智慧科技在地铁安全保护区综合管理平台建设中的应用

师小瑜，马亮，杨硕

（北京市地铁运营有限公司，北京 100044）

1 研究背景

随着我国城市现代化的发展，城市空间压力带来的交通拥堵问题逐渐突显，已成为影响城市高质量发展和增进人民生活福祉的焦点问题。而城市轨道交通（简称城轨交通）以大运量、快速、准时、环保等特点，大大提高了其沿线的通达，带动了人流的定向引导，为改善城市空间结构与形态、解决现代化城市交通问题提供了重要途径。

城轨交通快速发展的同时，受到城市基础设施建设不断完善等外部因素影响，在城轨交通安全保护区违法勘察、违规施工造成的隧道结构打穿或结构损伤事件时有发生，使城轨交通线路安全风险不断提升。例如，某城市因违法勘察钻探施工，致使隧道结构被打穿，1根钻管坠落至地铁运营正线并与正在行驶的列车碰撞，造成列车前挡风玻璃严重受损，导致列车停运。又如，某城市因基坑工程严重塌陷，致附近的楼房垮塌并起火，直接危及邻近城轨交通的运营安全，并造成停运23 h 58 min。

城轨交通的安全性直接关系到广大乘客的人身安全和财产安全，一旦发生安全事故，造成的危害和社会影响极大。为进一步有效提升安全保护区的安全管理水平，北京地铁在2020 年发布了第1 版《首都智慧地铁发展白皮书》，面向运营阶段智慧化提出了“以智慧服务、智慧运行、智慧维护和智慧管理为核心的首都网络化的智慧地铁新模式”。基于此，以“需求牵引，业务导向”为原则，结合地铁安全保护区管理的实际情况，开展了智慧地铁安全保护区综合管理平台的建设［1］。

智慧地铁安全保护区综合管理平台利用北斗高精度定位、GIS、视频分析、图像智能识别、多功能传感器、物联网、5G、边缘计算等技术，实现地铁安全保护区线路及其保护区边界、建构筑物、勘测数据、土建设施等空间地理信息的查询与可视化，实现保护区外部工程管理、保护区巡查管理的信息化，并实现保护区沉降等重要风险的识别与预警［2］。

2 地铁安全保护区管理现状

为规范城轨交通运营及相关活动，保障城轨交通运营安全，我国各大轨道交通运营城市相继出台了一系列法律法规，其中明确划定了城轨交通安全保护区范围以及管理要求，并对城轨交通安全保护区管理提供了政策支持。但在安全保护区日常管理中，仍存在诸多困扰，影响安全保护区管控的质量和水平。

（1）人工巡查方式难以满足规模化、网络化情况下的保护区巡查。尽管城轨交通正逐年规模式持续发展，但目前我国各大中城市仍普遍采取人工辅以车辆为主的保护区巡查方式，该管理方式需要耗费大量人工工时和人工成本，管理效能低下，发现问题的及时性和准确性也难以保证。

（2）保护区范围实地界定困难，部分区域难以通达。城轨交通安全保护区范围不易准确测量和判定，实地界定存在较大困难，特别是地下结构形式，很难通过地图精准定位，给现场巡查管理造成了极大难度。另外，受保护区周边复杂环境影响，部分保护区巡查范围采用人工方式难以通达，造成巡查盲区，进一步增加了保护区管理的安全风险。

（3）外部工程施工安全风险因素较多，与结构自身病害等因素叠加，增加了管控难度。随着城市建设及基础设施不断完善，城轨交通邻近、穿越或与既有车站连通类工程每年都大量存在，外部工程施工工艺复杂、持续时间长，且各工程参建单位对安全风险管控水平参差不齐，极易造成既有结构的上浮、变形、开裂等病害问题。另外，各条线路建成年代差异较大，存在不同程度的病害问题。加之部分地区还受到大地沉降、地下水位变化等地质因素影响，多重安全风险因素的叠加给安全风险分析和评估工作增加了极大难度，对城轨交通结构及运营安全构成较大风险。

3 构建智慧地铁安全保护区综合管理平台

3.1 智慧科技应用

3.1.1 智能感知诊断技术

利用北斗高精度定位、GIS、视频分析、图像智能识别、多功能传感器、物联网、5G、边缘计算等技术对地铁安全保护区进行实时感知，并通过建筑信息模型（BIM）技术等对感知设备进行可视化管理与状态的可视化查看，增强保护区整体感知水平，同时通过自动辨识评价安全保护区健康状态、主动诊断报警安全保护区风险影响，为智能保护区管控奠定基础［3-4］。

3.1.2 智慧分析预警技术

通过对感知及诊断数据进行深度挖掘，从故障数量、位置、频次等维度分析状态演化机理与规律，将安全保护区状态评定与运营线路及保护区范围数据、线路地域地下水监控数据、地质勘查数据、给排水及燃气热力等管线信息数据、地面沉降监测数据、桥梁路基隧道等土建结构健康状态监测数据等进行多源数据关联，同时结合卫星遥感影像、无人机巡检采集影像、树木侵界及雨水倒灌重点施工配合现场等安全保护区重点管控区域闭路电视监控系统（CCTV）图像采集进行分析，辅助人工预测和判断安全保护区安全状态、辨识与预警安全风险，以提升安全保护区监控水平，并建立相应的案例库，为地铁安全保护区安全风险管控提供决策依据。

3.1.3 智慧管理技术

基于地铁安全保护区管理规定，按照管理机构及职责分工、管理程序、管理标准和管理要求等，建立作业计划管理、生产任务派发、作业质量监控、一键报警、统计分析管理、培训教育管理及综合档案管理功能板块，有效提升安全保护区日常管理效率和综合管理水平。

3.2 智慧地铁安全保护区综合管理平台

北京地铁安全保护区综合管理平台是为地铁运营企业及相关业务部门推行线路安全保护区综合管理的智慧化平台，主要包含智慧地铁安全保护区“一张图”基础数据平台、智慧地铁安全保护区巡查管理子系统和智慧地铁安全保护区外部工程管理子系统三大板块，平台总体结构见图1。北京地铁安全保护区综合管理平台的应用，为地铁安全保护区高效、协同、智能管理奠定了基础［5］。

图1 平台总体结构

3.2.1 智慧地铁安全保护区“一张图”基础数据平台

基于地铁保护区管理系统的标准地图服务需求，通过基础地理信息数据标准化研究与治理，将地铁线网资料、保护区界限资料、地表环境资料、地下建构筑物基本信息及病害资料、地下水文资料、地质勘察资料、市政管线资料、地表沉降监测资料、视频监控与遥感影像数据，以及地铁建筑结构和轨道监测数据进行集成和可视化，同时与北斗定位系统对接，通过北斗定位系统为该平台提供定期的位置数据更新，以地图服务形式，形成地铁安全保护区“一张图”基础数据平台，满足检索、定位、查询、量测等基本功能的同时，为后续数据耦合分析、评估指标研究奠定了数据基础［6-7］。

3.2.2 智慧地铁安全保护区巡查管理子系统

研发智慧地铁安全保护区巡查管理子系统，实现了保护区巡查计划制定、任务派发、隐患上报及隐患监控全流程信息化管理，同时该子系统还可实现与上级行政主管单位保护区管理平台的对接，可满足巡查一级隐患“一键上报”，提高了地铁保护区综合管理水平和工作效率［8］。

智慧地铁安全保护区巡查管理子系统重点解决了以往人工巡查管理效能低下、范围实地界定困难等问题：

（1）运用无人机航空摄影测量技术对地铁保护区域地貌进行航拍测绘，利用多期遥感影像数据对城轨交通安全保护区范围地表地物的变化进行监测和影像比对分析，并通过风险智能识别算法辅助人工判断，解决人工巡查效率低下、走巡不可达等问题。另外，运用CCTV视频智能监控技术，检测侵入事件及雨水倒灌等事件的发生，并通过应急系统实现一键预警报警功能，为地铁安全保护区高效、智能巡查管理提供了途径。

（2）针对保护区位置人工难以准确辨识等问题，通过引入电子围栏技术，利用北斗定位技术辅助巡查人员快速、准确地判定所在位置及其与地铁线路及周边建筑环境的空间位置关系，同时也能实现对巡查人员巡查轨迹的监控和记录。巡查人员发现隐患问题后，可通过APP 端实现隐患问题的一键上报、快速查询和隐患跟踪监控，并通过隐患地图图层，将隐患信息在地图上直观展现，便于巡查管理人员整体把控隐患［9］。

3.2.3 智慧地铁安全保护区外部工程管理子系统

研发智慧地铁安全保护区外部工程管理子系统，实现了保护区外部工程项目的任务下达、方案审查、实施筹备、配合过程监管、工程后评估备案及全过程档案查询存储等信息化管理［10-11］。

智慧地铁安全保护区外部工程管理子系统重点研究并探索解决过去外部工程管控难度大等问题：

（1）建立保护区外部施工项目运营安全风险管控清单（包括风险点、风险时段、管控措施、责任人信息等），纳入外部工程管理子系统，并与保护区巡查管理子系统进行关联，当施工至风险时段前，系统按照风险管控等级向不同管控人员发出风险提示信息，辅助人工开展运营风险管控，提高保护区外部工程施工管控质量和水平。

（2）根据历年地铁安全保护区施工案例资料，及其对地铁运营组织、行车组织和设备设施影响的经验，结合“一张图”基础数据平台信息，建立保护区常见施工类型安全风险辨识及后评估系统，对拟实施或进入工程后评估的保护区施工项目进行运营安全风险预判分析和风险提示，辅助人工开展专项方案审查和工程后评估，为采取有效管控措施提供可靠依据。

4 结束语

建设智慧地铁已成为当前城轨交通行业的发展共识和趋势。在充分借鉴国内外先进经验的基础上，运用前沿智慧科技与智慧地铁理念，开展了智慧地铁安全保护区综合管理平台的研究与应用，旨在解决当前城轨交通安全保护区管理的痛点与难点问题，从而实现企业高质量、可持续发展。目前该系统已具备基本功能并投入使用，取得了较好的应用效果，其部分功能仍将在使用过程中持续优化完善，为城轨交通安全保护区智慧化管理提供可靠支持。