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提要:針對鐵路方面缺乏科學化的地理數據管理系統問題，該文提出了利用無人機傾斜攝影測量技術進行鐵路地理空間數據采集，建設了鐵路地理數據管理系統。從需求分析、總體設計、詳細設計和系統實現等方面介紹了系統建設的基本情況，完成了系統設計和軟件開發。通過測試表明，該系統具有先進性、科學性和實用性，提高了鐵路地理數據采集效率和管理科學化水平。

關鍵詞:鐵路;地理數據采集;數據管理系統

1引言

隨著信息化、網絡化和智能化時代的到來，鐵路系統傳統的管理模式已經不能滿足鐵路發展的需要。在鐵路地理數據管理過程中，急需引入現代化的技術手段和方法，建設現代化、科學化的鐵路地理數據管理系統，從而提供數據管理與決策平臺［1］。近年來，隨著無人機傾斜攝影測量應用不斷擴大及信息化服務水平不斷提升，許多學者開展了利用無人機傾斜攝影測量應用［2～4］和鐵路數據管理系統研究［5～18］。李德仁［2］等介紹了無人機遙感系統在相關行業領域的應用與實踐，給出了發展無人機遙感技術和產業的建議;曹琳［3］利用無人機傾斜攝影測量系統獲取西安市焦岱鎮鮑旗寨社區影像，建立三維模型，評價了模型精度水平;李杰［4］等利用油動無人機傾斜攝影，為瑪納斯縣智慧城市建設提供高精度三維模型;朱韋橋［5］等設計了鐵路綜合檢測業務管理系統，闡述了系統的總體架構和功能結構，得到了成功應用;李聰旭［6］分析了京滬高鐵對鐵路GIS的業務需求，提出了鐵路GIS平臺建設的技術路線，詳細分析了平臺的總體架構、應用功能和外部接口等，最后對平臺實現結果進行了界面展示;金怡成［7］按照鐵一院的業務需求，搭建了系統的架構模型，進行了系統數據庫設計，實現了系統功能模塊，并進行了相關測試。對于無人機鐵路地理數據采集及數據管理系統建設方面鮮有文獻報道。為進一步提高鐵路地理數據采集效率，完善鐵路地理數據管理，推動“智慧鐵路”建設，本文結合最新的無人機航測遙感、傾斜攝影三維建模、GIS和大數據分析等技術，開展鐵路地理數據采集與管理系統建設，為“智慧鐵路”建設提供可靠、準確、實用的地理空間數據基礎和管理平臺。

2鐵路地理數據采集

傳統鐵路地理數據采集工作量大、效率低、對列車干擾大。隨著測量傳感器的快速發展，一些現代化技術手段如衛星測量、無人機航攝、三維激光掃描和移動攝影測量等方法，逐步應用于線狀分布的鐵路地理數據采集，具有現代化、多樣化、智能化等特點。可以根據鐵路線路環境情況采用不同的數據采集方法。本文采用無人機航攝的方式進行鐵路地理數據采集，無人機傾斜攝影測量技術是近些年發展起來的測繪遙感高新技術，它以大范圍、高精度、高清晰的方式全面感知復雜場景，通過高效的數據采集裝置和數據處理方法生成數據成果，直觀反映地物的外觀、位置、高度等屬性信息，同時生成可視化的三維模型。數據生產分三個流程，分別是前期技術方案設計、中期野外數據采集和后期數據處理。詳細生產流程見圖1。

3鐵路地理數據管理系統

3.1需求分析。3.1.1數據需求。1)矢量專題圖。包括行政區劃、路網、地名地址等矢量數據。2)數字高程。DSM、DEM高程模型數據。3)影像圖。DOM影像圖，重點區域精度不低于0.2m。4)傾斜攝影三維模型。精度不低于0.5cm，OSGDB格式。5)設備三維模型。BIM或者Max建模。3.1.2業務需求。1)設備資產數據管理需求。主要滿足三維設備模型、電子臺賬及設備相關技術資料信息的增、刪、改、查等管理需求。2)設備資產查詢應用需求。主要滿足對設備進行空間查詢、關鍵字查詢、里程號定位、空間定位、故障設備預計統計分析、函渠、隧道等設備的漏水點查找業務應用需求。3.2總體設計。3.2.1設計原則。1)統一標準、整合資源。規范化、標準化是信息化建設的基礎，也是不同系統兼容和進一步擴充的根本保證。因此，鐵路地理數據管理系統設計和數據的規范化和標準化工作極其重要。各應用系統內容、數據分類與編碼、數據精度、作業規程等應采用有關國家標準、行業標準、地方標準和企業標準。在統一鐵路地理數據管理建設標準的前提下，統一整合現有信息系統、數據資源，提高鐵路管理效能，避免重復投資建設。2)精簡務實、高效協同。突出鐵路信息化建設的科學性、實用性，注重創新，注重實效，降低運行成本，提高管理效益;強化統籌協調各方協作的工作機制和管理與技術創新相匹配的互動機制，實現數據共用、信息共享、相互移植;優化鐵路運輸管理和服務流程，提升管理水平。3)統一規劃、分步實施。由于地理數據系統建設是一個長期不斷完善的過程，不可能一蹴而就。因此有必要在統一規劃的前提下，根據實際情況分步實施，注重實效，穩步推進。信息化項目新舊區別對待，對于新建項目要統一標準，對于已建項目要深化應用，不斷完善。4)技術先進、安全穩定。鐵路地理數據管理系統的設計思想、系統架構、采用技術均應確保有一定的先進性、前瞻性、擴充性;同時系統應遵循安全性的原則，采用嚴格的安全保密措施，設置多級安全機制。明確各級工作人員的職責，保證各司其職、各負其責。系統在設計時將安全性問題分為以下三種情況:一是防止外部非法用戶訪問網絡;二是防止內部合法用戶越權訪問;三是防止意外的數據損害。為了提高系統的安全性，在設計時應采取如下措施:一是網絡專網，增加部署一定的安全措施和系統冗余策略;二是給系統內部不同的用戶和部門賦予不同的權限等。5)智能分析、智慧決策。鐵路地理數據管理系統建設應綜合利用物聯網、傳感器等實現鐵路運輸管理、資產管理、指揮調度等各類信息的自動化采集，利用大數據挖掘和時空分析技術實現智能化輔助決策分析。6)適度開放、充分共享。信息系統的開放性是系統生命力的表現，只有開放的系統才能兼容和不斷發展，才能保證前期投資持續有效，保證系統可分期逐步發展和整個系統的日臻完善。鐵路地理數據管理系統在運行環境的軟硬件平臺的選擇上，要符合開放性計算機信息系統的標準，能夠較為容易地實現系統的升級和擴充，以適應后續工程和有關政策以及信息技術的發展變化。3.2.2總體架構。結合鐵路固定行車設備管理的業務應用需求，參照國家及行業相關規范，形成鐵路地理數據管理系統建設的總體架構，如圖2所示。3.3詳細設計。3.3.1功能設計。按照總體架構，鐵路地理數據管理系統功能架構如圖3所示。1)用戶登錄:實現用戶身份的審核校驗，并對各類不同角色(崗位)用戶進行功能、數據權限控制，確保系統功能操作及數據安全。2)常用工具:包括三維瀏覽、空間測量、二三維對比、空間定位、框選查詢、標注和模型管理等功能模塊。3)分類查詢:查詢當前三維場景范圍內對應設備類型的相關信息，可在三維場景窗口中顯示定位到對應記錄的設備位置及設備記錄等詳細信息。4)模糊查詢:根據設備類型(工務、電務、供電、通信)和輸入的關鍵字進行模糊查詢，可在三維場景窗口中顯示定位到對應記錄的設備位置及設備記錄等詳細信息。5)綜合查詢:實現對全部類型的設備電子臺賬查詢。該功能支持所有鐵路線行車設備，按照設備管理單位(段、工隊、工區)等設備管區及設備本身相關屬性過濾條件進行查詢檢索。6)統計分析:實現對各類設備數量按管區(或線路區間)、設備類型進行統計。對統計結果進行列表及統計圖的形式進行展示。也可以導出統計結果對應的圖表。7)應用分析:實現設備預警分析，自動列出各類快到期設備的列表及已超期的設備列表;隧道(涵洞)漏水點分析，通過三維透視分析，精準查找隧道(涵洞)頂部漏水點位置，打印輸出對應三維場景的地圖，供設備檢維修人員現場踏勘維修提供有力的數據支撐。8)系統管理:實現用戶管理、數據管理和日志管理等功能。3.3.2三維模型設計。模型設計是基于傾斜攝影數據、正射影像數據及提供的各項設備數據、設計圖紙等進行模型建立。三維地理模型建設流程如圖4所示。3.4系統實現。試驗區選取神朔鐵路雙巖畔隧道至霍家梁隧道出口約13km的鐵路，以此段鐵路中心線兩側各外擴1km為數據采集范圍，工作區面積約26km2。設計和開發了神朔鐵路地理數據管理系統，實現了用戶登錄、常用工具、分類查詢、模糊查詢、綜合查詢、統計分析、應用分析、系統管理等功能。具體功能實現如圖5所示。

4結語

鐵路地理數據采集是鐵路數據管理系統建設的基礎，利用無人機傾斜攝影測量進行鐵路地理信息采集，具有高效便捷、精度高、現勢性強、紋理真實等優點。首次在國家能源集團鐵路運輸板塊上，運用無人機傾斜攝影+三維建模+GIS技術，建立了神朔鐵路試驗段雙巖畔隧道至霍家梁隧道的鐵路數據管理系統，實現了地理數據和鐵路設備的圖、表、位置、屬性的一體化管理，有助于鐵路數據信息利用和資源共享，滿足鐵路信息化管理的需要，提高了鐵路信息化管理水平，為“智慧鐵路”建設提供了可靠、準確、實用的地理空間數據基礎和管理平臺。

作者:陳隆 單位:國家能源集團神華和利時信息技術有限公司