（系统工程专业论文）铁路基础数据转换与整合方法研究与实现.pdf

堑塞窒适太堂亟主堂焦亟窑 主塞撞噩 中文摘要 摘要：随着铁路信息化的发展，铁路各业务部门产生了大量的基础数据，这些数 据是铁路生产管理和经营决策所需的宝贵的数据资源，也是学校科研工作所需的 重要参考资料。目前，由于系统的独立性，各系统的数据难以共享，存在大量信 息孤岛，难以满足科研对数据的集成性的要求。铁路基础数据平台的建设就成了 急需解决的问题。在数据平台建设中数据是核心，涉及到大量的数据转换与数据 整合工作。数据转换方法的好坏关系到数据转换的效率和质量，而数据整合方法 的优劣直接关系到数据平台的性能和迸一步的应用需求。因此，本文针对各数据 源系统的数据与铁路基础数据平台的需求数据之间的差异，提出了三种不同类型 的数据转换方法和两种数据整合方法，并对这些方法进行了深入研究。 本文针对铁路上大量存在的异构业务系统数据，提出了利用0 l ed b 实现异 构数据库的互访以及数据转换的方法；针对大量存在的铁路空间数据，研究了空 间数据转换方法，提出了提取属性数据和拓扑关系数据，实现铁路数据完整转换 的方法：针对铁路专题图制作的效率问题，提出利用设备属性数据自动生成专题 图的方法。本文对这些方法进行了深入研究，并详细论述了方法的实现过程。 面对来源各异、纷繁复杂的铁路数据，需要研究合适的数据整合方法，有效 地组织数据。在对目前流行的各种整合方法研究的基础上，本文提出了两种适合 铁路数据特点的数据整合方法，即利用数据仓库分主题整合不同来源的数据和利 用地理信息系统技术按里程整合铁路设备数据。针对铁路数据特点设计了数据仓 库的数据模型，并研究了数据仓库数据整合的流程和实现细节。研究了铁路站场 和线路设备综合图的整合过程，最后研究了利用三维虚拟现实地理信息系统技术 实现铁路设备数据整合的方法和实现流程。 关键词：铁路基础数据；数据转换：自动制图；数据整合；数据仓库：地理信息 系统 分类号：u 2 ；t p 3 j e 塞銮煎太堂亟堂僮淦塞 旦i b ! a b s t r a c t a b s t r a c r w i t ht h ed e v e l o p m e n to fr a i l w a yi n f o r m a t i o n i z a t i o n , t h eb u s i n e s sd e p a r t m e n t sh a v e p r o d u c e dm u c hf o u n d a t i o nd a t a , w h i c ha r ei m p o r t a n ts o u r c e sf o rr e s e a r c hw o r ki n s c h o o l s a tp r e s e n t ，b e c a u s eo ft h ei n d e p e n d e n c eo ft h es y s t e m s ，t h e ya r ed i f f i c u l tt o s h a r ed a t a t h e r ea r ea m o u n t so fi n f o r m a t i o ni s o l a t e di s l a n d s 。w h i c hi sd i f f i c u l tt om e e t t h er e s e a r c hr e q u i r e m e n t so fi n t e g r a t i o nd a t a b u i l d i n gaf o u n d a t i o nr a i l w a yd a t a p l a t f o r mb e c o m e s f i nu r g e n tp r o b l e mn e e dt os o l v e c o n s t r u c t i n gd a t ap l a t f o r mi n v o l v e s al a r g en u m b e ro fd a t at r a n s f o r m a t i o na n dd a t ai n t e g r a t i o n d a t at r a n s f o r m a t i o n m e t h o d sh a v eab e a r i n go nt h ee f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fd a t at r a n s f o r m a t i o n ，w h i l ed a t a i n t e g r a t i o nm e t h o d sd i r e c t l yr e l a t e dt ot h em e r i t so ft h ed a t ap l a t f o r mp e r f o r m a n c ea n d t h en e e d sf o rf u r t h e ra p p l i c a t i o n t h e r e f o r e ，t h i sp a p e rp r o v i d e st h r e ed i f f e r e n td a t a t r a n s f o r m a t i o nm e t h o d sa n dt w od a t ai n t e g r a t i o nm e t h o d s i nt h i sp a p e r , t h em e t h o do f u s i n go l ed bt oa c c e s sh e t e r o g e n e o u sd a t a b a s ea n d t r a n s f o r md a t aa r ep r o p o s e d t h es p a t i a ld a t at r a n s f o r m a t i o nm e t h o d sa r es t u d i e d ，t h e m e t h o d o f e x t r a c t i o n a t t r i b u t e d a t a a n d t o p o l o g i c a l r e l a t i o n s h i p d a t a a r e p r o p o s e d ，a n d t h et r a n s f o r m a t i o nm e t h o d sa r er e a l i z e do ns p a t i a ld a t ai nr a i l w a y t h ee q u i p m e n t a t t r i b u t ed a t ab yu s i n ga u t o m a t i cm a p p i n gm e t h o da r ep r o p o s e do nt h eb a s i so f m i l e f f i c i e n c yi nt h ep r o d u c t i o no f t h e m a t i cm a p s i n - d e p t hs t u d i e so nt h e s em e t h o d sa n d d e t a i l e di n t r o d u c t i o nt ot h ep r o c e s s e sf o rr e a l i z a t i o na r ep r o v i d e di nt h i sp a p e r i ti sn e c e s s a r yt os t u d yt h ea p p r o p r i a t ed a t ai n t e g r a t i o nm e t h o d sw h e nf a c i n gt h e c o m p l i c a t e dr a i l w a yd a t a o nt h eb a s i so f s t u d y i n gt h ec u r r e n tp o p u l a rm e t h o d so f i n t e g r a t i o n ，t w ol d r i d so f r a i l w a yd a t ai n t e g r a t i o nm e t h o d ss u i t a b l ef o rt h e c h a r a c t e r i s t i c so f t h er a i l w a yd a t aa r ep r o p o s e d , n a m e l y , t h eu s eo f d a t aw a r e h o u s et o i n t e g r a t ed i f f e r e n ts o u r c e so f d a t aa n d u s eo f g i st e c h n o l o g yt oi n t e g r a t er a i l w a y e q u i p m e n td a t ab ym i l e a g e t h ed a t am o d e la b o u tt h ed a t aw a r e h o u s ei sd e s i g n e d a n d t h ed a t ai n t e g r a t i o np r o c e s so f d a t aw a r e h o u s ea n dt h er e a l i z i n ga r es t u d i e d t h ep r o c e s s o f r a i l w a ys t a t i o na n dl i n ee q u i p m e n ti n t e g r a t i o nm a p si ss t u d i e d , a n dt h eu s eo f 3 - d v i r t u a lr e a l i t yg i st e c h n o l o g yt oi n t e g r a t er a i l w a ye q u i p m e n td a t ai sr e s e a r c h e d k e y w o r d s ：f o u n d a t i o nr a i l w a yd a t a ；d a t at r a n s f o r m a t i o n ；a u t o m a t e dm a p p i n g ； d a t ai n t e g r a t i o n ；d a t aw a r e h o u s e ；g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m c l a s s n o ：u 2 ；t p 3 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， 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：- 赵t j _ 导师签名 签字日期：w 田年，a 月，。日 聃黟 签字日期：少订年7 月肜日 | 韭廛銮逼太堂亟整焦j 金室独剑缝芭盟 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已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：赵陋 签字日期：砂仰7 年，上月，护日 致谢 本论文的工作是在我的导师钟雁教授的悉心指导下完成的。从论文的选题、 撰写一直到修改定稿，导师都给予了大力的关怀、指导和帮助，论文凝聚着导师 大量的心血和汗水。 钟雁教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响，在学 习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此衷心感谢三年来钟雁老师对我 的关心和指导。 在实验室工作及撰写论文期间，王福田、刘仁奎教授和方圆高级工程师对于 我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，并得到了悉心指导，在此表示衷 心的感谢。 实验室吴杰、孙涛、吉章伟等师兄以及项目组的其他同学对我论文中的研究 工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 论文的研究和撰写过程中得到了许多同学朋友的支持、鼓励和帮助，衷心的 感谢他们给与我的精神上的支持。 另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 j e 丞交通太堂亟堂焦逾塞i l 主 l 引言 1 1 研究的背景、目的及意义 1 1 1 研究背景 经过3 0 多年的发展，铁路信息系统从无到有、从小到大，从单机版本到多层 次的网络应用，全路拥有大、中、小型计算机1 6 0 0 余台，微型计算机近1 0 万台， 建立了覆盖铁道部、铁路局和主要站段的计算机网络及传输网、交换网、数据通 信网三大通信基础网，先后开发了以列车调度指挥系统、铁路运输管理信息系统、 客票发售与预订系统为代表的一大批应用信息系统j 铁路信息化建设取得了很大 的成就【l 】。 目前，车、机、工，电、辆等铁路业务部门的各管理信息系统产生了大量的 基础信息数据，这些数据是铁路生产管理和经营决策所需的宝贵的数据资源，是 进行决策的重要依据，也是学校科研工作所需要的重要参考资料。但是由于过去 计算机技术的发展水平和铁路各业务部门的相对独立等原因，导致铁路部门的基 础数据存在以下问题：数据以不同的格式分散存储在不同的信息系统中，数据资 源难以集中分析，查找和处理数据需要花费大量的时间和入力，有效数据的整理 和传递工作比以往任何时候都要困难，“信息孤岛”问题突出，综合应用难以展 开，整体效益难以发挥，缺乏决策支持能力。随着铁路信息化建设的高速发展， 数据资源也将急剧膨胀，这迫切需要一个基础数据共享平台，实现各业务部门之 间的信息整合和共享，为铁路相关的科研工作提供基础数据和开放的试验环境； 为解决与铁路相关的国民经济重大问题提供数据支撑；缩短科研项目的开发周期， 降低科研开发的成本支出。 铁路基础数据平台的建设正是在这个背景下提出的，充分利用现有的铁路数 据资源，整合不同部门、不同系统的海量异构数据，使研究铁路的专家学者可方 便地检索铁路网络上的某一时段、某一设备的空间信息和属性信息以及某一单位 的生产信息，如客票数据、货票数据、设备检测数据等，从而为铁路行业相关理 论、方法与应用研究提供真实的虚拟实验环境。这将极大的节省科研人员收集整 理试验数据的时间，科研人员可以将更多的精力投入到研究铁路的各种理论、方 法和应用，加快理论的研究进展。 铁路基础数据平台建设是一项规模庞大、结构复杂的系统工程，也将是一个 长期的过程。该平台建设将涉及空间数据、非空间数据等多种类型异构数据的转 i e 壶銮逼太堂亟堂焦途塞 一一 一l 壹 换工作以及进一步的数据整合与集成工作。标准统一的数据存取接口，有效的数 据整合接口起着重要的枢纽作用，是铁路基础数据平台建设的关键工作。研究数 据转换方法是设计满足铁路基础数据平台应用要求的数据转换接口的前提条件。 标准统一的数据格式为进一步的铁路数据整合奠定了坚实的基础，本文也将研究 多种适合铁路数据特点的数据整合方法，包括基于数据仓库的数据整合以及基于 地理信息系统的数据整合方法。 1 1 2 研究目的 以轨道交通控制与安全国家重点实验室铁路基础数据平台建设为主线，以数 据仓库技术、地理信息系统技术为支撑基础，通过研究各种数据转换方法和数据 整合方法，设计合理的异构数据转换工具、数据整合与集成的软件工具，力求各 个数据转换、数据整合软件工具通用、高速、智能、高质量。 1 1 3 研究意义 本文所提到的基于o l ed b 的数据转换方法、空自j 数据转换方法、基于a m 技术的数据库数据与专题图数据的转换方法、基于数据仓库的数据整合方法以及 基于地理信息系统的数据整合方法是查阅了大量相关书籍和论文后选择的适合铁 路基础数据平台的方法，并在实际项目中得到了验证，为铁路基础数据平台建设 中的数据转换和数据整合提供了理论依据和方法指导，对研究综合数据平台有一 定的启示作用，对于类似项目的开发具有一定的理论指导和实际参考价值。 1 2 国内外研究现状 目前，随着“信息孤岛”问题的日益严重，为了实现信息共享集成，国内很 多行业的数据资源中心研究建立了大型数据平台，如国家资源与环境数据平台、 全国农业信息数据平台、国家环境监测综合数据平台以及国家社会与经济统计数 据平台等，也有许多数据平台正在规划建设之中，如教育部科技基础资源数据平 台，“数字上海”空间信息基础数据平台等，这些平台的开发建设推动了大型数据 平台建设方面的理论研究的发展，研究者在实践中提出了大量新的理论成果。 随着数据平台建设的需求不断增多，大量的相关研究成了计算机领域的研究 热点，包括数据库、数据仓库、数据转换、地理信息系统等技术的不断改进，相 关工具产品的开发，以及这些技术、工具在数据平台建设中的应用都有了很大的 2 t 塞变通盍堂亟土堂焦论塞 l 壹 进步。数据平台建设涉及的技术领域范围之广，研究内容之多，只能就部分内容 进行研究探讨，结舍本文，这里重点研究异构数据转换方法、空间数据转换方法、 数据仓库整合方法以及地理信息系统图个方面在数据平台建设中的相关研究情 况。 1 。2 1 异构数据转换方法研究现状 姚领众1 2 1 分析了异构数据转换工具普遍采用的一一直接转换方法的缺点，提出 了一种基于中间数据库实现多个异构数据库之间的相互转换的方法。张斌等人【3 】 提出了在p b 中使用o d b ca p i 实现异构数据转换的方法。梅申信等人h i 研究了 a d o 和o l e d b 的数据库访问技术，并论述了其在v i s u a lb a s i c 中的应用。王帅啷 提出了一种基于元数据驱动的数据转换方法。该方法将数据集成的各种信息作为 元数据资源存储起来，所有的数据转换和清洗都基于元数据进行，同时用户可以 向系统注册转换函数，并提供了重用机制使得转换中的一些公共方法和策略能够 被重用。 杨蓓和胡广等人擒17 j 均对目前流行的基于x m l 的数据转换方法进行了研究， j a y a n tm a d h a v a n l t s l 提出了一种基于x m l 的c u p i d 匹配算法，这三篇文献的应用环 境主要是非关系型异构数据的转换。 p a n o s v a s s i l i a d i s 等人 9 1 对数据转换进行了分类，并着重阐述了在数据转换过程 中的映射关系、转换方法的表示。p - c a r r e i m 等人【1 0 1 设计了一种数据融合工具来辅 助用户管理复杂的数据转换过程。p a u l oc a r r e i r a 等人】提出了一个数据表转换生 成多个表的数据转换方法。 上面提到的基于o d b c 的数据转换，基于o l ed b 的数据转换，基于x m l 的数 据转换，基于中间库的数据转换各有特色，适合于不同的异构数据转换，数据转 换方法的选择最终要取决于实际问题。 1 ，2 2 空间数据转换方法研究现状 刘雪凯等人 1 2 1 提出建立面向整个江苏省国土信息的数据转换模型，并通过对 该数据转换模型的研究，开发了一个空间数据转换器，作为异构空间数据转换平台 的数据转换引擎，傻各种格式的空闯数据可在此平台上自由转换和共享。 马云飞等人旧深入分析了a u f o c a d 的d x f 文件和m a p i l l f o 的m i f m i d 文件的 数据格式，并总结出编程实现两种文件的数据转换的基本思想。何孝莹等人【1 4 】1 开 究了如何利用中间文件实现空问数据在几种不同g i s 平台之间的转换，并具体实现 韭盛蛮亟太堂砸堂僮诠塞 列言 了e p s w 2 0 0 2 测绘平台数据向m 8 p i n f b 的转换，a u t o c a d 数据向s u r w a y g i s 的转换， a u t o c a d 数据向a r c l n f o 的转换三种转换方法。 史军等人 1 书提出采用a r c i n f o 地理信息平台的数据转换功能，实现了从c a d 林相图数据到地理信息空间数据的转换。朱志强i 哺l 详细阐述了矢量数据格式转换 方法在合肥市国土资源局电子政务应用系统中的应用。 目前文献较多的是针对通用转换工具不能满足数据转换的精度要求，而通过 研究新的数据转换方法来尽可能实现数据的全息转换，但是很少有人研究空间数 据转换过程中的属性信息获取和拓扑关系重构问题。 1 2 3 数据仓库整合方法研究现状 黄文冰等人1 1 7 】提出了一种基于数据仓库的信息资源整合方案，并具体论述了 该方案的体系结构，进行了数据的主题分析，并简要地规划了整合的实施步骤。孙 鸿飞等人【1 8 】提出了在信息系统中基于数据仓库技术的异构数据源的集成策略。马 军杰【1 9 】提出利用数据仓库技术整合区域经济数据，构建区域经济发展管理决策支 持系统的应用研究。n b s z i r b i k a 等人i 2 0 ) 提出构造医疗数据仓库的六个步骤，包括： 确定硬件需求，确定数据源，确定数据仓库中的数据模型，建造数据仓库，制定 更新策略，制定异常数据的处理原则。s r e en i l a k a n t a 等人1 2 1 在对印度农业系统现 状进行分析的基础上，提出了印度国家农业信息资源系统中的数据仓库构建框架。 数据仓库是信息系统集成领域一直关注的研究重点，在高校学生管理预警与 支持系统、电力营销、金融信息管理系统以及国税综合信息平台等许多领域数据 整合和信息集成中得到了广泛研究应用。 1 2 4 地理信息系统研究现状 铁道部在“十五”信息化规划中提出了“数字铁路”的概念，数字铁路是建 立在铁路信息基础结构上的把铁路车、机、工、电、辆、行政指挥、运营管理等 各部门的海量的动态和静态的、多分辨率的、三维的数据按统一的地理坐标集成 起来，这些信息动静结合、具有高度沉浸感和犒场感、交互方便的特性及表现方 式僻j 。这是一种铁路数据整合与集成的新思路，是当前铁路数据整合研究的热点。 “十五”期间，国家铁路地理信息系统研究取得初步成果，围绕铁路业务特 色，研究并提出了铁路地理信息系统总体设计方案，制定了部分铁路空间数据标 准草案1 2 3 1 。闫冬生等人刚提出了基于g m l 的铁路地理信息系统共享中间件技术； 戴海滨等人瞄j 提出了铁路地理信息系统中海量空间数据组织及分布式解决方案； 4 j e 塞奎逼塞堂亟堂鱼论塞 i 蛊 邓新国等人i 矧对地理信息系统中数据库间数据交换技术进行了研究。 虚拟现实地理信息系统( v i r t u a lr e a l i t yg e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称 v r g i s ) 是地理信息系统与虚拟现实技术相结合的产物，是目前地理信息系统和虚 拟现实技术研究的热点和前沿方向之一。李斌等人【27 】阐述了v r g i s 与数字铁路的 关系，并对v r g i s 在铁路勘测设计中的进一步应用提出了构想。柯栋1 2 s 】提出应用 o p e n g l 的光照处理、纹理映射等功能，结合高级开发语言d e l p h i 建立虚拟现实 地形场景，构建虚拟现实地理信息系统的方法。王峰【z 9 j 探讨了基于x 3 d 的三维空 间数据共享与互操作问题，提出了采用金字塔分级和数据分块相结合的方式对数 据存储管理，给出了基于建模标准进行三维场景建模的方法。刘影 3 0 1 对铁路线路 工务设备的三维模型进行了研究，并实现了乌鲁木齐铁路局工务设备的虚拟现实 建模。 自动制图最早在2 0 世纪6 0 年代就开始研究，这也是g i s 的起源13 l 】。英国伦 敦大学b i r k b e e k 学院的b e e k m o r e 教授，是自动制图的最早倡导者，在国际上享有 盛誉。龙毅等人【3 2 】针对当时g i s 与计算机地图制图在地理空间数据需求上的冲突 和共享困难，提出了将人工智能技术、专家系统与主制图型或者主分析型数据方 案结合起来的地理空间分析与制图的数据整合策略和方法。 自动制图( a u t o m a t e dm a p p i n g ，即a m ) 技术随着o l s 的发展，逐渐得到关注， 在地图学领域和设备设施管理领域的应用越来越广。在地图学领域人们关注较多 的是自动制图综合这一国际性难题。武芳等人p 3 】针对地图要素的关系处理问题， 提出了线目标位移模型。一些研究人员针对具体的行业领域提出了对象模型，包 括电信管线网【3 ”，电力网f 3 5 】，路灯系统3 q 以及污水管线刚等各种设备类型的对 象模型。 1 3 本论文的主要研究内容、结构与创新 1 3 1 论文结构 本论文共分六章： 第一章，介绍本论文的研究背景、目的、意义以及国内外研究现状， 第二章，通过对比分析铁路领域现有源数据与铁路基础数据平台的需求数据 之间的差异，明确了铁路基础数据平台建设的主要任务，并进一步分析了铁路基 础数据平台的数据流程、以及对功能的需求和性能的要求。 第三章，重点研究了铁路基础数据平台的三种数据转换方法，包括基于o l e d b 的数据转换方法，a u t o c a d 数据到m a p l n f o 数据的转换方法，利用a m 技术 j e 立銮垣太堂亟堂焦逾塞 一一一j l 言 实现数据库与专题图转换的方法。 第四章，详细阐述了第三章提出的三种数据转换方法的实现情况。 第五章，基于铁路业务特点，研究了两种铁路数据整合的方法和实现细节， 即基子数据仓库的数据整合和基于地理信息系统的数据整合。 第六章，对本文的研究工作进行总结，并给出可进一步研究的方向。 1 3 2 论文研究的难点与重点 论文针对现有铁路基础数据量旁大、类型复杂、来源各异、格式繁多、标准 不一以及数据转换工作量繁重的现状，重点研究了基于o l ed b 的关系型异构数 据之间的转换方法，矢量空间数据之间的转换方法以及利用a m 技术实现属性数 据与专题图的转换方法。分析研究大量不同类型的铁路基础数据特点，并针对各 种类型数据研究与其相适合的数据转换方法，解决不同类型的数据转换问题，是 本文研究的难点。 论文进一步研究了利用数据仓库技术和地理信息系统技术实现铁路基础数据 整合的方法。如何组织与存储数据才能更好的组织海量铁路基础数据，以及满足 大数据量的查询时间要求是本文研究的难点；利用地理信息系统如何更快速的整 合来源各异的空间数据和各个部门的设备信息数据，实现铁路空间数据、属性数 据以及动态数据的整合也是本文研究的难点。 1 3 3 论文新意 目前铁路数据的共享与集成还在研究探索阶段，大型铁路数据共享平台仍处 于规划阶段，本文借鉴其他行业数据平台建设经验，通过分析铁路业务系统和铁 路行业数据的特点，研究了各种类型数据的转换与整合方法，提出了适应铁路基 础数据特点的基于o l ed b 的关系型异构数据之间的转换方法，矢量空间数据之 间的转换方法，利用a m 技术实现属性数据与专题图的转换方法，基于数据仓库 的数据整合方法和基于地理信息系统的数据整合方法等5 种数据转换与整合方法。 笔者将这些方法应用到铁路基础数据平台中各类数据的转换与整合，经过实践验 证取得了较满意的结果，达到了预期目标。 6 j e 立銮道丕堂亟士堂位途塞毯蹬基础熬握垩鱼盂盔盆蚯 2 铁路基础数据平台需求分析 2 1 铁路基础数据平台数据需求分析 依据科研对铁路数据的需求，并结合铁路领域现有的基础数据，提出铁路基 础数据平台目前需要重点建设的数据，包括静态数据( 即空间数据) 和动态数据 两大类型，其中动态数据主要包括一个较长周期( 五年或十年) 的铁路工务设备 检测维修数掘和运输部门的客票数据和货票数据，空间数掘主要包括： ( 1 ) 铁路基础地理信息数据： ( 2 ) 遥感与航拍影像数据； ( 3 ) 线路录像信息数据； ( 4 ) 设备照片数据； ( 5 ) 地形地貌信息，等高线数据； ( 6 ) 铁路线路和站场三维虚拟现实数据； ( 7 ) 线网拓扑结构图，主要包括车站、区间等图层及其属性信息； ( 8 ) 区间的线路平纵断面图及曲线坡度信息： ( 9 ) 站场平面图，包括到发线、道岔、渡线、站台及平纵断面等图层，并建 立车站中股道与设备点的拓扑关系； ( 1 0 ) 信号控制设备布局图，包括轨道电路、绝缘节、车站信号机区阳j 虚 拟信号机等图层，并建立车站中轨道电路与绝缘节的拓扑关系； ( 1 1 ) 联锁图表； ( 1 2 ) 动车段布局图及动车组配备信息； ( 1 3 ) 站场设备综合图，整合各部门管辖的站场所有设备信息： ( 1 4 ) 线路设备综合图，整合各部门管辖的线路所有设备信息。 铁路基础数据平台为了满足科研需求，需要积累长期的铁路生产动态数据， 这些动态数据是在业务系统运行中产生的，业务系统为了保证系统运行的效率， 只保存近期的生产数据，长期以来原始数据没有积累；同时，铁路业务系统的数 据是面向各个部门业务需求的，而铁路基础数据平台中的数据是面向主题的。这 就需要构建数据仓库，将分散存储的原始数据按主题进行整合。 铁路基础数据平台需要集成的空间数据，包括全路范围内的各个路局所有部 7 j e 裹銮逼太堂亟堂鱼i 盆塞 迭鲢基础筮强壬鱼益丞岔垣 门的铁路基础地理信息数据、遥感影像数据、站场和线路设备综合数据等。长期 以来，铁路各业务部门独立管理自己的设备，分别拥有自己部门管辖范围内的设 备空间信息，数据存储分散，设备管理系统各不相同，数据标准、数据格式多种 多样，这就需要研究各种数据转换与整合方法，整合分散异构的空间数据资源。 铁路基础数据平台需要各种拓扑关系数据，包括线网拓扑、股道和设备点拓 扑关系以及绝缘节和轨道电路拓扑关系等，而现有的数据资料并没有这些数据， 就需要研究设备之间的关系，从现有的数据中转换生成各种拓扑关系。 铁路基础数据平台要求数据整合方式和展现形式多样化，包括数据库形式、 二维平面图形式以及三维虚拟现实等形式，目前这些数据整合方式比较少，各业 务部门主要管理的是设备属性台帐信息，许多图形数据仍需要手工绘制。这就需 要研究快速的制图方式和三维虚拟现实建模方法，满足平台建设的需要。 上述研究表明，铁路各业务系统分散存储的数据，难以符合铁路基础数据平 台的数据需求。需要进行大量的加工处理工作才能满足铁路基础数据平台对数据 的需求。笔者通过调查铁路现有各业务系统，研究认为以下数据源可以经过进一 步的转换与整合工作满足铁路基础数据平台的需求，分析如下： ( 1 ) 工务设备检测维修数据 工务设备检测维修数据是在线路和桥隧生产过程中产生的，其中检测数据主 要包括轨道检测车、机车轨道动态检测仪、人工添乘仪等线路动态检测数据，人 工检测、智能轨检仪等线路静态检测数据，探伤车检测数据以及道岔，道口、桥 隧设备的只常检测数据。维修数据主要包括钢轨、轨枕、联结零件、扣件、道岔、 道1 3 和道床等线路设备以及桥梁、涵渠，隧道等桥隧的大中修、综合维修、经常 保养和临界修等数据。 检测数据的原始数据规模庞大，而且格式不统一，仅轨检车就有三型、四型、 四型改、五型等多种型号，配备的数据处理软件不尽相同，数据存储格式也多种 多样，包括o r a c l e 、s q ls e r v e r 、a c c e s s 数据库、o e o 文件、文本文件等方式， 需要开发数据转换接口程序，将数据转换到数据库中统一存储。 ( 2 ) 客票数据 从铁路客票发售与预订系统( 简称t r s ) 中可以采集原始客票数据，t r s 采用的是s y b a s e 数据库，售票存根每天一张表，名称为s a l er e c o r d m m d d ，这需要 编制数据转换接口程序将其转入铁路基础数据平台的数据库中统一存储。 ( 3 ) 货票数据 8 堑宝奎适盔堂亟主堂鱼途塞 筮隆基照塾蠢垩鱼盖送盆堑 从货物运输管理系统( 简称f t m i s ) 的货运制票系统中可以采集货票数据， 原始货票为8 0 列数据文件，在t m i s 三级建库中，采用o r a c l e 数据库存储，可以 直接编制数据转换接口程序读取原始货票信息，将其转入铁路基础数据平台的数 据库中。 ( 4 ) 铁路空间数据 描述铁路沿线的地形、地貌、地质条件等信息的基础空间数据，各种比例尺 的铁路基础空间数据，属于国家的空间基础设施，由国家测绘部门统一规划和建 设，为了保证数据的权威性和数据质量，缩短建设周期、大幅度降低建库费用， 无需重复建设，只需购买即可。但各种基础地理信息数据由于坐标系不同、数据 格式的差异，需要进行数据格式的转换、地图分幅、接边、分层、图层合并、数 据校核等工作。 需求中的站场平面图和信号控制设备布局图不仅需要设备空间坐标位置信 息，还需要有特定的设备属性信息，以及拓扑关系信息，两现有的站场平面图一 般是a u t o c a d 文件，自身不带有属性信息，另外也没有拓扑关系信息，这就需要 将a u t o c a d 文件转换为m a p i n f o 文件，利用m a p i n f o 地理信息系统软件进行空间 信息和属性信息的一体化表示和空间分析能力，开发软件工具，转换生成属性信 息和空间拓扑关系信息。 铁路基础数据平台中的站场图、线路设备综合图等公用专题数据只有一幅， 整合各个部门的设备对象，将各个部门关注的设备进行分层存储，集中管理。而 现有铁路专题空间数据，是各个部门按照业务需求独立生产制作并维护，存在多 种格式的专题图数据，包括a u t o c a d 、m a p l n f o 、v i s i o 等软件格式，另外各业务 部门的专题图存在重复建设现象，如多个业务部门分别拥有各自的站场平面图和 线路设备综合图等，这些专题图虽然每个部门关注的主要设备不同，但是e h 于各 个部门的设备又存在或多或少的联系，尤其像工务的基本设备如股道、道岔、车 务部门的站台等，基本上出现在每个部门的站场图中，这造成了资源的极大浪费， 并由于各业务部门独立管理设备，设备数据更新不及时很容易出现数据质量问题。 这就需要研究空间数据的转换方法、整合方法，开发空间数据转换接口工具和数 据整合软件，实现铁路站场和线路设备的整合。 专题图中的线路配置图、路网拓扑结构图、车站平面图、线路设备综合图以 及线路和车站三维虚拟现实数据，也可以通过分析铁路设备信息之间的空间位置 关系以及拓扑关系，利用设备信息转换生成。现有铁路设备信息均分别存储在各 自的设备管理信息系统中。 ( 1 ) 铁路工务部门的设备信息存储在铁路工务管理信息系统( 简称 9 韭塞銮逼太堂亟圭堂僮! 金塞 筮路基型錾堡垩鱼霞塞公拯 p w m i s ) ，可以获取线路、车站、股道、道岔、曲线、坡度、钢轨、轨枕、路基、 道床、道口和立交设备等线路设备，桥、隧、涵等桥隧设备以及路基本体设备等 工务设备基础数据信息，数据存储格式为o r a c l e 数据库格式。 ( 2 ) 铁路电务部门的设备信息可以从电务管理信息系统( 简称c s m i s ) 中获取，包括电务设备履历表数据和车站、信号机、转辙机、轨道电路等设备的 基础数据，目前数据库存在的方式为a c c e s s 格式。 ( 3 ) 从铁路的牵引供电管理部门的铁路牵引供电管理信息系统( 简称 e m i s ) 可以获取牵引供电设备基础数据库，主要包括牵引变电所、变压器、杆塔、 线杆、绝缘子、接触网等的基础数据，目前数据库的存在方式为s q ls e r v e r 格式。 ( 4 ) 从车务部门可以获取客、货运设备设施基础数据，主要包括客运房屋、 站台、雨棚、地道、天桥、平过道，上水设备和站前广场等客运履历簿数据，以 及货场、货场道路、货物仓库、货物雨棚、货物站台、露天货区、货物线、房屋、 主要装卸机械、加冰及制冰设备、洗刷除污设备和其它货运设备等货运履历簿数 据。 ( 5 ) 从机务管理信息系统( 简称l m i s ) 中可以获取机务检修设各和机车 配属等基础数据信息； ( 6 ) 从车辆管理信息系统( 简称c m i s ) 中可以获取车辆部门检修设备技 术数据。 这些铁路设备信息均含有空间位置信息，包含“中心里程”或“起点里程” 和“终点里程”，可以利用地理信息系统技术转换生成专题图，利用三维虚拟现实 她理信息系统技术转换生成三维数字模型。由于这些专题图和三维虚拟现实是整 合了铁路各业务部门设备信息的综合数据，因此需要构建数据库集中管理各部门 的设备信息。且翦，分部门存储在各自设备管理信息系统的设备信息，数据存储 格式多样，包括o r a c l e 、a c c e s s 、s q ls e r v e r 等，部分同一实体数据的编码在不同 系统中存在差异，而且各个系统中的设备数据存在冗余，需要研究数据转换方法， 开发数据转换接口，将不同系统、不同存储格式的数据转换到统一数据仓库中， 需要研究数据的存储组织方法，整合这些不同部门的数据，消除数据编码差异， 消除冗余数据，按主题存储设备数据。 综上所述，现有铁路基础数据来自铁路各部门，具有数据量庞大、存储分散、 种类各异、格式繁多等特点，而铁路基础数据平台需要的数据是格式统一的将不 同部门数据整合后的面向主题的数据。铁路部门现存的各种类型的数据产生于各 种数据管理软件，包括事务管理系统的o r a c l e 、s q ls e r v e r 、s y b a s e 、a c c e s s 等关 1 0 j b 应童逼太堂亟堂僮j 金塞 丛鲢基趟筮疆壬台霞盛筮堑 系型数据库文件、文档文件、纸质文件、以及其他系统产生的特殊的数据格式， 如工务部门五型轨检车产生的扩展名为g e o 的波形图文件；空间数据管理系统的 a u t o c a d 文件、s i o 文件、m a p l n f o 文件、a r c g i s 文件等矢量数据文件，纸质 地图文件，照片文件、线路录像文件、遥感影像文件等。这些不同系统生成的文 件，对象的定义、表达以及存储方式各不相同，每种类型的数据文件的差异，为 信息共享带来了极大的不便，解决多格式数据转换一直是近年来数据平台系统开 发中需要解决的重要问题，目前还没有一种万能的数据转换方法，一般均是针对 具体数据类型差异提出具体的数据转换解决方法。为了使转换方法的通用性增强， 就需要研究总结不同类型数据的差异与共性，提出较通用的数据转换方法，解决 多种数据转换问题。 同时，由于铁路长期存在的部门独立性和业务关联性的矛盾，同一事物在不 同部门的编码方式存在差异，同一对象在不同部门的关注角度和属性存在差异。 要整合这些不同部门、不同系统的数据，就需要研究不同系统数据的关系以及差 异，消除数据的格式、编码差异，消除冗余数据，按主题整合相关数据。铁路基 础数据平台的空间数据和非空间数据的整合也需要研究数据的特点，选择能够整 合属性数据、空间数据的整合方法。地理信息系统的图数结合的一体化表达方式， 为数据整合提供了思路，需要具体研究其在铁路上的实现方法。 总之，铁路基础数据的特点以及各种形式存储的数据的差异，决定了各部门 的源数据不可能通过一种通用的数据转换方法转换成统一的格式。需要制定数据 标准，开发多种数据转换工具转换不同类型的数据。羊l j 用数据仓库技术、魄理信 息系统技术，研究各种数据整合方法，实现铁路基础数据多方位的整合。 2 2 铁路基础数据平台数据流程分析 铁路基础数据平台涉及到多；睁数据转换和数据整合工作，数据的流动过程如 图2 1 所示，包括p w m i s 、d m i s 、t m i s 等异构数据经过数据抽取、转换、清洗 等工作统一存入数据仓库：铁路现有的空间数据经过转换以及整合形成格式统一 的空间数据库：空间数据库中的设备属性数据存入数据仓库中的相应主题；数据 仓库中的数据经过转换生成专题图以及三维模型；将转换整合后的空间数据库、 数据仓库、各种专题图以及铁路三维模型提供绘用户。 韭鏖銮逼太堂亟堂僮逾毫 毯蹬基础熬握王台益盔盆蚯 图2 1 铁路基础数据平台数据流程 f i g 2 1d a t a f l o wo f f o u n d a t i o nr a i l w a yd a t ap l a t f o r m 2 3 铁路基础数据平台功能需求分析 铁路基础数据平台的建设就是要解决现有数据和需求数据的差异，将这些不 同来源的数据，按照统一格式、统一标准进行统一存储，并按照业务关系、位置 关系等一系列数据关系对数据进行整合，为铁路领域的科学研究提供集成的数据 环境。 铁路基础数据平台的建设是一项庞大的系统工程，涉及铁路数据的方方面面， 铁路基础数据平台应包括以下功能： ( 1 ) 铁路基础数据采集功能 建立与铁路各部门信息系统的数据转换接1 3 ，铁路空间数据的转换接口以及 利用设备台帐数据建立线路设备综合图、车站配线图等专题图的数据转换软件。 ( 2 ) 建立铁路基础数据元数据库 通过对铁路基础数据的分析，建立合理的铁路基础数据元数据标准，按照元 数据标准建立铁路基础数据平台的元数据库，管理海量的铁路基础数据。 ( 3 ) 研究铁路基础数据的整合方法，实现铁路基础数据的整合 根据铁路基础数据的特点及相互关系，设计合理适用的数据组织与存储方案， 构建面向主题的、集成的数据仓库，实现数据的整合。利用地理信息系统、三维 j e 宝銮遵太堂亟堂焦途塞 迭堕基础数握垩鱼霞盛筮垣 虚拟现实等技术，实现数据的可视化表达，实现基于设备设施空间位置的数据整 合。 ( 4 ) 为用户提供数据检索浏览服务 建立统的w e b 界面，根据身份认证和授权，为用户提供多种铁路基础数据 的检索，查询和浏览服务。 ( 5 ) 提供数据应用共享功能 为实验室内其它研究方向提供数据支持，能够根据身份认证和授权为实验室 内其它研究方向提供数据共享功能，搭建数据分析、处理和利用的环境，便于在 现有数据基础上进行应用系统开发和研究工作。 ( 6 ) 提供数据安全保密功能 提供包