城市的轨道交通的信息化建设方案设计.docx

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城市的轨道交通的信息化建设方案设计

1.系统建设指导方针

将最大限度的利用计算机信息技术，充分考虑城市轨道交通线网业务发展趋势，重视数据安全性和数据的可靠性，开发与实施并重，在开发与实施过程中充分与各应用部门进行全面的交流与合作。

系统可实现对监测数据进行自动化、规范化、智能化管理，对监测数据进行统计分析，规范监测项目的技术档案资料管理，实现监测数据的统一归档和智能分析，使得技术状态评定有了更充分的依据。

系统建设过程应遵循以下原则：

1.先进性：

系统基于先进的硬件构架和软件平台，创造性地集成了当今计算机、网络通信和嵌入式技术的最新进展，最大限度地保证了系统的整体先进性。

2.可靠性：

系统硬件均选用成熟、稳定的产品，经历过严格的测试，能满足恶劣工作环境下长时间可靠运行的要求；在系统软件设计中充分考虑信息安全、用户接口管理等相关技术，进一步保证系统具有超强容错性和长期稳定性。

3.开放性：

系统基于开放式的系统结构和标准化的设计模式，系统的网络协议、数据库操作、产品的集成和开发工具都遵循业界主流标准，确保与现有系统的平滑过渡和无缝连接，充分体现系统全面的开放性。

4.扩展性：

系统硬件组合方式多样，功能配置灵活，具有强大的"组态"功

能;模块化和层次化的软件设计模式使得系统可方便地进行升级和外部扩展，不断满足用户的个性化需求。

5.易用性：

系统基于人性化的图形操作界面，简洁、友好、直观，用户易

学易用。

2■整体业务需求

用信息化手段来协助开展目前城市轨道已运营线网历史常规健康监测、地铁保护专项监测成果信息化系统建设工作，通过监测数据信息化管理系统的开发来实现海量监测数据收集、整理和分析的自动化，实现地铁保护监测工作的统一化、规范化、自动化和科学化；通过信息资料共享，能够及时掌握全市的地铁运营状况，具体拟包括以下几项业务需求：

（1）城市轨道已运营线网地铁保护专项监测资料的收集、整理与信息挖掘

收集目前城市轨道已运营线网历史常规健康监测、地铁保护专项监测成果资料及技术文件，为数据整理及分析作资料准备。

（2）建立及维护城市轨道运营线网地铁保护专项监测成果数字档案

根据整理的常规及专项监测资料，利用现有城市轨道已运营线网外部项目的监测成果，对在控工点变形监测成果（沉降、收敛变形等）进行建档、存档工作，初步建立城市轨道已运营线网地铁保护专项监测成果数字档案，并于服务周期内

进行定期维护。

（3）对重大影响类的外部项目安全评估，配合提供历史监测数据等输入条

件，对地铁影响判定为特、一级等对地铁有重大影响的外部项目，配合提供地铁既有结构的监测资料，供评估单位分析外部项目施工对地铁结构安全的风险及制定有效的保护方案。

3.系统架构

（1）城市轨道建设信息技术标准和规范

技术标准与规范是信息平台建设的保障，指为信息网络互联互通而制定的软硬件接口协议、数据格式标准、系统建设和运行规范等，用于实现现场巡检与监控平台之间的数据、图像互联互通、信息共享与应用协作。

（2）网络层

网络是信息平台建设的神经，用以构建各级节点、监控平台、应用系统之间的有效连接、快速通信和信息共享通道。

构建城市轨道信息系统管理平台，为巡检数据采集传输以及视频监控管理提供安全通畅的网络系统支撑。

（3）数据层

数据层是城市轨道信息系统建设最重要的组成部分，包括各类监测数据、巡检信息等信息资源建设。

数据层关键是系统数据中心，它应当是一个“集中一分布式”的开放系统，主要包括各类项目基础数据库、视频数据和监测数据，实现信息集成、数据分析、数据挖掘、存储管理和信息共享的功能，支持各业务应用系统的运行。

（4）应用支撑层

主要包括数据集成平台和安全平台，数据集成平台实现异构信息的集成、数据同步、数据交换、数据统一管理和发布，应用支撑层全面支持未来的异构信息系统快速集成和整合；安全平台解决统一用户管理、CA身份认证、信息加密传

输等安全问题。

安全平台主要解决统一用户管理、CA身份认证、信息加密传输等安全问题。

同时安全平台统一整个网络的安全措施和安全管理手段，如病毒防治、入

侵检测、漏洞扫面等。

（5）应用层

应用层包括基于应用支撑层的综合多个异构数据源的综合应用系统和专业应用系统。

（6）服务渠道层

包括供内部访问的内网业务门户和供外部访问的外部门户网站，所有应用系统全部整合在一个架构中，基于统一的数据集成平台、安全平台、各种专业数据库，实现单点登录、个性化配置、统一身份认证、协同办公。

4.信息系统建设

计算机综合信息系统围绕广州市地下铁道线网建设、运营管理服务的各项整体业务需求进行多条相关线路的统筹考虑。

遵循“总体规划、分步实施”为原则，在信息化建设统一建设规划指导下，各项应用业务的核心信息化平台应坚持统一平台的建设原则。

计算机综合信息系统的中央核心设备和应用软件上应以业务需求功能为单位，采用模块化和可扩展性设计，分批分期分线逐步组织实施。

系统主要建设内容包括：

（1）城市轨道已运营线网地铁保护专项监测成果的周期性分析，每月对城

市轨道已运营线网的地铁保护专项监测成果进行整理、分析及汇总，每月上报分

析月报，通过巡检数据和设施状态、参数等数据类报表可掌握、分析设施运行情况，缺陷分析。

（2）定期反馈监测单位基准网检核的执行情况，定期督促检查各监测单位是否进行基准网的检核工作，并上报执行情况。

4.1.数据搜集、整理及录入功能

本系统具有开放性的、多方位的信息录入平台，提供界面交互、文件数据导入和PDA数据导入三种信息录入方式，录入内容除了监测数据外，还包含工程进度、工程概况、施工步骤、天气状况等外界条件，实现时间、工况、施工、天气、监测数据等多维数据的录入和保存。

（1）历史变形监测成果输入、整理与存档

系统将做好对监测资料进行汇集、审核、整理、编排工作，使之集中化、系统化、规格化和图表化，并刊印成册，便于应用分析，方便对监测数据的分析、决策和反馈。

历史数据搜集：

搜集城市轨道各线路的历史监测数据，另外，为了使存档信息更加全面，本系统支持多维信息的输入，实现隧道内外工况、天气、施工进度、监测断面、位移变形的一一对应，以有利于监测数据的分析，详细包含以下资料：

隧道基础信息数据库：

隧道内部的结构形式、病害调查的监测结果、典型病害照片等。

监测信息数据库：

城市轨道常规定期监测点位置及项目、变形量及变形速率等历史监测信息；外部施工项目的地铁保护专项监测信息，包括隧道内部地铁保护监测起止时间、使用仪器、监测方法、监测数据及图形等资料

隧道外施工项目基础信息数据库：

隧道外部施工项目的工程概况、施工进度安排、现场照片等信息

历史数据录入与存档：

针对历史变形监测成果的建档和存档，由于数据量庞大，数据格式繁杂多样、监测内容差异较大等问题，都会为建档和存档工作造成较大的困难，项目组拟建立的信息化管理系统可以很好的解决这一问题，系统应以计算机系统的快速输入和处理优势依托，通过编制整理输入、分类储存的内置程序及可视化操作界面完成此过程的自动化、提高工作效率，此过程主要包括以下步骤：

组织专家进行分析讨论确定对隧道结构安全影响因素的规律性分析有重要参考意义的参数。

根据确定的参数确定建档的类别，将系统的输入端按各参数类别分为不同的板块，每个板块设定固定的输入格式和输出路径。

将城市轨道所有的历史监测数据进行格式的调整，各工点、各监测单位保持统一

系统将统一格式后的数据分各个模块进行自动调用，系统自动进行分类

存储。

（2）当前监测数据输入、整理与存档

在系统建立以后，应为各个参与地铁保护的监测单位提供监测数据上传端口，监测单位按照既定频率上传监测数据和电子版报告、定期进行基准网校核，保证系统数据实时更新、实时反馈，通过将各个监测单位也纳入系统来实现城市轨道保护工作的统一化、规范化、自动化和科学化的目标，本系统要求各监测单位对使用仪器、监测方法、监测频率、监测精度等项目信息进行登记，监测完成后要求监测单位在12小时内上传监测原始数据、24小时内上传监测电子版报告（含变化曲线信息）。

本系统将要求各监测单位上传的文件格式必须是由仪器直接导出转换得来并且人工无法修改的文件，系统以上传此文件的频率来判断监测频率是否足够，保证数据的客观真实有效。

在系统建设过程中将进行监督管理，主要包括以下几项工作：

督促各监测单位按时递交自身变形监测数据，一旦有延迟，系统会自动发送短信到相关责任人。

检查原始记录和巡查记录准确性和完整性

监督使用设备是否在鉴定周期内、监测精度是否满足要求。

审查观测量的过程曲线图，并判断趋势，分析异常，如有异常或疑点应及时确认。

如影响地铁安全运行，及时上报，分析观测量的变化规律以及对地铁的影响，提出意见

对资料进行全面复核并附以说明。

本系统计划为各个工点的地铁保护监测单位提供数据上传端口，每个端口对

应一个项目，一旦监测单位未能及时上传数据，系统的主界面上将显示此工点的延迟信息，同时、系统会自动发送短信到相关责任人的手机上，以保证数据的及

时性。

42数据处理、分析功能

本系统的数据处理功能是为了对监测单位上传的原始数据进行再次计算、即

对监测单位的电子报告起一种校核作用，由有利于存储形式的统一。

本系统的数据经过处理后，可生成有助于分析的成果报表以及汇总表等帮助分析的材料，提供形象直观的监测成果，主要包括：

各工点施工情况进度表最大值分布统计表、变化速率最大值统计表

各工点各监测项目累计变化量、本月变化量以及两次同向变形最大值汇总表

各工点本月变化量和累计变化量最大值直方图

各工点两次同向变形最大值直方图

典型测点的变化值一一时间曲线、沉降断面曲线等变化趋势图结合工程实际情况提供其它分析图表（如等沉降值线图、测点的变化值随施工进展（或受力变化）变化曲线等）。

当发现有报警信息出现时，系统应自动发送短信到相关负责人，并在主界面上相应的地理位置显示红色，以示预警，警戒值分为预警值、报警值和控制值，不同的安全等级系统发出的警示短信也有所不同。

4.3.数据信息管理、查询和调用

数据信息管理功能汇总

监测信息录入之后，将以各种方式对数据进行分析处理：

（1）通过监测数据的计算机自动化管理，实现当出现对地铁影响判定为特、一级等对地铁有重大影响的外部项目时，能够快速完整的配合提供地铁既有结构的监测资料，供评估单位分析外部项目施工对地铁结构安全的风险及制定有效的保护方案。

（2）监控并自动提醒监测单位自行上传基准网校核报告，定期督促检查各监测单位是否进行基准网的检核工作。

（3）为地铁公司提供一个信息量丰富、可读性强的监管平台，此平台将城市轨道各条线路的监测信息全部融合在城市轨道线路图之中，各工点的安全状况分别根据监测数据情况自动更新为不同颜色，无论想知道那个工点的详细信息，只需在地铁线路图上点击相应位置即可。

（4）本系统可以查询和生成系统数据为报表格式，此功能将统一报告格式、规范监测手段、有利于监测数据的对比分析和整理。

本系统可查询和询问的内容有：

各工点施工情况进度表

各工点各监测项目累计变化量、本月变化量以及两次同向变形最大值汇总表

各工点本月变化量和累计变化量最大值直方图各工点两次同向变形最大值直方图

典型测点的变化值一一时间曲线、沉降断面曲线等变化趋势图结合工程实际情况提供其它分析图表（如等沉降值线图、测点的变化值随施工进展（或受力变化）变化曲线等）。

各工点监测单位基准点校核情况。

4.4.巡检计划管理

系统可根据管理部门地预先方案计划，自动为巡检员设置范围，详细包括了巡检路线、地点、时间、间隔、重要事项等内容。

也可对轨道交通线网分解到各人员的巡检计划，包括对人员，或对不同类型设施的不同周期和工作内容。

可根据巡检点的地理位置，巡检人员的工作能力，进行巡检路线的设置，并支持有序巡检检测和无序巡检检测两种检测方式。

并可进行周期设置，规定巡检

人员的巡检工作的周期，作为日后考核的依据

4.5.巡检查询统计

对巡检到位的查询方式提供包括时间，轨道交通线网名称，记录类型（正常,漏巡等）等组合的方式，还可以查询单个工作人员的巡视实施情况。

统计分析：

提供指定时间段内，或路线,，选择的巡视情况统计报表，通过百分比的形式准确反映巡视的相关情况，通过数值形式统计巡视量；统计单个工作人员的巡视实施情况。

所有的报表可以提供打印和输出（excel或数据库格式），可方便的导入其他系统。

4.6.可视化信息监管平台

本系统将提供直观的监控信息平台，将城市轨道各条线路的监测信息全部融合在城市轨道线路图之中，各工点的安全状况分别根据监测数据情况自动更新为不同颜色。

地保办无论想知道那个工点的详细信息，只需在地铁线路图上点击相应位置即可查询。

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地铁各线路安全状态示意图（数据承载平台）

为了形象和科学的显示各条地铁线路的安全状况，系统将警戒等级分为三级，根据不同的警戒等级采用不同的施工措施，并在地铁线路图中以不同的颜色区分显示，具体见表3、表4。

三级警戒（关注）

黄色

表3警戒等级划分表

等级

警戒标准

措施

安全状态

U<0.6Uo

三级警戒（关注）

O.6UoWU

需引起关注，对数据进行密切注视，分析数据的下一步发展趋势

二级警戒（预警）

O.7UoWU

口头报告，召开会议，写出书面报告和建议

一级警戒（报警）

U>Uo

进行现场调查，召开现场会议，研究应急措施，采取应急措施

注：

U）――报警值，U――实测值。

表4警戒等级划分表

数据一旦进入预警区或者报警区后，就以颜色区域显示，一目了然。

历史监测数据等输入条件配合提供方案

对重大影响类外部项目进行安全风险评估需要详尽的外部施工项目、地铁既

有结构的基础信息以及地铁结构的历史监测资料。

系统将地铁常规及专项监测资

料、外部施工项目及地铁隧道服役状况信息进行有序的分类，统一每个外部施工

项目录入基础信息及监测数据资料的内容、格式，以建立全面的外面项目基础信息及监测成果的数字档案，并提供便捷的搜索查询及输出格式功能，便于业主的管理及进行风险评估时的查询和调用。

4.7.报表统计

以历史积累的海量运营地铁安全监测数据和信息为基础，利用数据分析技术和知识挖掘技术的相关理论与方法，基于统计规律设定各项监测指标的预警范围为今后的监测预警提供依据，分析提取周边施工对地铁隧道影响的程度、模态、和规律等重要信息为今后的地铁保护工作提供支撑，确定一套运营地铁隧道监测数据的信息分析方法为今后的安全监测工作提供指南，从而充分利用好海量的监测数据，促进地铁安全保护工作水平提升，实现以下目标：

（1）对历史积累数据进行统计分析，获取各项监测指标的统计规律。

（2）采用数据分析方法和知识挖掘方法，分析提取周边施工的距离、深度和施工方法对地铁隧道影响的程度、模态、和规律等重要信息；

（3）提出一套地铁安全监测数据的数据分析和知识挖掘方法，规范今后的地铁安全监测工作的开展。

系统拟将计算机数据库的数据分析技术、知识发现和挖掘技术应用于地铁监测海量数据的信息提取之中，从目前已积累的海量数据库中提取规律和信息，获得周边施工对地铁影响的规律和模态，并形成监测数据的分析、处理方法规范指南，使监测数据在地铁结构安全保护中发挥更加重要的作用。

具体研究内容包括：

（1）历史监测数据的统计和分析：

对地铁公司历史积累的海量安全监测数据进行深度归类和整理，采用数据分析方法研究和总结数据在统计、信息熵、短期波动以及非稳态等方面的特性，获得各类监测数据和各项检测指标的关联性、周期性、匹配模式。

（2）周边施工与监测数据的关联性分析：

以挖掘周边施工的方案、方法与地铁监测数据之间的关联规则为目标，基于各类知识挖掘方法和关联性分析方

法，合理应用地铁隧道结构有关知识，获得并解释，周边施工据地铁隧道距离、深度、施工方法等造成地铁隧道的不同响应，提取周边施工对地铁隧道影响的程度、模态和规律等重要信息，并验证这些信息的可靠性和有效性。

（3）地铁安全监测数据分析方法的规范：

基于上两步工作效果，对行之有效的各类数据分析和知识挖掘方法进行整理，编制地铁监测数据的分析指南，规范今后的地铁安全监测工作。

拟采取的研究路径如下图：

拟采用的历史数据分析技术路线

系统目标是利用数据分析技术和知识挖掘技术的相关理论与方法，对历史积

累的海量运营地铁安全监测数据和信息进行研究和分析，获取这些监测中的单一

物理量及多物理量融合的统计规律、匹配模式、关联规则、周期模式，并利用结构知识分析和解释这些模式和规则，将海量数据提升为对地铁运营保护有潜在应用价值的信息，从而拓展地铁安全监测的实用功能，弥补目前存在的海量数据有限信息的不足。

分项研究目标包括：

（1）对历史积累数据进行统计分析，获取各项监测指标的统计规律；

（2）采用数据分析方法和知识挖掘方法，分析提取周边施工的距离、深度和施工方法对地铁隧道影响的程度、模态、和规律等重要信息；

（3）提出一套地铁安全监测数据的数据分析和知识挖掘方法，规范今后的地

铁安全监测工作的开展；

4.8.系统安全设置

系统设置多级权限，不同权限的功能有所不同。

系统管理员可以使用所有的功能，而对于一般用户，数据库维护、系统维护等一些涉及系统内部安全的设置功能将被限制使用。