趙振洋

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 測(cè)繪地理信息研究院，天津 300143）

為確保鐵路安全和平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)，鐵路運(yùn)營(yíng)部門需要定期對(duì)鐵路周邊一定范圍內(nèi)進(jìn)行定期巡視和隱患排查，當(dāng)前的鐵路外部環(huán)境主要是通過(guò)人工定期實(shí)地巡查的方式來(lái)完成，存在數(shù)據(jù)空間信息量缺失、自動(dòng)化、信息化水平低、數(shù)據(jù)不規(guī)范和作業(yè)模式落后等問(wèn)題，為鐵路的安全運(yùn)營(yíng)埋下了巨大的隱患。

針對(duì)以上問(wèn)題，國(guó)內(nèi)諸多鐵路工作者進(jìn)行了相關(guān)的研究和信息化的探索。文獻(xiàn)[1]深入分析鐵路沿線外部環(huán)境安全隱患成因，針對(duì)嚴(yán)峻的鐵路沿線外部環(huán)境安全現(xiàn)狀，從制度方面給出了鐵路沿線外部環(huán)境安全管控對(duì)策。文獻(xiàn)[2]構(gòu)建了重慶高鐵外部環(huán)境安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了防洪、防風(fēng)、滑坡坍塌等方面的鐵路外部環(huán)境問(wèn)題，但并未對(duì)全線的安全隱患諸如彩鋼房、取土挖沙等進(jìn)行系統(tǒng)性的管理。文獻(xiàn)[3]設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了鐵路外部環(huán)境安全管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)鐵路外部環(huán)境的閉環(huán)管理，該系統(tǒng)僅限于PC 端進(jìn)行使用，并無(wú)移動(dòng)端的配套巡檢系統(tǒng)。文獻(xiàn)[4]基于高分辨遙感變換檢測(cè)技術(shù)和北斗智能巡檢終端巡檢技術(shù)，開(kāi)展了京滬高鐵周邊環(huán)境安全隱患智能監(jiān)測(cè)體系研究，但未建設(shè)一個(gè)完整的應(yīng)用型平臺(tái)。

筆者在此基礎(chǔ)上，與相關(guān)鐵路運(yùn)營(yíng)單位進(jìn)行深度合作，深入研究鐵路外部環(huán)境管理工作業(yè)務(wù)流程，著力于鐵路沿線安全隱患的管理，制定了一套完整、規(guī)范化的工作流程,基于混合開(kāi)發(fā)模式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)PC 和移動(dòng)端全覆蓋的鐵路外部環(huán)境管控地理信息平臺(tái)，提升鐵路外部環(huán)境問(wèn)題管控水平。

1 混合開(kāi)發(fā)模式簡(jiǎn)介

混合開(kāi)發(fā)（Hybrid Development）技術(shù)，即是將傳統(tǒng)的C/S 架構(gòu)和B/S 架構(gòu)進(jìn)行深度融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同構(gòu)建一個(gè)高性能的平臺(tái)性應(yīng)用，具有跨平臺(tái)能力強(qiáng)、突破本地與網(wǎng)絡(luò)安全策略限制、兼容性好[5]界面美觀、更新迭代簡(jiǎn)單、知識(shí)產(chǎn)權(quán)安全開(kāi)發(fā)效率高[6]等優(yōu)點(diǎn)?；旌祥_(kāi)發(fā)模式PC 端混合模式采用基于Chromium 嵌入式框架的開(kāi)發(fā)方式，移動(dòng)端則采用Hybrid App 下的WebView 開(kāi)發(fā)作為依托。

1.1 Chromium 嵌入式框架

Chromium 嵌入式框架（CEF，Chromium Embedded Framework），簡(jiǎn)稱CEF 框架。它本質(zhì)上是一個(gè)基于谷歌瀏覽器內(nèi)核（Google Chromium）的Web browser 控 件[7]，支 持Windows、Linux、Mac 平 臺(tái)。CEF 框架基于谷歌瀏覽器開(kāi)源而來(lái)，很好的繼承了其簡(jiǎn)單、高速、安全等優(yōu)點(diǎn)，支持.net、Python、Java、Delphi 等主流語(yǔ)言進(jìn)行定制化開(kāi)發(fā)，其開(kāi)發(fā)成果具有與Chromium 近乎一樣的性能。

CEF 框架提供了一個(gè)用以代替原生WebBrowser控件的ChromeBrowser 控件，通過(guò)此控件可以便捷訪問(wèn)本地或者網(wǎng)絡(luò)的HTML 頁(yè)面，通過(guò)C#語(yǔ)言與JavaScript 的互相調(diào)用完成業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)者不僅可以通過(guò)代碼對(duì)網(wǎng)頁(yè)的各項(xiàng)事件進(jìn)行重載，還可以調(diào)用Chrome 商店的各類功能強(qiáng)大的插件或定制化開(kāi)發(fā)相關(guān)插件，滿足自身特殊化需求。

1.2 Hybrid App 下的WebView 開(kāi)發(fā)技術(shù)

Hybrid App 是指的介于Web App 和原生App 之間的一種混合式應(yīng)用[8]，使用客戶端語(yǔ)言（Android端主要為Java，IOS 端主要為OBJECT-C）和Web 語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，兼具Web App 的跨平臺(tái)性和原生App的良好的用戶體驗(yàn)，同時(shí)開(kāi)發(fā)成本和難度都較原生App 要低很多，是目前移動(dòng)端開(kāi)發(fā)最為流行的開(kāi)發(fā)模式。在Android 平臺(tái)下，Hybrid App 開(kāi)發(fā)模式主要圍繞WebView 控件開(kāi)展。

WebView 是一個(gè)Android SDK 中自帶的一個(gè)原生控件，它的主要作用是在移動(dòng)App 中實(shí)現(xiàn)Web 資源的加載，利用原生代碼為Web 提供所需本地軟硬件資源。WebView 開(kāi)發(fā)原理，如圖1 所示。

圖1 WebView 開(kāi)發(fā)原理

近年來(lái)，隨著移動(dòng)端應(yīng)用需求的持續(xù)增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)外許多公司也對(duì)WebView 進(jìn)行的進(jìn)一步的優(yōu)化。如TBS 騰訊瀏覽服務(wù)[9]采用內(nèi)核級(jí)替換的方式對(duì)移動(dòng)端WebView 進(jìn)行優(yōu)化，瀏覽速度、穩(wěn)定性及兼容性都有了一定的提升，也加入了一些諸如海量視頻格式支持、適屏排版、夜間模式等豐富的功能，逐漸成為國(guó)內(nèi)Android 開(kāi)發(fā)者的首選框架。

2 平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于混合開(kāi)發(fā)模式技術(shù)，研究完成了鐵路外部環(huán)境管控地理信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，主要包含了數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)以及功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.1.1 平臺(tái)數(shù)據(jù)介紹

平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)遵循數(shù)據(jù)獨(dú)立性高、共享度高、冗余度低和易擴(kuò)展移植的設(shè)計(jì)理念，將所有數(shù)據(jù)分為4 個(gè)子數(shù)據(jù)庫(kù)。

（1）鐵路空間地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)

主要鐵路線路的要素地理信息數(shù)據(jù)和鐵路外部環(huán)境隱患數(shù)據(jù)。第1 類數(shù)據(jù)主要包含鐵路精準(zhǔn)線位、百米標(biāo)矢量點(diǎn)數(shù)據(jù)、安全保護(hù)區(qū)等矢量數(shù)據(jù)。第2類數(shù)據(jù)為本平臺(tái)的核心數(shù)據(jù)——鐵路外部環(huán)境隱患地理空間數(shù)據(jù)。

（2）鐵路運(yùn)營(yíng)管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)

此類數(shù)據(jù)為鐵路運(yùn)營(yíng)管理的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，主要鐵路運(yùn)營(yíng)單位內(nèi)部工區(qū)、車間、站段的里程劃分范圍數(shù)據(jù)，其存儲(chǔ)形式為數(shù)據(jù)庫(kù)表格。

（3）鐵路周邊影像數(shù)據(jù)庫(kù)

鐵路沿線的高分影像，其存儲(chǔ)形式為GeoTiff 格式數(shù)據(jù)和切片格式。另還有基于天地圖的全球高清影像服務(wù)和矢量地圖數(shù)據(jù)[10]。

（4）元數(shù)據(jù)庫(kù)

為保障平臺(tái)數(shù)據(jù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)元數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)整個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)的標(biāo)識(shí)、結(jié)構(gòu)、內(nèi)容、狀況、規(guī)范及相關(guān)特征的描述進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.1.2 數(shù)據(jù)組織與設(shè)計(jì)方式

（1）Oracle Spatial 空間數(shù)據(jù)庫(kù)

本平臺(tái)中的鐵路空間地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和鐵路內(nèi)部管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一存放在標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)管理環(huán)境中[11]，其中，矢量數(shù)據(jù)以FeatureClass 形式存儲(chǔ)，非矢量表格數(shù)據(jù)以Table 形式存儲(chǔ)。

（2）ArcServer 海量地理數(shù)據(jù)管理

鐵路周邊影像數(shù)據(jù)使用ArcServer 地理數(shù)據(jù)管理方案進(jìn)行管理[12]，以時(shí)間節(jié)點(diǎn)為最小單元，將同一時(shí)間節(jié)點(diǎn)的影像數(shù)據(jù)制作柵格鑲嵌數(shù)據(jù)集，發(fā)布為符合OSG 標(biāo)準(zhǔn)的影像服務(wù)，以供調(diào)用。

（3）文件系統(tǒng)格式

針對(duì)本平臺(tái)中的元數(shù)據(jù)和相關(guān)音頻、圖像文檔等文件，采用文件格式對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.2 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 邏輯架構(gòu)

在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的支撐和約束下，平臺(tái)自下而上可分?jǐn)?shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層和用戶層[13]，具體如圖2 所示。

圖2 平臺(tái)整體架構(gòu)

（1）用戶層：設(shè)計(jì)具有多元性，主要面向以下幾類用戶：鐵路局一線巡檢人員、鐵路局車間或工區(qū)負(fù)責(zé)人、地方政府相關(guān)安全負(fù)責(zé)。

（2）應(yīng)用層：本平臺(tái)主要包含2 個(gè)子系統(tǒng)，分別是PC 端鐵路外部環(huán)境管控系統(tǒng)和移動(dòng)端鐵路周邊環(huán)境智能巡檢App。

（3）服務(wù)層：主要提供以下幾種服務(wù)：鐵路沿線高分衛(wèi)星地圖服務(wù)、鐵路定位服務(wù)（包括鐵路里程、偏距、方位、工區(qū)、車間、工務(wù)段等隸屬信息）、鐵路周邊風(fēng)險(xiǎn)源查詢服務(wù)。

（4）數(shù)據(jù)層：具體見(jiàn)2.1 節(jié)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)部分。

2.2.2 物理架構(gòu)

平臺(tái)將數(shù)據(jù)庫(kù)及云計(jì)算模塊統(tǒng)一存放在服務(wù)器端，用戶使用PC 客戶端或者移動(dòng)客戶端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與服務(wù)器建立加密通信[14]。物理架構(gòu)圖，如圖3 所示。

圖3 平臺(tái)物理架構(gòu)

為保證了數(shù)據(jù)的安全性和私密性將數(shù)據(jù)存放于服務(wù)器，同時(shí)將復(fù)雜的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理流程交由服務(wù)器進(jìn)行也能減輕客戶端的壓力，減少對(duì)客戶機(jī)的性能需求，使整個(gè)平臺(tái)的適用性和經(jīng)濟(jì)性增強(qiáng)。

2.3 功能模塊設(shè)計(jì)

根據(jù)鐵路外部環(huán)境管控的實(shí)際業(yè)務(wù)需求，將整個(gè)平臺(tái)分為PC 端鐵路外部環(huán)境管控系統(tǒng)和移動(dòng)端鐵路周邊環(huán)境智能巡檢App 兩個(gè)子系統(tǒng)，功能模塊分別，如表1 所示。

表1 平臺(tái)功能模塊

2.4 平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)介紹

2.4.1 移動(dòng)GIS 技術(shù)

GIS 具有強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理和分析能力，移動(dòng)GIS 技術(shù)在現(xiàn)有GIS 優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，憑借其多終端、移動(dòng)性和服務(wù)實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)備受開(kāi)發(fā)者的青睞。系統(tǒng)從空間、時(shí)間和社會(huì)屬性等全方面的對(duì)鐵路的外部隱患進(jìn)行管控，依托ArcServer 平臺(tái)和Oracle Spatial 空間數(shù)據(jù)庫(kù)，采用Openlayers 地圖框架對(duì)問(wèn)題庫(kù)進(jìn)行全方位管理，將移動(dòng)GIS 技術(shù)深入應(yīng)用到鐵路外部環(huán)境管控中。

2.4.2 高度自動(dòng)化的問(wèn)題信息計(jì)算提取技術(shù)

鐵路外環(huán)境問(wèn)題屬性復(fù)雜，為盡可能的減少鐵路外環(huán)境管理人員的維護(hù)工作量，本系統(tǒng)在深入分析鐵路外環(huán)境工作業(yè)務(wù)流程的基礎(chǔ)上，對(duì)鐵路基礎(chǔ)運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行了特殊化處理，實(shí)現(xiàn)了鐵路外環(huán)境問(wèn)題屬性信息的高度自動(dòng)化提?。喝缋锍谭秶⒐?wù)段、車間、線路、區(qū)間信息、線路形式、風(fēng)口信息、車站范圍、是否路內(nèi)外、是否安保區(qū)、面積、所屬行政區(qū)、鐵路地方雙段長(zhǎng)信息等均可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化提取。

3 平臺(tái)應(yīng)用介紹

平臺(tái)建設(shè)完成后，于2019 年12 月在某鐵路局高鐵工務(wù)段展開(kāi)實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用。鐵路外環(huán)境專項(xiàng)整治期間，完成了鐵路局管內(nèi)高速鐵路外部環(huán)境7 000 余處隱患問(wèn)題的建檔和管理工作，其中，工務(wù)段管理人員通過(guò)系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析功能對(duì)路外環(huán)境隱患問(wèn)題有了詳盡的掌握，多次依托本平臺(tái)進(jìn)行鐵路局管內(nèi)鐵路外部環(huán)境問(wèn)題的相關(guān)匯總，與地方政府溝通交流，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題銷號(hào)近四千條。一線巡檢人員采用移動(dòng)巡檢終端，實(shí)現(xiàn)了對(duì)每個(gè)問(wèn)題的現(xiàn)場(chǎng)巡查，累積上傳隱患現(xiàn)場(chǎng)照片3 萬(wàn)余張，有力的推動(dòng)了該鐵路局內(nèi)鐵路外部環(huán)境整治工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究建立了一套完整的鐵路外部管控綜合解決方案，并為之設(shè)計(jì)和搭建了鐵路外部環(huán)境管控地理信息平臺(tái)。平臺(tái)采用混合開(kāi)發(fā)模式，實(shí)現(xiàn)了鐵路外部環(huán)境問(wèn)題的鐵路內(nèi)外互聯(lián)互通和分級(jí)管理，將問(wèn)題管理和GIS 技術(shù)相結(jié)合，提高了問(wèn)題管理的科學(xué)性和信息化程度，摒棄傳統(tǒng)人工作業(yè)模式，采用移動(dòng)智能終端進(jìn)行外業(yè)巡檢，提高了外業(yè)問(wèn)題記錄的精確程度和自動(dòng)化程度。目前，平臺(tái)已在實(shí)踐中取得了良好的效果，下一步，筆者將繼續(xù)探究平臺(tái)中高分影像動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[15]、二維碼等先進(jìn)技術(shù)手段的應(yīng)用，相信隨著其深層次發(fā)展，可以建立新的鐵路外部環(huán)境管控標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程和規(guī)范，為鐵路運(yùn)營(yíng)單位的外部環(huán)境管控工作提供良好的借鑒。