解亞龍，王萬齊，沈海燕，岳 亮，劉國躍，王志華，楊玲玲，魯玉龍

(1.中國鐵道科學研究院集團有限公司電子計算技術研究所,北京 100081; 2.北京鐵科英邁技術有限公司,北京 100081; 3.北京經(jīng)緯信息技術有限公司,北京 100081)

截至2021年年底,全國鐵路營業(yè)里程突破15萬km,其中高速鐵路(以下簡稱“高鐵”)超過4萬km。為保證高鐵在復雜多變環(huán)境下高速、安全、持久地運行,必須在高速運行條件下,實時對列車、線路設備、路網(wǎng)狀況進行質量和安全狀態(tài)監(jiān)控,主動預防并處置各種安全隱患,確保各系統(tǒng)協(xié)調、安全地運行。高速綜合檢測車是我國高鐵基礎設施檢測的重要技術裝備,是完成高鐵營業(yè)線周期性檢測、新建高鐵投入運營前聯(lián)調聯(lián)試、大型綜合性科研試驗等基礎設施檢測工作的主要檢測手段和技術力量[1-2]。

隨著智能京張、智能京雄高鐵建設的全面啟動,以及5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈、云計算、大數(shù)據(jù)、邊緣計算等先進技術在高鐵各專業(yè)領域研發(fā)應用的廣度和深度的持續(xù)擴大,標志著我國高速鐵路向智能化方向邁進[3]。結合高速綜合檢測車的任務目標,研究面向高速綜合檢測車多源信息融合集成平臺及其關鍵技術,對多來源、多維度、多專業(yè)的信息進行融合、集成及分析應用,為提升我國高鐵聯(lián)調聯(lián)試技術、基礎設施綜合檢測技術的創(chuàng)新水平提供新的方法和手段[4]。

1 研究背景

1.1 我國高速綜合檢測車的發(fā)展及作用

自2003年起,我國開始研制高速綜合檢測車,2007年第一列200 km/h綜合檢測列車裝備投入使用,至今已投入運營14列。我國高速綜合檢測車的發(fā)展主要經(jīng)歷了各專業(yè)檢測車、安全綜合檢測車、高速綜合檢測車3個階段。檢測內容由單一的專項檢測向更多專業(yè)、更全面的綜合檢測擴展,檢測速度也達到列車運行速度,檢測目的發(fā)展到不僅要保障運營安全,而且要指導養(yǎng)護維修、動態(tài)資產(chǎn)管理的新階段[5-6]。

高鐵由多個系統(tǒng)組成,包括供變電、接觸網(wǎng)、動車組、通信、信號、路基、橋梁、軌道、客運服務等子系統(tǒng)。高鐵建設是一個涵蓋“設計-建設-運維”等多環(huán)節(jié)、多參與方、多專業(yè)的全生命周期動態(tài)管控過程。在建設階段,驗證高鐵設計是否達標、開通運營是否滿足條件方面,聯(lián)調聯(lián)試發(fā)揮著重要作用。在運維階段,高鐵基礎設施的周期性檢測(也稱“日常檢測”)是保障動車組運行安全的必要手段[7-8]。

高速綜合檢測車是高鐵聯(lián)調聯(lián)試和日常檢測最重要的移動檢測設備之一。通過搭載數(shù)十種傳感器及各種專項檢測設備,在高速運行條件下,實現(xiàn)對軌道、接觸網(wǎng)、通信、信號等系統(tǒng)數(shù)百個參數(shù)高精度、高可靠的實時測量,綜合檢測能力和檢測精度達到世界一流水平。聯(lián)調聯(lián)試通過采用高速綜合檢測車等檢測設備,以不同速度等級在線路上往返運行,反復檢測、調試、驗證各系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)間匹配關系,使各子系統(tǒng)的功能和結構完整、合理,使高速鐵路整體系統(tǒng)功能達到最優(yōu)。運維階段基礎設施日常檢測也是借助于高速綜合檢測車進行等速綜合檢測,并對檢測數(shù)據(jù)進行分析,評價基礎設施的狀態(tài)變化,為高鐵運營安全評估和養(yǎng)護維修提供技術支撐[9-11]。

1.2 高速綜合檢測車多源信息融合現(xiàn)狀

高速綜合檢測車的兩大主要任務是高鐵日常檢測和聯(lián)調聯(lián)試。目前,高速綜合檢測車上部署的各專業(yè)檢測系統(tǒng)信息不能共享、系統(tǒng)間缺乏協(xié)同聯(lián)動、單點強而全局弱,缺少各專業(yè)之間、專業(yè)與外部環(huán)境之間的關聯(lián)分析及集中融合展示。缺少有效的現(xiàn)場決策指揮技術手段,缺少新建鐵路工程及基礎設施設備綜合監(jiān)控、多專業(yè)融合分析的可視化信息融合集成平臺。

陶凱等[12]基于大數(shù)據(jù)技術設計并實現(xiàn)了鐵路基礎設施檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)管理和集成分析服務平臺,打破各專業(yè)、各應用系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)壁壘,進行數(shù)據(jù)資源的整合,實現(xiàn)基礎設施故障診斷、故障預測、狀態(tài)評價等大數(shù)據(jù)分析應用。該平臺對各專業(yè)歷史檢測數(shù)據(jù)進行接入、存儲、分析與治理,部署在地面中心,未涉及日常檢測的實時檢測數(shù)據(jù)以及聯(lián)調聯(lián)試階段的檢測數(shù)據(jù)集成與管理。

楊東盛等[13]研究設計高鐵聯(lián)調聯(lián)試數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),通過將前置系統(tǒng)與大數(shù)據(jù)服務端分離部署,提供一個數(shù)據(jù)匯集、分析應用和共享服務的平臺,實現(xiàn)聯(lián)調聯(lián)試多專業(yè)、多類型數(shù)據(jù)的集中采集、自動匯集和分類共享。該系統(tǒng)為數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),未涉及檢測數(shù)據(jù)多源融合分析及可視化集成展示。

王萬齊等[14-15]基于CRH380AJ-0203、CRH380AJ-2818高速綜合檢測車研發(fā)聯(lián)調聯(lián)試車載集成平臺,實現(xiàn)了高鐵聯(lián)調聯(lián)試檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯聚、存儲,在多源異構系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)融合等方面進行探索,并突破系列關鍵技術,順利完成京張、京雄高鐵等線路的聯(lián)調聯(lián)試工作,該平臺滿足聯(lián)調聯(lián)試模式,部署在高速綜合檢測車上,但未涉及日常檢測業(yè)務。

因此,基于聯(lián)調聯(lián)試車載集成平臺,以日常檢測及聯(lián)調聯(lián)試兩種業(yè)務模式為依托,綜合考慮大屏及硬件設備,深入研究面向高速綜合檢測車的多源信息融合集成關鍵技術及平臺研發(fā),不僅滿足高鐵基礎設施檢測監(jiān)測可視化、智能化管理需求,而且為實現(xiàn)日常檢測、聯(lián)調聯(lián)試智能檢測、無人值守目標奠定技術基礎,不斷提升我國高速鐵路技術創(chuàng)新水平。

2 總體設計

2.1 建設目標

以鐵路信息化總體規(guī)劃為指導,以智能高鐵發(fā)展為方向,以提升高鐵聯(lián)調聯(lián)試技術創(chuàng)新水平以及高鐵基礎設施智能運維水平為目標,利用多源信息融合、跨平臺互聯(lián)互通及信息共享、多維可視化信息集成、BIM+GIS數(shù)字孿生等關鍵技術,構建以高速綜合檢測車為載體,集數(shù)據(jù)采集匯聚、信息融合分析、多圖協(xié)同聯(lián)動、集成綜合展示為一體的多源信息融合集成平臺,實現(xiàn)實時檢測監(jiān)測、異常自動報警、數(shù)據(jù)趨勢分析、安全態(tài)勢推演,挖掘數(shù)據(jù)價值、及時洞察潛在風險,提高基礎設施養(yǎng)護維修效率、降低運維成本,提升精準研判、科學決策水平,為我國高鐵安全運營提供技術支撐。

2.2 總體架構

高速綜合檢測車多源信息融合集成平臺(以下簡稱“平臺”)總體架構如圖1所示,由下至上分為外部系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)資源層、業(yè)務應用層、可視化平臺層、大屏展示層。外部系統(tǒng)層包括軌道、加速度、輪軌力、弓網(wǎng)、通信、信號等車載專業(yè)檢測系統(tǒng),工務專業(yè)、供變電、綜合接地等地面專業(yè)檢測系統(tǒng),以及時空同步系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、車地無線傳輸系統(tǒng)、鐵路工程管理平臺等其他系統(tǒng),主要為數(shù)據(jù)資源層提供相應數(shù)據(jù)資源。數(shù)據(jù)資源層通過數(shù)據(jù)接口、文件接口,以及人工錄入等方式將數(shù)據(jù)接入,包括日常檢測數(shù)據(jù)、聯(lián)調聯(lián)試數(shù)據(jù)、建設期數(shù)據(jù)、公共基礎數(shù)據(jù)、BIM/GIS數(shù)據(jù)、視頻等數(shù)據(jù),并經(jīng)過數(shù)據(jù)匯集、存儲、治理、分析、共享等數(shù)據(jù)處理手段,將數(shù)據(jù)轉換成業(yè)務應用層數(shù)據(jù)。業(yè)務應用層實現(xiàn)日常檢測和聯(lián)調聯(lián)試兩種模式的功能應用。可視化平臺層提供大屏管控、組件庫管理、場景模板管理、交互設計、視覺設計服務,為大屏展示提供前提和基礎。大屏展示層采用多維數(shù)據(jù)可視化技術,通過“一張屏(大屏)、多張圖(BIM+GIS 3D圖、GIS 2D圖、設備狀態(tài)綜合圖)”的展示形式,為用戶提供多維度、多層次的數(shù)據(jù)可視化手段。

圖1 高速綜合檢測車多源信息融合集成平臺總體架構

2.3 功能設計

平臺按照日常檢測和聯(lián)調聯(lián)試兩種工作模式的相同之處,以及兩種模式下檢測專業(yè)及檢測重點等不同,同時考慮大屏、PC端等終端接入顯示,設計了八大功能模塊,主要包括:BIM信息融合、GIS信息融合、基礎設施融合、視頻融合、線路概況、系統(tǒng)管理、車載專業(yè)融合、地面專業(yè)融合(車載專業(yè)統(tǒng)計分析)。BIM信息融合模塊包括“車-模”實時聯(lián)動、建設期數(shù)據(jù)關聯(lián)、檢測超限值報警、地面測點定位、重點構筑物漫游;GIS信息融合包括列車位置追蹤、圖數(shù)協(xié)同聯(lián)動、線路質量表達、實時檢測報警、歷史交路回放;基礎設施設備融合包括多專業(yè)數(shù)據(jù)疊加、動靜態(tài)信息融合、設備綜合圖自動繪制、超限值自動報警、多專業(yè)協(xié)同聯(lián)動;視頻融合包括環(huán)境視頻(車頭視頻、車尾視頻)、弓網(wǎng)視頻;線路概況包括線路基本信息、實時速度里程、檢測計劃展示;車載專業(yè)融合包括工務專業(yè)(軌道狀態(tài)、輪軌力、加速度)、供電專業(yè)(接觸網(wǎng))、電務專業(yè)(通信、信號)數(shù)據(jù)融合及分析;統(tǒng)計分析包括軌道幾何狀態(tài)趨勢、軌檢大值偏差統(tǒng)計、接觸網(wǎng)缺陷趨勢、接觸網(wǎng)缺陷統(tǒng)計、信息設備問題統(tǒng)計、通信問題統(tǒng)計;地面專業(yè)融合包括軌道、道岔、路基、橋梁、隧道、供變電、綜合接地、電磁環(huán)境、客運服務、災害監(jiān)測、綜合視頻、振動噪聲、聲屏障專業(yè)數(shù)據(jù)融合及分析。功能架構如圖2所示。

圖2 高速綜合檢測車多源信息融合集成平臺功能架構

2.4 界面設計

平臺綜合考慮大屏的尺寸、分辨率、展示內容、展示效果等因素,依據(jù)業(yè)務需求主-次-輔優(yōu)先級原則:主要指標位于屏幕中央,次要指標位于屏幕兩例,輔助指標不顯示或鼠標經(jīng)過時顯示,對屏幕劃分為六大區(qū)域,如圖3所示。

圖3 高速綜合檢測車多源信息融合集成平臺功能區(qū)域劃分

(1)區(qū)域1:系統(tǒng)LOGO名稱及菜單欄目。

根據(jù)高速綜合檢測車當前的檢測模式,通過日常檢測和聯(lián)調聯(lián)試菜單進行切換。通過系統(tǒng)管理菜單進入管理頁面,進行線路基礎信息維護等操作。

(2)區(qū)域2:線路概況。

日常檢測模式:對檢測線路名稱、行別、實時里程、速度、檢測線路長度,以及線路上車站情況等信息進行顯示。聯(lián)調聯(lián)試模式:對聯(lián)調聯(lián)試計劃、進度、速度級、上/下行、實時里程、速度以及線路概況進行顯示。

(3)區(qū)域3:周邊環(huán)境。

通過頁簽切換、輪播等形式展示線路周邊環(huán)境視頻、接觸網(wǎng)視頻,實時監(jiān)測線路狀況、周邊環(huán)境、受電弓等狀態(tài)。

(4)區(qū)域4:車載專業(yè)歷史統(tǒng)計分析/地面專業(yè)檢測分析。

日常檢測模式:對車載專業(yè)歷史檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析及圖表顯示;聯(lián)調聯(lián)試模式:對地面專業(yè)檢測的狀態(tài)數(shù)據(jù)進行分析及圖表顯示。

(5)區(qū)域5:車載專業(yè)實時檢測分析。

通過多種圖表展示方式對車載專業(yè)實時檢測數(shù)據(jù)進行顯示。日常檢測模式:展示工務專業(yè)(軌道狀態(tài)、輪軌力、加速度)、供電專業(yè)(接觸網(wǎng))、電務專業(yè)(通信、信號專業(yè))。聯(lián)調聯(lián)試模式:與日常檢測模式基本相同,將加速度改為列車空氣動力學響應。

(6)區(qū)域6:多維信息融合。

該區(qū)域為屏幕的主區(qū)域,因為展示空間有限,通過輪播、切換等方式,將BIM+GIS信息融合、GIS信息融合、基礎設施設備融合進行綜合展示。

根據(jù)功能區(qū)域劃分,以用戶體驗為中心,通過多維可視化技術對界面進行視覺效果設計,如圖4所示。

3) XLPE是將PE從熱塑性變?yōu)闊峁绦?，從而對應力開裂、切割的抵抗力更強，同時對溶劑變化的適應性也強。XLPE具有比PE更高的介電常數(shù)，但具有更好的抗老化性和耐水性。XLPE的絕緣儀表電纜導體長期允許工作溫度為90 ℃，短路熱穩(wěn)定允許溫度為250 ℃。

圖4 車載信息融合集成平臺界面視覺效果

2.5 硬件架構

平臺部署在高速綜合檢測車上,硬件包括計算、網(wǎng)絡、多媒體顯示及附屬設備等,各設備互聯(lián)關系架構如圖5所示。CPCl(Compact Peripheral Component Interconnect)計算平臺為平臺提供應用部署、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)處理、存儲等服務。工控計算機負責通過HDMI、DP等高清信號線連接投影機將平臺界面投放到屏幕上,以及對應用程序的管理、控制。網(wǎng)絡交換機提供車載局域網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交換互聯(lián)功能。移動工作站通過無線路由器訪問CPCI計算平臺以及工控計算機,用于控制屏幕操作,包括切換、縮放、管理等功能。其中,CPCI計算平臺、工控計算機、網(wǎng)絡交換機、無線路由器安裝在車廂專用機柜中,投影機、幕布、移動工作站安裝在會議室車廂。

圖5 車載信息融合集成平臺硬件架構

3 多源信息融合應用

3.1 信息融合與信息集成的聯(lián)系

信息融合也稱數(shù)據(jù)融合,是指在不同抽象層次上,把從不同空間或時間上獲得的多個來源的同構或異構信息進行合并或集成,以獲取更完整、更精確、更可靠的信息或推論。信息集成也稱數(shù)據(jù)集成,是指在邏輯上或物理上將分散的、異構的數(shù)據(jù)進行有機集中,形成便于數(shù)據(jù)共享及應用的規(guī)范、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源,進一步奠定數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計及數(shù)據(jù)挖掘基礎,進而充分發(fā)揮數(shù)據(jù)資源的價值[16]。數(shù)據(jù)融合與數(shù)據(jù)集成的區(qū)別與聯(lián)系如下。

(1)數(shù)據(jù)集成多為位置上的集中,或者是順序上的排列組合,生成一個較大數(shù)據(jù)集或有序的信息,數(shù)據(jù)總信息量不變。數(shù)據(jù)融合則是把多個不同的數(shù)據(jù)集整合、處理形成新的數(shù)據(jù)集,信息可能會損失也可能會增強。

(2)數(shù)據(jù)集成側重于多個數(shù)據(jù)對象集中在一起的呈現(xiàn),數(shù)據(jù)融合更側重于多個數(shù)據(jù)對象合并的過程。

(3)數(shù)據(jù)集成為數(shù)據(jù)融合提供數(shù)據(jù)基礎平臺和框架,數(shù)據(jù)融合為數(shù)據(jù)集成提供數(shù)據(jù)整合的方法和支撐,是數(shù)據(jù)集成的延續(xù)和擴展。

(4)二者是多源多模態(tài)數(shù)據(jù)處理中不可分割的兩種方法,交替或同時存在于數(shù)據(jù)處理過程中。

(5)二者共同服務于信息集成平臺,在信息集成平臺中二者協(xié)作關系如圖6所示[17]。

圖6 數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)集成在信息集成平臺中的關系

3.2 多源信息融合技術在高速綜合檢測車的實現(xiàn)

信息融合按處理信息源所在的層次可分為數(shù)據(jù)層融合、特征層融合和決策層融合。數(shù)據(jù)層融合是對原始數(shù)據(jù)直接融合;特征層融合是對數(shù)據(jù)源的特征信息進行提取、分析處理,保留重要信息,為決策層融合提供支持;決策層融合是對特征層融合后的局部決策信息進一步融合,得到最終的決策。數(shù)據(jù)層和特征層融合屬于低層次融合,決策級融合屬于高層次融合[20]。

高速綜合檢測車多源信息融合的思路是:首先對數(shù)據(jù)層進行融合,融合后的結果作為特征層的輸入;再對特征層進行融合,融合后的結果作為決策層的輸入,如圖7所示。

圖7 高速綜合檢測車多源信息融合的實現(xiàn)框架

(1)數(shù)據(jù)層融合

對高速綜合檢測車日常檢測、聯(lián)調聯(lián)試實時檢測和歷史檢測的信息按專業(yè)進行分類、統(tǒng)計、匯總;以BIM模型、GIS地圖等為載體,以設備臺賬、專業(yè)數(shù)據(jù)為核心,將鐵路基礎設施設備結構化和非結構化數(shù)據(jù)信息進行融合,形成BIM+GIS場景一體化、GIS全專業(yè)一張圖、基礎設施設備綜合圖,根據(jù)周邊環(huán)境視頻監(jiān)控進行異常狀態(tài)識別。

(2)特征層融合

在數(shù)據(jù)層融合的基礎上:①各檢測專業(yè)根據(jù)其相應檢測指標的標準值(或閾值),判斷該指標是否超限,并進行自動報警;②通過融合BIM+GIS三維場景,實現(xiàn)“車-模”實時聯(lián)動、異常自動報警、重點構筑物、地面測點定位、建設期信息關聯(lián),實現(xiàn)物理鐵路和虛擬孿生鐵路場景及應用的虛實映射、互動和交互;③以二維GIS為數(shù)據(jù)載體,實現(xiàn)列車位置追蹤、檢測數(shù)據(jù)圖數(shù)聯(lián)動、設備狀態(tài)實時報警等;④根據(jù)設備臺賬,利用連續(xù)圖形表達及自動繪制技術,形成基于統(tǒng)一里程的“基礎設施設備+M專業(yè)”綜合圖,動態(tài)直觀反映鐵路多專業(yè)基礎設施設備、多專業(yè)協(xié)同聯(lián)動、超限值報警。

(3)決策層融合

利用數(shù)據(jù)層與特征層的融合結果,進一步分析、評估、推理,得到設備狀態(tài)評估、線路質量評價、風險主動辨識、安全態(tài)勢推演、精準分析研判,形成高鐵基礎設施養(yǎng)護管理、預測性維修的決策。

4 關鍵技術及創(chuàng)新

4.1 基于BIM+GIS的多源數(shù)據(jù)匹配及檢測信息融合技術

通過利用外部插件及轉換工具實現(xiàn)多文件格式的BIM數(shù)據(jù)與GIS的跨領域無縫銜接[21];BIM通過與傾斜攝影、地形數(shù)據(jù)、衛(wèi)星影像等多源數(shù)據(jù)匹配、集成融合,為用戶提供沉浸式的可視、交互體驗;通過使用實例化、輕量化處理、緩存等性能優(yōu)化技術,實現(xiàn)BIM+GIS信息高效融合,提高三維場景性能、數(shù)據(jù)傳輸速度以及可視化效果;將BIM模型與各專業(yè)的地面測點、檢測監(jiān)測超限值、結構物有機關聯(lián)和融合,動態(tài)展示線路周邊環(huán)境、漫游重點構筑物、超限值報警。

4.2 基于GIS“一張圖+N專業(yè)”的綜合展示及融合應用技術

以GIS“一張圖+N專業(yè)疊加”為設計理念,采用面向對象的地理空間數(shù)據(jù)共享管理、地圖數(shù)據(jù)緩存等多項關鍵技術,解決了鐵路地理空間信息數(shù)據(jù)共享共用、按需緩存局部更新、與鐵路業(yè)務數(shù)據(jù)疊加集成、二次開發(fā)應用等難題,實現(xiàn)以二維GIS為數(shù)據(jù)載體,檢測數(shù)據(jù)圖數(shù)聯(lián)動、列車位置追蹤、線路質量表達、設備狀態(tài)實時報警等綜合展示及融合應用。

4.3 基于“仿泳道分區(qū)+符號化設計”的連續(xù)圖形表達技術

以設備臺賬為基礎,采用“仿泳道分區(qū)+符號化設計”思想,在“一張圖”中實時計算分幅畫面、動態(tài)繪制工務、電務、供電各專業(yè)設備、疊加多專業(yè)超限值,構建基于統(tǒng)一里程的“一張圖+M設備”的“基礎設施設備綜合圖”,實現(xiàn)動態(tài)直觀反映鐵路多專業(yè)基礎設施設備、檢測監(jiān)測狀態(tài)數(shù)據(jù)的集成融合、協(xié)同聯(lián)動、超限值自動報警等功能。

4.4 基于時空同步的多圖協(xié)同聯(lián)動、數(shù)據(jù)融合分析技術

通過采用基于里程定位、時間同步的時空同步技術,為高速綜合檢測車動態(tài)檢測的所有專業(yè)提供統(tǒng)一、精確的時間里程,解決了相同速度、里程時間同步條件下各專業(yè)檢測參數(shù)等指標實時檢測與監(jiān)測的對比問題,以及列車位置追蹤、“車-?！睂崟r聯(lián)動、設備綜合圖自動實時繪制等功能的實現(xiàn)。為高速綜合檢測車多源信息融合集成平臺“一張屏、多張圖”協(xié)同聯(lián)動提供統(tǒng)一的基準,也為不同檢測專業(yè)數(shù)據(jù)關聯(lián)分析、趨勢分析,以及多專業(yè)數(shù)據(jù)融合分析提供了前提和基礎。

4.5 高速行駛下大場景、高體量BIM模型動態(tài)加載技術

通過采用BIM模型格式轉換、GIS空間坐標轉換、屬性信息關聯(lián)實現(xiàn)BIM+GIS的深度融合;采用LOD技術依據(jù)視距展示不同精細度模型,采用實例化技術進行模型復用,采用基于WebGL的BIM圖形引擎進行Web環(huán)境下的三維可視化快速渲染,實現(xiàn)BIM模型動態(tài)加載及渲染;通過減少造型數(shù)據(jù)、減少模型面片數(shù)量等BIM模型輕量化技術,配合異步加載方法,大大提升模型加載的效率和流暢度[22]。解決了時速大于300 km大場景、高體量BIM模型卡頓及體驗差的難題,實現(xiàn)高逼真、沉浸式“全線、全景”實時平行移動管理。

4.6 跨平臺互聯(lián)互通及信息共享技術

通過將“多源信息融合集成平臺”中線路概況、BIM信息融合、GIS信息融合、基礎設施設備融合等信息嵌入到“鐵路工程管理平臺”;將“鐵路工程管理平臺”中的建設期數(shù)據(jù)信息(設計圖紙、施工日志、檢驗批、沉降觀測、圍巖量測、隱蔽工程影像、四電一桿一檔、一臺一檔等)加載到“多源信息融合集成平臺”BIM模型中,同時將BIM模型與各專業(yè)的地面測點、超限值、構筑物有機關聯(lián),動態(tài)展示線路周邊環(huán)境、漫游重點構筑物、超限值報警,實現(xiàn)跨平臺間互聯(lián)互通及數(shù)據(jù)共享,為基于BIM工程建設全生命周期管理奠定基礎。

4.7 基于用戶體驗的多維可視化技術

以用戶體驗為中心,基于“1平臺+M主題+N頁面”的三層架構規(guī)劃,采用頁面風格統(tǒng)一、功能擴展靈活、數(shù)據(jù)層次化布局、屏幕交互聯(lián)動的設計理念,運用BIM、GIS、圖表、圖解、圖形、表格、列表等形象化方式,把不易被理解的多維抽象信息進行立體視覺和感知表達的直觀呈現(xiàn),展示內容豐富、全面、專業(yè),不僅為各參與方、管理者提供全局、動態(tài)監(jiān)測檢測數(shù)據(jù)服務及輔助決策,而且對探索多維數(shù)據(jù)信息及數(shù)據(jù)結構、進行數(shù)據(jù)分析與挖掘,以及發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)演變規(guī)律有重要意義。

5 結語

針對高鐵日常檢測和聯(lián)調聯(lián)試的業(yè)務需求,開展多源信息融合、連續(xù)圖形表達、時空同步、多圖協(xié)同聯(lián)動、BIM模型輕量化及秒級加載、跨平臺互聯(lián)互通及信息共享,以及多維可視化等關鍵技術研究,并從總體架構、功能設計、界面設計、硬件架構設計等方面提出解決方案,設計了高速綜合檢測車多源信息融合平臺,基于BIM信息融合、GIS信息融合、基礎設施設備融合,實現(xiàn)列車位置追蹤、異常自動報警、多圖協(xié)同聯(lián)動、跨專業(yè)融合分析等功能,解決了跨組織間(橫向)、專業(yè)間(縱向)、數(shù)據(jù)間(端到端)一體化信息融合集成及綜合展示的難題,對全面開展設備狀態(tài)評估、線路質量評價、異常規(guī)律及安全態(tài)勢推演,進一步挖掘數(shù)據(jù)價值、協(xié)同指揮管理提供技術支撐,積極推動聯(lián)調聯(lián)試及日常檢測數(shù)字化、信息化、智能化水平。

下一步工作繼續(xù)圍繞鐵路“設計-建設-運維”全生命周期數(shù)據(jù)管理理念,深入研究利用5G的“車-地”無線傳輸技術、數(shù)字孿生技術,將車載檢測數(shù)據(jù)實時傳送至地面中心,同時將地面中心檢測監(jiān)測數(shù)據(jù)無縫接入高速綜合檢測車多源信息融合集成平臺,為高速綜合檢測車無人化、少人化檢測提供技術手段,為基于數(shù)字孿生的沉浸式體驗、智能決策、平行移動指揮提供借鑒和指導。