（交通信息工程及控制专业论文）列流图编制管理系统的研究与设计.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第l 页 摘要 列流图是货物列车编组计划和旅客列车开行方案的图形表示， 是铁路运输规划和组织的重要参考依据。随着我国铁路信息化建设 的不断深入，手工绘制列流图已不能满足客观需要，逐步将被计算 机编制所取代，因此，研究设计列流图编制管理系统，对提高编图 工作效率，充分利用网络资源实现信息共享，具有深远意义。 论文重点讨论了系统需求分析、系统设计和列流图编制算法。 根据列流图所包含的信息，以及列车运行图系统所具有的数据，实 现了基于列车运行径路的列流图编制算法。同时，研究设计了基于 b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 模式的列流信息管理与发布子系统，实现数据信 息的网络管理和共享。 论文组织如下：第1 章主要介绍了当前国内外对计算机编制列 流图的研究现状；第2 章就系统作了详细的需求分析；第3 章中根 据系统目标和系统设计原则，设计出基于c s ( c 1 i e n t s e r v e r ) 和b s 混合模式的系统架构，并按功能对各子系统进行设计；第4 章对系 统数据库进行了详细的设计；第5 章对列流图进行介绍分析，重点 讨论了列流图的布局优化和编制算法；第6 章就系统实现中的重要 的关键技术进行讨论。 最后总结全文，并指出系统还需要完善的方面。 关键词：列流图；系统设计；算法 西南交通大学硕士研究生学位论文第fi 页 a bs trac t t r a i nf l o wd i a g r a mr e p r e s e n t st h ef r e i g h tt r a i nm a r s h a l l i n gp l a n a n dt h ep a s s e n g e rt r a i no p e r a t i o np l a nb yg r a p h i ti st h eb a s i so f p l a n n i n g a n d o r g a n i z a t i o n o ft h e r a i l a g e a s t h ei n f o r m a t i o n c o n s t r u c t i o nf o rt h er a i l w a ys y s t e mi sg r a d u a l l yc o n d u c t e d ，t h em a n u a l d r a w i n gu po ft r a i nf l o wd i a g r a mc a nn ol o n g e rm e e tt h er e q u i r e m e n t s t h em a n u a lw a yt e n d st ob e r e p l a c e db yt h ec o m p u t e r a i d e dw a y t h e r e f o r ，t h er e s e a r c ha n dd e s i g no ft h et a i nf l o wd i a g r a md r a w i n g s y s t e m i s h i g h l ys i g n i f i c a n t f o r i m p r o v i n gt h ed i a g r a m d r a w i n g e f f i c i e n c y ，a n df o rn e t w o r ki n f o r m a t i o ns h a r i n g t h ew o r ki nt h et h e s i si sf o c u s e do nt h er e q u i r e m e n t sa n a l y s i s ，t h e s y s t e md e s i g na n dt h ea l g o r i t h mo fd r a w i n gt h et r a i nf l o wd i a g r a m b a s e do nt h ei n f o r m a t i o nc o n t a i n e di nt h et r a i nf l o wd i a g r a ma n dt h e d a t ai nt h et r a i nd i a g r a ms y s t e m ，a na l g o r i t h mb a s e do nt r a i nr o u t e si s r e a l i z e d i nt h em e a n t i m e ，t h er e s e a r c ha n dd e s i g nw o r ki sc o n d u c t e do n as u b s y s t e mo fb sm o d e ，t r a i nf l o wi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n d p u b l i s h i n gs u b - s y s t e m ，f o r t h es a k eo fn e t w o r k m a n a g i n g a n d i n f o r m a t i o ns h a r i n g t h et h e s i si s o r g a n i z e d a s f o l l o w s c h a p t e r 1 g i v e s ab r i e f p r e s e n t a t i o no ft h es t a t u sq u oo ft h er e s e a r c ho nc o m p u t e r - a i d e dt r a i n f l o wd i a g r a m d r a w i n gi nt h ew o r l d c h a p t e r2i sf o c u s e do nt h ed e t a i l e d r e q u i r e m e n t sa n a l y s i s c h a p t e r3i sm a i n l yo nt h es y s t e ms t r u c t u r e d e s i g no fc s a n db sm i x e dm o d e ，a n dt h e d e s i g no fs u b s y s t e m f u n c t i o n s ，o nr e f e r r i n gt ot h es y s t e mt a r g e ta n dt h ep r i n c i p l eo fs y s t e m d e s i g n i n g c h a p t e r4i sf o c u s e do nt h ec o n c r e t ed e s i g no ft h es y s t e m d a t ab a s e i nc h a p t e r5 ，ap r e s e n t a t i o no ft r a i nf l o wd i a g r a mi sg i v e n f i r s t l y ，f o l l o w i n gw h i c hi st h er e s e a r c ho nt h ed i s t r i b u t i o no p t i m i z a t i o n o ft r a i nf l o wd i a g r a ma n dt h er e s e a r c ho ni t sd r a w i n ga l g o r i t h ma r e 西南交通大学硕士研究生学位论文第l ii 页 e m p h a s i z e d c h a p t e r6i sf o c u s e do nt h ei m p o r t a n tt e c h n o l o g i e sw h i c h a r eu s e di nt h es y s t e mr e a l i z a t i o n f i n a l l yac o n c l u s i o ni sm a d e ，a n dt h e n t h ea s p e c t sw h i c hn e e d i m p r o v i n ga r ed e m o n s t r a t e d k e yw o rds ：t r ainfio wdia g ra m ：s y s t e md e sig n ：aig o rit h m 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密阻使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名： 日强：独譬。| q 指导老师签名：吕知霞 日期：矽承乒i t 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研 究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究 做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： l 、通过对列流图系统构架和对编制列流图所需要的数据进行分 析，研究并设计了基于列车运行径路的列流图编制算法。 2 、对列流图信息进行计算机网络化管理，达到了数据信息资源 共享的目的，方便了数据信息的管理与发布。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 论文的选题背景 随着国民经济持续快速健康发展，我国交通运输市场的需求在 不断地增长。受我国人口众多，幅员辽阔，资源分布和经济发展极 不平衡等因素影响，我国国民经济所需生产资料的运输任务，主要 由铁路运输系统来承担。因而，铁路运输系统承担着全国近6 0 的 旅客运输量和7 0 货物运输量【l 艺】，成为我国客货运输的主力和综合 运输体系的骨干。 在铁路运输规划和组织中，铁路车流组织是一项重要内容和工 作，它规定车流由发生地向目的地运送的组织制度。货物列车编组 计划和旅客列车开行方案就是车流组织的具体体现。货物列车编组 计划和旅客列车开行方案是以客货列流图( 下文中简称“列流图”) 来 表示。货物列车编组计划具体规定了各货运站、技术站编组列车的 种类、到站和车辆编挂办法。货物列车编组计划是运输计划和列车 运行图之间的重要联系环节，它根据运输计划确定计划车流，并进 一步将车流组织为列车流。总之，货物列车编组计划既是车流组织 计划，又是站场设备运用计划；既是路网各车站分工的战略部署， 又是调节铁路方向和站场工作负担、缓和运输紧张状况的有效手段 【3 】 旅客列车开行方案，是指确定旅客列车运行区段、列车种类及 开行对数的计划。旅客列车开行方案是在已编制客流计划的基础上 来进行完成的。旅客列车的始发站、终到站及经由线路构成旅客列 车的运行区段，列车种类区别出列车的不同等级或性质，而开行对 数的多少则表示行车量的大小，这三者组成了一个完整的旅客列车 开行方案。 在铁路运输规划和组织中，列流图作为货物列车编组计划和旅 客列车开行方案的图形表示方式，可以直观地显示出某铁路区域的 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 各类客、货列流的径路、类别和列车数量等信息，从而可知道各区 段或区间的列车密度、列车对数和列流的汇集与分流情况等，为货 物列车编组计划和旅客列车开行方案的优化提供了参考，同时，也 可以作为优化列车运行图的有效分析工具。 目前，在铁路运输规划和组织中，列流图的绘制绝大多数是通过 手工来完成的。铁道勘察设计院及铁路局的编图人员通过所收集到 的铁路路网资料、路网中各区段或区间所通过的列车对数的数据和 客货流运量资料，并对这些资料进行科学合理的分析后，制定出合 理的货物列车编组计划和旅客列车开行方案，然后运用a u t o c a d 软 件来绘制列流图。手工绘制的列流图中所需的各类数据都是由人工 统计所得到，因而数据的准确性不高；列流线也是由人工逐条绘制， 从而列流线的布局很难做到合理化，尤其当需要对列流图进行修改 时，可能会对已生成的列流图的整个布局产生很大影响，因而需要 很大的工作量。这些现实条件的约束直接导致工作人员的工作效率 低下以及绘制出的列流图的准确性和质量都不高，而且无法实现对 历史编图数据的计算机管理。 随着铁路信息化建设步伐的加快，计算机在铁路运输规划和组 织中得到广泛应用，并使得工作效率得到了很大的提高。计算机编 制列车运行图系统已广泛地运用于铁道部、各铁道勘察设计院和铁 路局的列车运行图编制工作中。列车运行图系统的数据库中有大量 的路网数据、列车数据等，其中大部分数据也是编制列流图所需的。 列流图编制管理系统以货物列车编组计划和旅客列车开行方案为依 据，结合利用列车运行图编制系统中已有的路网数据，编制列流图。 同时，根据列流图编制管理系统自身的特点和用户需求，研究实现 列流、路网等信息的网上管理和发布。 运用计算机编制列流图，不但可以大大减少编制列流图的工作 量，提高工作效率和列流图的质量，也为货物列车编组计划、旅客 列车开行方案和列车运行图的优化提供了强有力的辅助分析作用。 同时，它具有对列流信息的网上管理和发布功能，强化了信息的共 享和管理。因此，研究开发列流图编制管理系统是客观需要，并具 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 有一定的实际意义。 1 2 国内外现状 从国外的情况看，日本和欧洲等国的铁路信息化建设的步伐比 较早，且已经处于世界领先水平。在日本中央铁路公司的推动要求 下，日本建立了一套完善的计算机辅助计划和资料管理运营系统， 利用系统中的计算机辅助编图系统提供数据资料来控制所有列车的 运行和相关指标的统计分析”】。德国目前已经建立了一套较为完整 的、能够与现场实际状况保持一致的基础设备数据管理系统，通过 此系统能将一些突发事故的信息以及运行图资料的修改方案及时地 发送给相关部门【5 】。但还未见过有关列流图研究方面的报道。 就国内的情况看，目前有关利用计算机编制列流图的专门研究 也很少。由于编制列流图考虑的因素比较多，且容易受到人为因素 影响，因此自动编制列流图非常复杂，而且目前有关列流图相关的 文献资料也很少。 文献 6 】对列流图的优化布局与编制方法进行了研究，通过分析 列流图的站场布局合理性、列流线的对称性及尽可能避免交叉等优 化编制目标，提出编制列流图的左右、紧凑、分层、对称和分类5 种排列原则，并规定这5 种排列原则的优先级顺序。同时，文中所 设计的系统采用图形输入铁路网络、列表输入列流的方式生成列流 图。 文献【7 】论述了车流组织计算机辅助设计系统的功能模块、工作 流程，并较详细地阐述了数据库表结构。文中给出了生成列流图的 前期工作基础和初步思想，提出根据车流性质自动设置图层，自动 查询列流表各条记录的车流性质，对不同的图层进行绘制的方法。 在文献 8 】中，作者针对旅客列车列流图手工绘制存在的问题，研究 开发了旅客列车列流图计算机辅助设计系统，对客车列流图的三个 组成部分分别从算法、思路和步骤等方面进行了论述，并投入到了 简单的使用中。在文献【2 】中，作者结合了列流图的自动生成与空车 的调配问题，并进行了相关的研究，进一步拓展了列流图的应用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 现有的文献资料表明，对计算机编制列流图方面已有相关的理 论研究，但是实际应用系统非常少，只有个别铁道勘察设计院研究 了利用计算机编制列流图的软件系统，而且这些系统只能实现较简 单的功能，很难实现与其它铁路信息系统的信息共享，系统的实用 性较差，其只能在某个设计院或铁路局内使用，不适用于在各设计 院和全路局进行推广使用。 1 3 论文的主要研究内容 本论文结合某设计院所提出的需求和列车运行图编制系统所具 有的数据资源，对该系统进行结构与功能设计、数据库设计、列流 图布局优化及编制算法、列流信息的管理和发布等方面的研究。论 文的主要内容包括： 1 根据系统业务流程，对系统进行较详细的需求分析； 2 基于系统设计目标和原则，进行系统总体架构模式设计，提 出基于c s ( c l i e n t s e r v e r ) 和b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 混合结构模型。根据 系统的功能需求，提出各子系统框架结构，并对各子系统的功能进 行设计； 3 对系统所包含的数据信息进行管理，就其组织方式进行分析， 并根据数据信息之间的关系，对系统数据库进行设计； 4 对列流图布局优化及编制算法进行研究讨论，提出了基于列 车运行径路的列流图编制算法。 5 在系统列流信息管理和发布部分，通过b s 模式下实现数据 的网络共享和管理。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 第2 章列流图概述及系统需求分析 列流图是铁路运输规划和组织工作中货物列车编组计划和旅客 列车开行方案的直观图形表示。正确合理地编制列流图，对提高铁 路运输效率和运输能力，顺利完成铁路运输计划，具有重要意义。 下文首先简单介绍了列流图的相关背景知识，然后在对系统业 务分析的基础上进行较完善的系统功能需求分析。 2 1 列流图概述 列流图是以图形方式直观地描绘通过某铁路区域各类客货列流 的径路、类别和列车数量等信息，从而直观地展示出区间( 区段) 之间的列车密度、列车对数和列流的汇分情况等。列流图按列车种 类可分为客车列流图和货车列流图，以及客货车混和编制得到的客 货列流图。在列流图中，由于不同类别、不同径路的列流用不同的 线条来表示，从而导致列流图中线条数量多、流向复杂。因此，为 了能在有限空间中铺画大量线条，并体现出列流图直观明了的特点， 本文用水平和垂直线段来描绘列流图中的所有线条。 列流图主要包含铁路网络、列流线和标注三个部分，如图2 1 所示。 b a 图2 1 列流图示意图 a 类歹i 庠 b 类歹i 庠 c 类歹l 庠 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 2 1 1 铁路网络 在列流图中，铁路网络由站场、衔接方向、道岔及铁路连接线 构成。站场用矩形表示，站场名称标注在矩形中心位置，如图2 1 中的站场c 和d ；衔接方向用一条垂直于铁路线的水平或竖直线段 ( 矩形的一条边) 来表示，名称标注在直线段的外侧，如图2 1 中的 a 、b 、e 、f ；道岔用一个小方点表示，其名称标记在道岔周围；铁 路连接线采用常用的铁路线型，用水平或者竖直粗线段来表示。铁 路连接线的起讫点为站场、衔接方向和道岔。站场矩形的每一侧都 可与连接线相连，必要时同一侧还可与多条铁路连接线连接。铁路 网络的站场、衔接方向、道岔和线路折点要调整到合理的位置，才 能使列流图既保持相对的地理位置，又保持均匀性。 2 1 2 列流线 列流是指同类别、同径路的列车流，列流包括列车类别、径路 和数量等信息。在列流图中，列流用列流线表示，列流线经过的站 场集合称为列流径路，列流线的线型表示列车类型，列流线上+ 的数 字表示列车对数。列流径路用一条有向折线绘制，起点用垂直列流 线的短线段表示，终点用箭头表示。列流线的绘制位置按在其对应 列流径路方向上沿铁路线左侧进行铺画【9 】。如图2 1 所示，红线代表 a 类客车，列车数量为5 ，对应的列流径路为( b ，c ，d ，f ) 。 由于在一段铁路线路上有若干不同的列流线，因而必须统一将 列流线紧靠铁路线由内至外排列，列流线之间保持规定的等距离间 隔进行铺画。在每一个铁路区间或区段，列流线上标记出列流线所 代表的列车数量，并在区间全部列流线的外侧分别标记上下行列车 总数。列流通过站场时，列流径路的折点绘制在矩形框内，从而要 求站场矩形足够大以便能够容纳通过的列流线。列流径路在站场和 道岔处汇集或分叉，要尽可能减少列流线相交叉，如图2 2 所示，通 过站场的列流线。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 西 北 西 南 车站 东 北 东 南 南 图2 2 站场列流线示意图 2 1 3 标注 标注是列流图中不可缺少的部分，通过标注可以更加容易地看 懂列流图，直观地知道列流图中所表示的信息。在列流图中，标注 主要包括站场名称、衔接方向名称、列流图名称、列流线上的列车 对数及图例说明等，如图2 1 所示。 2 2 开发环境需求 列流图编制管理系统的实现是基于w i n d o w s 平台，采用的系统 开发工具有v i s u a lc + + 6 0 和v i s u a ls t u d i o n e t2 0 0 5 ，并以s q l s e r v e r2 0 0 0 作为系统数据库。 2 3 业务分析 2 3 1 业务需求分析 在对系统进行业务需求分析和业务流程分析的基础后，再对系 统进行功能需求分析。业务分析是系统设计的基础，其最能体现整 个系统的逻辑结构，将用户的需求从具体到抽象的一个过程【1 0 】。 业务分析主要包括：数据管理与维护、列流图自动编制、图形 调整、列流图的保存与输出、指标统计与分析、列流信息的管理与 发布、系统管理等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 列流图编制管理系统根据获取的铁路路网、列车特征等相关信 息，结合货物列车编组计划和旅客列车开行方案，进行参数设置后 采用满足布局原则的列流图编制算法，从而自动编制列流图。当货 物列车编组计划和旅客列车开行方案进行调整或修改情况下，根据 变更信息，结合参数条件的要求，重新自动编制列流图。此外，列 流图编制管理系统还具备对列流图的历史信息进行汇总统计存储， 以及对相关指标进行统计分析的功能，还具有网上对列流信息进行 管理和发布等功能。 2 3 2 业务流程 业务流程分析是系统结构设计的基础和依据【l1 1 。编制列流图是 一项所需数据量大而复杂、精度要求高的工作，要结合铁路运输组 织的各项计划要求，在保证铁路运输安全的前提下，满足市场运输 需求，并实现铁路运输组织的优化和铁路运输的最大经济效益。根 据实际情况可知，计算机编制列流图的流程如下： 步骤一：编图数据信息收集、汇总和整理。根据货物列车编组计 划或旅客列车开行方案技术文件，编图人员既可以从历史数据中得 到编图数据，也可以从列车运行图编制系统等铁路信息系统中按照 实际需要进行筛选得到。 步骤二：编图布局设置。编图人员根据通过人机界面对列流图中 的路网布局、字体显示等参数进行设置，并对所需编制的列流图类 型进行选择。 步骤三：编制列流图。根据货物列车编组计划或旅客列车开行方 案技术文件、编图数据和编图人员的布局设置，系统自动编制列流 图。 步骤四：检查图形准确性及合理性。如果编图人员通过相关指标 统计对货物列车编组计划或旅客列车开行方案满意，则进行统计工 作，并进行步骤六。否则，进行步骤五。 步骤五：人机交互调整。编图人员通过友好的人机界面修改或调 整列流图，并更新显示编图人员修改或调整后的列流图，将所得到 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 的结果保存起来。 步骤六：货物列车编组计划或旅客列车开行方案调整。编图人员 判断是否需要调整货物列车编组计划或旅客列车开行方案，如果不 需要调整，则进行相关指标统计工作，并进行步骤八。否则进行步 骤七的操作。 步骤七：调整货物列车编组计划或旅客列车开行方案。若编图人 员根据指标统计结果调整货物列车编组计划或旅客列车开行方案， 重新进入步骤一编制列流图，否则，进行步骤八。 步骤八：图形、指标统计结果的输出和存档保存工作。 2 4 系统功能需求分析 需求分析是软件项目开发中的重要一步，也是决定性的一步， 它是系统分析和系统设计之间的桥梁【1 2 1 。只有通过需求分析才能把 软件功能和性能的总体概念描述为具体的软件应用功能，从而奠定 软件开发的基础。通过深入了解用户的需求，和细致的调查分析， 把用户需求最终转换成一个完全的、细致的软件逻辑模型和相关的 软件需求规格说明，准确表达用户的要求【1 3 1 1 ，并以此作为系统设计、 实现、测试直至维护的主要基础。 根据系统业务需求分析，结合我国铁道部、各铁路局和铁道勘 察设计院的相关规章原则，本系统实现计算机编制列流图、相关指 标统计分析及输出、列流信息的管理和发布等功能，主要满足以下 功能需求： 1 编制各类列流图 列流图分为：货车列流图、客车列流图和客货混编列流图。编 图人员通过设置参数来实现所需编制图形的种类。 2 数据管理功能 该功能实现对系统中的数据进行增加、删除、修改和查询等管 理操作，提供对系统中的基础数据可以直接批量地输入或修改。基 础数据包括路局、车站、线路、区间、分界口、列车运行径路、列 流径路、车站及区间与线路的连接关系等信息 1 4 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1o 页 要求系统具有较强的数据管理功能，可以读取已有的列车运行 图编制系统中的相关数据库文件，这样可以为系统提供获得数据方 式的多样性，并克服手工输入相关基础数据的繁重工作。 3 友好的图形化人机交互界面 列流图中所具备的图形操作，主要是在编制和调整列流图过程 中所需的进行的操作，主要有如下操作： ( 1 ) 图形系统的常规操作，主要包括：放大、缩小、移动、刷新 等。 ( 2 ) 图形修改操作，主要包括：移动列流线、车站位置、标注， 相关标注的设定与取消，车站位置属性修改，线型的修改等。 ( 3 ) 修改内部数据操作，主要包括：添加、删除、修改车站和列 流线，列流径路的变更等。 ( 4 ) 相关的撤销与恢复操作。 4 图形多种输出方式 编图人员在编制出列流图之后，由于在计算机屏幕上查看不方 便且不利于携带，用户可以选择不同的纸张打印输出。由于绝大部 分列流图都是用a u t o c a d 所绘制，因而系统提供生成为a u t o c a d 所兼容的d x f 图形文件格式。 5 指标的统计分析功能 系统可以对路网中区间、区段和列流径路的列车数量等指标进 行统计，而且指标统计可以通过生成数据报表来输出。这也方便了 将指标的统计结果上报铁道部、铁路局，以便为优化货物列车编组 计划、旅客列车开行方案、列车运行图提供参考依据。 6 列流信息的管理与发布 该功能是基于b s 模式设计来实现，用户通过w e b 浏览器登录 系统，根据所具有的权限对列流信息进行管理和发布等，从而实现 对列流信息管理和发布的网络化和数据信息共享化。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 第3 章列流图编制管理系统总体设计 前一章对系统进行了需求分析，本章则根据系统的业务特征和 功能需求，基于系统设计目标和原则，就系统模式、系统定位、系 统功能模块等方面进行设计。 3 1 系统设计目标与原则 3 1 1 系统设计目标 系统设计目标是为铁路运输部门和铁道勘察设计院提供一个具 有数据管理功能，并通过所读取的数据自动编制列流图，能通过图 形化的人机交互来对列流图进行绘制和调整，能提供对列流图进行 多种方式保存和输出，并能实现指标统计分析并利用网络管理和发 布列流信息的列流图编制管理系统。在进行系统设计时应充分考虑 系统的开放性、兼容性、扩展性和维护性，尽量提高系统结构的独 立性、系统数据的共享性。 3 1 2 系统设计原则 为了确保系统目标能够顺利地实现，在系统设计过程中，应遵 循下列原则 1 5 - 16 ： 1 坚持标准化、规范化 本系统规模较大、技术复杂、难度大。系统研制开发需要建立 在相关规范和标准的基础之上，制定系统数据格式标准，为系统的 推广应用创造条件。 2 可靠性、安全性原则 可靠性和安全性是保证列流图的准确性所必须具备的性能。要 保证系统的可靠性和安全性，必须采用先进的软件技术，提供较强 管理机制、控制手段和网络安全能力。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 3 先进性、成熟性原则 在设计时，既要保证采用国内外先进技术，尽量采用先进的系 统开发和运行平台、新的软件开发技术，又要尽量选择目前成熟可 靠的技术和方案，保证系统的可用性和可靠性，降低开发系统的风 险。 4 独立性原则 列流图编制管理系统的结构较复杂，对系统需要从全局的观点 展开分析和设计，提出总体方案，然后在总体方案的指导下进行系 统各个模块的详细设计，模块内高聚集，模块之间低耦合。 5 软件具有开放性、可兼容性、可扩展性和可维护性 系统采用模块化设计。一个模块的修改不会引起其它模块的变 动或较大的变动，维护方便，模块间界面信息简单，接口关系清楚， 各相关模块既相对独立，又有机统一。 3 2 系统定位 根据编制列流图的业务流程和所需的数据，对系统进行总体规 划设计，研究设计列流图编制管理系统。该系统实现计算机编制列 流图，同时也可以作为列车运行图编制系统、旅客列车开行方案编 制系统的辅助分析工具，对这些系统的相关指标进行统计分析，从 而达到为列车运行图、货物列车编组计划和旅客列车开行方案的改 进提供参考依据。系统完成列车运行密度的统计、列流的汇集和分 流情况等指标统计，为运输编图人员编制列流图提供了一种方便高 效的辅助手段，实现列流图的编制由手工操作转为计算机处理。本 文设计出利用网络实现对列流信息的管理与发布的方案，为铁道部、 各铁路局和相关设计院对列流数据信息的共享提供了方便快捷的手 段。 3 3 系统总体架构模式设计 就软件开发来说，系统架构设计是一个重要的环节。在系统实 现之前，必须考虑既满足当前的应用需求又要为系统今后的升级和 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 扩展提供空间，从而开发出一个具有很好灵活性、健壮性、维护简 单方便的应用系统。 随着软件技术的不断发展，软件系统的平台体系结构也由过去 单用户发展到今天的文件, q f ：务器( f i l e s e r v e r ，f s ) 模式和引领主 流的客户机服务器( c s ) 模式和浏览器服务器( b s ) 模式。下面 就根据c s 模式和b s 模式各自的特点，结合本系统的需求，对系 统进行模式设计。 3 3 1c s 模式 c s 模式，简单地说，即充分利用客户机端和服务器端所配置的 硬件环境的优势将局域网中需要处理的工作任务分配给客户机端和 服务器端来共同完成。它把应用分割成几个部分，并分配到整个网 络上，以便最有效地利用系统的各种资源 1 7 - 1 8 3 。 c s 模式提出了一种新的资源共享方式。在数据管理系统中，将 不同的应用程序安装在不同的工作站上，形成客户端。客户端运行 本地程序，访问存储在服务器端的数据库，获取数据资源，完成相 关处理后回写到数据库中，这就形成了c s 模式的基本运行机理。 结合c s 模式的基本运行机理，基于c s 模式的应用系统具有 如下特点 1 9 - 2 0 ： ( 1 ) 网络利用率较高，网络流量较小 在基于c s 模式的系统中，服务器端程序一旦启动之后，就随 时等候响应客户端程序的请求，客户机只需要把请求的内容传给服 务器，服务器也只需要按照预定的规则做出应答返回最终结果即可， 系统中不必传输整个数据文件的内容。 ( 2 ) 数据的独立性 在c s 模式中，对于数据的处理操作是由服务器端程序和客户 端应用程序分别独立进行的，这使得数据具有独立性。 ( 3 ) 系统维护工作量大、成本高、费用大 采用c s 结构模式，需要选择适当的数据库平台来实现数据的 一致性，更需要实现“实时的数据同步，从而必须在服务器端和 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 客户端建立实时的通讯连接，保持两地的数据库服务器实时在线运 行，因而用户既要对服务器维护管理，又要对客户端维护和管理， 这需要花费高昂的费用和提供技术支持，维护成本高，任务量大， 维护难度大。 3 3 2b s 模式 b s 模式【2 1 1 是利用w e b 技术和数据库技术相结合形成的一种技 术，通过这种技术可以实现数据库应用系统开发环境和应用环境的 分离。 在b s 模式中，客户机上只需安装浏览器，不需安装数据库应用 系统程序，因此，b s 模式结构称为零客户端模式结构。 相对于其它模式，b s 模式具有以下优越性 2 0 - 2 1 】： ( 1 ) 提高系统稳定性。对于w e b 服务器的进程，当收到浏览器发 出的请求时，并不产生新的进程，在本身的进程空间处理请求，避 免了系统瘫痪的危险。 ( 2 ) 使用方便。目前w i n d o w s 操作系统安装时都自带浏览器，用 户只需要通过互联网连通远程服务器接受服务，而不需要安装专用 的客户端程序。 ( 3 ) 便于开发。因为用浏览器做用户前端操作界面，因此无需开 发客户端程序，只需集中对w e b 服务器端的开发，方便了开发者， 也提高了开发效率。 ( 4 ) 便于维护升级。随着用户需求的不断增多，软件系统的扩展 改进和升级越来越频繁。在这个方面，基于b s 结构的软件只需要 对服务器端进行维护和升级就可以，所有的客户端只是浏览器，根 本不需要做任何的维护。无论系统用户的规模有多大都不会增加任 何维护升级的工作量，所有的操作只需要针对服务器端展开即可。 如果是异地，只需要把服务器端连接专网即可，实现远程维护、升 级和共享。 综上所述，结合列流图编制管理系统的需求分析和现有的铁路 内部专用网，本文的系统编制列流图方面采用c s 模式设计，列流 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 信息管理和发布采用b s 模式设计。即列流图编制管理系统采用基 于c s 和b s 混合模式来设计。 3 4 系统功能模块设计 根据第2 章中对系统所进行的功能需求分析，将列流图编制管 理系统划分为以下几个子系统：系统管理子系统、数据管理子系统、 列流图自动编制子系统、列流图绘制子系统、指标统计分析子系统、 列流信息管理与发布子系统、人机交互子系统。系统结构图如图3 i 所示。 图3 一l 系统结构图 3 4 1 系统管理子系统 该子系统包括：用户管理和系统设置。用户管理负责整个系统 编图用户的建立和管理。用户管理是按业务流程，制订操作者管理 机制，为各类用户授权，其主要完成：创建和维护用户信息，给用 户分配口令和标识。系统设置是对系统的工作模式按编图需要进行 设定。在本系统中，系统可设置为本地库、客户端和服务器三种工 作模式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 3 4 2 数据管理子系统 1 数据管理与维护 该子系统主要实现对应用系统中所涉及的数据进行收集、加工、 传输及存储。系统所包含的数据有：路局、线路、车站、区间、列 车运行径路、列流径路、列车特征和列车时刻等。 ( 1 ) 数据的录入 针对数据的录入操作，系统提供了人工录入和批量导入两种途 径。 人工录入 编图人员根据所收集到的数据资料或从列车运行图编制系统抄 录下来的数据，在系统的操作界面中手工输入这些数据，用于编制 列流图。对于简单的列流图来讲，操作较方便，工作量也不大，但 对于较复杂的列流图来说，需要输入大量的基础数据，则费时费力。 批量导入数据 列流图的编制需要线路、车站、区间、列流径路、列车运行径路 和列车特征参数等大量数据。针对我国的计算机编制列车运行图系 统中具有的大量数据，本系统提供相关接口，可以直接读取运行图 数据库中的相关数据，筛选出系统自身编图所需的数据。 ( 2 ) 数据操作 系统可以在系统所设计的界面中直接对数据进行增加、删除、 修改、插入等基本操作，从而提供一种修改列流图的快速方式。 2 数据字典维护 主要包括对路局、车站、线路、列流径路等基础字典的维护。 3 4 3 列流图自动编制子系统 列流图自动编制子系统是列流图编制管理系统的核心。在该子 系统中，编图人员设置编图参数后，根据货物列车编组计划或旅客 列车开行方案技术文件，通过列流图自动编制算法生成列流图。 在该子系统中，人机交互界面子系统为编制列流图过程中所进 行的相关操作提供了方便。通过友好的人机交互，用户可以很方便 西南交通大学硕士研究生学位论文 第17 页 地输入车站的位置等数据信息。因而，在列流图自动编制子系统中， 图形拖动技术和重画技术得到了很好的运用，这些技术在第6 章中 进行了较详细的探讨。 3 4 4 列流图绘制子系统 1 列流图绘制 以用户所划定的铁路区域为范围，绘制所选铁路区域的列流图， 编图人员通过调整布局并输出。 2 绘图图形调整与输出 对于生成的列流图，根据用户需要以多种方式输出，用户可以 根据图形大小来选择合适的纸面大小( 本系统只限a 3 、a 4 、b 5 纸 张) 。 除此之外，在绘图中，系统提供完善的图形调整功能，其中主 要有：列流线移动、车站的移动、字体大小调整、图形附加信息的 添加( 例如图名) ，在绘图视图中经过调整后输出标准、简洁、清楚 的图形。 3 4 5 人机交互子系统 列流图编制管理系统作为一个自动化、智能化较高的系统，基于 图形化界面的人机交互为其提供了一种方便快捷准确的辅助手段。 从系统的客观运用需求可以知道，人机交互操作较自动编制高级。 即自动编制列流图要在人工规定基础上生成，不可与用户设置矛盾。 1 图元及图形操作 ( 1 ) 图元操作 在列流图中，通过不同的图元来表示各类路网对象。在该子系 统中，提供对图元进行放大、缩小、刷新、字体放大、字体缩小等 操作。 ( 2 ) 图形操作 在这提供移动列流线、车站位置、标注、标注显示或隐藏等操 作。 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 ( 3 ) 内部数据操作 子系统提供添加、删除、修改车站和列流线属性，更新相关列 流统计信息。 2 界面布局调整 子系统提供利用图形工具对列流图的界面布局进行调整。 3 4 6 指标统计分析子系统 在该子系统中，实现对指标进行统计分析，并生成相关规定格 式的表格文件。以图形、表格等形式显示、输出列流图相关文件， 方便工作人员存储资料，便于向有关部门和人员提供全面文档。 指标统计分析子系统主要包括以下功能模块： 1 统计报表定义与生成 以e x c e l 形式输出报表。通过调用己定制好的模板，以铁路区 域为单位，选择车站、区间、区段来进行统计指标。 2 统计结果浏览 该子系统提供以e x c e l 界面形式打开指标统计结果，一目了然， 方便浏览。 3 e x c e l 报表生成 指标统计包括以下报表： ( 1 ) 区间( 段) 列车对数统计 ( 2 ) 车次上下行对比查询分析 ( 3 ) 列车在站到开时刻查询分析 ( 4 ) 列流汇集和分流情况统计 ( 5 ) 区间通过能力统计表 ( 6 ) 指标汇总统计表 3 4 7 列流信息管理与发布子系统 本子系统采用b s 体系结构所设计。列流信息的管理与发布子系 统是列流图编制管理系统的一部分，但也可以独立于其它子系统单 独运行。 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 本子系统功能模块图如图3 2 所示。该子系统基于b s 模式设计， 用户通过浏览器即可查看预览列流信息、统计报表文件、路网基础 数据等，并且提供多种查询途径；系统管理员具有所有的功能权限， 例如数据的修改、删除，报表文件的删除维护等。相关权限的用户 可以管理与发布列流信息、上传和下载统计报表文件等；一般权限 的用户均可以方便地查看或下载这些信息文档。 列流信息管理与发布子系统 用户管理模块资料数据管理模块报表文件管理模块系统管理模块 j 1 一 上 j 一 j 一 l j 一j 一 【一 1 一 资资资报报报报 增权登料料料表表表表日系留 删限录数数数文文文文 ：b 统口儿! 一 用分控据据据件件件件管留 管 户配 制 编 查 输 查维上下 理口理 辑 询出 看 护 传载 图3 2 列流信息的管理与发布子系统功能模块图 在本子系统中，重点研究的是资料数据管理模块和报表文件管理 模块，而用户管理模块和系统管理模块只作简单的介绍。 1 用户管理模块 用户管理模块主要用于管理该子系统的用户信息、添加或删除 用户、为用户分配系统使用权限。 2 系统管理模块 系统管理模块主要用于系统文档的维护，主要包括系统留言、 留言管理以及日志文件管理。 3 资料数据管理模块 在资料数据管理模块中，主要具有如下功能： 资料数据编辑功能：进入系统相关操作页面，通过选择资料数 据编辑按钮，用户对相应的资料数据进行修改，经确认提交后，更 新系统的数据库。 资料数据查询功能：用户输入或选择关键字来查询列流资料。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 资料数据输出功能：通过系统页面中的资料输出按钮，将查询、 修改后的列流信息结果生成报表文件输出。 4 报表文件管理模块 在报表文件管理模块中，主要包含有以下功能： 报表文件查看功能：用户选择报表分类，根据报表文件名称查 看服务器中的报表文件，进而查看列流图资料报表的具体内容。 同时，在对报表文件进行维护的过程中，又具有报表文件更新 和报表文件删除等功能。由于系统中的资料数据随时都可能有更新， 通过报表文件更新操作，对资料数据报表进行更新。在系统中，有 些报表文件已经无效，可以通过报表文件删除功能，选择相应报表 文件进行删除。 报表文件上传功能：通过点击上载报表按钮将本地报表上传到 服务器。 报表文件下载功能：通过点击下载报表按钮从服务器选择报表 下载到本地的指定位置。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 第4 章列流图编制管理系统数据库设计 数据库是列流图编制管理系统的不可缺少的部分，它是整个系 统的数据仓库，负责存储、组织和管理整个系统的数据信息。数据 库设计是否合理，直接影响到系统对数据进行操作的效率以及用户 使用的灵活性和有效性。 在列流图编制管理系统中，采用的是关系数据库系统。根据关系 数据库系统的特点 2 2 1 ，本章对列流图数据库系统进行了详细设计。 4 1 关系数据库系统 关系模型由关系数据结构、关系操作集合和关系完整性约束三 部分组成。关系模型有严格的理论基础，能提供较高的数据独立性。 关系是元组的集合，各个元组在关系中的顺序是无关紧要的。 在实际系统中一个关系的诸元组具备一定存储顺序，但元组 的顺序对