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1、5D地理数据与可视化铁路移动信息采集系统鲁恩斌摘 要：介绍了铁路 GIS（地理信息系统） 、传统 GIS不足、5D 地理数据等，详细阐述了可视化铁路移动信息采集系统研制背景及主要功能。关键词：GIS 5D 可视化 采集系统Abstract：Introduced the railway GIS (geographic information system), traditional GIS insufficiency, the 5 D geographic data, etc, and expounds the railway mobile information acquisition sys
2、tem visual research background and main functionKey words：GIS 5D Visualization collection system一、铁路 GIS（地理信息系统）随着铁路建设的高速发展以及技术的革新，铁路信息化已经渗透到铁路的运输生产、客户营销、经营管理的等各个领域，成为铁路运输和铁路发展的重要保障，其重要地位越来越突出。由于铁路资产分布在狭长的地表，不论是线路、桥梁、道口、隧道本身，还是信号、电力、控制设备等各种设施以及周边环境都对铁路的安全运营显得至关重要。所以铁路信息化建设离不开对空间信息的管理和应用。GIS（地理信息系统）技
3、术越来越受到铁路部门的重视，已深刻认识到铁路现代化信息系统的设计和建设必须基于地理信息系统技术，把铁路系统各种数据和信息组织起来，建设一个能满足铁路抢险救灾、规划设计、设备维护、运营管理、实时监控、决策分析应用的综合型地理信息系统，这也是铁路信息化建设发展的需要和必然趋势。二、传统 GIS数据在铁路信息化管理中的不足目前很多铁路部门都在积极的建设自己的铁路地理信息系统。从数据管理的角度来讲，所管理的数据分为空间信息和属性信息。其中属性数据多以关系数据库二维表的形式存在，空间信息数据则以传统的 4D形式表现，即数字高程模型（DEM） 、数字正射影像（DOM） 、数字线划地图（DLG）和数字栅格地
4、图（DRG） ，这些数据大多是由作业员根据规范的要求采集、加工制作的。它们是有限的基础信息，针对铁路信息化管理还存在以下不足：1.信息表现形式单一，缺乏可视化和临场感。传统的 GIS数据多以点、线、面等线画符号来描述地形、地貌及物体的信息，是符号化的，也可以说是抽象的，地图判读需要一定的专业知识，符号化的信息语义晦涩，可视化程度不高，对使用者来讲也缺乏临场感。2.信息描述过于简单，无法满足应急处理、综合查询等应用。传统的 GIS数据提供物体的地理位置和空间分布，但对目标地物的描述非常简单和有限，也很难表现人文、环境、资源等信息。3.信息离散，可挖掘程度不高。传统“4D”数据在采集的时候是按照相
5、关规范要求进行的，针对铁路来讲，由于信息源点分布在狭长的地带，是高度分散的，信息采集很容易发生遗漏的现象。而且采集的信息点是离散的，数据的可挖掘程度不高，一旦采集工作完成，如果需要补测或需要了解其他的信息，就需要重新投入人力实施一次采集工程。4.数据更新速度慢，现时性差由于成图周期长，4D 产品的更新难以跟上铁路建设发展的速度。三、5D 地理数据构建“数字铁路”传统的“4D”地理信息数据已经难以满足铁路信息化建设的需要，如果在“4D”产品的基础上再融合高分辨率可测量的连续近景立体影像数据，则正好弥补在了“4D”产品的不足。这种“可视、可量、可挖掘”的近景影像数据可称为第 5D-DMI（Digi
6、tal Measurable Image） 。由于可测量近景立体影像数据的融合，可将整条铁路完整的装到电脑里，打破传统地图局限，直接在电脑桌面上浏览整条铁路的真实图景，直观地获得一切需要的信息，而不用判读晦涩的地图语义。其不但真实地反映了铁路线路及周边环境现状 ，还可方便地直接在近景影像上完成地物的位置坐标和几何尺寸计算以及标注、链接等功能。富信息的数据源能有效支持 GIS的数据挖掘工作。这种与地球真实物理环境完全匹配的实景影像地图我们称之为“TrueMap 真图”“5D”数据的完美结合，可搭建满足铁路信息化管理需要的全要素、富信息、可视化的“数字铁路”地理信息平台,从而实现了铁路实景化管理。
7、四、可视化铁路移动信息采集系统1.研制背景2006年武汉铁路局电务处和武汉大学、武汉立得空间信息技术发展有限公司达成合作协议，共同研制开发铁路移动信息采集系统。2006 年 7月利用原襄樊铁路分局电务试验车97035在试验车上简易运行武汉立得空间信息技术发展有限公司道路移动检测系统，通过运行能够满足我局限界检测测量、分析、报警和线路站场实时景观录像的要求。2007年 2月 1日-2 月 10日，正式在局电务试验车（999255）对系统的进行安装调试，2月 19日随局武麻、京九线动态检查进行了上线试验调试，实现了静态同步摄录、动态三维时帧（2 帧/秒）拍摄，基本满足可行性研究要求并得到充分肯定。
8、2007年 5月 15至 5月 17日，武汉铁路局组织安排系统尾挂试验，对京广线武昌至郑州段进行了往返数据采集。运行总长度 1000多公里，机车运行速度 160公里每小时。用 1周的时间进行了内业数据处理，编辑成图，建立全线里程库、影像库、视频库，测量成果库。测量精度满足 1：2000 地形图要求以及铁路限界测量要求。经过一年正式运行，2008年 4月 30日通过了武汉铁路局科学技术成果鉴定。2.系统结构铁路移动信息采集系统是当今最为尖端的铁路地理信息数据采集技术之一，代表着未来铁路地理信息系统数据采集的发展主流。系统通过在武汉局电务试验车上装配 GPS（全球定位系统） 、 CCD数字相机、摄
9、像机、航位推算系统等先进的传感器和设备，在列车的运行过程中，快速采集铁路及铁路两旁设备的空间位置数据、近景摄影测量立体影像及视频录像等数据，同步存储在车载计算机之中，经专门软件处理，形成铁路信息化建设中所需的各种地理信息数据，包括电子地图、设备资产表、设备限界详图、设备对比检出报表等。详细见图 1：铁路移动信息采集系统系统结构图及图 2：铁路移动信息采集系统电务试验车车外设备。图 1：铁路移动信息采集系统系统结构图图 2：铁路移动信息采集系统电务试验车车外设备3.系统功能1）线路及站场环境综合展现有效融合可测量近景影像、遥感影像、视频、行政区划图、铁道路网图、设备综合信息等进行线路及站场环境的
10、综合展现。实现从宏观到微观的铁路可视化管理。2）铁路建筑设备限界动态检测根据基于可测量数字影像，直接在电脑里完成设备限界、设备安全距离、信号设备高度、信号机柱的倾斜、警冲标距的纵向距离进行检测测量。3）设备对比检出通过实景影像及台帐信息，对历史和当前采集的设备限界、信号设备、标志布局情况以及信号机柱的状况等进行浏览对比，对变化情况生成限界变化报表和设备检出报表。4）铁路虚拟运行通道计算拟运行通道计算基于可测量实景影像数据可以实现铁路可视化数字模型建立，包括铁路及附属设施的三维模型、铁路附近的地形地貌以及铁路附近的人工建筑物和各种物体。通过虚拟运行，进行碰撞检测处理，记录碰撞事件，碰撞性质，基于
11、此提供虚拟运行报告。报告提供运行状态的统计信息，如：是否能够安全通过、存在碰撞的地点、碰撞严重性、碰撞次数、造成碰撞的原因、最大可以通行的货物尺寸等。5）应急抢险铁路应急系统必须基于完全可视化的影像来设计, 基于真图数据提供的详尽路网设施信息、地形信息和周遍环境信息，可快速方便地生成应急预案。灾害发生时，指挥人员在调度中心，迅速调用历史影像，了解灾害发生前的环境状况，对比灾害现场，进行抢险指挥。6）可视化资产管理在铁路建成后，辅助竣工验收、资产（设备）实行可视化管理，以及营运管理，实现台帐信息、地图信息和图片影像信息的有机结合，为工务的日常管理和维护提供了一个便捷、直观的维护平台,帮助分析事故
12、隐患及其根源 。7）安全规划系统将整条铁路装到电脑里，真实的再现，对沿线的安全环境有一个全面的了解，辅助进行铁路安全规划。8）既有线改造勘测，辅助设计可测量实景影像数据连续记录了整条铁路的地理信息，是可挖掘的，可随时计算影像上所见的任意点相对铁轨面中心点的坐标，实现隧道、跨线桥梁、沿线电力线路、信号机、平交路口、建筑物的厘米级精度勘测测量，生成断面图、建筑物设备与铁道空间位置关系图等。五、运用效果2008年通过鉴定至今，武汉铁路局可视化铁路移动信息采集系统为安全生产发挥了积极的作用，具体体现如下：1.定期采集施工和运营线路数据，通过影像数据，及时发现保护区范围内施工及运营线路及站场的危险源和隐患，并督促解决。2.实行铁路建筑设备限界动态检测，特别是电气化区段与接触网等供电安全距离的检测，保障了电气化区段设备和人身安全。
