摘要:工程测量主要是指工程建设在设计,施工和管理阶段所进行的各种测量工作。工程测量应用范围广泛,它直接为工程建设服务,对工程建设起着极其重要的作用,文章简要论述了工程测量的全球定位系统GPS、数字摄影测量、数字化技术、3S集成技术等。下面是小编整理的《铁路工程地质信息管理论文 (精选3篇)》的相关内容,希望能给你带来帮助!
空间分析在铁路建设中的应用研究
摘要:本文紧扣铁路资源信息和地理信息关联性、依附性,探讨空间分析在铁路建设中的发展应用,并详细分析研究了空间分析在铁路信息管理方面、在铁路方案评价决策方面、在列车定位方面的具体应用。
关键词:铁路;空间分析;信息管理;评价决策;列车定位
空间分析是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术,其目的在于提取和传输空间信息。(郭仁忠,1997)铁路资源信息与地理信息存在紧密的关联性和依附性。所以,在铁路中,必然需要大量地使用空间分析的方法来解决问题。空间分析的相关软件在铁路上的应用也使得铁路的工作更加便捷高效。
1铁路与空间分析
“空间分析”一词与工程力学中的“空间分析”重复,二者意义却大相径庭,空间分析是GIS的一个重要组成部分,且GIS是空間分析最强有利的环境。[1]在中国知网中筛选主题为GIS和铁路的文献,共313条相关结果。可以看到最早的相关文献发表于1993年,在1993年,徐扬[2]就认识到将空间数据与其他属性数据结合用来进行空间分析这一方法在铁路建设中的重要性,并研究了地理信息系统在铁路建设上的应用的可行性。
在2000年随着“数字铁路”[3]这一概念在国内的出现,铁路中空间分析的相关研究出大幅增加,在2004年和2008年达到了两个峰值。且相关研究涉及铁路选线、铁路运输、铁路环境影响、铁路的勘测设计、铁路货运、铁路工务等多个方面。
2空间分析在铁路信息管理方面的应用
铁路系统中处理的信息多数与地理位置有关。在早期,相关部门的大量设计图纸、图像、表格、文字等都以手工操作为主,各工序、各专业彼此分开,资料的传递,不仅效率低,且错漏现象时有发生。为使铁路信息的管理与传递更加方便,将GIS引入了铁路信息管理系统。
早期GIS在铁路上的应用大都是将铁路中各子系统各部门所涉及的信息按照不同数据结构,储存在数据库中。借助GIS,通过地图表示不同位置的信息,建立铁路信息与数据定位地图之间的联系,实现直接在地图上进行信息管理的功能,使得对铁路不同信息的管理更加直观,也方便了信息的传递。以此为基础,利用WindowsNT组建C/S网络,还可以实现数据的网络共享。利用GIS软件的空间分析能力对铁路信息进行管理,在铁路新线建设、用地管理、工务信息管理都得到了广泛的应用。
2.1GIS铁路用地管理系统
GIS铁路用地管理系统[5]分为用地基本情况管理、铁路用地地籍管理、铁路用地规划管理、铁路建设用地管理、铁路用地日常管理五个模块。各模块拥有不同的图层,各图层拥有不同的数据结构。各模块相互独立,将各模块统一与数字化的地图建立联系,即可实现通过地图对相关信息的查询与管理。
2.2基于GIS的铁路工程地质系统
铁路工程地质信息系统[6]利用GIS平台搭建地理信息数据库,用其他关系数据库储存属性信息数据,系统除了具有数据管理和数据统计分析的简单功能外,还可以利用系统的灾害识别模型、灾害发生预测模型,救灾模型等模型对信息进行处理后,能够对铁路沿线有关地质灾害的危害程度进行预测和评价。基于WindowsNT组建C/S网络,实现数据的网络共享。
2.3GIS铁路工务综合信息系统
GIS铁路工务综合信息系统[7]可以通过栅格图像配准后形成矢量图为各个地理对象指定地图坐标,该数据库具有数据自动转换功能,具有线路、路基、桥隧、防洪四个工务信息数据库,与储存地图各种空间数据的基础数据库结合可以实现专题地图分析、工务信息及多媒体信息查询展示的功能。
除上述三个系统外,类似的还有GIS铁路通信线路管理[8]、GIS铁路货运营销信息系统[9]、GIS铁路综合监控系统[10]等系统的实质都是基于GIS的电子文件柜[11]。
3空间分析在铁路方案评价决策中的应用
随着人们对GIS的了解,对空间分析方法的深入学习,空间分析在铁路上的应用也不仅局限于对信息的管理,逐渐发展到铁路信息与空间数据的联合处理,并建立适当的评价模型帮助用户完成程序化的决策过程。
3.1空间分析在车站选址中的应用
常规的铁路车站选址主要有,确定经济合理站间距离、选定适当的站址方案、车站分布技术方案的决策三步。齐颖在常规铁路车站选址解决方法的基础上结合空间分析法提出车站选址的新方法。[12]具体步骤如下:
3.1.1初始地址的获得
遵循集中与分散相结合的原则,把市内交通、市郊交通、其他交通方式及交通换乘模式同客流的集散结合,综合考虑城市规划、城市交通规划、地形地质情况、建筑物情况、线路走向、运输功能合理发挥条件等影响,以方便乘客集散或旅客到达车站短途交通费最省、换乘次数最少、占用繁忙路段机会最少等为目的,提出优化模型。
齐颖在文章中以旅客到达车站短途交通费用最省的情况为例,假设Ai(Xi,Yi)为N个旅客集散点,其运量需求分别为Qi(万人/年),短途票价为pi(元/人公里),Z(X,Y)为某一车站选址,假定各个集散点到车站之间有直通路。
则各个旅客集散点到车站的短途交通总费用为:
选址问题即可变为一个优化问题;
另外,还可将乘客通过换乘其他交通工具到达车站所用的时间作为目标函数,或者考虑施工工程投资最省,加上约束条件建立优化模型,进行求解,得到其他的站址,最后可以得出多个站址方案。
3.1.2站址方案评价
将各评价指标量化为评价指标值ui,并由决策者给出权重wi,则有站址方案合理度:
F值越大,则对应方案越合理。
3.2基于GIS的铁路噪声预测与评价方法
3.2.1铁路噪声预测模型
我国铁路噪声预测方法常用的有两种[13]:比例预测法和模式预测法。目前,我国铁路建设项目大多数采用模式预测法对噪声环境影响进行分析评价。[14]模式预测法把铁路各类声源简化为点声源和线声源分别进行计算。
3.2.2GIS与预测模型的结合
GIS与预测模型结合,要先将研究区域内的空间数据、属性数据导入GIS系统中,运用编程语言和二次开发组件将GIS与噪声预测模式法模型集成,构建五个作用层:空间数据、属性数据的导入,建立程序化噪声,绘制噪声值表和等声级线分布图,分析噪声影响程度,制定噪声预防、噪声消减对策。
3.3空间分析在线路方案比较中的应用
早期的选线方法,比选目标单一,缺乏综合性。在之后的研究中,花超将层次分析法、灰色关联决策理论运用于线路的选择中。[15]构建铁路线路方案评价递阶层次结构,运用数学方法对各指标的权重进行分配,再运用灰色关联决策理论对方案的优劣进行比较。该方法综合考虑了指标间的相对权重和关联性,考虑更全面。
现在GIS铁路选线中的运用主要在于对已有的备选线路方案进行分析、比较,而在线路设计中很少涉及。GIS强大的功能完全可以在用地分布图、地质灾害图、地形地势图等数字化的基础上实现线路方案的设计。首先,对用地分布图、地质灾害分布图等进行叠加分析,筛选出允许进行线路建设的区域。而后,根据线路的设计最大坡度以及地势地形图的等高距确定出步长R,即相邻等高线件应设计的线路长度。而后就可应进行线路的设计,具体步骤如下:
(1)以起点为圆心,在半径为R的范围内进行缓冲区分析,在允许进行线路设计的区域中选择与起点高差小于等高距作为备选点集,将备选点集中离终点最近的点作为点A;
(2)连接起点与点A;
(3)将A点作为起点,重复第一步,如果找到下一点则继续重复一、二步;如果没有找到满足条件的下一点,则返回第一步重新检索距终点次近的点作为A点,然后进行第二、三步。若A点的下一点的备选点集中包含终点,则结束选线,将终点作为线路的最后一点。
4空间分析在列车定位中的应用
使用传统的轨道电路定位法、测速定位法都无法实现对列车的精确定位。可以实现精确定位的GPS在列车经过较长的隧道或在建筑物林立的大城市群中会出现GPS的信号阻断,很多数据无法接收,严重影响GPS的定位功效。为了提升列车定位的准确性,科研技术工作者经过潜心研究,开发了GPS与GIS的集成列车定位技术。[16]
4.1GPS与GIS集成列车定位技术
GPS与GIS的集成列车定位技术在GPS信号丢失的时候依据GIS的距离计算功能推算列车的位置,以实现列车的定位监控。为实现GPS与GIS的集成列车定位技术,首先要建立铁路GIS地图数据库,使用SOAP在GPS和GIS之间进行通信,实现两系统间的数据与信息的交换。该技术的核心定位算法分为GPS坐标与数字地图匹配和GIS距离推算两个过程。具体步骤如下:
GPS坐标与数字地图匹配:
(1)得到某一时刻的GPS数据;
(2)如果GPS得到的速度小于铁路限速(300km/h)则进行第三步,否则需要重新获取GPS数据;
(3)在距GPS定位点100m范围以内,进行GIS缓冲区分析,搜索铁路线,这里的铁路线应该是指一段线;
(4)若铁路线路的防线与SOAP中获取的GPS信号的方向一致,则该铁路为目标路线;
(5)遍历目标线路上的所有点,计算与定位点之间的距离,距离最小处的点即为列车在地图上的实际位置,通过GIS渲染,使该点高亮显示出来,完成GPS坐标与数字地图的匹配。
GIS距离推算:利用已知的列车速乘以信号丢失的时间,得到列车相对于原来位置的距离。利用GIS储存的铁路向线路信息,以列车前一显示位置为基点,按照与列车运动的一致方向遍历该铁路线上的所有点,计算两点间的距离,如果距离大于铁路线长度,则需要遍历与运动方向一致的相邻铁路线,以此方法进行搜索,直至计算的距离与前一计算的距离相等,该点即为列车此时所在的地图显示位置。通过GIS的渲染,该点可以高亮显示出来。
4.2GPS与GIS集成列车定位技术的思考
列车定位的重要作用之一是保证列车安全,而这个方法,对列车位置进行计算前已经默认列车一定在铁路线路上,所以当列车在隧道中发生意外,列车信号丢失,GIS依旧以正常算法对列车进行定位,无法及时发现列车事故,这种集成方法在安全性方面还需要轨道电路或其他定位技术的辅助以保证列车的安全运行。此外,位置推算过程中使用的速度是某一刻的速度,无法保证列车在丢失信号的这段时间内都以该速度运行,其精度在丢失信号段降低。这大概也就是为什么早在2005年就提出这种集成技术,但时至今日,却没有得到使用的原因。直到2017年这个问题都没有被解决,列车始终在铁路上行驶依旧是GIS进行定位的一个前提条件。[17]但可以看出的是,想要实现列车的高精度定位,单靠一种定位方法是难以实现的,集成化是列车定位技术的一个发展方向,而当面对多种定位系统提供的大量数据时,GIS对数据的空间分析能力尤为重要。
5结语
早期空间分析在铁路中的应用主要在于地理信息管理方面,大多属于电子文件柜,使用的都是较简单的空间分析方法;随着GIS技术的发展,空间分析也参与到了铁路问题的决策过程中,该过程是一个多目标的优化过程,宜采用叠加分析法;空间分析的方法为列车定位提供了新思路。铁路中的空间定位问题无法单靠GPS或GIS技术解决,二者結合,将GIS技术用于列车定位能够暂时弥补GPS定位列车的一些弊端。
参考文献:
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作者简介:张永怡(2000—),女,汉族,陕西安康人,本科,研究方向:鐵路运输。
作者:张永怡
浅论工程测量技术
摘要:工程测量主要是指工程建设在设计,施工和管理阶段所进行的各种测量工作。工程测量应用范围广泛,它直接为工程建设服务,对工程建设起着极其重要的作用,文章简要论述了工程测量的全球定位系统GPS、数字摄影测量、数字化技术、3S集成技术等。
关键词:工程测量;技术
工程测量贯通整个工程建设的前后,在工程施工过程中,从工程开工一直到工程结束,均离不开工程测量工作,在工程建筑物的施工和运营期间,离不开监视观测。工程测量是保证工程质量的重要手段。工程测量的技术主要有全球定位系统GPS、数字摄影测量、数字化技术、3S集成技术等,文章在简要分析工程测量内容的基础上对以上相关技术进行分析。
1 工程测量的内容
一般的工程建设基本上可以分为三个阶段,即规划设计阶段、建筑施工阶段与经营管理阶段。在工程建设规划设计阶段主要是提供各种比例尺的地形图与地形数字资料,另外还要为工程地质勘探、水文地质勘探及水文测验进行测量。对于重要的工程或地质条件不良的地区进行建设则还要对地层的稳定性进行观测。在建筑施工阶段,根据工程现场的地形、工程的性质,建立不同的施工控制网,准确地标定建筑物各部分的平面位置和高程,作为施工与安装的依据。在工程管理阶段,定期地对建筑物、构筑物进行位稳、沉陷、倾斜以及摆动进行观测,和维护。按其服务的对象来讲,工程测量包括工业建设测量、铁路公路测量、桥梁测量、隧道及地下工程测量,水利工程建设测量、输电线路及输油管道测量及城市建设测量等。
2 工程测量技术
现有的许多先进的地面测量仪器,为工程测量提供了先进的技术工具和手段,如:光电测距仪、精密测距仪、电子经纬仪、全站仪、电子水准仪、数字水准仪、激光准直仪、激光扫平仪等,改变了传统的工程控制网布网、地形测量、道路测量和施工测量等的作业方法。
全球定位系统GPS技术在工程测量中具有精度高、灵活性强、工作效率高等特点。GPS控制网不仅具有很高的平面精度,同时也为用户提供了比较准确的高程数据。GPS接收机采集记录的接收机天线至卫星伪距、载波相位和卫星星历等数据必须通过GPS数据处理才能得到最终的测量定位成果。国家大地网、城市控制网、工程控制网的建立与改造已普遍地应用GPS技术,在石油勘探、高速公路、通信线路、地下铁路、隧道贯通、建筑变形、大坝监测、山体滑坡、地震的形变监测、海岛或海域测量等也已广泛的使用GPS技术,在我国GPS定位技术的应用已深入各个领域。
数字化技术,电子经纬仪、全站仪的应用和GEOMAP系统的出现,把野外数据采集的先进设备与微机及数控绘图仪三者结合起来,形成一个从野外或室内数据采集、数据处理、图形编辑和绘图的自动测图系统。利用数字化仪将已有纸制地图输入计算机,经编辑、修补后生成相应的数字地图。系统的开发研究主要是面向城市大比例尺基本图、工程地形图、带状地形图、纵横断面图、地籍图、地下管线图等各类图件的自动绘制。系统可直接提供纸图,也可提供软盘,为专业设计自动化,建立专业数据库和基础地理信息系统打下基础。当前有手扶跟踪数字化和扫描矢量化两大类仪器,数字化成图技术有内外业一体化和电子平板两种模式。内外业一体化是一种外业数据采集方法,主要设备是全站仪、电子手簿等,其特点是精度高、内外业分工明确、便于人员分配,从而具有较高的成图效率。
3S集成技术,3S(GPS、GIS、RS)技术的结合RS(遥感技术)是指从远距离高空及外层空间的各种平台上利用光学或者电子光学(称为遥感器或波探测仪器)通过接收地面反射或接收的电磁波信号,并以图像胶片或数据磁带形式记录下来,传送到地面,GIS(地理信息系统)是近年发展起来的一种在计算机软硬件技术支持下对信息进行采集、存贮、查询、综合分析和输出,并为用户提供决策支持的综合性技术的空间信息管理信息计算机系统。GPS与RS为GIS提供区域信息及空间定位信息,而GIS进行相应的空间分析以便从GPS和RS提供的海量数据中提取有用的信息并进行综合集成,使之成为科学的决策依据。GPS、GIS、RS技术紧密结合在勘测、设计、施工管理一体化方面发挥重大作用。
总之,随着数字化技术的不断提高,GPS、GIS、RS等技术广泛应用,工程工程测量必然朝着自动化、实时化和数字化方向发展,工程测量必将成为人类利用自然地更为有效的手段。
参考文献
[1]马志勇,许久明,我国工程测量技术发展现状与成就[J].科技信息,2006,(9).
作者:庞丽淑
城市轨道交通工程技术专业职业能力调查与分析
摘 要:通过问卷调查、访谈调查及电话调研等方式,对城市轨道交通工程技术专业职业能力调研数据进行了解读分析,以期能对城市轨道类专业人才培养方案合理制定和课程体系改革提供借鉴参考。
关键词:城市轨道工程技术;职业能力;调查问卷;样本构成;调研分析
城市轨道交通工程技术专业主要面向铁路局、地铁公司、城际铁路公司、施工企业单位等单位,在生产第一线从事城市轨道交通工程的勘测设计、施工、试验检测、养护维修和管理等技术工作,具备从事地铁、轻轨和城际快速轨道工程项目生产一线的施工、试验检测、养护维修等专业核心能力,能在城市轨道交通工程施工、检测、养护、投资与开发、设计等部门从事工程技术或工程管理等方面工作的高素质技术技能人才。
1 专业职业能力调查
本次调研的区域为福州、厦门、泉州等地区。本次调研活动采取的主要方法有问卷调查、访谈调查及电话调研等。一共发放调查问卷54份,回收到39份,回收率为72%,其中有效问卷35份。调研的对象包括行业主管部门、行业协会、福建省部分城市轨道交通类企业的主要负责人、技术负责人、人力资源负责人等。
根据城市轨道交通工程技术专业人才素质要求和人才培养规律,可将本专业调查框架分为综合素质和专业技能,城市轨道交通工程技术专业职业能力调查问卷主要内容有填表人的基本信息、对本专业毕业生的总体评价,还有从事本专业相关职业的知识、能力、技能或态度,从2个方面调查:
1.1 综合素质方面
主要从交流表达、数字运算、革新创新、自我提高、与人合作、解决问题、信息管理、外语应用等方面进行调查。
1.2 专业技能方面
主要从计算机操作、绘图和识图、测量和勘测、材料性能检测试验、地质与土工构造物、桥隧结构、工地检验、工程施工与管理、轨道养护与管理等方面进行调查。
1.2.1 计算机操作
1)操作计算机终端及有关外围设备;2)进行文字处理;3)编制圖表;4)应用数据库;5)使用多媒体演示软件;6)安装和使用工程设计、施工、管理、及检测等软件;7) 登陆使用互联网及查询检索信息。
1.2.2 绘图和识图
1)书写工程字;2)使用仪具绘制道路桥梁工程图;3)读识设计施工图;4)读识地形图;5)读识工程地质图;6)利用计算机绘制道路桥梁工程图;7)套用小桥涵标准图。
1.2.3 测量和勘测
1)完成外业测量准备工作;2)用水准仪测量高程;3)利用光学经纬仪测量角度;4)用视距法进行地形测量;5)使用全站仪;6)进行路线测量;7)进行工程施工放样;8)进行交通量统计和路线方案分析;9)进行路线平、纵、横曲线设计计算;10)进行料场勘查;11)进行桥涵水力水文调查及桥涵位勘查。
1.2.4 材料性能检测试验
1)进行野外土样采集;2)进行土的基本物理性质指标测试;3)进行土的工程力学性质指标测试;4)进行石料、水泥、石灰、沥青等的工程性能指标测试;5)进行混凝土的工程性能指标测试;6)进行混凝土的配合比设计;7)进行稳定土设计和性能指标测试;8)进行钢筋进行力学性能测试;9)进行木材及其他有无机材料工程性能测试。
1.2.5 地质与土工构造物
1)识别常见的岩石和矿物;2)识别基本地质构造形态;3)认识工程建设所属地貌单元及其特点;4)识别常见不良地质现象并对其进行工程地质评价;5)计算土压力;6)计算地基承载力和沉降值;7)验算边坡稳定性;8)验算挡土墙稳定性;9)识别软土地基并进行相应处理。
1.2.6 桥隧结构
1)隧道结构计算;2)根据现行规范要求进行构件承载力验算;3)计算一般桥涵构件荷载;4)验算混凝土梁、板和柱中的应力;5)根据规范要求和受力计算布置钢筋;6)进行桥隧构造物基础工程勘查及设计。
1.2.7 工地检验
1)核对施工图和应用技术规范;2)检验与施工有关的建材质量;3)现场进行路基工程外观、压实度、弯沉等检测;4)进行道路基层质量检测;5)进行道路面层质量检测;6)进行桥隧结构构件质量检测。
1.2.8 工程施工与管理
1)估算工程造价;2)编制施工组织设计;3)编制概预算文件;4)按程序组织桥隧单项工程施工;5)编制工程进度、质量检验和计量等报告;6)记录施工原始资料;7)整理竣工资料;8)采取施工安全对策与编制安全报告。
1.2.9 轨道养护与管理
1)调查桥隧构造物常见病害;2)分析桥隧构造物使用质量;3)确定轨道养护对策和方案;4)检验养护材料质量;5)按程序组织实施桥隧构造物的养护;6)控制养护质量;7)整理竣工资料;8)编制养护工程概预算。
2 专业职业能力调查样本构成情况
(1)被调查单位情况:在本次抽样样本中施工企业占74%、建设单位(业主)、勘察设计单位占9%、工程建设监理单位9%,另外金融部门、政府质量监督部门占8%。
(2)被调查人员职务:被调查人员相当多担任较重要的领导工作(其中技术骨干占30%,部门领导占53%),他们对人才市场的需求和毕业生的现状比较熟悉。
(3)选取的被调查人员从业年限:从业年限超过10年的占62%,5到10年的占30%,5年以下的占8%。绝大多数被调查人员对本行业的发展历史和现状相当了解。
(4)被调查人员学历与职称结构:学历结构,本科生占81%,专科生占9%,研究生占10%;职称结构中高级、中级、初级职称分别占总样本的30%、42%和28%。
3 专业职业能力调查结论
(1)专业定位。调查表明,施工企业单位的现场施工员占26%、试验检测员占24%、测量放样员占19%、工程监理员占15%和工程预算员占10%。它们是本专业用人单位提供的相对多的岗位,另外,安全员占4%、内业资料员占2%。
(2)基本评价。从调查结构看,用人单位对福建船政交通职业学院城市轨道交通工程技术专业顶岗实习毕业生的基本评价,满意占60%、比较满意达30%、一般占10%。
(3)综合素质。包括交流表达—很需要;数字运算—很需要;革新创新—偶尔需要;自我提高—特别需要;与人合作—很需要;解决问题—需要;信息管理—很需要;外语能力—需要等。
根据调查的资料分析,按需要的程度进行的划分可知:特别需要--自我提高(责任心和适应能力);很需要--交流表达、与人合作、数字运算、信息管理;需要--解决问题、外语能力;偶尔需要--革新创新。
(4)专业技能。包括计算机操作—很需要;制图和识图—很需要;测量和勘测--特别需要;材料性能检测试验--特别需要;地质与土力学—很需要;桥隧结构--特别需要;工地检测--特别需要;工程施工管理----特别需要;城市轨道养护与管理--很需要。
4 结束语
根据调查的资料分析,按需要的程度进行的划分可知:
特别需要--测量和勘测、材料性能测验试验、桥隧结构、工地检测、工程施工管理。此项结论表明,我院轨道专业毕业生顶岗实习主要从事的是工地现场的施工、测量放样,实验检测和现场管理工作,就业岗位符合高职学生现场一线的高技能型人才的目标要求。
很需要--计算机操作、制图和识图、地质与土力学、轨道养护与管理。此项结论表明,我院轨道专业毕业生今后进入设计单位,轨道养护与管理的人数不多,从事非本专业施工的也较少,说明了就业面尚较窄,需要进一步拓宽就业渠道。
作者:盛海洋 盛京
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