度契合南京地铁保护区项目管理特点，紧贴施工管理业务流程，有条理地存储业务数据，实现了项目全过程的跟踪。

    2)通过友好的界面，利用图、库一体，在空间上能够快速高效地管理地铁保护区里面的施工项目信息，实现了保护区内近几年来1000多个项目的现势数据和历史数据信息的查询。

    3)系统预留了南京地铁在建近200公里线路保护区拓展接口以及监测数据管理的功能。

3.2  功能结构

    系统主要包括“系统管理”、“工程数据管理”、“视图管理”、“项目查询”、“项目统计”等子功能模块。系统功能结构如图6所示。

3.3信息查询

    1)项目查询主要供浏览人员使用，能获取项目的基本属性信息，以及项目各阶段的相关附件资料信息等。查询可以通过两种方式：①项目点击查询。直接点击地图上项目，结果将在属性对话框中显示。②条件查询。系统提供用户自定义查询条件的功能，比如按照地铁线

路或者地铁站点等条件，点击执行按钮即可将查询请求传到服务器处理，系统将在地图显示窗口中清晰显示。

    2)系统具有强大的图形操纵功能，通过GIS地图的放大、缩小、选择、测距等操作工具，实现对地铁线路、地形地貌、项目对象等进行浏览，可获取项目离地铁的水平距离，利用各个图层的复选框可控制图层的可见性，通过链接还可获得项目现场施工影像等，增强了系统信息的表现力。

3.4数据管理

    1)通过数据管理功能，实现工程项目属性及附件的入库、编辑及项目的范围线绘制等功能。

    2)项目管理中除了管理项目的基本属性之外，重中之重的是项目各个阶段的资料信息管理。项目阶段主要包括：土地出让、规划阶段、设计阶段、施工阶段以及工程结束跟踪，在每个阶段都可能有相应的跟踪资料以及方案设计，方案的变更、优化等过程均保存在历史库

中，以便风险源的追踪溯源，以及项目的总结分析等。

3.5统计分析

    系统提供对象信息统计的功能。用户可根据需要分类统计。①统计保护内项目总数和方案数；②统计某条地铁线保护区内项目总数和方案数；③统计不同阶段的项目总数；④统计对地铁重大产生影响的项目数等。

    通过统计功能，可以较快的获取用户所需要的数据分布，方便在海量数据中形成报表，输出管理台账。

4  结束语

    1)提出了一套完整的地铁保护区内工程项目全过程信息管理的解决方法。可以对工程项目数据入库并管理，根据条件选择范围，可直接获取查询结果，并且可以生成各类报表及统计信息。

    2)方案是切实可行的，能高效管理工程项目数据库，直观展现工程项目信息，为地铁新线路规划设计或者其他重大地下工程提供辅助决策等。

    3)目前系统应用百度地图作为背景，在条件成熟的情况下，可以利用城市测绘地形图作为背景，利用移动终端等设备，进行性现场项目排查及信息管理。

    4)系统还可以进一步拓展，将地铁结构变形情况等纳入系统统一管理。