城市轨道交通施工安全监控管理信息系统(SMIS)开发的紧迫性和必要性是由国内轨道交通建设发展迅速的客观事实,轨道交通建设的特点和轨道交通项目信息的特点决定的。
城市交通状况日益恶化和经济高速发展为轨道交通建设带来了前所未有的机遇,目前中国是世界上轨道交通建设的大国,其建设速度位居世界首位,史无前例,按目前每年开工建设100～200km的速度,到2020年,我国城市轨道交通线路规模可达2000～2500km。城市轨道交通建设具有如下特点:参与单位众多,组织关系复杂;施工环境复杂;施工安全事故频发。而大部分事故为缓变事故,事前均有征兆,是完全可以控制的,安全管理不可忽视。轨道交通项目信息有数量庞大,关系复杂;信息处于动态变化之中和参建主体对信息要求的不一致等特点。因此,有必要以安全第一,预防为主的安全生产方针为指导,构建施工安全监控信息系统,实现基础信息管理,监测数据预警,现场安全巡查,预案配置及应急联动等功能,为城市轨道交通施工安全监控管理提供信息化管理平台。
1系统结构设计
1.1系统定位与设计目标
1)系统定位。在现代科学项目管理理论指导下,充分利用先进实用的监测技术和手段,基于WEB网络传输平台,以GIS技术、可视化表现技术和移动通信技术为支撑,完成城市轨道交通工程施工安全监控系统的开发。
2)系统设计目标。(1)以保障轨道交通施工安全为中心:规范工作流程和基础数据,优化管理模式。(2)构建轨道交通施工安全管理的集成平台:组织基础数据,及时准确地向参建各方分类发布实时和历史数据,实现参建各方之间的信息共享。(3)直观全面的监控系统:利用高清音视频采集、传输和处理技术,直观且全方位地了解工地施工情况,辅助决策和指挥。
1.2系统技术框架
该系统底层架构技术主要体现在MIS系统和GIS系统2部分。MIS系统是建立在Postgresql数据库之上,采用比较成熟的框架Struts+Spring+Ibatis结合来完成整个系统的架构,业务逻辑层则由Spring来进行处理,表现层采用普通的Html,CSS,JS等技术来完成,通过Ajax与控制层进行数据交互,同时中间传输数据采用统一的XML语言,以上技术实现了SMIS中的MIS系统从表现层到数据库底层的整个系统架构。GIS系统同样也是建立在Postgresql数据库之上,通过提供的Postgis组件对空间数据进行存取,通过Geotools完成与数据库的交互工作,空数据转换层则由Geoserver完成,最后显示在Web页面上的表样形式则由Openlayer来实现,通过这3个开源框架实现系统中GIS的整个架构。
1.3系统逻辑结构和网络结构
1)系统逻辑结构系统逻辑结构分为2个部分,分别是关系数据以及空间数据。关系数据库包括数据持久层、业务逻辑层、功能模块之间应当实现低度耦合。空间数据库可以预见的工作包括,空间数据库的部署工作地理信息系统的底层框架接口以及进行空间数据库的管理和空间拓扑关系的建立。建立地图服务器实现地图发布,客户端地图操作控制控件研发。本系统将实现空间数据和关系数据的便捷数据交换,完成图※文、文※图之间的快速转换,使用户操作更加方便。
2)系统网络结构系统的网络结构应当考虑信息来源、数据传输、内部处理机制3个方面的问题。首先SMIS系统的信息来源分为2个部分,分别是客户端基础数据录入和监控设备的监控数据。数据传输在轨道交通施工安全监控系统中也有2种不同的传输方式,一种是通过Internet建立虚拟VPN链接,一种是通过GPRS/CDMA的无限数据传输机制。在内部数据处理方面,系统可以采用服务分离方式进行。
2系统功能设计
2.1系统功能设计思路
该系统设计采用由果索因的逆向分析方式,理清日常管理、预警状态和应急联动状态下的安全管理关联活动,进而设计其核心功能。
2.2系统核心功能实现
1)用户权限管理为确保正确的信息(what),经由正确的途径(way),传递给正确的人(who),在用户权限设计时考虑到由用户与工点关联,信息与工点管理和用户与信息管理3种手段保证信息正确和杜绝信息过载。
(1)用户-工点关联。每个用户组在系统中可以注册若干个用户,在每个用户组中,不同的用户可能分管不同的线路、标段、工点,因此通过用户与工点关联的设置,使每个用户只能在他隶属的线路、标段、工点下对信息进行操作。
(2)信息-工点关联。当用户与工点关联时,用户仅能看到其所属工点的信息,而有时候需要看到某一个或多个标段的信息甚至是线路上的信息,因此,为使用户得到全面的信息,系统中的信息要有明确的所属对象(所属对象包括工点、标段、线路)。
(3)用户-信息关联。实现不同用户的上下级划分,同一类型信息有不同的信息源,上一级用户可以通过工点查看自身上传的信息,同时可以查看下级用户上传的信息;下一级用户不能查看上一级用户上传信息,可以通过工点查看自身上传信息。
2)监测数据管理。(1)标准化管理。监测数据和信息入库之前需要进行标准化处理,系统可提供统一的监测对象、测点预警限值和监测数据批量化导入表格。(2)数据流转与利用。监测数据来源于施工方和第三方监测的六大类监测数据,包括收敛、测斜、沉降、位移、水位和应变数据。每一类数据上传至系统中均可自动生成监测数据EXCEL列表,累计增量时程曲线,变化速率时程曲线和同类测点时程曲线趋势分析图。同时系统还提供了EXCEL表格和时程曲线导出功能,以供编制报告使用。(3)预警管理。系统中出现新的数据会自动与三级预警限值做比较,超过预警限值自动预警,通知远程监控中心小组,远程中心小组的分析员将对数据进行分析和判断,如若处于安全范围内则解除预警,若不安全则根据预警等级短信通知相关人员,转入抢险状态,直至威胁真正消除为止。
3)应急联动管理。一旦进入工程抢险状态,可利用应急联动平台进行应急管理。事故接警后,系统将显示安全管理中心人员上传的预警基本信息,并根据现场描述、事故简要、水平地质情况等信息完成所需应急物资、救援专家、类似处置方案和应急预案的自动搜素,并自动生成事故简报及应急方案,并跟踪处理直至结案。
4)基于WebGIS的可视化应用。应用GIS技术于轨道交通施工监测数据的管理,可以对海量的监测数据进行可视化查询、检索、统计、空间定位与分析等。当监测数据变化趋势出现异常时,可及时预警,并直观定位报警点的空间位置。
(1)全线施工安全形势总图和工点预警信息。在GIS总图上可直观显示车站及区间分布及周边环境,车站及区间的安全状态也因预警级别不同而以不同颜色区分。点击工点名称即可查看各工点的安全形势汇总,包括综合预警等级,各等级预警数量汇总,进度说明、地质说明和现场施工状况的说明以及工点总体安全形势评价。在工点测点布置图上可自动显示监测点的地理位置,类型及安全预警信息,同时可以查看测点基本信息包括其测点编号,类型,位置,测值历史趋势图。GIS界面提供点、线、面图形绘制工具,用户可方便的在GIS底图上对各类预警点,风险点和视频监控点的标注。点击兴趣点即可实现空间数据和与其相关联的属性数据的查询。(2)视频信息。视频监控系统采用数字压缩编码技术,实现主要功能有现场的实时监控,录像及历史资料点播,异地存储,分层结构管理,报警信息的采集和联动管理,全方位云台及周边设备的控制,现场应急指挥和视讯办公会议及设备在线管理。视频监控系统可在各个模块中灵活调用。
3结论
该系统是面向轨道交通工程施工过程的安全管理信息平台,以监测数据管理为核心,满足日常管理,预警管理和应急联动的需求,其主要功能和创新点如下:
a.分析了城市轨道交通工程建设施工中的各种安全管理需求,研发出一套城市轨道交通工程建设施工安全监控信息系统。该系统具有功能完备、实用、方便及界面友好等特点,为城市轨道交通工程施工安全提供了一个全方位、多功能、全过程的多用户信息交流和共享平台。
b.系统实现了基于Web的MIS和GIS系统的无缝集成,符合OpenGIS规范,具有可移植性、安全性、可拓展性,拥有软件源代码的产权。
c.系统实现了基础地理信息、施工监测信息、风险管理信息、应急联动信息、音视频监控信息、元数据信息等多源异构、不同层次的信息集成管理;通过权限配置,能满足不同用户的信息共享与交流;系统提供的安全监测数据的EXCEL批量导入导出、手机短信预警、可视化数据管理等功能,显著提高了城市轨道交通工程施工安全管理的工作效率。
