摘 要：基于对时空数据和铁路各专业数据关联性聚合的研究，结合地理信息系统和全景可量测技术，将铁路检测数据展示在一个三维GIS可视化系统上，实现数据的融合展示与实时联动。同时，该平台解决了多源数据库构建、全景数据可视化、铁路检测数据实时量算等关键技术，为铁路检测数据的可视化展示和分析提供了新的思路和方法，实现了铁路轨道检测数据的多维融合与动态联动，为铁路检测数据分析和展示提供了有效的工具，以满足铁路检测数据共享利用、深度挖掘、辅助决策方面的需求。
关键词：铁路；可量测全景；检测数据；展示平台
中图分类号：TP311；P208 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2024）08-0015-05
DOI：10.19850/j.cnki.2096-4706.2024.08.004
收稿日期：2023-09-10
基金项目：中国神华能源股份有限公司科技项目（SHGF-21-02）
0 引 言
目前，传统的基于表格和文档的检测数据的展示方式已不能够适应当前发展的需要，信息管理缺乏智能化关联性。随着地理信息技术、数据获取手段与数据综合展示技术的发展，可量测实景地理信息技术融合了三维实景数据快速采集技术、空间位置实时获取技术、快速视频实景影像解算技术、视频实景地理信息综合处理和展示技术、基于地理信息系统（Geographic Information System， GIS）的时空综合统计分析技术等技术手段[1-3]，已在智慧城市、公路交通、数字市政、城市安全应急等领域得到应用并取得了较好的结果[4-6]，但在铁路检测领域还未得到广泛应用。
本平台基于获取的地理空间数据、点云三维数据、可量测影像、以及检测成果数据作为数据源，研究多源数据的可视化综合展示技术，对整个线路中的各类数据进行关联，将铁路线路环境相关的地理空间数据、点云三维数据与铁路检测成果和现状以及历史数据集成到系统平台上，为用户提供直观、生动的视觉展示效果，实现铁路基础设施检测、维修和管理各环节信息的一体化管理及可视化展示。
1 系统设计
1.1 平台架构设计
可量测全景检测成果展示平台在对地理底图数据、点云数据、可量测全景数据以及检测成果等数据集成融合的基础上，通过GIS地图服务、三维可视化引擎服务、全景显示引擎服务、业务数据服务等服务来访问有关数据，通过服务接口和后台管理实现系统的功能，为用户提供一个可量测的铁路检测数据的展示平台，详细的系统架构如图1所示。
1.2 逻辑架构
可量测全景平台系统架构是对多种地理时空数据与检测数据的融合展示与应用，可量测全景展示平台从逻辑上划分为基础层、数据层、支撑层与表现层。各层的主要功能如下。
1.2.1 基础层
基础设施层起着基础性和支持性的作用。它为上层的应用层提供必要的计算、网络和存储资源，确保系统的稳定运行和高效性能，为系统提供安全可靠的运行环境和数据支持。
1.2.2 数据层
数据层在平台中负责存储和管理有关数据，提供数据的调用、查询和导出功能。通过数据层，系统可以有效地组织和利用不同类型的数据，满足用户对地理空间数据、三维点云数据、检测数据集和全景视图的需求，支持系统的各种功能和应用。
基础地理数据主要包含基础地理要素和铁路基础设施要素数据，该部分数据主要是为检测数据的可视化提供基础底图，作为信息统一的空间位置确定、显示的基础载体。
点云数据包括高精度的轨道点云及铁路沿线环境点云（接触网支柱、接触线、栅栏等）。
全景影像数据包括五镜头全景相机采集的铁路沿线的全景像片。
检测数据包括轨道几何检测结果与接触网几何检测结果，表型形式有数值和波形图两种形式。
1.2.3 支撑层
支持层在系统中起到关键的作用，它们为上层的应用层提供了关键的功能和服务。GIS地图服务提供了地图数据的管理和地图服务的提供，使系统能够提供地图显示和地图分析的功能。三维显示引擎实现了对三维场景的渲染和交互，为用户提供逼真的三维可视化体验。全景显示引擎则负责全景图像的渲染和交互，使用户能够沉浸式地浏览和探索全景内容。
1.2.4 表现层
表现层在系统中承担着向用户呈现数据和功能的重要任务。通过二维、三维与全景联动功能，用户可以获取多维度的信息，更加全面地了解系统中的数据。铁路检测数据的表达功能将铁路检测结果更加直观地展示给用户，使用户能够直观地了解铁路的状态。几何检测报告功能则提供了详细的检测结果展示和解读，帮助用户理解问题的性质和位置。这些功能共同提升了系统的可视化能力和用户的交互体验。
2 关键技术
2.1 多源数据库构建技术
针对现有平台中数据规模较大、类型较多的情况，利用PostgreSQL、MySQL等数据库实现对铁路数据的存储和管理，并使用WGS84下的3度带高斯投影，完成对铁路线划数据、全景轨迹等空间数据的存储，同时采用QGIS实时更新数据、实现多用户并发使用、编辑等；利用关系型数据库PostgreSQL实现全景影像索引表、深度图像索引表、天地图服务、系统配置等非空间数据存储与管理[7]。
3DTiles是用于流式传输大规模异构3D地理空间数据集的开放规范。3DTiles将用于流式传输3D内容，包括建筑物、树木、点云和矢量数据。本研究涉及点云数据、三维数据以3DTile格式存储到数据库，以HTTP服务方式对外发布。
2.2 全景与检测数据可视化技术
本平台通过将激光扫描或立体摄影等方式获取的点云数据与全景图像进行精确配准和融合，实现了点云数据在全景展示中的无缝整合[8]，有效提高了数据的准确性和完整性，使得用户能够以真实感且具有空间感的方式观察和分析场景，从而获得更丰富的信息。
为更好地展示检测成果和提供全面的数据可视化，本平台采用了可量测全景叠加检测结果技术[9]。通过精确的图像配准和叠加算法，平台能够将检测结果与全景图像进行精准叠加，使用户能够直观地观察到检测目标或异常情况。这一技术的应用使得用户能够全面理解和评估铁路线路的状况，支持决策制定和问题解决[10]。
2.3 铁路检测数据实时量算的技术
为满足用户对铁路线路参数实时量算的需求，本平台采用先进的数据处理和计算机视觉技术，通过优化算法能够提取铁路线路的特征，匹配几何模型，并利用几何计算方法快速计算计算轨道几何参数、接触网几何参数等关键参数，实现对铁路线路状态的实时监测和分析。
通过实时量算，平台特征提取与识别、几何参数计算以及实时监测与分析等关键步骤，达到对铁路线路状态的实时监测和分析，实时更新的数据可供用户直观地了解铁路线路的几何特征，从而及时发现异常情况和变化趋势。
3 系统功能
可量测实景检测成果展示平台以连续的地面可量测的影像、三维激光点云以及铁路检测数据作为数据源，通过专门的数据开发平台，从而提供直观、易用、可量测的实景可视化环境，实现铁路基础设施检测、养护和维护各环节信息的一体化管理及可视化展示。
调研用户在地图导航、铁路服务、实景测量等方面的使用情况，对可量测实景平台进行功能需求分析。该平台的主要功能包括电子地图显示、几何量测与空间量测、检测数据波形图展示、二三维一体化联动、标注管理等。
3.1 电子地图显示
利用电子地图可以显示已经发布的地图服务图层。该模块包括各种矢量图层、影像图层的相互切换、地图的放大、缩小、移动及几何量测等功能，同时可使用开关图层实现对不同地图的显示、隐藏，根据地图缩放功能可以同时显示多种类型的专题要素图，并可实时查看所选择要素的属性信息，如铁路名称、所属单位等基本信息。
3.2 空间量测与几何量测
根据相关计算模块可以实现三维场景的空间量测，主要包括如下工具：
1）水平距离测量：可计算任意段折线铁路段距离，并显示结果，如任意两点间距离及多点间距离。
2）空间距离测量：计算空间中任意点之间的三维距离，并显示出结果。
3）垂直距离测量：计算空间中任意两点间的垂直距离，并显示出结果。
4）面积测量：计算空间中不少于三个点所形成的面，并显示结果。
几何量测可以模拟相应的测量工具来对轨道几何参数、接触网几何参数进行测量。例如轨道几何测量中的三角坑量测（图2（a））与接触网几何量测（图2（b）），可以对每个点位的几何状态进行查看。同时，地理量测功能主要量测地图上的距离，面积，或者线要素的长度，面要素周长和面积。
3.3 检测数据波形图展示
检测数据波形图包括轨道几何参数波形图与接触网几何参数波形图，如图3所示。根据波形图可以反映出各检测项目超限幅值的大小、位置及病害分布情况。同时，基于点云数据计算的波形资料的位置精度很高，通过波形图不仅可以定位病害位置，同时还可以反映某一点的几何状态信息，如高低、水平、轨距等，还可以实现轨道几何波形图与接触网几何波形图之间的切换。
建立动态波形和轨检小车波形的对应关系，其中动态波形是动态的、轨检小车是静态的。将二者相结合，可以极大地增强对钢轨与接触网状态的检测与分析能力。
3.4 二三维一体化联动
系统基于GIS的显示技术和全景显示技术，将二维平面地图、检测数据波形图和全景三维显示功能集成到一个可视化界面中，通过里程信息对二维地图场景、检测数据波形图和三维场景坐标系的关联和转换，能够实现二维地图、波形图和三维全景影像的联动响应和保持态势一致，如图4所示。该平台不仅可以通过里程查看相应的轨道几何参数信息，而且可以通过影像和全景身临其境的观察周围环境，能够指导工务快速定位病害的准确位置，实现精准维修。
3.5 专题图显示
用户根据专题图的形式将数据以图形的方式展示出来。专题图分为轨道几何专题图（TQI统计分析与几何尺寸超限统计）、接触网几何专题图（定位点、吊弦和跨中偏移的缺陷统计）和限界入侵专题图，如图5所示。
3.6 标注管理模块
为用户提供对关注区域标记功能，用户可以在全景图像中添加标注，标注内容可以是文字、图标或其他形式的注释。在添加标注时，用户可以选择标注的类型、位置和描述信息，并可以对已有标注进行编辑或删除。用户可以通过模糊搜索、准确搜索等方式查找已标记的内容，并使用全景功能查看全景照片，可以更加清晰、直观地显示标注物，同时可与波形图联动查看，发现轨道病害处所，例如铁路出现了裂缝病害，需及时上报并派专人进行维修保养。
标注功能可以帮助用户更好地理解和管理铁路线路的设备检测信息。同时，标注功能也可以用于用户之间的交流和共享，提高了用户的合作效率和信息共享能力。
4 结 论
铁路检测数据具有内容多、数据之间的关联关系复杂的特点，目前仍采用传统的展示方式缺乏直观的展示效果，针对这个问题，本文设计和开发了可量测的全景检测成果展示平台，研究了多源数据库构建、全景数据可视化、铁路检测数据实时量算等关键技术，实现了二三维数据融合显示、二维、三维与全景数据联动、实时量算、检测数据展示与分析等功能。检测数据的多维展示，为铁路检测数据综合分析提供了新的工具，对铁路基础设备设施运维管理、辅助决策具有一定的参考价值。
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作者简介：柳红利（1979.01—），女，汉族，河北唐山人，助理工程师，研究方向：铁路数字孪生；通讯作者：曾杉（1971.07—），男，汉族，四川成都人，副研究员，博士研究生，研究方向：测绘地理信息在轨道交通的应用。
Design and Implementation of Measurable Panoramic Inspection Results Display Platform
LIU Hongli1， SONG Zongying2， LIU Yancai1， WANG Wenbin2， ZHANG Haishan2， ZENG Shan3
（1.Digitwinology International Co.， Ltd.， Qinhuangdao 066000， China; 2.China Shenhua Energy Co.， Ltd.， Beijing 100011， China; 3.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research， Chinese Academy of Science， Beijing 100101， China）
Abstract： Based on the research on the aggregation of various professional data correlation between time and space and railway， this paper combines the Geographic Information System （GIS） and panoramic measurement technology to display railway detection data on a 3D GIS visualization system to achieve the integration display and real-time linkage of data. At the same time， this paper solves key technologies such as the construction of multi-source databases， panoramic data visualization， and real-time calculation of railway detection data. It provides new ideas and methods for the visual display and analysis of railway detection data. It achieves multi-dimensional integration and dynamic linkage of railway track detection data， and provides effective tools for the analysis and display of railway detection data， so as to meet the needs of railway detection data sharing， deep mining， and auxiliary decision-making.
Keywords： railway; measurable panoramic; inspection data; display platform
