（岩土工程专业论文）多年冻土地区铁路路基养护管理信息系统研究与开发.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：由于地处环境的特殊性，多年冻土地区铁路的设计! 施工及运营阶段的资 料非常宝贵，利用管理信息系统对这些数据进行科学的管理分析，对于数据今后 的充分发掘和利用非常有利。另外，相比于一般地区而言，多年冻土地区铁路由 于自然条件恶劣，发生各种路基病害的几率更大。因此有必要利用管理信息系统 对路基的静态和动态信息进行统一管理，及时准确掌握路基状态，采取适当的养 护维修措施，使路基处于可靠的受控状态。 基于上述考虑，本论文首先从多年冻土地区的铁路路基特点出发，确定了多 年冻土地区铁路路基养护管理信息系统的静态及动态数据结构及存储类型，实现 了有组织的合理高效的数据存储。其次，构建了符合多年冻土区特点的路基状态 评价模型，利用状态评价实现对路基的养护维修工作提供指导和帮助。第三，研 究了影响多年冻土区路基稳定性的相关因素，建立路基状态预测模型，为编制维 修计划及中长期规划提供参考依据。最终，本文完成了多年冻土地区铁路路基养 护管理信息系统的设计开发，为提高多年冻土地区铁路养护的信息化管理水平、 保障铁路运输安全提供了有利条件。 关键词：多年冻土区；铁路路基；养护；管理信息系统；数据库 分类号：中图分类号：u 2 1 6 ；u d c ：6 2 5 a b s t r a c t a b s t r a c t ：a sar e s u l to fp a r t i c u l a r i t yo fe n v i r o n m e n t ，t h ed a t ao ft h ed e s i g n ， c o n s t r u c t i o na n do p e r a t i o no fr a i l w a yi np e r m a f r o s tr e g i o n sa l ev e r yi m p o r t a n t u s i n g m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mt om a n a g ea n da n a l y z et h e s ed a t ai sv e r ya d v a n t a g e o u s f o rf u r t h e l u t i l i z i n g i na d d i t i o n ，c o n t r a s t i n gt on o r m a lr e g i o n s ，t h ep o s s i b i l i t yo f r o a d b e dd i s e a s e si sg r e a t e rb e c a u s et h en a t u r ec o n d i t i o ni sw o r s e s oi ti sn e c e s s a r y t o m a k eu s eo fm i st om a n a g et h es t a t i ca n dd y n a m i cd a t ao fr o a d b e d ，h o l dt h er o a d b e d s t a t ei nt i m ea n dt a k es o m em a i n t e n a n c em e a s u r e s b a s e do na b o v e - m e n t i o n e df a c t o r s ，f i r s to fa l l ，t h i st h e s i ss e t su pt h es t r u c t u r eo f s t a t i ca n dd y n a m i cd a t aa n dm e m o r ys t y l e so fm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mf o r r a i l w a yr o a d b e di np e r m a f r o s tr e g i o n s a tt h es a m et i m e , r e a s o n a b l ea n de f f e c t i v ed a t a m e m o r yi sc o m p l e t e db a s e do nt h ec h a r a c t e r so fr a i l w a y r o a d b e di np e r m a f r o s tr e g i o n s f u r t h e r m o r e , t h ee v a l u a t i o nm o d e lo fr o a d b e d s t a t ei sf o u n d e d ，w h i c hi sa c c o r d i n gw i t h t h ec h a r a c t e r so ft h ep e r m a f r o s tr e g i o n sa n di sh e l p f u lf o rr o a d b e dm a i n t e n a n c e t h i r d l y , r e l a t i v ef a c t o r so fr o a d b e ds t a b i l i t yi np e r m a f r o s tr e g i o n sa r er e s e a r c h e da n dt h ef o r e c a s t m o d e lo fr o a d b e ds t a t ei sf o u n d e d a tl a s t ，t h ed e s i g na n dd e v d o p m e m o fm a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e mo fr o a d b e dm a i n t e n a n c ei np e r m a f r o s tr e g i o n sa r ea c c o m p l i s h e d ， w h i c hi sa d v a n t a g e o u st oi m p r o v et h el e v e lo fi n f o r m a t i o n - b a s e dm a n a g e m e n to f r a i l w a ym a i n t e n a n c ea n d e n s u r es a f e t yo fr a i l w a yt r a n s p o r t a t t o n k e y w o r d s ：p e r m a f r o s tr e g i o n s ,r a i l w a yr o a d b e d ； m a i n t e n a n c e ；m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e m ( m i s ) ；d a t a b a s e c l a s s n o ：n l c ：u 2 1 6 ：u d c ：6 2 5 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：份亟考 签字日期：2 夕7 年月肜日 6 7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：俘壶匆 签字日期：矽7 年钿廖日 导师签名：衩姣砷导师签名：纠h 夕丫 签锢期：年川日 致谢 本论文的工作是在我的导师刘建坤教授的悉心指导下完成的，刘老师以其严 谨的治学风格，丰富的科研经验，渊博的理论知识、专业知识、社会知识及其他 方面的言传身教，给予了我莫大的教诲和启迪，使我受益匪浅。在此衷心感谢两 年来刘老师对我的关心和指导。 感谢田亚护师兄、彭丽云师姐、肖军华师兄、马立峰师兄给予的极大鼓励、 支持和帮助，提出了许多有益的学术建议，使我的论文得以顺利完成。 特别感谢何秉顺师兄在系统开发过程中给予的大力帮助和支持，以及青藏铁 路公司工务段提供的养护检测数据及建议。 感谢张勇、刘宜平、粟缤、刘飞、于学敏、王靖安、杨兆辉、姚涛等同学及 师弟师妹们，在这两年中他们给了我很多生活、学习上的帮助和关心，也给我留 下了纯真的友谊和美好的回忆。 永远的感谢我的父母和姐姐，他们在生活上、精神上给予我的支持和激励始 终是我前进的动力。 1 绪论 1 绪论 1 1 研究的背景及意义 冻土，一般是指温度在0 或0 c 以下，并含有冰的各类岩石和土壤，是广泛 分布在地球表层的一种低温地质体。它一般由固相矿物颗粒、固相冰、液相未冻 水、气相的水汽和空气等四相体系组成。冻土是一种特殊的土类，其特殊性主要 表现在它的性质与温度密切相关。常规土类的性质主要受其颗粒的矿物和机械成 分、密度和含水量的控制，只要这些因素确定，土的性质就基本稳定，因此其性 质随温度表现为静态特性。冻土与一般土类相比，其组成中多了固态的水冰，其 特性还受含冰量的控制，而含冰量直接与温度相关，因此冻土的性质随温度与时 间在变化，表现为动态特性。所以冻土是一种对温度十分敏感且性质不稳定的土 体。 多年冻土的分布面积非常广泛，约为3 5 x 1 0 6 k m 2 ，约占地球陆地面积的四分之 一【l 】f 2 j ，而地球上多年冻土、季节冻土和瞬时冻土的面积约占全球面积的7 0 t 3 1 。 中国是继俄罗斯、加拿大之后世界第三冻土大国，多年冻土分布面积2 1 5 x 1 0 6 k m 2 ， 占中国陆地面积的2 2 ，季节冻土区约占国土面积的5 3 5 t 4 1 ，青藏高原地区冻土 分布面积达1 5 x 1 0 6 k i n 2 ，占我国多年冻土分布面积的7 0 。冻土作为寒区工程中 所面对的第一大难题，深入研究和解决冻土问题成为了寒区工程的关键【5 】f 6 】。 冻土地区修筑道路由来已久，1 9 世纪后期，俄国便在西伯利亚多年冻土地区 修筑了铁路。二战后，前苏联在多年冻土地区修建了道路和工业基础设施，其中 许多经验和技术在我国东北多年冻土地区修筑铁路中得到了应用。2 0 世纪初，伴 随着阿拉斯加和加拿大西北部采矿、伐木业的发展，美、加修建了这一地区最早 的一批道路，至2 0 世纪4 0 年代，为满足汽车交通的需要，阿州道路委员会( a r c ) 和美国公共道路局( b p r ) 先后完善了该州主要道路。1 9 4 2 年跨越阿拉斯加和加 拿大的公路建成通车。2 0 世纪5 0 年代，阿州掀起改建旧路和新建社区问道路的高 潮，1 9 6 8 年采用了沥青路面，8 0 年代修建了8 8 k m 的碎石路面，提出了采用最小 填土高度修筑路堤，以限制可能发生的永久性沉降。 5 0 年代大小兴安岭林区公路及铁路的修建，开创了我国多年冻土地区修筑道 路的新纪元。1 9 5 3 年青康公路和1 9 5 4 年青藏公路建成通车，拉开了我国多年冻土 地区修筑公路的序幕。而青藏铁路的建设则使我国在冻土地区的建设工程达到了 一个高峰，青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原多年冻土铁路，青藏铁 路格尔木至拉萨段，全长11 4 2 k m 。其中海拔4 0 0 0 m 以上的线路有9 6 0 k m ，经过连 北京交通大学硕十学位论文 续多年冻土区约5 5 0 k m ，岛状冻土、深季节冻土、沼泽湿地和斜坡湿地发育，是 我国道路铁路工程建设领域内的重大项目，也将对世界多年冻土地区的建设工程 产生深远的影响【7 h 1 2 1 。 随着我国改革丌放的深入，经济的迅速发展，特别是国家西部大开发的实行， 我国在多年冻土地区的铁路、公路等道路工程必然越来越多，随之而来的问题便 是繁重的道路养护管理任务。由于多年冻土地区路基上部为季节融化层，基底为 多年冻土层，季节融化层受温度和水分变化的影响产生的病害主要类型有：冻胀、 寒冻裂缝、路堤边坡坍塌等，而路基下部的多年冻土层的主要病害是融沉和冰害 等【1 3 1 1 ，这些病害均与普通地区有所不同。因此，有必要建立冻土地区路基养护 管理系统，科学的调控各项养护维修活动，更加有效的解决冻土地区路基的各种 特殊病害。另外，由于地处环境的特殊性以及工程地质条件的复杂性，多年冻土 地区的运营管理资料( 大、中修，巡检，病害及整治资料等) 都是非常宝贵的， 它们的取得往往花费了很高的代价，这些资料具有唯一性、可重复利用性，其来 源困难，代价很高，不可多得。因此，建立冻土地区路基养护管理系统，对这些 资料进行计算机管理分析，对于今后的充分发掘和利用非常有利【1 5 1 。 建立冻土地区路基养护管理系统的重要意义可从经济、技术和管理三方面体 现： ( 1 ) 经济方面 在资源约束的条件下使路网总体效益最优； 依据现有的路况水平和预算水平编制养护维修计划。 ( 2 ) 技术方面 冻土地区路基养护管理系统能够在实施过程中逐渐积累经验和促进新技术的 应用： 改进典型养护和维修对策，不断修正冻土地区路基的养护经验： 可以比较新旧养护技术的差异，促进养护技术的不断更新和改进： 完善路基使用性能预估模型，以便更准确地预测未来路基使用性能的变 化，从而做出更符合实际的养护维修决策。 ( 3 ) 管理方面 促进养护管理体制的不断改进与完善； 提供有效的路网检测和评价手段，提高养护管理的效率； 可以分析不同投资水平对路网状况的影响，为管理决策部门提供充分的决 策依据。 1 2 国内外研究现状 2 1 绪论 ( 1 ) 国内研究现状 随着近年来我国铁路信息化建设的开展及深入，铁路设备计算机管理提上了 日程，八十年代逐渐开始使用计算机技术对工务设备进行管理，开发出一些局部 的软件系统。为了弥补系统的不足，1 9 9 8 年铁道部提出在工务段中进行工务设备 的计算机全面管理【1 6 1 。在此基础上，国内出现了多个工务管理信息系统。以下是 一些铁路工务管理信息系统的简介。 北京铁路局使用的“北京铁路局工务地理信息查询系统” 1 7 1 1 8 1 ，使用了 w e b g i s 、b s 技术，主要功能包括工务设备地理信息发布、工务防洪地理信息查 询、工务综合信息查询等三个子系统。利用g e og r a p h i e sg i s 软件和大型数据库 d b 2 对铁路地形图、纵断面图、配线图、病害工点、线路诸表进行查询、分析、 管理，同时实现了网上发布。 南昌铁路局使用的“南昌铁路局铁路工务管理信息系统，【1 9 】利用b e n t l e y 公司 的g e o g r a p h i cg i s 软件、v i e c o np u b l i s h e r 网络发布软件和d b 2 大型数据库实现了 对铁路地形图、纵断面图、配线图、综合图、线路诸表等进行查询、分析、管理 及局域网发布。 上海铁路分局使用的“沪宁铁路工务管理信息系统”【2 0 】【2 1 】利用微软公司的s q l s e r v e r7 0 数据库，以p o w e r b u i l d e r 、v i s u a lc h6 0 为开发工具，实现按线名检索 和查询分段存放的地形图和航空照片图像数据，按里程查询浏览地形图和航空照 片图像数据，检索按线名存放的活动图像数据，播放线路的活动图像并同时显示 相应里程及相关信息，查询、显示、输出线路设备数据。 广铁集团和同济大学合作开发的广深线养护维修计算机管理系统针对广深线 特点，应用t q i 评估轨道质量状态，指导大型养路机械施工作业，提高了作业效 率，降低了养修成本，取得了良好的经济效益。 ( 2 ) 国外研究现状 西方国家铁路信息化工作起步较旱，有许多经验教训可供我国铁路地理信息 系统工作参考。国外铁路很少有专门的工务管理信息系统，而是铁路基础设施( 包 括工务和电务) 管理。从各国铁路工务管理侧重点上，可以分为两类，即侧重于 铁路轨道养护的轨道管理系统及侧重子所有铁路基础设施设备管理的系统。 铁路轨道检测养护方面 加拿大在铁路维修方面开发了轨道管理系统、轨道维修咨询系统和轨道养护 维修辅助决策系统，是较早实现信息系统商品化的国家之一。轨道管理系统利用 轨道检查车动态检测数据结合现场人工测量数据，评判线路质量状态和线路各部 件的质量状态，并且结合线路运输状况预测线路质量恶化趋势。轨道维修咨询系 统是对轨道动态检测数据进行管理和分析的系统，于9 0 年代在太平洋铁路中开始 3 北京交通大学硕士学位论文 应用。轨道养护维修辅助决策系统在轨道维修咨询系统的基础上，定量预测轨道 不平顺和钢轨伤损等指标的变化，结合线路设备的基本信息以及运输状况辅助制 定轨道部件的更换计划以及线路大中修计划。同时该系统注重对于维修信息的管 理，考虑经济和资源因素，制定各种计划，可以提高作业效率，合理分配资源， 优化安排养修作业。 o m n i c o me n g i n e e r i n g 公司的o n m i s u r v e y o r 3 d t 2 2 】是三维的基础设施管理系统， 在巡道车行进中产生前进方向的连续的左中右方向的影像，每一帧影像都能精确 定位，并生成高精度的铁路沿线的三维影像，结合巡道车测得的铁轨数据可以自 动将不合格的铁轨在三维图像上高亮度显示。 z e t a - t e c ha s s o c i a t e s 公司开发的应用在加拿大铁路的m a i n t e n a n c eo fw a y i n f o r m a t i o ns y s t e m 2 3 1 ，可以用不同的颜色在电子地图中显示设备故障及严重程度， 可以查询设备维护历史数据，并建有预测模型，用来根据当前数据预测铁轨等设 备的使用寿命，分析某个设备的故障对铁路的影响；另外该公司开发的 t i e - i n s p e c t i o na n dp l a n n i n gs y s t e m ，能收集轨枕状态数据，依据这些数据分析一定 范围内轨道强度的变化，计算出需要更换哪些枕木，以及更换了这些枕木后对轨 道强度的影响。 欧洲轨道研究院开发的b c o t r a c k 轨道维护及更新决策支持系统( d e c i s i o n s u p p o r tf o rt r a c km a i n t e n a n c ea n dr e n e w a l ) 【2 4 1 ，该系统可以进行工务设施数据管 理，同时应用专家系统技术，建立设施维护、更新规则库，可以对工务设施管理、 维护和更毅提供优化管理和决策支持，同时可以进行设备诊断，优化资源分配， 对基础设施进行技术上和经济上的分析，提高工务设备的生产率。 铁路基础设施设备管理 德国铁路线路数据管理系统( d b s t r c k e n d a t e ns t r e d a ) 2 5 】对德国全路基础 设施数据进行统一管理，该系统可以满足对线路数据进行现代化的分析和图形显 示的要求。奥地利联邦铁路公司o e b b 的地理信息系统也主要用于设施管理。 r a i lm a n a g e m e n tc o n s u l t a n t sg m b h 公司的“铁路基础设施及时刻表管理系统” 2 6 1 中的组件基础设施数据管理( i n f r a s t r u c t u r ed a t am a n a g e m e n t ) 提供地图导航，在 电子地图上选取某一段铁轨后，可以显示铁轨的长度允许速度、弯曲度、倾斜度 及信号系统等，实现基础设施管理、实时计算、操作仿真及统计分析，并可进行 基础设施维护、改扩建等中短期计划和战略规划。 总之，发达国家的铁路工务管理信息系统普遍结合了信息技术、g i s 技术及铁 路计划、检测、维护工程的最新技术，能够更加高效地维护铁路基础设施，采取 合适的养护维修措施，优化投资计划和方向，合理利用资金，优化新建地区以及 全铁路的建设。同时可实现铁路基础设施的计划、设计、执行和维护等方面的决 4 1 绪论 策支持。 1 3 本文研究的主要内容及思路 本文研究的主要内容如下： ( 1 ) 充分查阅已有研究文献资料，掌握国内外有关路基养护管理系统特别是 冻土区路基养护管理系统的研究成果；并根据已有工程及研究资料，了解多年冻 土区冻土环境、地质地貌及路基常见病害，建立结构合理的多年冻土地区路基养 护管理信息系统静态和动态数据库模型。 ( 2 ) 在数据结构确定的基础上，研究构建系统后台数据库。同时设计相应的 数据安全保护模块及前台操作模块，在保障数据安全的基础上实现数据信息的输 入、输出、查询、修改和删除等基本操作。 ( 3 ) 建立专门路基病害库，利用关系数据库模型实现对多年冻土区路基病害 数据的管理与维护，对病害各类信息有组织地进行存储、管理，编辑病害的相关 信息，如病害情况、整治方案及估算费用等，检索类型相近的病害以及病害的整 治历史，为病害整治方案的制定及病害的统计分析提供便利，从而实现病害信息 管理的自动化及可视化。 ( 4 ) 建立适当的路基状态动态评价模型。根据已录入的动态数据对当前路基 状态进行评价，以便及时采取合适的养护维修措施。 ( 5 ) 研究影响多年冻土区路基稳定性的相关因素，寻求路基状态发展趋势预 测的合理数学方法，建立相应的预测模型。 本文的研究思路如下： 第一阶段，系统需求分析。向铁路有关部门了解工作流程，收集他们对系统 功能的要求，整理相关信息资料，确定系统的开发范围和系统功能。 第二阶段，系统总体设计。确定系统的模式、开发环境和开发工具，确定系 统可实现的目标，根据需求分析确定系统功能进行业务流程分析、数据流程分析 和模块划分。 第三阶段，数据库设计和界面。确定数据库结构，设置数据库各种参数，创 建实体数据库和数据库表、视图、触发器等数据库对象。根据系统功能划分各部 门操作内容同时设计相应的操作界面。 第四阶段，安全策略设计。整体规划系统安全策略，安全策略包括数据库的 安全策略、数据的安全策略、应用程序的安全策略和安全管理，研究可行的安全 实施方案。 第五阶段，程序实现。根据划分的模块和功能描述，分析并设计出计算机处 5 北京交通大学硕十学位论文 理流程，并分别编写代码， 第六阶段，系统测试。 最终实现系统功能。 对系统进行整体测试。 6 2 管理信息系统概述及系统开发环境介绍 2 管理信息系统概述及系统开发环境介绍 2 1 管理信息系统概述 管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是计算机应用的重要领域， 其特点主要表现在：它是面向管理决策的、对一个组织管理业务进行全面管理的 综合性人机系统，是现代管理方法与手段相结合的系统。 ( 1 ) 管理信息系统的概念 管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 简称为m i s ，由人和计算机 等组成，能够进行管理信息的收集、传输、存储、加工、维护和使用【2 。n 。作为一 门新的学科，它跨越了若干个领域，如管理科学、系统科学、运筹学、统计学以 及计算机科学。在这些学科的基础上，形成信息收集和加工的方法，从而形成一 个纵横交织的系统。1 9 8 5 年，管理信息系统的创始人，美国明尼苏达大学的管理 学教授g o r d o nb d a v i s 给了管理信息系统一个较完整的定义，即“管理信息系统 是一个利用计算机软硬件资源以及数据库的人机系统。它能提供信息支持企业或 组织的运行、管理和决策功能。这个定义全面地说明了管理信息系统的目标、功 能和组成，而且反映了管理信息系统在当时达到的水平。管理信息系统由四部分 组成：信息源、信息处理器、信息用户和信息管理者，如图2 1 所示。其中信息源 是信息的产生地；信息处理器负责处理信息的传输、加工、保存等；信息用户是 信息的使用者，利用信息进行决策；信息管理者负责系统的设计、实现和实现后 的运行、协调。 图2 1 管理信息系统的概念结构 ( 2 ) 管理信息系统的功能 管理信息系统的功能结构【2 研如图2 2 所示，其主要功能简述如下： 1 数据处理功能。对各种类型的数据进行收集、录入、加工、整理、检索、 查询、存储、传输和管理等工作的总称，是其基本功能。 2 计划功能。合理计划安排各种具体工作，如市场开发计划、生产作业计划 7 北京交通大学硕士学位论文 等，是指导各个管理层次高效率地开展工作的前提。 3 控制功能。指通过信息反馈对整个系统中的各个部门、各个环节的运行情 况进行检测、协调、控制，保证系统的止常运行。 4 预测功能。运用一定的数学方法、管理方法和预测模型，利用历史数据对 未来可能发生的结果进行预测，是管理计划和决策的前提。 5 辅助决策功能。运用运筹学方法和技术，把某些业务活动的具体要求作为 综合或选择条件，并据此做出合乎逻辑的分析、推理和判断，辅助管理者完成诸 如制订战略计划、执行最优控制等管理决策。 图2 2 管理信息系统的功能结构 ( 3 ) 管理信息系统的组成 管理信息系统组成包括六个部分1 2 9 ： 1 计算机硬件系统。是管理信息系统中信息处理和信息存储等工作的物质基 础，包括丰机、外存储器、输入输出设备等。 图2 3 管理信息系统的组成 8 2 管理信息系统概述及系统开发环境介绍 2 网络通讯系统。主要由计算机网络系统、通讯设备和通讯软件等构成。 3 计算机软件系统。包括系统软件和应用软件。 4 数据库及其存储介质。数据是系统的重要资源，存储介质包含在计算机的 外存设备中，另外还有录音、录像磁带、微缩胶片以及各种纸质文件。 5 系统工作人员。包括管理信息系统中计算机和非计算机设备的操作、维护 人员，程序设计员，数据库管理员，系统分析员，信息系统管理员、用户等有关 人员。 6 各种相关的规章制度。 管理信息系统的组成如图2 3 所示。 ( 4 ) 管理信息系统的应用 管理信息系统起初应用于最基础的工作，如打印报表、计算工资、人事管理 等，进而发展到企业财务管理、库存管理等单项业务管理，这属于电子数据处理 ( e d p ，e l e c t r o n i cd a t ap r o c e s s i n g ) 系统【2 9 1 。当建立了企业数据库，有了计算机网 络从而达到数据共享后，从系统观点出发，实施全局规划和设计信息系统时，就 达到管理信息系统的阶段。随着计算机技术的发展和人们对系统需求的进一步提 高，人们更强调管理信息系统能否支持企业高层领导的决策这一功能，更侧重于 企业外部信息的收集、综合数据库、模型库、方法库和其他人工智能工具能否直 接面向决策者，这是决策支持系统( d s s ，d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) 的任务。我 国2 0 世纪7 0 年代末开始有少数企业率先在某些领域应用m i s 。“六五 期间，一 些大型企业进行m i s 的开发试点。2 0 世纪8 0 年代后期，在全国性的计算机应用 热潮中，许多企业纷纷从财务管理、人事管理等单项入手，尝试建立自己的m i s 。 “八五”以后，企业逐步走向市场，m i s 建设的目标和需求日益明确。目前，我 国m i s 已经有了相当的普及率，几乎覆盖了各个行业和各个部门。 ( 5 ) 管理信息系统的发展方向 近2 0 年间，国外的大型公司出现了一些变化：管理着重于建立m i s ，使 管理技术走向成熟；信息成为决策的依据，m i s 随时为经理们提供信息服务； 经理们通过m i s 使其经营计划和具体的业务活动联系在一起。 由于以上的变化，m i s 应用得到了迅速发展。相应地，m i s 开发技术也有了 新的发展。 1 信息综合集成 m i s 在计算机网络和分布式数据库管理系统的支持下，与企业其他的系统， 如o a ，c a d ，c a m ，c a p p 在线数据采集系统集成，形成制造业的计算机集成制 造系统，或者一般企事业单位的综合信息系统( c i i s ，c o m p u t e ri m e g r a t e d i n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，实现办公、管理、计算、设计、控制、监测，以及决策等多 9 北京交通大学硕士学位论文 功能综合。 2 i n t e r n e t i n t r a n e t 因特网( i n t e m e t ) 已经被广大用户所熟悉，而以因特网技术为基础的企业内 部信息系统i n t r a n e t 既可以通过接入的方式成为因特网的一部分，也可以自成 体系，实现企业内部的管理。它克服了传统m i s 存在的系统封闭、用户界面形式 不统一、多种软件版本并存、维护移植困难等问题，为新一代仓业m i s 的开发注 入了强劲的活力。 3 先进的软件开发工具 为了缩短软件开发的周期，提高软件的质量和标准化水平以及软件的可维护 性，越来越多的软件开发公司使用先进的软件开发工具或计算机辅助软件工程工 具( c a s e ，c o m p u t e r - a i d e ds o t l w a r ee n g i n e e r i n g ) ，如各种可视化建模工具、系统 分析和设计工具、软件质量测试工具、软件文档建立和管理工具等。还有各种m i s 开发平台和代码生成工具，这些工具极大地方便了m i s 的开发。 4 多媒体技术 随着计算机性能的提高，m i s 采用越来越多的多媒体技术，用图形、图像、 声音替代原来单调的字符形式，给用户提供了一个更加生动真实的应用环境。 2 2 系统开发环境介绍 2 2 1vis u aib a sic6 0 ( 1 ) v i s u a lb a s i c 简介 1 9 9 1 年m i e r o s o t t 公司推出的v i s u a lb a s i c 语言是以结构化的b a s i c 语言为基 础，是一种基于w i n d o w s 的优秀的计算机程序开发语言。它采用可视化的开发方 法，是一种易用、快速高效的应用软件开发工具。自从问世以来经历了多个版本 的更新，日臻完善，现在己经被广泛用于各种各样的应用程序的开发，成为软件 开发工具中的佼佼者。v i s u a lb a s i c 具有易学易用、编程简单、程序集成化程度高 等特点。为了方便开发人员的编程工作，v i s u a lb a f i c 提供了许多现成的对象库和 控件，极大地提高了程序员的开发效率。 ( 2 ) v i s u a lb a s i c 程序设计的特点 v i s u a lb a s i c 具有以下几个特点【3 0 】【3 l 】【3 2 1 ： 1 可视化编程 在用传统程序设计语言来设计程序时，都是通过编程计算来设计用户界面， 在设计过程中看不到界面的实际显示效果，必须编译后运行程序才能观察。而用 l o 2 管理信息系统概述及系统开发环境介绍 v i s u a lb a s i c6 0 自动产生界面设计代码，程序设计人员只需要编写实现程序功能的 那部分代码，从而可以大大提高程序设计的效率。 2 面向对象的程序设计 在设计对象时，不必编写建立和描述对象的程序代码，而是用工具画在界面 上，v i s u a lb a s i c 自动生成对象的程序代码并封装起来，每个对象以图形方式显示 在界面上，而且都是可视的。 3 结构化程序设计语言 v i s u a lb a s i c 是在b a s i c 语言的基础上发展起来的，具有高级程序设计语言的 语句结构，接近于自然语言和人类的逻辑思维方式，其语句简单易懂。 4 事件驱动的编程机制 事件驱动是非常适合于图形用户界面的编程方式。传统的面向过程的应用程 序是按事先设计的流程运行的。但在图形用户界面的应用程序中，用户的动作即 事件掌握着程序的运行流向。每个事件都能驱动一段程序的运行，程序员只编写 响应用户动作的代码，各个动作之间不一定有联系。这样的应用程序代码较短， 使得程序既易于编写又易于维护。 5 强大的数据库操纵功能 v i s u a lb a s i c 具有很强的数据库管理功能。它提供的开放式数据连接，可通过 直接访问或建立连接的方式使用并操作后台大型网络数据库，如s q ls e r v e r 、 o r a c l e 等。另外，利用数据控件，v i s u a lb a s i c 可以访问多种数据库系统，如m i c r o s o f t a c c e s s 、m i c r o s o f tf o x p r o 和p a r a d o x ，也可以访问m i c r o s o f te x c e l 等多种电子表格。 v i s u a lb a s i c6 0 新增了功能强大、使用方便的a d o ( a c t i v ed a t a b a s eo b j e c t ) 技术， 该技术不但包括了现有的o d b c ，而且占有内存小，访问速度更快。同时提供的 a d o 控件，不但可以用最少的代码创建数据库应用程序，也可以取代d a t a 和r a o 控件，支持多种数据库系统的访问。 6 a c t i v e 技术 a c t i v e 技术发展了原有的o l e 技术，它使开发人员摆脱了特定语言的束缚， 可方便的使用其他应用程序提供的功能。使用v i s u a lb a s i c 能够开发集成声音、图 像、动画、字处理、电子表格和w e b 等对象于一体的应用程序。 7 动态链接库( d l l ) 利用d l l 技术可以将c c + + 或汇编语言编写的程序加入到v i s u a lb a s i c 应用 程序中，可以像调用内部函数一样调用其它语言编写的函数。此外，通过d l l 还 可以调用w i n d o w s 应用程序接口( a p i ) 函数，实现很多功能。 8 多个应用程序向导 v i s u a lb a s i c 提供了多种向导，如应用程序向导、安装向导、数据对象向导和 北京变通大学硕士学位论文 i匿引 2 管理信息篆统概述及系统开发环境介绍 内的任何o l ed b 教据源。使系统实现了数据库结构的无关性，即数据库结构的 改变对系统功能的实现几乎没有影响。同时，它的使用更加简单灵活。 2 2 2a c c e s s 数据库 a c c e s s 是微软公司发布的o f f i c e 软件包中的关系型散据库软件，具有功能灵 活、界面友好、易于学习和操作等特点，拥有广泛的客户群a c c e s s 是开发单机 小型数据库应用系统的理想工具可以独立开发数据库应用系统，也可以作为后 台数据库与s e a lb a s i c 等高轾语言结台使用。 a c c e s s 数据库的对象包括表、查询、窗体、报表、页、宏、模块。其中表是 数据库中最常用的教据存储单元，它包括所有用户可以访阿的数据。a c c e s s 中的 表是二维结构，由行和列两部分组成；查询用于在一个和多个表中查找指定条件 的数据a c c e s s 提供如下的查询方式：汇总查询、动作查询、选择查询和s q l 查 询：窗体是a c c e s s 中韵主要的界面对象，印通常所说的窗口或对话框：报袁是以 打印的格式表现用户的数据的一种有敲的方式：页是特殊的网页用于查看和操 作来自i n t e r n e t 或i n u a n e t 的数据：宏是a c c e s s 中功能非常强大的对象，是一个或 多个操作的集合；模块是v s o a l b a s i c a p p l i c a t i o n s 的声明和过程作为一个单元进行 保护的集合，在模块中可以使用v b 编写各种过程和函数从而实现更强大的功能。 垂翌受塑基受曼翌璧墨要曩魈 圈2 5 a s 辩# 数据库并面 a c c e s s 数据库的主要特点删如下： ( i ) 完善的管理各种数据库对承，具有强大的数据组织、用户管理、安全检 杏等功能。 褥 北京交通大学硕士学位论文 ( 2 ) 强大的数据处理功能，在一个工作组级别的网络环境中，使用a c c e s s 开发的多用户数据库管理系统具有传统的x b a s e ( d b a s e 、f o x b a s e 的统称) 数据库系统所无法实现的客户服务器( c l i e n t s e r v e r ) 结构和相应的数据库安全机 制，a c c e s s 具备了许多先进的大型数据库管理系统所具备的特征，如事务处理、 出错回滚能力等。 ( 3 ) 可以方便地生成各种数据对象，利用存储的数据建立窗体和报表，可视 性好。 ( 4 ) 作为o f f i c e 套件的一部分，可以与o f f i c e 集成，实现无缝连接。 ( 5 ) 能够利用w e b 检索和发布数据，实现与i n t e m e t 的连接。a c c e s s 主要适 用于中小型应用系统，或作为客户机j j & 务器系统中的客户端数据库。 2 3 小结 管理信息系统是计算机应用的重要领域，随着我国铁路现代化的发展，管理 信息系统在铁路领域中的越来越广泛的应用将是必然趋势。本章首先对管理信息 系统的一些基本知识进行了梳理，然后简要介绍了本系统开发的环境：v i s u a lb a s i c 6 0 及m i c r o s o f ta c c e s s 的基本原理。 1 4 3 系统总体分析与设计 系统总体分析与设计 3 1 系统总体分析 3 1 1 系统建设目标和主要任务 ( 1 ) 建设目标 1 确定多年冻土地区铁路路基静态及动态数据的合理数据结构及存储类型； 2 建立多年冻土地区铁路路基病害库，实现病害信息管理的自动化及可视化； 3 构建适当的多年冻土区路基状态动态评价模型，为路基的养护维修工作提 供指导和帮助； 4 研究影响多年冻土区路基稳定性的相关因素，建立路基状态预测模型，为 编制维修计划及中长期规划提供参考依据。 ( 2 ) 主要任务 1 系统信息源类型的研究： 2 系统功能需求的研究； 3 系统信息流程的研究； 4 系统信息数据结构、数据处理及存储的研究； 5 系统安全需求的研究； 6 在相关铁路公司做好路基养护管理信息系统需求调研； 7 进行多年冻土地区铁路路基养护管理信息系统的总体设计； 8 软件子系统设计及代码编写。 3 1 2 系统需求分析 根据对青藏铁路公司工务段的调研，多年冻土区铁路路基养护管理信息系统 的功能需求体现在以下几个方面： ( 1 ) 静态信息管理 静态信息管理是管理信息系统的基础，主要包括线路及里程数据管理、地质 数据管理、路基数据管理和冻土及气候数据管理等。 静态信息管理的主要功能是提供数据的建库、输入、汇总、统计、检索和报 表等数据管理功能，满足工务部门日常业务管理的需要。 1 5 北京交通大学硕士学位论文 ( 2 ) 动态信息管理 动态信息管理主要包括路基本体、排水设备、防护加固设备及路基附属设备 相关的动态数据管理。 ( 3 ) 路基病害库 利用关系数据库模型实现对多年冻土区路基病害数据的管理与维护，对病害 各类信息有组织地进行存储、管理并加以查询、分析、统计、处理，实现病害信 息管理的自动化及可视化。 ( 4 ) 评价与预测 建立路基状态动态评价标准，利用路基动态信息实现对路基状态的实时评价； 建立路基状态预测模型，对路基状态进行预测，为养护维修决策提供辅助支持。 3 2 系统总体设计 系统设计是计算机管理信息系统开发过程中最重要的环节，在科学、合理地 进行系统分析，确定系统总体模型的基础上，尽可能的提高系统的运行效率、通 用性、可靠性、可控性和工作质量。本系统设计采用面向对象的技术，采用自项 向下的方法，逐层分解，直到每一个功能模块的设计。系统设计主要包括系统配 置设计、数据库设计、输入输出结构设计、代码设计、用户界面设计等。 3 2 1 系统总体结构及运行流程设计 参照青藏铁路公司工务段路基检测工区作业流程( 如图3 1 所示) 及系统需求， 将系统结构设计为静态数据管理、动态数据管理、路基病害库、评价与预测和综 合数据检索模块，并利用线路及里程信息将数据组织起来。系统总体结构及运行 ， 流程如图3 2 、图3 3 所示。 3 2 2 系统配置设计 根据系统结构及运行流程，另外考虑到本系统的实际应用，确定本系统采用 单机版，数据库采用m i c r o s o f t 公司的a c c e s s2 0 0 3 ，采用v i s u a lb a s i c6 0 编写代码， 报表工具使用m i c r o s o f te x c e l2 0 0 3 。 3 2 3 数据库设计 1 6 3 系统总体分析与设计 路基检测工区作业流程图 叠画烫 i工医盼工作计姑l f - - - - - j l - - - - - - ， l 捡蠢萌的驶茜使零投蠢l l投蠢缒矮t ll 蠢，氅矬蕾 承准往傻j l l 阳 缓辑嗡；投麓 缭斜横斯蕊豳 稚 的； 投； 蠢i 囊 鬟 篓| 蠢i 熊 辩 数据a ：巷 = = 了= 分辑 。一 萤息反馈 检蠢照控牢嗣 。ji一 段控求辩 工务段 沟l 静 捡 蠢 永 沟 帕墓 警 l 霉 滓! 沟： 构； 硷； 蠢i 砌：鼯薅 t i 一 娩轰瓣 蓥 的藏体馕况 蕞i 缝理缝臻i r 1 匿赫 图3 i 青藏铁路公司工务段路基检测工区作业流程 本系统采用关