（管理科学与工程专业论文）基于rgis的铁路站场设备管理系统研究.pdf

摘要 摘要 站场是铁路网中设备最为密集的点，也是列车运行及技术作业最 为频繁的点。站场内部汇集了车、机、工、电、辆五大业务部门的各 种设备。如何管理好站场设备以便保证行车安全，如何评价站场设备 的使用状态以便合理制定维修计划，如何制定站场设备故障抢险预案 以便缩短设备故障的响应时间等等是站场设备管理的重要目标。 本文以铁道部正在进行的r g i s 总体规划为研究背景，通过对 r g i s 相关技术的综述和分析，探讨了基于r g i s 平台的站场设备管理 系统的相关理论和方法。提出了系统建设的体系结构，功能结构，站 场设备空间数据的采集、分类、编码、入库、元数据等准则。并结合 科研项目，在实践中检验了相关理论和方法。初步的开发结果已经证 明，新系统将在以下几方面超越于原有的设备管理系统： ( 1 ) 提高了站场设备图集的管理水平与效率，使设备管理工作 更加规范化、系统化与现代化； ( 2 ) 实现了站场设备管理的可视化，有关设备的各种信息通过 空中纽带被集成在一起，使信息的表达效率大大提高，设备所存在的 潜在问题容易被发现； ( 3 ) 站场平面图的智能绘制系统，将大大缩短平面图的绘制周 期，减轻劳动强度： ( 4 ) 统一的w e b 应用界面，使用操作简单，达到了办公环境下 真正的信息共享，为领导决策和日常管理提供了强有力的技术支持； ( 5 ) 提供了一个可以扩展的理想平台，使将来有关设备管理的 各种功能均能集成在这一平台之上。 关键词：站场设备管理r g i s 空间数据库 ! ! 互銮望查兰堡主堂焦堡茎 a b s t r a c t r a i l w a ys t a t i o ny a r d sa r en o to n l yp l a c e sw i t hm o s te q u i p m e n t s ，b u t a l s op l a c e sw h e r em o s tt r a i no p e r a t i o n sm i d0 t 1 1 e rt e c h n i c a lr o u t i n e st a k e p l a c e t h ee q u i p m e n t s o fv a r i o u s d e p a r t m e n t s ，s u c h a s t r a n s p o r t ， l o c o m o t i v e ，s i g n a la n dt e l e c o m m u n i c a t i o n s ，e l e c t r o n i c s ，e n g i n e e r i n ga n d r o l l i n gs t o c k ，a r ea l ld e p l o y e di nt h es t a t i o ny a r d s a sar e s u l t ，e q u i p m e n t m a n a g e m e n t o ns t a t i o n y a r d s b e c o m e sas u b j e c tw o r t ho fe x t e n s i v e r e s e a r c hb e c a u s e “i sc r i t i c a lt ov a r i o u s o p e r a t i o n s ，i ng e n e r a l t h e o b j e c t i v e so fe q u i p m e n tm a n a g e m e n ti n c l u d e ：h o wt om a n a g ee q u i p m e n t s f o rt h e s e c u f i t y o ft r a i n o p e r a t i o n ，h o w t oe v a l u a t et h es t a t u so ft h e e q u i p m e n t s t o p l a n r e a s o n a b l em a i n t e n a n c ea n dh o wt om a k et h e e m e r g e n c yr e c o v e r yp l a n t os h o t e nt h er e s d o n s et i m ei nc a s eo ff a i l u r e s b a s e do nt h eb l u e p r i n to f t h er g i s w h i c hi sb e i n gc a r r i e do u tb yt h e m i n i s t r yo fr a i l w a y , t h i sp a p e rb e g i n sw i t ht h ea n a l y s i sa n ds u m m a r i z a t i o n o ft h er g i st e c l m o l o g i e s t h e ni td i s c u s s e st h er e l a t e dm e t h o d sa n d t h e o r i e so fe q u i p m e n tm a n a g e m e n ts y s t e m a f t e rt h a t ，t h ep a p e rb r i n g s f o r w a r dt h e s y s t e ma r c h i t e c t u r e ，f u n c t i o n s t r u c t u r ea n dp r i n c i p l l e so f c o l l e c t i n g ，c a t a l o g i n g ，e n c o d i n g ，s t o r a g ea n dm e t a d a t ad e s i g no f t h es p a t i a l d a t ao fs t a t i o ny a r d se q u i p m e n t s a sh a sb e e np r o v e db yt h ei n i t i a lp r a c t i c e ， t h en e ws y s t e r ne x e e l st h eo l do n ei nt h ef o l l o w i n gr e s p e c t s ： ( 1 ) i tp r o m o t e st h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo ft h ee q u i p m e n tc h a r t s m a n a g e m e n to ns t a t i o ny a r d s m e a n w h i l e ，i t a l s of u r t h e rs t a n d a r d i z e s ， s y s t e m i z e sa n d m o d e r n i z e st h ee q u i p m e n tm a n a g e m e n t ( 2 、i ti n t e g r a t e sa l lk i n d so fi n f o r m a t i o nb yt h ev i s u a l i z a t i o no ft h e e q u i p m e n tm a n a g e m e n t o ns t a t i o n y a r d s t h u s ，t h ee f f i c i e n c y o f i n f o r m a t i o nr e p r e s e n t a t i o ni si m p r o v e da n dt h ep r o b l e mo f e q u i p m e n t sc a n b ef o u n dm o r ee a s i l y ( 3 ) t h ei n t e l l i g e n td r a w i n gs y s t e mc a r lg e n e r a t et h ei c h n o g r a p h yo f s t a t i o ny a r d sa u t o m a t i c a l l y , w h i c hg r e a t l ys h o r t e n st h ed r a w i n gp e r i o da n d a l l e v i a t e sw o r k i n g i n t e n s i t y h 1t h eu n i t e dw e ba p p l i c a t i o ni n t e r f a c ea n ds i m p l eo p e r a t i o nm a k e t h es h a r i n go fi n f o r m a t i o ne a s yi i 1 o f f i c ee n v i r o n m e n t ，w h i c hc a na l s o p r o v i d es t r o n gs u p p o r tf o r t h el e a d e r s d e c i s i o nm a k i n gp r o c e s sa sw e l la s d a i l ym a n a g e m e n t 摘要 ( 5 ) i tp r o v i d e s8 1 e x t e n s i b l ea n di d e a lp l a t f o r mo i lw h i c ha l ls o r t so f e q u i p m e n tm a n a g e m e n t f u n c t i o nc a nb e i n t e g r a t e di nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：s t a t i o n y a r d s e q u i p m e n tm a n a g e m e n t r g i s s p a t i a ld a t a b a s e 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。尽本人所知，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得北方交通大学或其他 教学机构的学位或证书而使用过的材料。与我一起工作的同 志对本研究所做的任何贡献已在论文中作了明确说明并表 示了谢意。 ， 塑乏作者、导踯闻= 敷 协垒文公布 站场设备管理综述 1 站场设备管理综述 1 1 站场设备管理的意义 对整个铁路运输部门而言，站场设备管理具有非常重要的意义。 站场是铁路网中设备最为密集的点，也是列车运行及技术作业最为频 繁的点。站场内部汇集了车、机、工、电、辆五大部门的各种设备。 因此站场设备是重要的基础管理信息资源，是进行技术改造、行车指 挥、保障行车安全及事故抢险救援等的重要依据。站场设备是固定资 产的重要组成部分，如何管理好站场设备以便保证行车安全，如何评 价站场设备的使用状态以便合理制定维修计划，如何制定站场设备故 障抢险预案以便缩短设备故障的响应时间等等是运输部门生产经营 的重要目的之一。 站场设备管理是铁路运输设备管理的重要组成部分，与铁路的日 常计划、列车运行质量、技术、物资、安全、财务等管理密切相关。 随着铁路改革的深入和技术更新速度的加快，各级管理管理人员对行 车技术设备信息的要求不断增加，以传统方式管理运输设备难以适应 形式的需要。 站场设备管理信息化水平的高低，在很大程度上决定了行车安全 以及运输成本的高低。在现代化生产条件日益完善的今天，设备管理 水平的高低对运输部门的影响更是强烈。所以，提高铁路运输部门客 货运设备管理水平，使之为车站的正常生产经营提供效率更高的后勤 服务是十分有必要的。随着现代化生产水平的不断提高，设备的性能 更加智能化，结构更加复杂，使用维修等条件更加严格，设备的投资 越来越昂贵。设备管理成为影响运输部门经济效益的主要因素之一。 随着计算机的日益普及，计算机水平的飞速发展，尤其是以计算 机为根基推动的信息技术和信息应用的发展更是成为了一个国家社 会进步、经济腾飞的原动力。在全球互联网迅猛发展，网络经济正在 兴起的背景下，铁路运输部门现有的设备管理系统也面临着向网络 北方交通大学硕士学位论文 化、智能化、辅助决策支持等方向发展。 1 2 站场设备管理的现状 在管理方式上，目前的站场设备管理基本上都是传统的人工管 理。其方式共有两种：一是建立台帐进行数据管理，二是编制图集进 行图形管理。以这两种方式进行站场设备管理有很大的弊病：一方面， 翻阅台帐得到的仅是单一的数据，缺少直观、详细的资料，一般的设 备数据都比较复杂，靠人工计算和整理会耗费大量的人力和财力，而 且消耗很多时间，数据结果的可靠性还不能保证：另一方面，在图集 显示的信息远不能满足实际工作的需要，图集只是从表面上显示了当 前的设备信息，并没有与相应的设备数据链接起来( 见文献【5 】) 。 在管理体制上，基本上都是以各车站为基础，设有专门站场设备 管理负责人，定期派专人统计各客货运车站的各种设备。工作人员统 计各种设备的方法比较落后，大部分车站靠人工统计，只有部分货运 车站采用了吉林铁路分局科研所在8 0 年代开发的设备管理软件。现有 的软件采用m s d o s 操作系统，要求车站工作人员定期将本车站的各 种设备输入f o x b a s e 数据库，经过整理、汇总后采用人工上报软盘的 形式上报给分局，数据经过分局整理后再上报给路局，因此劳动效率 极低。 随着铁路经营机制的变革和技术更新速度的加快，各级管理人员 的行车技术设备信息的需求不断增长。这种以传统方式进行站场设备 管理的方式已经不能适应铁路现代化的需要。 1 3 当前站场设备管理所存在的问题 铁路站场设备管理是反映铁路改革在新技术设备发展和适应市 场需求、运输能力与运量是否匹配的综合资料，是不断改进和完善设 备的重要依据( 见文献【3 ) 。长期以来，铁路在全局运输设备( 主要 包括客运、货运和站场行车设备等) 规划管理方面一直沉浸于枯燥的 站场设备管理综述 数据整理、复杂的设备图形绘制、修改及繁多的设备履历管理中，这 不仅给管理决策工作带来了很大难度，而且对一些设备潜在的问题也 不易发现和预测。 为了解决上述问题，有关部门进行了多年努力，试图利用信息技 术推进站场设冬管理工作的现代t 匕，取得了很大成绩。8 0 年代末，铁 道部推广了吉林铁路分局科研所开发的基于d o s 操作系统和f o x b a s e 数据库的客、货运设备管理软件。但十几年来，由于缺少维护和版本 升级，特别由于近几年来计算机软硬件技术的飞速发展，原有软件在 很多方面不能适应运输部门的需要： 首先，随着整个i t 行业软硬件水平的发展和更新，铁路系统的 计算机操作系统也已经升级为w i n d o w s9 5 9 8 2 0 0 0 等视窗操作系 统，d o s 操作系统在相当范围里已经被淘汰。另外新的计算机硬件也 不再支持d o s ，美国微软公司已停止生产d o s 操作系统。致使铁路 系统原有的在d o s 操作系统上运行的应用软件无法正常使用。 其次，由于铁路运输部门的设备种类繁多，而且十分复杂，理所 当然需要处理的数据就非常多，各种数据之间关系复杂，所以设备数 据的存放和处理就需要功能更强大的数据库工具。低版本的f o x b a s e 数据库已经不能满足日益庞大的设备数据管理需要。 第三，原有系统只能单机使用，数据的汇总及上报靠人工上报软 盘宕皇“原始”方法，数据处理比较缓慢，操作过程中也出现不少客观 方面的问题，而且工作效率极低。在一定程度上浪费了人力资源。所 以，铁路运输部门十分需要设备数据自动汇总及报表的自动生成方面 的软件，设备数据的上报也需要充分利用现有的计算机网络通信资 源，实现车务段 分局、分局( 一 路局、车务段 一，路局之 间的设备信息自动传输功能。 第四，铁路站场设备分属不同的部门维护管理，要机、工、电、 辆等部门都建有自己各自独立的管理系统，形成一个个信息孤岛，不 能形成资源共享。 除上述问题外，吉林分局科研所的客货运设备管理软件只处理设 备的属性信息，或者说只处理与设备相关的文本资料，没有处理与设 北方交通大学硕士学位论文 备空间分布相关的图形资料的功能，把需要研究的数据和反映它们地 理位置的图形有效结合起来，从而使决策者可以在幅幅动态变化的 地图上进行决策和管理。而运输部门的图形资料是运输部门设备管理 的重要信息资源。 多年以来，铁路运输部门站场平面图的绘制工作，一直停留在手 工绘制水平上。这种传统的绘制方法，耗费了大量人力，物力，工作 效率低；而且图纸不便于修改，一旦进行更新改造往往需要重绘整张 图纸。纸质的图纸在实际工作中存放在图柜中，查阅、保存、管理都 不方便( 见文献 4 ) 。 近几年来些技术力量较强的单位( 例如济南铁路局、北京铁路 局、哈尔滨铁路局等) 采用了c a d 工程设计软件绘制站场平面图。 也有一些铁路局采用a u t h o r w a r e 、p h t o s h o p 、v i s i o 等绘图工具软件 绘制站场平面图。即使在同一个铁路局内部，车、机、工、电、辆等 不同的业务部门也采用了不同的方法，造成了重复劳动、标准不一、 信息难以共享等问题。 综合全路来看，以采用c a d 工程设计软件的部门居多。c a d 是 专业的工程设计类软件，可以设计精度较高的各种几何图形，但它的 缺陷在于管理和空间分析功能差，操作复杂，对人员技术水平要求高， 普及困难。c a d 主要是把设计过程和结果用数据库来管理，用图形、 图像来表达( 还包括工程设计所需的特定功能) ，它不需要对地图及 其属性进行综合管理，也不需要复杂的查询、叠合等功能。 而对铁路运输管理部门而言，对图纸的精度往往要求并不很高， 例如对站场平面图，现场多以示意图为主。在这里图纸的作用主要是 为了显示各种运输设备在空阃分布上的相互关系，以及设备图形背后 的属性信息。因此说，c a d 软件并不适合于在管理部门推广应用。 总之，现有站场设备管理系统面临着设计思想升级、软硬件技术 升级两个急迫问题。铁路运输部门的许多办公信息是都是以地图作为 载体的，而现有的站场设备管理系统主要是以文本方式来表达信息 的，因此现有系统的一个重要不足就是缺乏可视性与临场感，缺乏强 大的决策支持功能。 4 站场设备管理综述 铁道部在“十五”信息化规划中提出了建设铁路地理信息系统 ( r g i s ) 的构想，为解决上述问题指明了方向。本文将对如何在r g i s 平台上构建站场设备管理系统，从理论和实践两个方面进行了探索。 北方交通大学硕士学位论文 2 铁路地理信息系统( r gj s ) 研究进展 2 1r g is 研究背景及可行性分析 2 1 1 铁路信息系统建设的现状和问题 铁路是我国经济的重要基础设施，是国民经济的大动脉。采用信息 技术改造传统产业，提高铁路行业的市场竞争能力，是铁路提前扭亏为 盈，迎接2 1 世纪新挑战的重要手段。为此，多年来，铁路已投资数十亿元， 建立了以客票系统、t m i s 、d m i s 、a t i s 、o i s 及高速通信网为代表 的许多运营管理，调度指挥和安全监控系统，发挥了重大作用。铁路行 业的部分路局与部门也已着手建立一些专项g i s 应用系统并初见成 效。但是，由于过去计算机技术的发展水平、各业务部门的相对独立等 原因，致使现有信息系统普遍存在如下不足： 1 】现有信息系统主要是以文本方式表达信息的，缺乏可视性与临场 感： 2 1 各业务部门在进行信息系统建设时，都只是根据各自业务需要进 行设计的，各系统之间相互孤立，缺乏空间信息与共享平台机制， 而领导决策却需要对全局的把握，因此现有m i s 系统需要进行有 效的整合，以便于直观表达、综合利用与快速反应； 3 ) 现有信息系统普遍缺乏强大的决策支持功能。 2 1 2g i s g p s r s 等技术的进步 地理信息系统( g i s ) 、全球卫星定位系统( g p s ) 、遥感( r s ) 技 术并称为3 s 技术。近年来，3 s 技术日渐成熟和普及。g i s 已在发达 国家形成一项大规模的信息产业，目前正在急剧发展之中，目前g i s 技术已实现了b s 结构、组件技术不断成熟、二次开发能力得到提高 铁路地理信息系统( r g i s ) 研究进展 并实现了空间数据与属性数据一体化存储和查询；全球卫星定位系统 ( g p s ) 已从军用转为民用商用；遥感技术( r s ) 是近年来蓬勃发展的 - - f 新的探测技术，它正和g t s 趋于曰益结合，作为获取地理环境信 息的一种重要手段，随着遥感技术的发展，获取的遥感数据越来越丰 富，目前遥感影像的分辨率已可达到2 8 5 m m 。同时虚拟现实、高分 辨率遥感、分布式数据库、网络技术、数据仓库、多媒体技术、海量 数据处理及宽带通信等技术也不断突飞猛进，为g i s 技术的广泛应用 展示了更加光明的前景。数字地球观念的深入与普及，许多行业与地 域已开始大规模的空间信息基础设施建设。建立基于空间数据的共享 平台，如数字城市、数字流域等。 2 1 3 建立铁路地理信息系统的必要性 铁路是我国经济的重要基础设施，是国民经济的大动脉，近年来， 由于我国经济实力的增强和交通系统的不断发展，交通工具正向着多 样化、大众方向发展，铁路不断受到来自航空运输、汽车运输业的挑 战，所有这些都使铁路系统面临巨大压力，如何提高铁路运营效率， 增强铁路的竞争能力，是关系到铁路系统生存和发展的重要问题。在 这种情况下，除了继续加强硬件设施的投入以外，好的信息处理系统 将在提供分析决策、市场预测等各方面给予辅助决策的有力依据。 铁路地理信息系统( r g i s ) 正是一个为铁路规划、管理、应用及 决策服务的以计算机网络为载体、g i s 为软件平台的应用型技术系统， 能够科学地存储多种形式的数据、图纸资料及多媒体信息，支持操作 运行、专题管理、空间分析、战略决策及为公众服务等项活动，供有 关领导、管理都门及技术人员等快速查诲和检索线路资源及1 冶线环境 信息，规范作业方法和标准化数据，提供信息支持和社会化服务，开 展各种专题研究活动，科学地进行规划、设计、改造、管理及技术分 析等项工作，利用决策支持系统提供辅助决策工具。 为适应铁路“十五”信息规划发展的形势需要，提高铁路运营效率， 7 北方交通大学硕士学位论文 增强铁路的竞争能力，建设覆盖全路范围的铁路空间信息可视化共享 平台，为各级领导和广大用户提供更加直观而丰富的信息，开展铁路地 理信息系统( r g i s ) 总体设计，已刻不容缓。 2 1 4 建立铁路地理信息系统的可行性 我国铁路信息化工作已进行了多年，取得了很大成绩，在此基础 上，进行铁路地理信息系统建设不但是必要的，而且是完全可行的， 这体现在以下几个方面i t 6 】： 1 ) 铁路系统经过几十年的信息化建设，己投入了巨大的人力、物力 和财力，已建成的系统在铁路运营中发挥了很大作用，现场使用 人员也习惯了使用m i s 系统； 2 ) 现有信息系统所积累的庞大数据为铁路地理信息系统建设提供了 重要素材； 3 ) 现有信息系统的功能设置是铁路地理信息系统需求分析的主要材 料： 4 ) 3 s 技术的发展已经为人类获取、管理和应用海量的空间数据提供 了可能； 5 ) 计算技术的发展和计算机的普及为人们处理海量的空间数据提供 了可能； 6 ) 计算机图形技术特别是虚拟现实技术的发展为人类生产生活的方 方面面的虚拟表示乃至整个星球的虚拟表示提供了可能； 7 ) 计算机和通信网络的发展为人类通过网络共享空间数据和开发应 用提供了可能； 8 1 我国铁路部门已经积累了大量基础的数据，通信网络的发展也已 经具备了相当的规模，遥感与g i s 技术已经在各级职能部门得到 深入认识并开展应用，建设铁路地理信息系统的时机已趋成熟。 图2 1 为铁路地理信息系统建设基本思路 一 璧堕垫望堡垦墨堑! 垦鱼堡! 堡壅垄垦 图2 1 建设铁路地理信息系统的基本思路 2 1 5 国内外地理信息系统的借鉴 近年来，地理信息系统( g i s ) 、全球卫星定位系统( g p s ) 、遥 感( r s ) 等技术的发展，日渐成熟和普及，随着虚拟现实、高分辨率遥 感、分布式数据库、网络技术、数据仓库、多媒体技术、海量数据处 理及宽带通信等技术的突飞猛进，为g i s 技术的广泛应用展示了更加 光明的前景。数字地球观念的深入与普及，许多行业与地域已开始大 规模的空间信息基础设施建设，建立基于空间数据的共享平台，如数 字城市、数字国土等。经过数年来的发展，国内外地理信息系统建设 都取得了一定的成绩，各行各业信息化水平都得到不同水平提高，在 9 北方交通大学硕士学位论文 不同程度上提高了工作效率和劳动生产力。但普遍存在一些问题： 1 原有数据存在于多种数据库，数据格式众多。数据量巨大，数据 库位置分散； 2 不同部门对同一对象有不同的命名习惯，给数据库设计和查询带 来困难； 3 以前很少使用数字地图，图像和图形数据都以纸为媒介： 4 在信息化过程中，没有全国、整个行业范围内的统一规划，给全 国、全行业范围的信息共享造成障碍，这种各自为政的弊端越来 越明显。具体体现在： 各部门自搞一套系统，形成了部门之间的屏障，一个部门的 信息系统难以访问另一个部门的信息系统，不能实现信息共 享； 各部门的系统采用不同的平台和设计方案，为以后统一、高效 的管理造成严重障碍； 这种各部门自搞一套系统的做法不但造成系统建设的重复投 资，还增加了系统维护费用，而且也使从更高层管理全路信 息很难实现。 西方发达国家现在已经注意到这一问题，奥地利的o e b b ( 奥地利 铁路) 公司特别提到：在没有基于g i s 的信息系统以前，o e b b 各业务 部门也有一系列独立的铁路信息系统，但是这些系统不能跨部门共享 数据。o e b b 建造了基于g i s 的信息系统后，o e b b 任何一个业务部 门都可以在全路位于任何个地理位置的终端查到全路数据；荷兰在 1 0 年前建立了几个独立的业务信息系统( e b p - - e l e c t r o n i cc o n t r o lp o s t 和n t r a i nt r a c k i n gs y s t e m 等) ，这些系统互相独立，不能数据共 享，在1 9 9 6 年提出建立一个共享数据平台( p s s - - p r o c e s ss u p e r v i s i o n s y s t e m ) 实现全路的数据统一管理，并已于最近完成。 在我国铁路地理信息系统建设中，从现在起就要尽量避免出现这 一问题，目前国内许多铁路g i s 系统往往只局限于某一专业领域，如 铁路地理信息系统( r g i s ) 研究进展 设备管理、工务管理等。我们认为，组建r g i s 时应当突破这种思想， 把r g i s 建设成以先进的计算机和网络通信技术为基础，借助先进的 w e b g i s 和元数据技术，建设高质量、高效率、可视化、全路统一的 开放性综合软件平台。将各业务信息系统集成在统一平台上互通互 连，通过地图与铁路信息相结合的方式，全面、直观、准确地反映运 输对象和运输设备及其它信息的现状、分布及技术特征，最大限度地 实现信息资源共享，为各级领导指挥运输生产提供大量直观的参考依 据和辅助决策支持，为铁路企业生产经营提供信息支持，使之成为各 级领导获取信息、实施计划、组织管理和指挥调控的重要工具，提高 铁路信息化水平，推进铁路的改革与发展。 铁路是我国经济的重要基础设施，是国民经济的大动脉。采用信 息技术改造传统产业，提高铁路行业的市场竞争能力，是铁路提前扭 亏为盈，迎接2 1 世纪新挑战的重要手段。为此，多年来，铁路已投资数十 亿元，建立了以客票系统、t m i s 、d m i s 、a t i s 、o i s 及高速通信网为 代表的许多运营管理，调度指挥和安全监控系统，发挥了重大作用。 铁路行业的部分路局与部门也已着手建立些专项g i s 应用系统并初 见成效。但是，由于各系统之间相互孤立，缺乏空间信息与共享平台 机制，不便于直观表达、综合利用与快速反应。因此，为适应铁路“十 五”信息规划发展的形势需要。建设覆盖全路范围的铁路信息可视化 共享平台，为各级领导和广大用户提供更加直观而丰富的信息。开展 铁路地理信息系统总体设计，按照“数据地球”理念，设计铁路系统 的空间数据仓库、元数据标准、数据共享体制、应用开发平台和应用 系统的示范工程原型，实现“千里铁路尽收眼底，图定列车一览无余” 的目标。 2 2r g l s 建设目标”础 2 2 1 系统总体目标 建成覆盖全国铁路范围内的以数字地图为主的铁路空间数据库 北方交通大学硕士学位论文 ( 主要包括线路、桥涵、隧道、站场、供电、供水、行车设备等路网 基础数据) 和相关的属性数据库、影像数据库、d e m 数据库，设计全 路空间数据共享平台，科学地管理全路业务所包含的空间信息和非空 间信息，实现全路数据共享，利用g i s 的数据库管理、查询、展示、空 间分析和数学模型等技术为铁路规划、建设及管理等应用领域提供统 一的服务。主要工作内容可概括为以下四个方面，即( 1 ) 建设一个标 准和规范的全国铁路基础空间数据库；( 2 ) 提供一个统一的铁路空间 信息服务接入平台；( 3 ) 制定铁路空间信息的相应标准和规范；( 4 ) 建立一套完整的全国铁路空间数据交换与管理机制，具体包括以下工 作内容： 1 ) 建成以数字地图为主的覆盖全国铁路范围的空间数据库和相关的 属性数据库、影像数据库、d e m 数据库，形成覆盖全国的各级( 部 一路局一分局一站场段) 铁路基础地理信息采集获取，处理储存， 分发应用( 含视频选播) ，更新维护体系与管理制度； 2 ) 建立基于元数据技术的全国铁路地理信息共享与管理系统平台，为 铁路各级部门和客户提供空间信息可视化和非空间数据的空间化 表达以及基于空间分析的辅助决策等应用功能，同时利用r g i s 的开 放性实现与t m i s ，d m i s ，a t i s ，o i s 及客票系统等铁路现有信息系统 的互联和资源共享： 3 ) 建立元数据标准、功能与接口标准、数据集与数据格式标准、数 据质量标准、系统集成、工程与安全标准以及数据分类与编码体系 标准等一套相对完整的工作标准体系； 4 ) 建立以铁路空间数据交换与管理中心为核心的铁路空间数据管理、 分发、共享及应用等一套完整的管理机制及相应政策； 2 2 2 系统近期目标 建立元数据标准、功能与接口标准、数据集与数据格式标准、数 据质量标准、系统集成、工程与安全标准以及数据分类与编码体系标 准等一套相对完整的工作标准体系，完成路局范围内主要路网基础数 铁路地理信息系统( r g i s ) 研究进展 据( 线路、桥梁、隧道、行车设备和站场) 的空间数据库和相关的属 性数据库、影像数据库、d e m 数据库的建立，实现空间数据和属性数 据的统一查询、管理和共享，并通过g i s 的空间数据管理与分析功能 实现与t m i s ，d m i s ，a t i s ，o i s 及客票系统的互联，为铁路提供设各维 护、资产管理( 用地) 、行车组织优化、调度辅助、市场营销分析、客 户信息发布等功能。 2 2 3 系统远期目标 通过路局级r g i s 的逐步建设和互联最终建成覆盖全国铁路范围 内的有关路网基础数据的空间数据库和相关的属性数据库、影像数据 库、d e m 数据库，实现全路业务所包含的空间信息和非空间信息的共 享，为铁路提供多种规划、管理、应用及决策分析、三维景观等高级 功能，建立起完善的全国铁路基础地理信息采集获取，处理储存，分 发应用( 含视频选播) ，更新维护体系与管理制度，为数字铁路的实 现提供基础数据平台。 2 3r g i s 总体框架及体系结构 2 3 1 影响系统结构的主要因素 ( 1 ) 影响系统结构的行业因素 r g i s 的系统结构的设计必须充分考虑铁路部门的行业特点，这 样才能保证系统的设计与建设能顺利、高效的进行，并在将来无缝融 入到铁路的生产管理运营中去。 ( 1 ) 中国铁路行政及运输管理体制 ( 2 ) 铁路业务和作业流程 ( 3 ) 铁路的未来发展 ( 4 ) 铁路现有信息系统的建设 ( 5 ) 投资的多少 北方交通大学硕士学位论文 ( 2 ) 影响系统结构的技术因素 ( 1 ) 技术发展水平 ( 2 ) 数据量及分布 ( 3 ) 数据通讯网络状况 ( 4 ) 业务管理的科学性 ( 5 ) 系统设计方法 2 3 。2 系统总体结构方案 铁路信息化内容应是一个分层次的模型，r g i s 系统是所有信息 应用予系统的基础设施和共享平台，铁路信息化其他信息系统之间的 信息交换和共享平台。系统总体结构方案如图2 2 所示。 罗铁路信息化层次模型 业务综合生产决策支持抗灾 决策支持 指标发展管理与专家系抢险 与综合多 分析预测仿真统系统 电子政务 电子商务 电子商务 电子公文知识政府贸物电子商务 及政务 邮件流转管理网络易流门户网站 业务管理 工电机辆 1 m i sd m im 铁路基础空间数据共享平台 程控制与 安全保障 过程控制车载安全检测路面安全检测 岳信网络， 专线，d d n ，p s t n ，p s d n ，f r 1 0 1 0 0 me i h e r n c t p ( r m 图2 - 2r g i s 总体结构方案示意图 4 铁路地理信息系统( r g i s ) 研究进展 2 3 3 系统框架体系结构 从工程角度看，r g i s 是一项网络化空间信息系统工程，涉及到 信息资源、技术、组织机构、标准规范等组成要素，关键任务是通过 空间数据融合、知识挖掘、互操作实现基于空间定位的集成应用与服 务。因此，r g i s 应用包括网络信息基础设施、基础空间数据库与共享 平台体系、技术标准、法规与管理机构体系等几个组成部分。其中核 心基础空间数据库与共享平台体系。图示如下： 图2 - 3r g i s 框架体系结构 北方交通大学硕士学位论文 3 铁路空间数据库研究 3 1 r g i s 空间数据需求研究 3 1 1r g j s 的数据库内容 由于铁路是一个庞大而复杂的系统，路网所覆盖的地域极为广 阔，所以铁路空间数据包含的内容将极为广泛。只有深入了解车、机、 工、电、辆等部门的业务流程，才能确定r g i s 空间数据库的建设内 容。下表是作者初步调查分析的空间数据库部分内容。 表3 1 业务现存现存 使用获取 数据名称 部门情况格式平台方法 运 管界图 输 站场平面图 部 货场平面图 门 客运设施分布图 货运设施布局图 枢纽图 设备标准图 分界口分布图 重点货主分布图 自然资源分布图 客流图 允许速度图 铁路空间数据库研究 列车运行图 管界图 机务段分布图 站场平面图 机段平面图 务机务设备配置图 部 设备标准图 门 机务( 水电) 设备概况 图 电气化综合图 运行图 管界图 站场平面图 线路设备综合图 枢纽图 设备标准图 桥梁分布图 工 大桥略图 务 允许速度图 部 防洪信息图 门 水害分布图 气象信息分布图 雨量分布图 运行图 航测遥感地图 数字高程模型d e m 电管界图 1 7 北方交通大学硕士学位论文 务 站场平面图 部 电务设备配置图 门 电务综合图 ( 自闭、联锁示意图) 设备标准图 运行图 管界图 站场平面图 生站段关系图 辆红外探测点分布图 部 段平面图 门 车辆设备配置图 设备标准图 运行图 管界图 土地 地籍图 房建 土地使用现状图 部门 土地规划图 3 1 2 空间数据利用交叉表 在确定空间数据库的内容之后，必须进一步确定每一项空间数据 内容与那几个业务部门相关，被这些业务部门使用的频度如何。这些 信息将影响空间数据库的建设顺序、如何建设、投资规模等问题。这 就是空间数据利用交叉表的作用。例如，从下表可以看出，管界图是 共享程度最高、使用频度也最高的空间数据之一，它反映了铁路网的 布局以及路网所在区域的地质地貌情况、社会经济情况等内容。因此， 建设r g i s 空间数据库必须首先考虑管界图，但采用何种规格( 如比 例尺l ：1 0 0 万，还是1 ：2 5 万) 的管界电子地图必须征求车、机、工、 铁路空间数据库研究 电、辆等各个相关部门的意见，同时不同的规格也将大幅度影响数据 库的建设费用。下表是作者调查的部分结果。 表3 - 2 部级局级 用户运输机务工务电务车辆 决策决策 趔僭 部门部门 部门部门部门 部门部门 管界图 一一 区域性枢纽 图 线路配置图 口 线路设备综 合图 站场平面图 货场平面图 一口口口口口 客运设施分 一口口口口口 布图 机务( 水电) 口一口口口口口 设备概况图 数字高程模 口口 型d e m 注：频繁使用；经常使用；口偶尔使用 一 ! ! 塑茎望奎兰堡主兰垡堡苎 3 2 r g i s 数据采集标准研究 3 2 1 概述 前面我们已经提到铁路地理信息系统包含复杂而繁琐的数据内 容，接下来我们将分析r g i s 数据采集标准，包括数据来源的途径如 何选择、分类及编码标准如何确定以及选择何种数据输入的方法。 地理信息系统的数据采集和输入是一项十分重要的基础工作，是 建立地理信息系统不可缺少的一部分。没有数据的采集和输入，就不 可能建立一个数据实体，更不可能进行数据的管理、分析和成果输出， 准确的数据是建立地理信息系统的前提条件，因此必须认真对待数据 采集和输入。数据选择要确保数据真实，除了一些不可避免或无法预 料的原因外，输入的数据应力求准确，否则将会影响最终成果的分析 和正确评价。通常情况下数据的采集、综合和自动录入是g i s 数据采 集的主要功能。以下我们将从数据来源、分类与编码以及数据输入方 法三方面来研究r g i s 数据采集标准问题。 3 2 2 数据来源 ( 1 ) 数据来源的一般途径 获取信息是建立数据库的最初步骤，非数字信息必须转换成数字 形式才能被计算机接受。地理信息系统将信息分成空间信息和属性信 息两大类，这两类信息的获取途径主要有五种：野外实地测量： 摄影测量与遥感：现场专题考察与调查；社会调查与统计：利 用已有资料。这五种途径与两类信息的关系如下表： 表3 - 3 f信息类型获取途径 i空间信息野外测量、遥感、现场调查、已有资料 j属性信息遥感、现场调查、社会调查、已有资料 2 0 铁路空间数据库研究 野外实地测量是传统的地图测量方法，这种方法获得的资料具 体、准确，但花费人工多，工作周期长；一般是测得资料后制成通用 地图，再输入到地理信息系统的数据库中。对数据库的局部数据作修 改时，则可将实测资料直接输入，而不必经过先制图这一环节。 近年来得到推广的利用人造卫星的全球定位系统( g p s ) ，给野 外实地测量带来极大方便，这项技术在目前主要用于测量控制网的坐 标定位。随着该项技术的进一步发展，g p s 还可直接用于地物坐标的 实测。 航空摄影测量已普遍用于通用地图的制作。经过专门训练的操作 员可以用一种称为立体解析测图仪的光学电子仪器，直接在航空照片 上读取坐标，传输到计算机中。如果读取工作是专门为g i s 数据库所 需，那么经过适当转换，就可交成g i s 的数据，否则还要重新分类， 或添加内容。最近，已出现了用软件取代立体解析测图仪的新技术， 将有良好的推广应用前景。 遥感技术是在航空摄影的基础上发展起来的，从广义上说前者也 包括了后者。除可见光外，遥感技术还可利用其他自然电磁波( 如红 外线) 或由人工发射电磁波对地球表面进行远距离探测，探测的结果 如果是记录在照片上，可以用扫描仪或解析测图仪输入到计算机中： 如果是数字方式记录下来( 一般是把模拟信号转换成数字信号) ，则 可直接用计算机来处理，然后转入g i s 的数据库。另外，还有一种类 似电视摄像的扫描技术( c c d ) ，也可用于数据收集，这在本质上和 遥感相似。 用遥感技术获取信息有范围大、速度快、信息广的特点，如长期 在地球轨道上运行的遥感卫星可时时刻刻地向地面传送探测到的信 息。遥感信息中既有空间位置信息，也有属性信息。大范围的资源、 环境调查，遥感往往是主要信息来源。在地质、水文、土壤、植被、 气象、数字地面高程等调查中，已有很多成功的实例。城市规划部门 也已越来越多地利用航空遥感像片来获取信息。遥感也有自身的局 2 北方交通大学硕士学位论文 限，如：调查技术复杂。航天遥感需要专用卫星，并配有一系列探 测、传输、接收、控制技术与设备。航空遥感则要专派飞机。信息 提取麻烦。无论是遥感像片还是数字图像，对很多专门的用途来说， 夹杂的无用信息太多，解译工作量很大；在多数情况下，计算机识别 的准确性还不如人工解译，所以往往要先进行人工处理，再输入计算 机。 某些专门的信息，要依靠现场专题调查才能获得，有时也可将局 部的样本资料和遥感信息进行对照，以检验对遥感信息解译的准确 性，并从中归纳解译的规律。 与人口有关的年龄、性别、教育程度、收入与消费，工业生产， 商业经营，医疗保健等其他数据，必须经过社会调查与统计才能获得。 任何一个信息系统，都应尽量利用已有的资料，以减少工作成本 缩短工作周期。例如，现有地图、历史上的遥感资料、政府统计部门 的各种调查、统计报表等，都是最常用的信息来源。一些发达国家已 公开提供多种计算机化的数据资料，如标准、通用的数字化地图、自 然资源数据、政府统计部门的数据，以及将社会调查和地图结合在一 起的地理数据等等，这就简化了各种g i s 的数据收集工作，也为不同 信息系统之间的数据沟通、共享带来方便。 ( 2 ) r g l s 数据来源的途径 r g i s 是为现有管理信息系统服务的，它主要应用于现有的铁路 业务管理部门。r g i s 采用何种采集方法直接关系到采集的时间和费