大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興行業(yè)和新技術(shù)正在改變著傳統(tǒng)的勘察設(shè)計、工程建設(shè)管理及維護(hù)模式。當(dāng)前軌道交通領(lǐng)域的設(shè)計階段已基本實現(xiàn)了數(shù)字化，但在某些環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)管理與處理能力仍需加強(qiáng)，更由于施工和運營階段數(shù)據(jù)管理與處理手段、能力的限制，使得設(shè)計成果未能得到充分應(yīng)用，難于實現(xiàn)全階段信息的集成和共享，制約了軌道交通領(lǐng)域的信息化建設(shè)。從龐雜的資料或海量數(shù)據(jù)中研究應(yīng)用大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)解決問題的途徑是軌道交通工程信息化需要解決的關(guān)鍵問題之一。

　　IDC報告顯示，近一年來，亞太區(qū)出現(xiàn)了越來越廣泛的大數(shù)據(jù)和分析領(lǐng)域的應(yīng)用案例。在中國，從互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)到電信、金融、政府等傳統(tǒng)行業(yè)，都開始采用各種大數(shù)據(jù)和分析技術(shù)，應(yīng)用場景也在逐漸拓展，從結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析，發(fā)展到半結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分析。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，軌道交通部門迫切需要用先進(jìn)智能的數(shù)據(jù)分析手段對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效、實時分析。

　　而軌道交通工程在不同階段對云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用需求也不盡相同。

　　前期規(guī)劃階段

　　軌道交通建設(shè)項目前期規(guī)劃階段，可通過建立既有鐵路大數(shù)據(jù)并研制鐵路建設(shè)項目地理信息系統(tǒng)等軟件實現(xiàn)區(qū)段密度、車站到發(fā)、鐵路OD數(shù)據(jù)等主要鐵路運輸指標(biāo)的地理信息分析及查詢、鐵路運輸徑路比選分析、鐵路網(wǎng)規(guī)劃分析與指標(biāo)測算、各行政區(qū)劃、項目沿線經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析等功能，為鐵路建設(shè)項目前期規(guī)劃提供基礎(chǔ)資料，為國家和地方政府決策提供服務(wù)。

　　建立基于數(shù)字地球的軌道交通三維空間選線平臺在軌道交通工程前期規(guī)劃階段，基于數(shù)字地球（Google Earth）構(gòu)建軌道交通工程三維空間選線平臺，應(yīng)對海外項目和國內(nèi)難以獲取數(shù)字地形資料的問題。

　　勘察設(shè)計階段

　　現(xiàn)有的信息提取與數(shù)據(jù)處理方法大多是基于單一或少量數(shù)據(jù)源，處理模型依賴于數(shù)據(jù)類型、分辨率、波段數(shù)和影像特征等因素，難以滿足天空地多傳感器海量數(shù)據(jù)信息提取與變化分析的需求。

　　面向軌道交通工程高精度高分辨率的動態(tài)感知需求，綜合考慮天空地一體化協(xié)同感知條件下的多維、多尺度、高動態(tài)、多耦合等復(fù)雜的數(shù)據(jù)與信息關(guān)系，采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，實現(xiàn)對軌道交通工程多源觀測數(shù)據(jù)的協(xié)同處理和高精度的信息提取與變化分析。

　　面向全生命周期共享應(yīng)用，以時空統(tǒng)一的GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)海量地理數(shù)據(jù)與時空大數(shù)據(jù)多元集成組織與管理，研究建立軌道交通工程統(tǒng)一描述框架，實現(xiàn)對多重數(shù)據(jù)表達(dá)、真三維GIS、時態(tài)GIS的有效支撐，推動對多尺度、動態(tài)變化世界的描述與分析，大幅提升GIS對真實地理世界的全方位建模與表達(dá)能力，推進(jìn)時空融合視角下地理信息表達(dá)、處理技術(shù)與方法的發(fā)展。

　　面向多元、多尺度海量數(shù)據(jù)和時空大數(shù)據(jù)的整合、組織與管理需求，開展軌道交通工程時空大數(shù)據(jù)組織、存儲與索引研究，構(gòu)建高安全時空大數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，全面提升虛擬化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中大規(guī)模地理時空數(shù)據(jù)的存儲、管理、查詢、分析與服務(wù)能力。

　　GPS與GIS技術(shù)結(jié)合應(yīng)用全球定位系統(tǒng)（GPS）在軌道交通工程勘察設(shè)計中的應(yīng)用，目前主要是用于建立各種工程控制網(wǎng)及測定航測外控點，提供測點的定位大地坐標(biāo)。地理信息系統(tǒng)（GIS）是用于管理地理空間分布數(shù)據(jù)的計算機(jī)信息系統(tǒng)。鐵路工程中的勘察設(shè)計與GIS有著密切的關(guān)系，通過GIS可以直觀地以地圖方式錄入、管理、顯示和分析通過GPS及航測遙感等手段獲得的各種地理空間數(shù)據(jù)和影像，輔以相應(yīng)的軟件制作各種比例的數(shù)字化地形圖、DEM和三維景觀供線路64方案設(shè)計、評審及演示匯報使用。這個過程涉及的數(shù)據(jù)量是相當(dāng)大的，必須依靠大數(shù)據(jù)、云計算等先進(jìn)技術(shù)提供海量數(shù)據(jù)管理的有效機(jī)制。

　　利用大數(shù)據(jù)技術(shù)提高設(shè)計深度與精度，為工程投資、質(zhì)量、進(jìn)度控制打下基礎(chǔ)影響設(shè)計深度及其精確程度的因素很多，其中一種就是由于資料提供不充分引起的。以站房工程為例，按照設(shè)計規(guī)范和工程建設(shè)流程，在設(shè)備沒有招標(biāo)或采購之前，由于缺少暖通、給排水、消防、電力、信息等工程中設(shè)備、裝置的機(jī)械參數(shù)(如幾何尺寸、管口位置等)，設(shè)計所要表達(dá)的工程的結(jié)構(gòu)、組成及相應(yīng)的材料、機(jī)械、工程量無法達(dá)到需要的深度和精度，導(dǎo)致在施工及建設(shè)項目管理環(huán)節(jié)，難以實現(xiàn)進(jìn)度、投資、質(zhì)量的有效管控。解決問題的途徑是：通過大數(shù)據(jù)應(yīng)用，在設(shè)計及施工期動態(tài)共享設(shè)備制造商提供的數(shù)據(jù)信息，避免設(shè)計中信息的“真空”狀況。這種方法，對于施工、運維應(yīng)用大數(shù)據(jù)亦具有同樣的適應(yīng)性。

　　工程施工階段

　　軌道交通工程項目設(shè)計通常由建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、工藝等專業(yè)設(shè)計完成，在施工過程中，這些設(shè)計將轉(zhuǎn)變?yōu)榧稍谝黄鸬慕ㄖ?gòu)件，結(jié)果碰撞或沖突時常出現(xiàn)。另外，設(shè)計的不可施工性是項目設(shè)計的另一個問題，這同樣增加返工量，影響施工進(jìn)度，究其主要原因，就是缺少一個有效協(xié)同工作平臺，即設(shè)計院、建設(shè)單位在設(shè)計階段需要同時在二維（2D）環(huán)境下不能對設(shè)計方案進(jìn)行檢測與分析。因此，建立一個協(xié)同工作與檢測平臺，在施工前進(jìn)行模擬，從而優(yōu)化設(shè)計就十分必要。建立這個平臺，要涉及大量設(shè)計數(shù)據(jù)（3D）、制造商提供的數(shù)據(jù)和溝通過程中信息交流數(shù)據(jù)，軟硬件處理和存儲能力是能否實現(xiàn)高效溝通的關(guān)鍵因素，可以考慮用云計算技術(shù)加以解決。

　　同樣，施工方案的可行性也一直受業(yè)界關(guān)注。施工方案一旦不可行，將拖延施工進(jìn)度、使建造成本超出，因此，在施工以前找出完善施工方案十分必要。施工模擬技術(shù)不僅可以測試和比較不同施工方案，還可以優(yōu)化方案。但施工模擬要用到設(shè)計3D模型（BIM），視工程的復(fù)雜程度該數(shù)據(jù)量會十分龐大。

　　此外，就模擬過程而言，大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)體型龐大、體系復(fù)雜，影響受力和變形的因素很多，不同施工方法、施工工藝、施工荷載、成型順序的不同組合，加上施工過程中產(chǎn)生的許多不確定因素等，使得模擬過程變得非常復(fù)雜，對硬件的存儲空間、軟件的處理能力要求變得非常高，也可以考慮用云計算技術(shù)加以解決。

　　運營維護(hù)階段

　　大數(shù)據(jù)背景下，軌道交通行車安全、客流量密度和環(huán)境情況都會得到實時的回饋。例如，通過某一站點附近的手機(jī)信號密度，便可以快速估計出客流量密度和擁堵程度，輔以監(jiān)測畫面便可以更加結(jié)構(gòu)性的評估、評定及對策，是對橋梁和隧道進(jìn)行大數(shù)據(jù)挖掘、分析、處理后的重要應(yīng)用。

　　目前已有的一些技術(shù)，如病害標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、結(jié)構(gòu)有限元數(shù)值計算、基于可靠度的結(jié)構(gòu)性能評估、混凝土碳化模擬、鋼箱梁涂層劣化分析、鋼絲銹蝕分析等。

　　例如，根據(jù)各種橋梁管養(yǎng)工作預(yù)設(shè)的日歷信息，對性能評估所需計算的耗時進(jìn)行預(yù)估；根據(jù)耗時需要和人工干預(yù)需要，提前對一定生命周期的橋梁荷載、環(huán)境、狀態(tài)、外觀數(shù)據(jù)譜進(jìn)行收集和多角度分析，并對全橋、節(jié)段、細(xì)部或構(gòu)件等多尺度下的數(shù)值模型并行加載驗算，將計算結(jié)果歸并到類似于生命指數(shù)的某一數(shù)值上，進(jìn)而與參數(shù)字典、標(biāo)準(zhǔn)病害庫(外觀、響應(yīng))、專家策略數(shù)據(jù)庫進(jìn)行自動化匹配，實時輸出響應(yīng)的結(jié)構(gòu)性能評價及安全預(yù)警、維護(hù)加固策略信息。

　　隨著大量鐵路建設(shè)項目的開通運營，大量的竣工資料、建設(shè)信息和運營過程中鐵路災(zāi)害救援、搶修過程中需要的鐵路設(shè)計資料以及鐵路運營設(shè)施、設(shè)備等數(shù)據(jù)需要維護(hù)與管理。在鐵路運營維護(hù)管理過程中，如果沒有先進(jìn)的技術(shù)手段維護(hù)如此龐大的數(shù)據(jù)，要提高工作效率、保障鐵路網(wǎng)絡(luò)的正常運營是非常困難的。

　　可見，鐵路建設(shè)運營維護(hù)信息具有典型的大數(shù)據(jù)特征，建立大數(shù)據(jù)是解決鐵路設(shè)施管理、維護(hù)，保障鐵路正常運營的重要手段。同時，由于鐵路建設(shè)運營維護(hù)信息是國家、地方政府制定鐵路規(guī)劃最基礎(chǔ)的資料，因此建立大數(shù)據(jù)，可以在國家、地方政府及建設(shè)運營維護(hù)管理部門決策中發(fā)揮重要作用。

　　■中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司 孟存喜

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