摘 ?要：橋上軌道線路的線形會(huì)隨著橋梁墩臺(tái)及路基的位移發(fā)生變化，當(dāng)線形變化嚴(yán)重時(shí)會(huì)危害行車安全。準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)橋上鐵路橋墩位移、路基位移對(duì)軌道線形的影響有利于監(jiān)測(cè)線路狀態(tài)，保障既有線路的安全運(yùn)行。文章開發(fā)了一套高鐵線形智能化信息系統(tǒng)，可根據(jù)墩臺(tái)及路基位移變化計(jì)算線形變化，對(duì)軌道線形進(jìn)行良好的預(yù)測(cè)與控制，方便工務(wù)人員進(jìn)行管理。文章介紹了該系統(tǒng)的開發(fā)原理及小程序、Web端頁面使用方法。

關(guān)鍵詞：高鐵鄰線施工監(jiān)測(cè);線形預(yù)測(cè);智能化管理;軟件開發(fā)

中圖分類號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2021）13-0058-05

Development and Utilization of Intelligent Information System for High Speed Railway Alignment

WANG Gang

（Shanghai Donghua Local Railway Development Co.， Ltd.， Shanghai ?200070， China）

Abstract： The alignment of track line on bridge will change with the displacement of bridge pier and subgrade. When the alignment changes seriously， it will endanger the traffic safety. Accurately predicting the influence of bridge pier displacement and subgrade displacement on track alignment is conducive to monitoring the line status and ensuring the safe operation of existing lines. In this paper， an intelligent information system for high-speed railway alignment is developed， which can calculate the alignment change according to the displacement change of pier and subgrade， predict and control the track alignment well， and facilitate the management of track maintenance personnel. This paper introduces the development principle of the system and the usage method of small program and web page.

Keywords： high speed railway adjacent line construction monitoring; alignment prediction; intelligent management; software development

0 ?引 ?言

當(dāng)軌道線路的下部結(jié)構(gòu)即橋墩或路基發(fā)生位移變化時(shí)，不可避免地會(huì)對(duì)軌道線路產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)行車安全產(chǎn)生危害，因此必須對(duì)下部結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制，同時(shí)對(duì)鐵路軌道狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。目前我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范[1]中對(duì)于高速鐵路軌道狀態(tài)的評(píng)價(jià)均是通過測(cè)量軌道線形即幾何不平順值來確定的，但現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)手段無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)高速鐵路線路軌道結(jié)構(gòu)的幾何狀態(tài)，只能通過監(jiān)測(cè)橋墩墩臺(tái)、路基等其他結(jié)構(gòu)沉降進(jìn)行間接測(cè)量。因此，準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)橋墩、路基等軌道下部結(jié)構(gòu)位移同時(shí)間接計(jì)算軌道線性變化對(duì)于保障既有線路的安全運(yùn)行具有重要的意義。然而由于間接計(jì)算過程較為復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)難以進(jìn)行計(jì)算控制，這為工務(wù)人員進(jìn)行線形的管理與預(yù)測(cè)帶來了極大的挑戰(zhàn)。為簡(jiǎn)化計(jì)算流程，方便高效地得到鋼軌線形隨下部結(jié)構(gòu)的位移變化而變化的規(guī)律及計(jì)算結(jié)果，本文開發(fā)了一套高鐵線形智能化信息系統(tǒng)?？梢赃_(dá)到對(duì)于軌道線路下部結(jié)構(gòu)的橋墩及路基位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)根據(jù)其軌道線形的影響設(shè)置了橋墩及路基位移變化的最大限值，對(duì)于超限坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警處理，滿足了對(duì)于線路與結(jié)構(gòu)位移變化監(jiān)測(cè)的可視化要求，符合當(dāng)今智能化工務(wù)的潮流。該控制系統(tǒng)包含微信小程序端及Web網(wǎng)頁端，使用方便快捷，有效地提高了鐵路工務(wù)人員的工作效率。

1 ?系統(tǒng)分析

1.1 ?系統(tǒng)開發(fā)原理

本系統(tǒng)開發(fā)原理主要依據(jù)橋墩位移及路基位移求解軌道線形的數(shù)據(jù)處理方法。主要包括橋梁段數(shù)據(jù)處理方法以及路基段數(shù)據(jù)處理方法。

橋梁段路基處理方法主要計(jì)算求出橋墩的單墩位移以及雙墩位移值。單墩位移包含了單墩橫向位移和單墩垂向位移，雙墩位移包含了雙墩橫向錯(cuò)臺(tái)和雙墩垂向錯(cuò)臺(tái)。主要原理是利用了各橋墩間的幾何尺寸關(guān)系，導(dǎo)入橋墩監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的原始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)而求出監(jiān)測(cè)點(diǎn)處橋墩的位移值以及累計(jì)變化值。同時(shí)利用解析解法與有限元法得出橋墩位移與軌道幾何尺寸的關(guān)系，確定使得軌道線形不發(fā)生較大變形的橋墩位移最大限值，將其設(shè)為報(bào)警值，當(dāng)橋墩位移超出該值后則進(jìn)行報(bào)警處理。

路基段數(shù)據(jù)處理方法主要是依據(jù)測(cè)得的路基段水平變化值和垂直變化值，通過在CAD圖中導(dǎo)出坐標(biāo)的方式，得到了路基段每隔0.5 m的測(cè)點(diǎn)的原坐標(biāo)?，F(xiàn)坐標(biāo)需要通過原坐標(biāo)與測(cè)點(diǎn)的變化值相結(jié)合求得。并利用相關(guān)幾何線形關(guān)系推導(dǎo)出路基段10 m弦指標(biāo)與20 m弦指標(biāo)，通過弦指標(biāo)的數(shù)值來判斷路基段位移是否超限。并將路基段變化值的最大限值設(shè)為報(bào)警值，當(dāng)路基位移變化值大于報(bào)警值后進(jìn)行報(bào)警處理。

該系統(tǒng)是將上述算法內(nèi)容進(jìn)行了編程操作，通過代碼實(shí)現(xiàn)，可以達(dá)到對(duì)于橋墩與路基進(jìn)行實(shí)時(shí)可視化位移監(jiān)測(cè)管理，并篩選超限值。

1.2 ?系統(tǒng)功能描述

該系統(tǒng)按照使用場(chǎng)景的不同劃分為兩個(gè)端：微信小程序端和Web管理后臺(tái)端。小程序端的使用者主要為各工務(wù)段的工程師。工程師根據(jù)需求查看路基和橋墩的各種數(shù)據(jù)以及計(jì)算出來的軌道線形數(shù)據(jù);Web管理端使用者主要為管理人員。通過電腦對(duì)路基橋墩進(jìn)行管理，篩選里程查看路基的監(jiān)測(cè)點(diǎn)或橋墩的檢測(cè)點(diǎn)。同時(shí)也可進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。篩選里程，選擇類型后查看對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)詳情：測(cè)量的時(shí)間、測(cè)量的數(shù)據(jù)（順向水平、橫向水平、豎向）以及對(duì)比多次測(cè)量的數(shù)據(jù)，也可以導(dǎo)入初始數(shù)據(jù)、路基數(shù)據(jù)、橋墩數(shù)據(jù)。Web端還設(shè)置預(yù)警管理設(shè)置，其可設(shè)置各路基點(diǎn)計(jì)算結(jié)果預(yù)警值、橋墩點(diǎn)計(jì)算結(jié)果預(yù)警值-單墩、橋墩點(diǎn)計(jì)算結(jié)果預(yù)警值-雙墩、偏差預(yù)警值，當(dāng)線形計(jì)算結(jié)果超出預(yù)警值后進(jìn)行報(bào)警。小程序端及Web端功能示意圖如圖1所示。

該系統(tǒng)數(shù)據(jù)來源主要通過后臺(tái)中數(shù)據(jù)管理導(dǎo)入初始數(shù)據(jù)、路基數(shù)據(jù)、橋墩數(shù)據(jù)，導(dǎo)入格式為：Excel文件（路基點(diǎn)、上行檢測(cè)點(diǎn)、下行檢測(cè)點(diǎn)、點(diǎn)號(hào)、相對(duì)坐標(biāo)x、相對(duì)坐標(biāo)y）或（橋墩點(diǎn)、一號(hào)檢測(cè)點(diǎn)、二號(hào)檢測(cè)點(diǎn)、三號(hào)檢測(cè)點(diǎn)）。

2 ?系統(tǒng)小程序端操作界面設(shè)計(jì)及主要功能

小程序端操作頁面主要包括橋墩端與路基端，可以對(duì)橋墩路基位移變化進(jìn)行可視化管理，同時(shí)對(duì)超限指標(biāo)進(jìn)行報(bào)警處理，下面主要針對(duì)該軟件小程序端主要功能進(jìn)行介紹。

2.1 ?路基

2.1.1 ?路基頁面介紹

在小程序端首頁點(diǎn)擊路基模塊，選擇里程、列車方向、測(cè)試時(shí)間，圖下數(shù)據(jù)會(huì)隨著選擇目標(biāo)值的變化而變化，同時(shí)可以直接查看由內(nèi)部算法計(jì)算好的水平10 m弦變化，點(diǎn)擊右上角圖標(biāo)，切換橫圖數(shù)據(jù)頁。路基頁面如圖2所示，路基-路線橫屏頁如圖3所示。

2.1.2 ?路基點(diǎn)操作

在路基首頁點(diǎn)擊“搜索框”，跳轉(zhuǎn)到路基點(diǎn)搜索頁，如圖4所示，其包含所有規(guī)定里程內(nèi)的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。同時(shí)點(diǎn)擊列表數(shù)據(jù)，可跳轉(zhuǎn)到目標(biāo)路基監(jiān)測(cè)點(diǎn)詳情頁，其包含該測(cè)點(diǎn)的水平10 m弦數(shù)據(jù)、垂直10 m弦數(shù)據(jù)，以及歷史走勢(shì)。如圖5所示。

2.1.3 ?路基偏差點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

在首頁路基模塊中，點(diǎn)擊“水平10 m弦”版塊，可以跳轉(zhuǎn)到路基差點(diǎn)統(tǒng)計(jì)頁，其包含水平10 m弦超限的所有警示點(diǎn)信息，如：里程點(diǎn)號(hào)、水平10 m弦數(shù)據(jù)以及每次測(cè)量的時(shí)間、位移偏差結(jié)果等，具體如圖6所示。

2.2 ?橋墩

2.2.1 ?橋墩頁面介紹

在首頁點(diǎn)擊橋墩模塊，選擇里程、點(diǎn)號(hào)、墩數(shù)、橋、測(cè)試時(shí)間，圖下數(shù)據(jù)會(huì)隨著選擇目標(biāo)值的變化而變化，可查看橫向水平累計(jì)變化、橫向水平等，橋墩頁面如圖7所示。點(diǎn)擊各版塊右上角圖標(biāo)，切換橫圖數(shù)據(jù)頁，其包含目標(biāo)里程內(nèi)的橋墩可視化的位移變化值，以及位移變化值隨里程的變化規(guī)律，橫圖數(shù)據(jù)頁如圖8所示。

2.2.2 ?橋墩點(diǎn)操作

在橋墩首頁點(diǎn)擊“搜索框”，跳轉(zhuǎn)到橋墩點(diǎn)搜索頁，其包含所有目標(biāo)里程內(nèi)的橋墩點(diǎn)測(cè)量信息以及超限情況，搜索頁面如圖9所示。點(diǎn)擊具體監(jiān)測(cè)點(diǎn)里程后，可跳轉(zhuǎn)到橋墩監(jiān)測(cè)點(diǎn)詳情頁，其包含改點(diǎn)橋墩橫向、豎向、順向的全部位移信息以及歷史走向，詳情頁面如圖10所示。

3 ?系統(tǒng)Web端操作界面設(shè)計(jì)及主要功能

Web網(wǎng)頁端相較于小程序端主要起到后臺(tái)信息管理的功能，可以實(shí)現(xiàn)路基橋墩數(shù)據(jù)查看與編輯、導(dǎo)入測(cè)量數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)以及設(shè)置預(yù)警值功能，下面將對(duì)Web端主要功能進(jìn)行介紹。

3.1 ?數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理是對(duì)于橋墩與路基的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看、編輯以及導(dǎo)入。在頁面中可選擇類型切換路徑/橋墩，查詢對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)列表，其包含目標(biāo)里程內(nèi)的所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)信息，如圖11所示。在數(shù)據(jù)列表右側(cè)點(diǎn)擊“查看”按鈕，彈出“查看詳情”頁，可查看該監(jiān)測(cè)點(diǎn)詳細(xì)的里程信息與位移測(cè)量數(shù)據(jù)，如圖12所示。數(shù)據(jù)導(dǎo)入可通過右上角“導(dǎo)入初始數(shù)據(jù)”或“導(dǎo)入路基數(shù)據(jù)”實(shí)現(xiàn)。

3.2 ?預(yù)警值設(shè)置

預(yù)警值的設(shè)置可幫助軟件小程序端對(duì)于超限數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警處理。其可設(shè)置路基點(diǎn)計(jì)算結(jié)果預(yù)警值、橋墩點(diǎn)計(jì)算結(jié)果預(yù)警值-單墩、橋墩點(diǎn)計(jì)算結(jié)果預(yù)警值-雙墩、偏差預(yù)警值，點(diǎn)擊“保存設(shè)置”，即可保存。預(yù)警值設(shè)置頁面如圖13所示。

4 ?結(jié) ?論

本文開發(fā)了一套利于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行軌道線性管理的智能化系統(tǒng)，主要根據(jù)軌道下部結(jié)構(gòu)位移變化推導(dǎo)軌道線形以及10 m弦、20 m弦數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)設(shè)定的預(yù)警值，在某工況下一旦超出預(yù)警值將進(jìn)行報(bào)警，顯示相關(guān)坐標(biāo)信息。本系統(tǒng)原理主要依賴于下部結(jié)構(gòu)的幾何尺寸關(guān)系，對(duì)于橋梁段，根據(jù)測(cè)量橋墩的位移變化計(jì)算出單墩與雙墩的位移值;而針對(duì)路基段則根據(jù)原始坐標(biāo)和測(cè)得的路基段水平變化值和垂直變化值推出現(xiàn)坐標(biāo)，并利用相關(guān)幾何線形關(guān)系求解出路基段10 m弦指標(biāo)與20 m弦指標(biāo)。通過對(duì)該原理進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)，則能夠僅輸入軌道下部結(jié)構(gòu)位移值，自動(dòng)計(jì)算線形變化，并對(duì)下部結(jié)構(gòu)位移超限值進(jìn)行報(bào)警處理。該系統(tǒng)包括兩個(gè)數(shù)據(jù)端，小程序端可以實(shí)時(shí)查看橋墩及路基的單次測(cè)量位移變化值、累計(jì)位移值，以及計(jì)算得到的10 m弦數(shù)據(jù);Web網(wǎng)頁端可以進(jìn)行原始數(shù)據(jù)及其他部分?jǐn)?shù)據(jù)的導(dǎo)入、編輯與查看，同時(shí)也可以設(shè)定報(bào)警值。本文介紹了該系統(tǒng)的開發(fā)原理、功能描述以及小程序端、Web網(wǎng)頁端的頁面設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的開發(fā)為工務(wù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)軌道線形管理提供了便利，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)工作效率與監(jiān)測(cè)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國(guó)鐵道部.高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則（試行）：鐵運(yùn)〔2012〕83號(hào) [S].北京：中國(guó)鐵道出版社出版，2012.

[2] 任碧能.地鐵線路數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究 [J].鐵道勘察，2017，43（6）：81-83+87.

[3] 韓闖.基于MATLAB的數(shù)字軌道建模研究 [D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2017.

[4] 劉春艷.上海軌道交通數(shù)字化監(jiān)護(hù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].大連：大連理工大學(xué)，2013.

[5] 郝建旭.光纜線路巡查數(shù)字化移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].廣播電視網(wǎng)絡(luò)，2020，27（8）：52-54.

作者簡(jiǎn)介：王綱（1972—），男，漢族，上海人，高級(jí)工程師，學(xué)士學(xué)位，研究方向：土木工程、軌道交通結(jié)構(gòu)施工等。