摘 要：桥上轨道线路的线形会随着桥梁墩台及路基的位移发生变化，当线形变化严重时会危害行车安全。准确地预测桥上铁路桥墩位移、路基位移对轨道线形的影响有利于监测线路状态，保障既有线路的安全运行。文章开发了一套高铁线形智能化信息系统，可根据墩台及路基位移变化计算线形变化，对轨道线形进行良好的预测与控制，方便工务人员进行管理。文章介绍了该系统的开发原理及小程序、Web端页面使用方法。
关键词：高铁邻线施工监测;线形预测;智能化管理;软件开发
中图分类号：TP315 文献标识码：A文章编号：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
当轨道线路的下部结构即桥墩或路基发生位移变化时，不可避免地会对轨道线路产生影响，严重时会对行车安全产生危害，因此必须对下部结构的位移进行监测与控制，同时对铁路轨道状态进行实时评价。目前我国现行的规范[1]中对于高速铁路轨道状态的评价均是通过测量轨道线形即几何不平顺值来确定的，但现有的监测手段无法实时监测高速铁路线路轨道结构的几何状态，只能通过监测桥墩墩台、路基等其他结构沉降进行间接测量。因此，准确地监测桥墩、路基等轨道下部结构位移同时间接计算轨道线性变化对于保障既有线路的安全运行具有重要的意义。然而由于间接计算过程较为复杂，现场难以进行计算控制，这为工务人员进行线形的管理与预测带来了极大的挑战。为简化计算流程，方便高效地得到钢轨线形随下部结构的位移变化而变化的规律及计算结果，本文开发了一套高铁线形智能化信息系统。可以达到对于轨道线路下部结构的桥墩及路基位移进行实时监测，同时根据其轨道线形的影响设置了桥墩及路基位移变化的最大限值，对于超限坐标数据进行报警处理，满足了对于线路与结构位移变化监测的可视化要求，符合当今智能化工务的潮流。该控制系统包含微信小程序端及Web网页端，使用方便快捷，有效地提高了铁路工务人员的工作效率。
1 系统分析
1.1 系统开发原理
本系统开发原理主要依据桥墩位移及路基位移求解轨道线形的数据处理方法。主要包括桥梁段数据处理方法以及路基段数据处理方法。
桥梁段路基处理方法主要计算求出桥墩的单墩位移以及双墩位移值。单墩位移包含了单墩横向位移和单墩垂向位移，双墩位移包含了双墩横向错台和双墩垂向错台。主要原理是利用了各桥墩间的几何尺寸关系，导入桥墩监测点处的原始监测数据，进而求出监测点处桥墩的位移值以及累计变化值。同时利用解析解法与有限元法得出桥墩位移与轨道几何尺寸的关系，确定使得轨道线形不发生较大变形的桥墩位移最大限值，将其设为报警值，当桥墩位移超出该值后则进行报警处理。
路基段数据处理方法主要是依据测得的路基段水平变化值和垂直变化值，通过在CAD图中导出坐标的方式，得到了路基段每隔0.5 m的测点的原坐标。现坐标需要通过原坐标与测点的变化值相结合求得。并利用相关几何线形关系推导出路基段10 m弦指标与20 m弦指标，通过弦指标的数值来判断路基段位移是否超限。并将路基段变化值的最大限值设为报警值，当路基位移变化值大于报警值后进行报警处理。
该系统是将上述算法内容进行了编程操作，通过代码实现，可以达到对于桥墩与路基进行实时可视化位移监测管理，并筛选超限值。
1.2 系统功能描述
该系统按照使用场景的不同划分为两个端：微信小程序端和Web管理后台端。小程序端的使用者主要为各工务段的工程师。工程师根据需求查看路基和桥墩的各种数据以及计算出来的轨道线形数据;Web管理端使用者主要为管理人员。通过电脑对路基桥墩进行管理，筛选里程查看路基的监测点或桥墩的检测点。同时也可进行数据管理。筛选里程，选择类型后查看对应的数据详情：测量的时间、测量的数据（顺向水平、横向水平、竖向）以及对比多次测量的数据，也可以导入初始数据、路基数据、桥墩数据。Web端还设置预警管理设置，其可设置各路基点计算结果预警值、桥墩点计算结果预警值-单墩、桥墩点计算结果预警值-双墩、偏差预警值，当线形计算结果超出预警值后进行报警。小程序端及Web端功能示意图如图1所示。
该系统数据来源主要通过后台中数据管理导入初始数据、路基数据、桥墩数据，导入格式为：Excel文件（路基点、上行检测点、下行检测点、点号、相对坐标x、相对坐标y）或（桥墩点、一号检测点、二号检测点、三号检测点）。
2 系统小程序端操作界面设计及主要功能
小程序端操作页面主要包括桥墩端与路基端，可以对桥墩路基位移变化进行可视化管理，同时对超限指标进行报警处理，下面主要针对该软件小程序端主要功能进行介绍。
2.1 路基
2.1.1 路基页面介绍
在小程序端首页点击路基模块，选择里程、列车方向、测试时间，图下数据会随着选择目标值的变化而变化，同时可以直接查看由内部算法计算好的水平10 m弦变化，点击右上角图标，切换横图数据页。路基页面如图2所示，路基-路线横屏页如图3所示。
2.1.2 路基点操作
在路基首页点击“搜索框”，跳转到路基点搜索页，如图4所示，其包含所有规定里程内的所有监测点数据。同时点击列表数据，可跳转到目标路基监测点详情页，其包含该测点的水平10 m弦数据、垂直10 m弦数据，以及历史走势。如图5所示。
2.1.3 路基偏差点统计
在首页路基模块中，点击“水平10 m弦”版块，可以跳转到路基差点统计页，其包含水平10 m弦超限的所有警示点信息，如：里程点号、水平10 m弦数据以及每次测量的时间、位移偏差结果等，具体如图6所示。
2.2 桥墩
2.2.1 桥墩页面介绍
在首页点击桥墩模块，选择里程、点号、墩数、桥、测试时间，图下数据会随着选择目标值的变化而变化，可查看横向水平累计变化、横向水平等，桥墩页面如图7所示。点击各版块右上角图标，切换横图数据页，其包含目标里程内的桥墩可视化的位移变化值，以及位移变化值随里程的变化规律，横图数据页如图8所示。
2.2.2 桥墩点操作
在桥墩首页点击“搜索框”，跳转到桥墩点搜索页，其包含所有目标里程内的桥墩点测量信息以及超限情况，搜索页面如图9所示。点击具体监测点里程后，可跳转到桥墩监测点详情页，其包含改点桥墩横向、竖向、顺向的全部位移信息以及历史走向，详情页面如图10所示。
3 系统Web端操作界面设计及主要功能
Web网页端相较于小程序端主要起到后台信息管理的功能，可以实现路基桥墩数据查看与编辑、导入测量数据与原始数据以及设置预警值功能，下面将对Web端主要功能进行介绍。
3.1 数据管理
数据管理是对于桥墩与路基的监测点数据进行查看、编辑以及导入。在页面中可选择类型切换路径/桥墩，查询对应的数据列表，其包含目标里程内的所有监测点信息，如图11所示。在数据列表右侧点击“查看”按钮，弹出“查看详情”页，可查看该监测点详细的里程信息与位移测量数据，如图12所示。数据导入可通过右上角“导入初始数据”或“导入路基数据”实现。
3.2 预警值设置
预警值的设置可帮助软件小程序端对于超限数据进行报警处理。其可设置路基点计算结果预警值、桥墩点计算结果预警值-单墩、桥墩点计算结果预警值-双墩、偏差预警值，点击“保存设置”，即可保存。预警值设置页面如图13所示。
4 结 论
本文开发了一套利于现场进行轨道线性管理的智能化系统，主要根据轨道下部结构位移变化推导轨道线形以及10 m弦、20 m弦数据，同时根据设定的预警值，在某工况下一旦超出预警值将进行报警，显示相关坐标信息。本系统原理主要依赖于下部结构的几何尺寸关系，对于桥梁段，根据测量桥墩的位移变化计算出单墩与双墩的位移值;而针对路基段则根据原始坐标和测得的路基段水平变化值和垂直变化值推出现坐标，并利用相关几何线形关系求解出路基段10 m弦指标与20 m弦指标。通过对该原理进行编码实现，则能够仅输入轨道下部结构位移值，自动计算线形变化，并对下部结构位移超限值进行报警处理。该系统包括两个数据端，小程序端可以实时查看桥墩及路基的单次测量位移变化值、累计位移值，以及计算得到的10 m弦数据;Web网页端可以进行原始数据及其他部分数据的导入、编辑与查看，同时也可以设定报警值。本文介绍了该系统的开发原理、功能描述以及小程序端、Web网页端的页面设计。该系统的开发为工务人员进行现场轨道线形管理提供了便利，大大提高了现场工作效率与监测的可靠性。
参考文献：
[1] 中华人民共和国铁道部.高速铁路无砟轨道线路维修规则（试行）：铁运〔2012〕83号 [S].北京：中国铁道出版社出版，2012.
[2] 任碧能.地铁线路数字化设计系统研究 [J].铁道勘察，2017，43（6）：81-83+87.
[3] 韩闯.基于MATLAB的数字轨道建模研究 [D].长春：吉林大学，2017.
[4] 刘春艳.上海轨道交通数字化监护管理系统的设计与实现 [D].大连：大连理工大学，2013.
[5] 郝建旭.光缆线路巡查数字化移动数据采集系统的设计与应用 [J].广播电视网络，2020，27（8）：52-54.
作者简介：王纲（1972—），男，汉族，上海人，高级工程师，学士学位，研究方向：土木工程、轨道交通结构施工等。
