地下結(jié)構(gòu)快捷定位方法在地鐵設(shè)施保護(hù)工作中的探索和應(yīng)用

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)地鐵運(yùn)營(yíng)里程的快速增長(zhǎng)和沿線(xiàn)建設(shè)活動(dòng)強(qiáng)度的增加，外部施工導(dǎo)致地鐵設(shè)施受損甚至列車(chē)停運(yùn)的事件屢見(jiàn)不鮮，嚴(yán)重威脅著地鐵的運(yùn)營(yíng)安全。如廣州地鐵3號(hào)線(xiàn)隧道在2008年至2013年期間曾遭遇4次鉆穿、深圳地鐵11號(hào)線(xiàn)隧道在2017年12月遭受了來(lái)自地面沖樁的嚴(yán)重破壞導(dǎo)致停運(yùn)、重慶軌道交通6號(hào)線(xiàn)在2018年10月因上方被傾倒棄土導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)裂而停運(yùn)等，突顯出地鐵保護(hù)工作的重要性和緊迫性。

1  地鐵設(shè)施保護(hù)工作迫切需要方便快捷的定位方法

地鐵設(shè)施保護(hù)的具體工作和結(jié)構(gòu)位置息息相關(guān)，不掌握地下結(jié)構(gòu)的位置，則地鐵保護(hù)工作就無(wú)從開(kāi)展，地鐵設(shè)施保護(hù)工作對(duì)地下結(jié)構(gòu)定位的迫切需求主要表現(xiàn)在：

（1）快速判斷外部施工與地鐵結(jié)構(gòu)的平面位置關(guān)系，包括外部施工與地鐵設(shè)施的距離、對(duì)應(yīng)地鐵設(shè)施的里程等。

（2）快速確定地鐵設(shè)施內(nèi)部異常對(duì)應(yīng)的地面位置，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外關(guān)聯(lián)。如當(dāng)隧道被鉆穿時(shí)，須按照里程信息第一時(shí)間赴地面施工現(xiàn)場(chǎng)。

（3）幫助外部單位進(jìn)行地鐵位置的地面辨識(shí)，如沿線(xiàn)政府的建設(shè)、城市管理執(zhí)法部門(mén)管控地鐵控制保護(hù)范圍的違章建設(shè)，首先需要幫助其掌握地鐵控制保護(hù)區(qū)的范圍。

（4）安裝、校核和管理維護(hù)地鐵戶(hù)外警示標(biāo)識(shí)。 

對(duì)于地下結(jié)構(gòu)的地面定位，傳統(tǒng)的做法是用建設(shè)階段的總平面設(shè)計(jì)圖對(duì)照現(xiàn)場(chǎng)地標(biāo)來(lái)確定，但總平面圖上的地形圖存在信息滯后、使用不便等問(wèn)題，部分地段由于地貌改變較大而根本無(wú)法使用總平面圖來(lái)定位，而使用全站儀定位又不夠快捷，且成本高昂。近年來(lái)，以?shī)W維地圖為代表的開(kāi)放式地圖平臺(tái)的發(fā)展為地下結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)易快捷定位提供了一條新的途徑，且足以達(dá)到地鐵設(shè)施保護(hù)需要的精度。

2  快捷地下結(jié)構(gòu)定位方案

為了滿(mǎn)足地鐵設(shè)施保護(hù)工作對(duì)地下結(jié)構(gòu)定位的各項(xiàng)需求，定位方法須滿(mǎn)足可移動(dòng)定位、可在衛(wèi)星地圖上顯示地鐵結(jié)構(gòu)邊線(xiàn)及里程、可自主加載和編輯信息、可實(shí)現(xiàn)誤差的檢核等功能。該地下結(jié)構(gòu)定位方案的核心工作是用地鐵結(jié)構(gòu)的總平面圖提取需要的信息制作成地標(biāo)文件，將其加載到奧維互動(dòng)地圖APP中。

2.1  地標(biāo)文件的制作

將DWG格式的設(shè)計(jì)文件轉(zhuǎn)換成DXF格式或KML格式的地標(biāo)文件是目前最方便的兩種方式，可以使用《奧維互動(dòng)地圖瀏覽器PC 版用戶(hù)手冊(cè)》中提供的轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換，也可以用AUTO CAD的二次開(kāi)發(fā)功能制作專(zhuān)用工具轉(zhuǎn)換，在地標(biāo)文件的制作過(guò)程中，需要注意下列問(wèn)題：

（1）選擇合適的對(duì)標(biāo)點(diǎn)。對(duì)標(biāo)點(diǎn)指已知其WGS84坐標(biāo)系中經(jīng)緯度并存在于DWG文件中的點(diǎn)，是連接衛(wèi)星地圖和設(shè)計(jì)文件的紐帶。在廣州地鐵七號(hào)線(xiàn)的結(jié)構(gòu)地標(biāo)文件制作過(guò)程中，選取的對(duì)標(biāo)點(diǎn)一般為車(chē)站的風(fēng)井以及區(qū)間的盾構(gòu)井角點(diǎn)，可在谷歌地球中讀取這些角點(diǎn)的經(jīng)緯度。

（2）控制加載對(duì)象的數(shù)量。為便于在奧維互動(dòng)地圖中高效查看，加載對(duì)象的數(shù)量不宜過(guò)多，對(duì)于地保工作，加載結(jié)構(gòu)輪廓線(xiàn)、百米里程、分界里程、設(shè)施名稱(chēng)已足夠。

（3）分段制作。由于谷歌衛(wèi)星地圖本身是由不同日期拍攝的多幅衛(wèi)星照片拼接制作而成，在拼接過(guò)程中存在誤差，地鐵線(xiàn)路一般不能被同一張衛(wèi)星照片覆蓋，為避免過(guò)大的累積偏差，地標(biāo)文件宜分段制作，一般一站一區(qū)間（約2km）為一段。

2.2  位置檢核

地標(biāo)文件制作完成后，需要將其導(dǎo)入奧維互動(dòng)地圖或谷歌地球中進(jìn)行位置檢核，判斷是否滿(mǎn)足精度的需要，偏差過(guò)大時(shí)，宜調(diào)整對(duì)標(biāo)點(diǎn)重新制作。

2.3  應(yīng)用效果

2.3.1  地下結(jié)構(gòu)定位

將制作好的地標(biāo)文件加載到手機(jī)（須具備GPS定位功能）的奧維互動(dòng)地圖APP中，即可在不同的地圖平臺(tái)上顯示從DWG文件轉(zhuǎn)換而來(lái)的結(jié)構(gòu)輪廓線(xiàn)等位置，當(dāng)可以接收GPS信號(hào)時(shí)，可以顯示手機(jī)所在的大致位置，如需進(jìn)一步準(zhǔn)確定位，巡檢人可以參照周邊的建筑物確定自己的位置，并在奧維地圖上使用測(cè)距功能得到與地鐵結(jié)構(gòu)邊線(xiàn)的距離。對(duì)于外部的堆載和開(kāi)挖，也可以使用奧維地圖的繪圖功能快捷地繪制邊界。

圖1  某區(qū)間上方堆土范圍和地鐵位置關(guān)系核查中的應(yīng)用效果圖

2.3.2  路徑記錄

在嚴(yán)峻的地鐵設(shè)施保護(hù)背景下，需要更多的員工參與到其中來(lái)，奧維互動(dòng)地圖的路徑記錄、指路和路徑分享功能為不熟悉線(xiàn)路的員工進(jìn)行巡查定位提供了極大的便利，特別是在野外或老舊城區(qū)，固定線(xiàn)路并將線(xiàn)路展示在奧維地圖上，大大提高了工作效率。

圖2  某區(qū)間過(guò)江隧道野外航標(biāo)巡查路徑記錄

2.3.3  制作線(xiàn)路平面衛(wèi)星圖

地鐵設(shè)施保護(hù)中預(yù)防和制止違規(guī)施工需要發(fā)動(dòng)車(chē)站工作人員、沿線(xiàn)政府執(zhí)法人員共同參與，將地鐵結(jié)構(gòu)邊線(xiàn)繪制在衛(wèi)星地圖上，可以幫助他們掌握保護(hù)區(qū)域和鑒別違規(guī)施工。

2.3.4  地鐵警示標(biāo)識(shí)管理

近年來(lái)，廣州地鐵在運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路周邊全部安裝了戶(hù)外警示標(biāo)識(shí)，需要經(jīng)常檢查和維護(hù)，但在地鐵隧道穿越房屋、山林、草地等區(qū)域，戶(hù)外警示標(biāo)識(shí)容易被草木遮擋而難以發(fā)現(xiàn)，在道路上的警示標(biāo)識(shí)也常丟失，故警示標(biāo)識(shí)的檢查維護(hù)工作面臨尋找和重新安裝時(shí)的定位難題。在廣州地鐵七號(hào)線(xiàn)，使用奧維互動(dòng)地圖制作了過(guò)江隧道航標(biāo)和戶(hù)外警示標(biāo)識(shí)的地標(biāo)（如圖3），做到了警示標(biāo)識(shí)的地理信息全覆蓋，大幅提高了工作效率。

圖3  廣州地鐵某區(qū)間戶(hù)外警示標(biāo)識(shí)及過(guò)江隧道航標(biāo)位置效果

3  結(jié)語(yǔ)

隨著地鐵的大規(guī)模建設(shè)和人民對(duì)公共交通出行安全期望的提高，地鐵設(shè)施保護(hù)工作面臨越來(lái)越大的壓力，借助信息化的手段改進(jìn)工作方法、提高效率。在廣州地鐵七號(hào)線(xiàn)的地鐵設(shè)施保護(hù)工作中，使用自主制作KML地標(biāo)文件加載到開(kāi)放的奧維互動(dòng)地圖平臺(tái)，并已經(jīng)逐漸推廣到廣州地鐵三號(hào)線(xiàn)、九號(hào)線(xiàn)、十三號(hào)線(xiàn)等線(xiàn)路進(jìn)一步應(yīng)用，隨著地鐵規(guī)模的擴(kuò)大，將顯著提高了地下結(jié)構(gòu)定位的準(zhǔn)確性，以及地鐵設(shè)施保護(hù)工作的效率。

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