1地理信息协会科技进步奖附件30研究报告

1、目 录第 1 章1.11.2前言1课题由来1国内外研究现状及的问题31.2.1GE 在现代工程地质界的研究现状3险评价研究现状5测研究现状9. 121.2.21.2.3施工项目研究1.31.3.1 项目研究技术方案141.3.2 项目研究内容151.3.3 项目创新16第 2 章2.1基于 GE 的既有线近接施工地质预报. 18系统开发设计182.1.1 系统设计的目标182.1.2 系统的设计原则192.1.3 系统设计的技术路线202.1.4 系统的总体设计222.1.5 系统工作流程27系统模块设计与实现282.2.1概述282.2.2 系统登录与主界面292.2.3 BDS 定位模块3

2、22.2.4 数据库管理模块332.2.5 地图游览模块392.22.2.6预报管理模块422.2.7 三维模拟模块472.2.8 辅助决策模块492.2.9帮助支持. 50本章小结512.3第 3 章3.1基于 BDS 的既有线近接施工智能移动险评估系统52既有线桥涵近接施工辨识52辨识过程523.1.13.1.23.1.3辨识. 53辨识结果58既有线桥涵近接施工风险评价体系603.2III3.2.1既有线近接施工风险识别与. 603.2.2 风险评价体系建立653.2.3 计算风险评价指标权重663.2.4 灰色综合评价713.2.5 风险应对79系统模块设计与实现823.3.1 登陆及

3、主界面833.3.2 BDS 定位模块853.3.3 地图管理模块863.3.4 基础管理模块883.3识别与管理模块90险评价953.3.53.3.63.3.7事故应急救援模块100系统现场应用101本章小结102既有线列车便梁支墩耦合作用分析及动载荷动力响应数值模拟104工程概况104监测点布置105既有线列车便梁支墩耦合作用分析1054.3.1 列车便梁耦合作用过程1064.3.2 列车便梁支墩相互作用1064.3.3 数据分析108动力响应数值模拟研究1124.4.1 模型的建立1124.4.2 载荷的施加1144.4.3 计算结果与分析115本章小结121基于 LabVIEW 的铁路

4、营业线桥涵施工防护自动化监测系统123工程及地质概况123顶进涵施工124系统开发与应用1285.3.1 系统需求分析1295.3.2 系统监测方案设计1305.3.3 系统总体框架147系统模块设计与实现1485.4.1登录模块1493.43.5第 4 章4.14.24.34.44.5第 5 章5.15.25.35.4IV5.4.2 数据监测模块1505.4.3 预警值设置模块1545.4.4 轨道位移调整模块1555.4.5用户管理模块1575.4.6 数据库管理模块1575.4.7 帮助说明模块161监测系统应用1625.55.5.1. 1625.5.2现场测点布置164和预警1675.

5、5.35.5.4数据分析172本章小结174结论1765.6第 6 章V基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告第1章前言1.1课题由来铁路在交通业中的重要性是不言而喻的，截至 2014 年底，全国铁路运营总里程已11 万公里，仅次于；其中高铁运营总里程超过 1.6 万公里，位居全球第一。与此同时，我国铁路的能力、电气化水平却有极大的提升空间。截至 2013 年底，我国铁路复线里程仅占总营业里程的 47%，电气化里程约占总营业里程的 54%。近年来，随着铁路建设技术的发展以及、货物交通量的不断增长，铁路既有线复线建设、电气化改造项目层出不穷。既有线改建扩能工程大量涉及近接施工，近接施工

6、与营运安全之间的引起了全的广泛关注。既有线近接施工工程是一种典型的地质工程，常常非常复杂的地质环境，且往往受既有线路地质环境的限制，这些复杂的地质条件的施工往往会诱发多种地质灾害，严重影响施工进度，造成严重的损失和伤亡事故。对施工而言，详细了解既有线的地质环境、水文环境等，并将既有工程的与实际施工过超前预报、监测相结合，形成近接施工地质信息综合，可以指导施工过程安进行。同时，既有线近接施工在工程上属于险敏感区域，已经建成并正在运营的线路对变形的要求极其严格。既要保证既有线铁路正常不间断运行，又要确保支护结构的，安全管控难度大任务重，近接施工过程经常伴随着一些大小事故的发生。比如地表既有线顶进涵

7、施工过采用拉伸钢板桩支护时，列车容易发生“晃车”现象，影响营业线铁路的安全行驶；在施工接近尾声时，部分拉伸钢板桩因土过大而拔不出来，如果强行拔出则会造成铁路路基失稳事故。铁路既有线工程施工可能造成的铁路行车事故：列车脱轨、掉道；施工机具、材料、车辆侵限并挂碰机车；施工挖断既有光、电缆，造成行车通信、信号中断；封闭作业晚点、顶点，影响正常秩序；施工损坏既有行车；施工或改建（已使用但未交工）路基、线路、桥梁、通1基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告号、接触网等达不到列车放行条件；施工防护、违章施工、超前作业等违章事故；施工车辆溜逸；胀轨、跑道等影响列车运行；施工或旅客伤亡事故等。这些事

8、故不仅既有线的正常营运及工程进度，而且危及人员、和财产的安全，甚至可能造成巨大的损失。2008 年 11 月 15 日，杭州地铁基坑近接施工造成基坑坍塌，21 人；2010 年 5 月 23 日，江西沪昆铁路近接施工公路边坡，雨后发生滑坡，造成K859 次列车脱轨，乘客19 人，伤 71 人，其中重伤 11 人；2013.9.16 兰新线红烟段电气化改造工程发生打击事故，造成 1 人；2014.3.31 沪昆铁路电气化改造工程发生事故，造成列车剐蹭，车次延误 23 分，1 人的严重后果。因此，要适应复杂条件下铁路既有线近接施工实际，及时、合理应对铁路既有线近接施工中出现的新问题，就必须转变传统

9、的施工安全管控方式。GE 的出现，为地质研究工作提供了新的思路。GE 通过网络可包含航天和图片的数据库。全球的城市，甚至小城镇也能显示周围的山川、河流、湖泊、实时的空间地理数据。通过 GE 二次开发平台，支持用户根据需要进行系统开发，其影像、数据功能为海量空间数据的存储、管理和综合分析提供了高效的，可以提供空间上每一点的数据，为实现既有线近接施工地质的可视化和数字化管理提供了很平台。GE 技术现在己经广泛应用于电力勘测设计、地质灾害管理、发布等领域。其提供的高精度 GE、数据管理、3D 模拟等功能显示出其在工程界应用的独特优势。将 GE 应用于既有线路近接施工地质和一定的现实意义。具有可行性北

10、斗导航系统（BDS）是自行研制开发的区域性有源三维定位与通信系统（ CNSS），是除（GLONASS）之后第三个成熟的（ GPS ）、俄罗斯的的全球导航系统。可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务，并兼具短报文通信能力，与 GPS 相比，北斗具有以下 5 点优势：（1）它同时具备定位与通讯功能，不需要其他通讯系统支持，而 GPS 只能定位；（2）覆盖范围大，没有通讯盲区，覆盖了及周边和地区，不仅可为、也可为周边服务；（3）特别适合于集团用户大范围管理和用户数据2基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告传输应用；（4）融合北斗导航用 GPS 使之应

11、用更加丰富；（5） 适合关键部门应用。因此，采用北斗和增强系统两大资源，因此也可利系统，安全、可靠、，性强，导航系统将会是我国工程控领域的发展趋势。虚拟仪器技术作为目前新兴技术领域，被广泛应用于航天科技、自动化控制、等领域内，在工程实践中不仅大大节省开发资金和缩短开发周期，还能够事半功倍，取得比传统仪器更测试效果。利用虚拟仪器技术和LabVIEW设计的自动化监测系统已经在汽车、大坝监测、隧道开挖等方面得到广泛应用，并取得了较效果。十四局集团，是经建设部核准的具有综合施工能力的铁路特级施工总承包企业，其前身为铁道兵第四师，组建于 1947 年，1984 年集体并入铁道部，2001 年改制为母子公

12、司的管理体制。安全生产工作一直是十四局集团企业管理的重点内容，坚持“安全第一，预防为主”、“管生产必须，谁主管谁负责”的安全管理原则，把安全生产作为施工生产的永恒。为了保证复杂条件下的铁路既有线近接施工项目安全开展，十四局集团委托以理工大学为牵头，研发基于 BDS/GE 的既有线近接施工安全管控。以铁路既有线近接施工为背景，充分发挥现代技术在复杂近接工程施工中的指导作用，研发了“基于 GE 的既有线近接施工地质预报”、“基于北斗的既有线近接施工智能移动险评估系统”、“基于 LabVIEW 的既有线桥涵施工自动化监测系统”，通过实现既有线近接施工中地质管理和预报，对施工过各类险进行评估和，从而避

13、免风险。1.2国内外研究现状及的问题1.2.1GE 在现代工程地质界的研究现状GE 是Google 公司于 2005 年 6 月推出的通过 GE控全球影像数据库来实现的数字地球平台。自 GE 问世以来，国内外一些高校、设计3基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告公司甚至个人纷纷开始对 GE 在各个行业领域的应用展开了广泛研院、究，但是，现阶段 GE 在铁(公)路隧道领域的应用尚处于起步和摸索阶段。GE 的研究和应用，在国外已经取得了很多卓有成效的成果，特别是在房地产管理、消防预控管理、商业调查等领域，已经有了广泛的应用和推广，在游戏娱乐上也有突出创意，如开发游戏GE War。（1）利

14、用 GE 作为可视化工具，对“”飓风的起源和影响进行了深入的研究。将此灾害从监测系统升级为预报系统，并构造了相应的数学模型，将的影响进行可视化表达，为预防下一个“”提供了新的。（2）德国将 GE 整合到大众汽车的导航系统中，开发了新的车载导航系统。让驾驶者随时随地能够获得 3D 道路鸟瞰地图，并体验到身临其境的感觉，这种新开发的技术让乘客根据周围地形地貌来识别汽车目前的位置。（3）防措施。还利用了 GE 与 GIS 结合，来研究的分布情况以及预（4）GE图层管理功能和 KML 技术在也取得了的应用，开发出系统，如 GE 消防栓管理系数据如地形地貌、城市道路交了基于数字地球的各种功能强大的应用型

15、地理统。该系统主要是利用 GE 提供的基础地理通平面模型等，并以地标形式标注出该城市的所有消防栓的位置和，同时，用户可以随时随地获取、发布各地的消防栓。国内近几年来研究和应用 GE 也取得了一定的发展：（1）江苏省交通规划设计院利用 Google SketchUp 在 GE了立交方案系统的演示。，实现（2）西南电力设计院利用 KML 技术实现了在 GE 中进行线路选线等功能，选择最合理的输电路径方案。（3）省某工程地质大队利用 KML 技术，将外业的勘测点在 GE 中进行标注，使得勘测结果与当地的真实地理能够有机地结合，为工程技术人员地进行地形、地貌、构造、地层等分析提供了方便。（4）国实际情

16、况的台网中心应用 GE API 和 KML 等技术，开发了适合我应用系统。建立了良展示平台，为管理人4基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告员、科研、和普通百姓提供了方便，该系统能够进行应急服务和提供决策知识。（5）KML 开发了序为以 VB 为开发环境，基于 GE 的 API 和中咨路桥的程序，该程序可以提取区域影像资源和三维地形数据，此程高速公路汕头至普宁段工程的可行性研究提供了技术支持。所以，GE 的出现，为各行业的管理提供了新的思路，已经取得初步的研究成果。但在铁路隧道管理领域的应用尚不多见，未进行基于 GE 的隧道发布、修改、动态浏览等次的开发应用。既有隧道近接施工地质的复

17、杂性决定了其灾害的发生和发展也是一个复杂的地质过程，决策者往往要面对的海量的异常复杂的资料与数据，在做出灾害发生的可能性时，往往无法快速、有效整理和科学地分析这些资料和数据，很难做出快速、准确的预报。在云计算，更加有必要借助计算机这个工具，开发既有线近接施工地质，为地质工作者和决策者提供技术支持。近年来，随着世界各国长大深埋隧道的施工，人们越来越认识到了解地质的重要性，国内外有许多学者致力于该技术的研究，也取得了不少成果，但是，在利用计算机技术参与管理方面还比较落后，大多靠纸质存档、人工数据管理，计算机应用水平不高。现代和工程技术在地质管理中的应用水平还比较低，处理落后，作业往往无法迅速从海量

18、数据中找到关键，没有充分利用的强大功能。1.2.2险评价研究现状20世纪 30 年代由于世界性的爆发，企业设立保险部门成为风险管理萌芽。1931 年管理最先提出风险管理概念，并开始进行探讨和研究，并于次年成立纽约经纪人。1938 年后，企业开始采用学术会议/研究班等科学的研究风险管理。20 世纪 50 年代，风险管理形成为一门新兴学科，逐渐向系统化、专业化发展。1950 年（Mowbray）等人在保险学中对“风险管理”概念进行了阐述。1960 年风险管理课程由保险管理（ASIM）纽约分社与沙那大学首次联合开设。1961 年斯教授主持并发表风险与保险学课程概念。1963 年Risk Manage

19、ment in5基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告Business Enterprise历史文献的。20世纪 70 年代风险管理研究逐渐蔓延到全球。1975 年，保险管理（ASIM）更名为风险与保险管理，标志着风险处理方式从保险方式变为管理方式。1983 年，“101 条风险管理准则”的通过，标志着风险管理发展到一个新阶段，达到更高水平。英国C.B.Chapman 教授在Risk Analysis for Large Projects: Ms, Methods andCases一文中提出“风险工程”概念。1986 年英国将风险分析技术运用到北海油田输油管道的铺设过，施工安全，降低

20、了成本。之后，法国、德国、等国都展开对风险管理的研究，建立起风险管理，开设风险管理课程，将其运用到实践中，取得了丰硕的成果，形成了一系列的理论体系，极大的促进了风险管理学科的发展。二十世纪五十至六十年代，安全分析与评价技术首先出现在核工业中，并随着化工业生产中频繁发生火灾、爆炸及毒气泄漏等事故，开始得到全的研究。道化学公司首创化工生产度安全评价。火灾爆炸指数法、评价法、六阶段评价法和化工过程评价法等相继出现。二十世纪六十年代中期，英国提出故障数据库和可靠性服。1975 年原子能委员核电站事故性评价。1981 年，会发表概率性评价指南，以概率风险评估为代表的系统安全分析评价技术依托航天及核工业等

21、高技术领域的发展而快速发展。二十世纪七十年代后，系统安全分析评价技术逐渐推广到航天、航空、石油、化工、矿山等领域。国外铁路施工风险的研究多集中于风险技术方面，如高速铁，德国 ICE 高速列车使用的防灾系统（MAS90），法国的路运营列车自动系统，营业线施工险方面的研究较少。下面部分发达既有线施工模式。在作业模式上，国外铁路发达多采用开设天窗形式施工，且单次时间较长，为 46 小时，甚至更长，如西欧和等国的施工“天均在 6 小时以上，而窗”的一些铁路公司甚至可以通过其它平行径路安排，从而对某条线路集中多天施工。在作业时间上，多安排在夜间或凌晨，如新干线以及法国高速铁路维修天窗时间均是设在 0:0

22、06:00，德国则是安排在凌晨 3:306:00，周末夜间通6基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告过货车较少时开设较长时间的天窗进行集中维修，这样避开列车密度较大的时段,最大限度减少交叉干扰。，多采用大型机械化作业,在充足的在作业时间保证业效率得以充分发挥,工程质量和施工安全可以得到更保障。风险管理研究在我国起步较晚，约在二十世纪七十年代末至八十年代初，我国才开始了风险管理相关研究。后，博士首先将风险管理理论带入我国。1987 年风险分析与决策的，表示风险研究在我国正式开始。同年，原机械部提出在机械业内开展工程安全评价，并在 1988 年颁布了机械工厂安全评价标准。二十世纪九十年代

23、，风险管理逐渐进入到工程建所和企业也相继对其进行研究。1996 年，设领域，各高校、阐述了国际工的众多风险，对其进行分析评估，提出风险防范对策。1998的风险进行识别、评价、应对。1999 ，年，在对项目中投资项目风险分析一书中，结合实例对风险分析理论、进行了较全面系统的研究。2001 年项目管理知识体系。2002 年，“熵”引入风险评价中。随后，一系列安全管理条列和安全生产相继颁布。目前,对险分析的研究工作仍在继续,并不断取得进步。国内铁路营业线施工风险体系的相关研究不断增多，成果颇丰，保证了铁路工程的安全，促进了风险管理在铁路工程领域的发展。下面对近几年国内学者对铁路营业线施工安全所做的相

24、关研究进行简要。2012 年既有线电气化铁路风险，运用层次分析法进行既有线电气化施工风险评估，经计算得出结论：风险和管理风险是既有线电气化铁路施工的主要风险。2012 年在铁路营业线施工组织险及对策一文中将理论引入营业线施工组织，通过识别险，分析风险，提出强化施工安全基础管理、强化施工现场作业、施工预备会和总结会格式化管理、提升车站施工管理化水平等风险对策。2012 年从、材料、机具、自然环境、组织协作五个方面对铁路电气化改造工程施工险进行识别，运用模糊综合评估法进行风险评7基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告估，给出风险应对策率，并提出从风险管理理念、组织、管理技术、管理人员、制

25、度和法规方面建立风险保障体系。2012 年从人的不安全行为、物的不安全因素、环境的不良状态、管理的不安全状态四个方面对既有线电气化改造工程施工安全的风险因素进行分析，并典型安全事故，分析人、机、环境、管理对其的影响。从人、机、环境、管理四个方面构建安全预警指标体系, 运用多层次模糊评价法对安全预警指标进行评价，根据预警结果，采取相应对策。2013 年研究了既有线提速施工主要技术以及在施工过可能遇到的风险, 结合现场实际、分析后形成系统、套的安全管理办法。既有线提速改造技术体系以及成2013 年，阐明了既有线施工定义，并既有线施工范围进行界定，并提出从施工前准备，施工中的防护措施，优化技术方案，

26、提高识，加强现场监管和巡查力度方面确保既有线施工安全。2014 年结合安全系统工程和风险管理理论，从 PDCA 循环的理念出发，建立铁路既有线电气化改造工程安全保障体系分别从组织职能体系、风险体系、安全评价体系以及应急管理体系四方面进行具体分析和。虽然已有众多学者利用多种评价模型对既有线施工险评价进行了研究，但仍一些问题：（1）不注重风险管理，管理缺乏专业技能，管理简单，管理理念陈旧。没有相应的安全管理部门，或虽设有安全管理部门都流于形式，缺乏具有安全工程专业的技术，管理简单，不能进行全的辨识，形成完整的风险分析、风险评价、风险体系。抓不住风险管理的重点，仅仅以罚款和为员工购买保险作为风险管理

27、，无法有效的事故发生。（2）辨识不够全面，既有线施工由于其施工工艺的复杂性，涉及的技术领域广泛性，影响因素的多元性，导致安全隐患众多，辨识工作量加剧。并且，由于施工项目上和专业技术的缺乏，识别单一，识别结果不够全面。8基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告（3）风险评价过于简单，通过调研发现，风险评价采用直接经验法和LEC 评价法。该在进行指标取值时主要凭经验和直观，极易受主观因素影响，很难把握，评价结果不够合理、科学、可靠。（4）不重视安全培训教育，铁路营业线施工多以农民工、临时工为主。他们受教育程度低，大多凭经验做事，缺乏专门教育培训，识低。而由于施工工期紧张，任务繁重，许多为了

28、能够按期完工，岗前培训教育过于简单，走过场。不注重员工安全教育，不进行营业线施工安全培训，导致事故频发。（5）事故处理，未严格执行事故四不放过原则，未对已发事故进行深入彻底的分析，没能找出其根本。没有吸取教训，达到教育的效果，导致同类事故反复发生。因此，深入进行常见事故分析，探索其根本很有必要。目前，铁路既有线施工险的研究仍在继续，并在不断深入，但还未形成成熟的理论体系，已有的风险管理和还主要依靠人力，未能形成化，风险识别和评价主要靠经验，极易受人为影响，还需不断改进完善，跟上化步伐，才能满足实际需求。1.2.3施工测研究现状随着科技发展的和安全施工重视程度的日益提高，国内越来越多的既有线近接

29、施工工程在施工过采用了高精度的监测，并在提高施工安全性上取得显著成效，推动了测技术在铁路领域的发展。2008 年建成的京津城际轨道交通、2010 年开始运营的福夏铁路以及前开通的高铁、京广高铁等，都采用了较为先进的自动化系统，对铁路沿线的风速、降雨、异物侵入等进行监测，铁路线路的安全。另外，对于铁路既有线近接施工的测与评估，许多学者也做了大量的研究。交通大学的等人设计了铁路施工防护的无线系统，用于解决铁路线路维修时设置防护区需要有人进行值守的不便。系统由两台发射机和一台袖珍接收机组成，实现自动和，保证铁路维修的安全，同时替代了防护区值守。系统在防护区域布置新型的光纤传感器，利用发射机进行设置，

30、捕捉到信号后发送到机，实现功能。9基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告李永明等客运专线高速行车要求顺性和舒适性的特点，经过分析认为客运专线对结构物的沉降要求较高，指出不均匀沉降或沉降量超限会导致轨道板开裂，进而严重的质量事故。这些问题，提出利用人工测量的进行沉降观测以保证客运专线的性和安全性，并且利用沉降观测的数据，真实反映实际施工情况，通过严格的数据分析来评估线下结构物的性，以实现客运专线顺性和舒适性。十三局的等地下铁路施工会造成地表沉降的问题，结合工程实际和数据分析，设计了一套合理的监测方案。该方案分别以土、地表沉降为监测对象，利用土盒和精密水准仪获取变化和位移变化数据，然后得

31、到数据变化时程曲线，进而实现对地下铁路施工的实时监测，确保施工安全。交通大学的以京沪高速铁路某岩溶地段的桥墩桩号为研究对象，利用反射波技术对施工过不同深处的岩溶分布情探测，从而实现京沪高速铁路施工期岩溶地质处理效果实时监测的目的。等通过分析以往人工监测的缺点，利用静力水准仪结合和传输技术，开发了铁路施工便梁沉降自动化系统，并运用于常州泡桐路下穿立交改造工，取得了较效果。目前，测技术在铁路既有线近接施工领域的研究和应用已经不断深入，但尚未形成比较成熟的技术体系和框架，铁路已有的测体系还需不断完善，才能适应铁路不断提速的要求。对于铁路既有线近接施工的监测，营业线施工中的测更加重要。我国目前铁路单线

32、较多的现状决定了今后很长一段时间内铁路的施工是单线变复线的情形，许多学者也利用不同的手段和对铁路施工过程进行了监测，但是对铁路既有营业线施工的安全监测研究还实际需求，现代化的监测和监测还未能较利用。LabVIEW虚拟仪器技术在自动化、通信、航空航天、半导体以及电路设计和生产领域的广泛应用，在工程实践中不仅大大节省开发资金和缩短开发周期，还能够事半功倍，取得比传统仪器更测试效果。利用虚拟仪器技10基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告术和 LabVIEW设计的自动化监测系统已经在汽车、大坝监测、隧道开挖等方面得到广泛应用，并取得了较效果：宋蕴璞等结合基坑开挖的特性，利用 LabVIEW

33、 平台建立了服务于基坑开挖的监测与。系统将LabVIEW 和硬件平台巧妙结合在和显示，具有数据超限一起，实现对各传感器的，实现实时的功能，能够历史数据，便于后期的分析处理和反馈补偿。等人借助虚拟仪器技术、PXI平台及 LabVIEW 开发环境，设计了具有震动波形数据实时显示、波形数据实时处理及等功能的震动实时监测系统。Guimei Wang，Qingdong Wang 等人通过分析目前矿山使用的提升系统的不足，利用 LabVIEW传感器技术建立了一套符合现代矿山开采的提升测试系统。该系统能够处理多种信号，克服了传统的测试系统准确度低，测试效率低的缺点，最大限度的解决了工人劳动强度高的问题。系统

34、兼容性强，开放性高，有广泛的应用前景。陈等基于 LabVIEW 开发了一种实时监测和显示矿井提升机提升速度、趟数、载重量并具有事故功能的监测系统。设计了一种基于 LabVIEW 的机械故障类分析法和 RBF 神经网络相结合对机械故障进行系统，该系统采用聚推理，利用 LabVIEW 进行设计开发，取得了比较理想的结果。系统具有速度快、性能等优点，能够对机械运行过出现的故障进行实时、准确，从而提高了机械维修效率。综上所述，传统的既有线近接施工过，营业线桥涵施工安全防护监测方式主要有：（1）利用传统的全站仪或水准仪测量支墩变化，从而营业线的安全性；（2）不定期的利用轨检车对营业线轨道进量，确定营业线

35、轨道的状态；（3）施工现场不定期的利用卡尺进量，粗略的营业线轨道的沉降、倾斜，指导施工进行；（4）利用 GPS对桥涵施工中的营业线进量，计算变形和沉降；（5）利用单一的传感器对营业线桥涵施工中的铁路轨道的沉降或者变形，或桥涵支墩的等进行单独监测。11基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告前三种主要以常规测量进行监测，主要是人在现场进行操作，主要缺点为：（1）传统的人工监测受影响较大，精度会因不同的人测量产生微小偏差；（2）需要大量的人力进行现场测量，不能适应当前化施工的需要；（3）人为的测量，现场的安全性难以很把握，并且不能实现对数据的实时处理和反馈。后两种利用当今先进的科学技术，能

36、够实现自动化监测，但是主要以下不足：（1）GPS 精度不够，铁路轨道的变形或者沉降都是精确到 mm 级；（2）利用传感器技术是当前比较可靠的，但是单一类型的传感器进行监测和数据分析科学性不够，并且单一类型传感器设计而成的单一监测系统，难以实现多种类型传感器数据监测的实时共享分析和度预警，无法实现多类型数据的实时融合与处理。因此在自动化程度日益增高的科技发展下，借助 LabVIEW 和 GE平台，结合北斗定位通讯技术、虚拟仪器技术、多传感器技术、灰色评价、神经网络技术和无线传输，设计开发基于北斗的既有线近接施工智能移动险评估系统、基于 GE 的既有线近接施工工程地质、基于 LabVIEW 的铁路

37、营业线桥涵施工防护自动化监测系统，合理布置监测点位置和设置监测频次，设置可靠的预警值，并进行现场的施工险评估和地质数据的录入，保证既有铁路线的正常营运和施工顺利开展，达到营运、施工两不误的预期目标。1.3项目研究从复杂条件下的铁路既有线近接施工地质条件的复杂性出发，采用工程技术和数据库技术与地质工程相结合，在 GEC#平台上进行系统的集成，并利用 Sketch Up 建模平台上进行二次开发，在构建既有线近接施工模型，研发地质预报，实现地质的可视化和数字化，并进行实时动态更新，便于施工过程管理和后期地质概况服务等。从施工要求的严格性和测的时效性等角度出发，通过北斗定位通讯硬件与 C#、联合开发集

38、成的，研制开发一套适用于各种施工形式的既有线近接施工智能移动险评估系统。该系统通过网络，由北斗获得项目评估点的实时高精度位置坐标，可限制用户在某一工程设定区12基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告域范围内进行评估，确保安全检查的科学性与有效性。通过层次分析和灰色理论确定风险源和权重，研发一套集施工风险现场、安全管理、施工风险自动评估于一体的具有定时定位功能的既有线近接施工评估系统。为了实现自动化高精度监测，实时把握顶进施工支墩险状况，运用多传感器技术、虚拟仪器技术、数据无线传输技术、信号智能识别技部分，搭建基于 LabVIEW 软术和数据过滤处理技术等构件系统的硬件和件开发平台的既

39、有线近接施工自动化监测系统，让容易变形失稳部位在整个施工过得到度的实时监测和评估，相互验证，提高施工风险源的可见性和精度，及时发现并提供施工调整建议或援救措施。13基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告1.3.1项目研究技术方案图1-1 研究技术路线图本采用的技术路线是：分析掌握施工地质概况，建立地质数据库->研->识别既有线近发基于 Googel Earth 的既有线近接施工地质预报接施工->建立指标体系与评价模型->确定监测项目及位置->研发险评估和智能硬件平台->研发基于北斗的既有线近接施工智能移动险评估系统->研发基于 LabVIEW

40、 的既有线桥涵施工自动化监测系统->综合凝练既有线近接施工险评估与智能。14基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告1.3.2项目研究内容对各种既有线近接施工工艺和流程进行分析和归纳，总结其相同点和不同点，借助 LabVIEW 和 GE平台，结合北斗（BDS）定位通讯技术、虚拟仪器技术、多传感器技术、灰色评价理论、层次分析法、与无线传输技术、数据处理技术、数据库技术设计研发基于北斗的既有线近接施工智能移动险评估系统、基于 LabVIEW 的铁路营业线桥涵施工防护自动化监测系统、基于 GE 的既有线近接施工地质预报的正常营运和施工顺利开展，项目研究的主要内容，保证既有铁路线以下几个

41、方面：（1）基础理论分析集成 GE的功能和 SketchUp 辅助设计平台，利用 GE 提供的数字地形和影像图片，与既有线近接施工地质相结合，并在 SketchUp 中进行既有线和施工线的三维模拟，实现既有线近接施工地质的可视化和数字化，为监测、管理和施工提供技术支持；分析当前铁路既有线近接施工自动化监测现状以及利用 LabVIEW 建立自动化监测系统的研究状况；总结铁路既有线近接施工的及概况，确认施工工艺以及施工过程的特点、隐患，分析常见的对策；结合系统工程、安全工程、层次分析和灰色理论，掌握 C#结合、SQL Server 数据库、Office 等编程；根据既有线近接施工的特点，对轨道发生

42、位移的变化规律进行分析，并利用数学推导出轨道位移调整公式；结合力学理论知识，对铁路既有线近接施工中的列车移动载荷进行分析，并提出移动载荷的处理和监测；采用 ANSYS 有限元分析，数值模拟研究列车动载荷对铁路既有线近接施工的影响，给出了各影响因素与支护主体性间的曲线，并给出铁路既有线近接施工期列车行车建议；（2）三设计研发既有线近接施工地质，建立了既有线近接施工地质信息动态数据库。以 GE 为可视化及二次开发平台，并利用 SketchUp 对既有线近15基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告接工程进行模拟与，构建既有线近接施工工程地质，实现地质的可视化和数字化管理；根据既有线近接施工

43、的特点，确定安全隐患、评估对象和监测项目，将现场试验和理论分析相结合确定传感器的布设位置及数量；结合北斗、系统工程、安全工程、层次分析和灰色理论，利用C#结合安全、SQL Server 数据库、Office 等设计一套集施工风险现场、管理、施工风险自动评估于一体的定时定点可智能移动既有线近接施工安全防护评估系统，即基于北斗的既有线近接施工智能移动险评估系统；利用网络技术和技术，设计研发测自动化仪，实现多类型传感器信号的智能识别和数据传输；利用 LabVIEW开发设计监测系统界面，结合数据库技术实现，即基于 LabVIEW 的铁对施工现场既有线近接施工的自动化在线监测和路营业线桥涵施工防护自动化

44、监测系统。（3）三的验证应用与完善在对系统功能进行验证后，将监测评估方案和系统硬件、应用于十四局复线施工工，实现铁路既有线近接施工的现场监测评估及指导施工，完善各个系统，保障既有线及施工安全运行。1.3.3项目创新（1）综合利用 GE、SketchUp 构建基于 GE 的既有线近接施工地质预报信息，实现地质数字化管理，为后续施工提供支持，提高施工组织管理水平。（2）利用北斗，建立了一套集“施工风险现场、安全信息管理、施工风险自动评估”于一体的具有定时定位功能的既有线近接施工评估系统 ，实现了安全检查在特定时间段、特设项目地点完成安全检查与评价，避免安全检查工作流于形式。（3）综合应用力学分析、

45、现场测试以及数值模拟计算，揭示了列车运行静-动载荷耦合作用规律，运用正交极差分析法分析了各影响因素对既有线近接施工支护主体的影响大小，为既有线近接施工智能提供参考依据。16基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告（4）设计并开发了一套具有“数据智能并识别、数据无线传输并过滤、实时预警、轨道参数科学调整”等功能的铁路营业线桥涵施工防护多传感器自动化监测系统，实现了重点监测部位的度实时监测、评估及预警。（5）通过理论分析以及三角函数几何推导出了支护便梁上任一铰接点的沉降位移及水平位移值的科学计算公式。结合现场监测数据，通过内部数学计算可为铁路维护部门提供一个准确的便梁铰接点和轨道位移调整参

46、考值。17基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告第2章基于 GE 的既有线近接施工地质预报系统管理GE 之所以能够拥有庞大而又令人振奋的应用前景，主要是因为 GE 是个很优秀的地理系统平台，它不仅能够提供地图影像及数据的传输功能，而且还了开放的 API 接口，能够让用户根据的需求，基于 API 开发出具有地图显示，地图操作，完成空间分析的功能。加上用户的码，完全可以开发一个满足日常业务需求的空间地理系统。GE 为程序开发者提供了的 COM 接口，开发者只要使用支持 COM 接口的可视化编程语言工具进行二次开发，就能根据的需要开发出新的应用程序。目前，Delphi、Visual Bas

47、ic 等可视化编程语言都可以调用 COM 的接口、添加所需的业务逻辑，从而构建所需要的程序。但是，现阶段 GE 在铁路隧道领域的应用尚处于起步和摸索阶段。本项目将国内外先进的地理与我国铁路建设大发展的需求相结合，从地质复杂性的角度出发，研发基于 GoogleEarth 的既有线近接施工地质预报。2.1系统开发设计2.1.1系统设计的目标系统设计的目标即系统的需求分析。要想满足用户的基本需求，开发一个功能完善且符合用户设想的系统，必须首先根据用户的要求和目标，进行全的分析，找设计的依据和基础。本系统的目标是集成 GE的功能和 Sketch Up 辅助设计平台，利用 GE提供的数字地形和影像图片，

48、与既有线近接施工地质相结合，并在 SketchUp 中进行既有线和施工线的三维模拟，实现既有线近接施工地质的可视化和数字化，为监测、管理和施工提供技术支持。其具体目标如下：（1）构建基于 GE 的既有线近接施工地质三维显示平台；18基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告（2）通过插件实现从 GE 中获取全球任意区域三维地形、影像数据；（3）应用 SketchUp 辅助隧道三维模型设计，实现既有线近接施工地质信息的可视化；（4）提出并实现将既有线近接施工地质在 GE 上的数字化管理，构建一个完善的数据库，使得不同的用户可以方便、快捷的对数据进行和修改，并实现动态更新；隧道模型的三维显示

49、，隧道模型的缩放、漫游以及空间属性数据的和分析等。并通过完善每个点的地标，为隧道施工过程和运营过程的安全提供技术支持和辅助决策等功能；（5）整个系统应做到性能行人机交互。，功能可靠，方便操作，界面友好、方便进2.1.2系统的设计原则系统在开发设计过，不能没有依据，也不能只依照程序开发者的意愿。系统的开发设计首先必须具有一定的专业技术水平，并且具有一定的针对性，满足特定用户的需求。并且在系统使用过，给用户带来一定的和效益，发挥其应有的价值。基于 GE 的既有线近接施工地质预报是地质数字化、可视化管理方面的一个探索性应用。要想系统能够发挥强大的功能，应当遵循以下设计原则：（1）科学性和先进性基于 GE 的既有线近接施工地质预报是一个数字化的管理系统，其设计和开发必须科学严密，结合工程技术和数据库技术，使得系统具有很强的科学性。因此，系统开发需采用国内外的先进知识技术，力求更大的提高既有线近接施工地质预报管理水平。（2）性和实用性本系统的开发设计是既有线近接施工地质这一特殊的领域，目的是提高既有线近接施工的工作效率，为施工和决策者提供准确、及时、有效、可靠的，保证隧道施工的顺利进行。同时，本系统的开发设计过程19基于 BDS 的既有线近接施工智能及应用研究报告