（交通信息工程及控制专业论文）列车实绩运行图信息管理系统的设计与实现.pdf

亘塑窒望查兰堡主堕堑竺堂竺堡塞苎! 塑 摘要y 5 3 2 9 2 6 列车运行图是铁路列车运行组织的基础，是铁路运输部门的工作计划。 自2 0 世纪6 0 年代以来，我国在列车基本运行图的计算机编制方面取得了许 多成果，但是由于各种条件的限制，列车实绩运行图的信息化管理还停留在 较低的水平。由机务段从列车运行监控装置采集的实绩运行数据，由于没有 相应的数据管理机制，目前只能采用文本形式进行处理。为了使这部分列车 实绩运行数据在各级管理部门得到更有效的利用，非常有必要建立相应的列 车实绩运行图信息管理系统。 本论文就列车实绩运行图信息管理系统的设计和实现进行了研究。论文 首先对系统的c s 结构模型进行了分析，提出了系统数据库的分布式设计方 案，在此基础上对系统的网络拓扑结构进行了设计：根据系统的功能需求， 给出了各功能模块的详细设计；然后，论文论述了系统数据库的设计过程， 其中包括安全性设计、事务管理的设计以及a d o 数据访问技术的分析及运 用。接下来，论文还讨论了列车运行图的绘制实现，重点对绘图数据初始化 方法进行了分析设计。最后，论文对系统数据交换功能的设计和实现进行了 阐述。 列车实绩运行图信息管理系统的建立，将为机务、调度等部门进行事后 分析管理提供新的方法，较大地改善目前列车实绩运行图管理的落后现状。 关键字：列车运行图；管理信息系统：数据库；a d o ；数据交换 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t t r a i ng r a p hi st h eb a s eo fr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o nm a n a g e m e n ta n d t h ew o r k i n gp l a no ft r a n s p o r t a t i o nd e p a r t m e n t s i n c e1 9 6 0 s ，c h i n a h a sm a d em a n yg r e a ta c h i e v e m e n t si nt h ef i e l do fc o m p u t e r m a d e b a s e t r a i ng r a p h h o w e v e r ，t h ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to fa c t u a lt r a j n g r a p hi s s t i l li nt h el o w e rl e v e l a tp r e s e n t ，t r a i na c t u a l d a t a c o l l e c t e df r o mm o n i t o rd e v i c ef i x e do nl o c o m o t i y e sc a no n l yb es t o r e d i nt h ef o r mo ft e x to w i n gt ol a c ko fs p e c i a ld a t am a n a g e m e n ts y s t e m i no r d e rt om a k ef u l lu s eo ft h e s ed a t ai n r a i l w a ym a n a g e m e n t d e p a r t m e n ta ta 1 1l e v e l s ，i ti sa s s e n t i a lt os e tu pan e wm 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 fa c t u a lt r a i ng r a p h t h i st h e s i si sm a i n l yc o n c e r n e da b o u th o wt od e s i g na n dr e a l i z e an e wi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mo fa c t u a lt r a i ng r a p h t h et h e s i s f i r s ta n a l y s e st h ec l i e n t s e r v e rs t r u c t u r eo ft h i sn e ws y s t e ma n dp u t s f o r w a r dt h ed i s t r i b u t i o nm o d eo ft h es y s t e md a t a b a s e b a s e do nt h e n e wr e s e a r c hr e s u l t ，t h eo v e r a l lf r a m e w o r ko fs y s t e mh a sb e e nd e s i g n e d w h a t sm o r e t h ef u n c t i o nm o d u l e sh a v ea l s ob e e nw o r k e do u tt om e e t t h ef u n c t i o n a ln e e d so ft h es y s t e m t h et h e s i sa l s oa n a l y s e st h e d e s i g np l a no fs y s t e md a t a b a s e ， i n c l u d i n gi t ss e c u r i t y ，t r a n s a c t i o nm a n a g e m e n ta n da d od a t aa c c e s s t e c h n o l o g y f i n a l l y ，t h et h e s i sd i s c u s s e ss o m ec o n c r e t et e c h n i q u e s i nd r a w i n gt r a i ng r a p h ，p a r t i c u l a r l yf o c u s i n go nt h ew a yo fo r g a n i z i n g d a t aw h i c ha r eu s e dt od r a wg r a p h s t h ed e s i g n i n go fd a t ae x c h a n g e f u n c t i o nh a sb e e nd i s c u s s e di nt h et h e s i s t h en e wt r a i na c t u a lg r a p hi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mc a n p r o v i d es o m en e ww a y st oa n a l y s ea n dm a n a g et h et r a i na c t u a lr u n n i n g d a t a ，a n dg r e a t l yi m p r o v e t h ew o r ke f f i c i e n c y o ft h er a i l w a y m a n a g e m e n to fd i f f e r e n tr a il w a yd e p a r t m e n t s ，s u c ha sl o c o m o t iv ea n d d i s p a t c hd e p a r t m e n t k e y w o r d s ：t r a i ng r a p h ，m i s ，d a t a b a s e ，a d o ，d a t ae x c h a n g e 西南交通大学硕j ：研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 t 列车实绩运行图 列车运行图是列车运行的计划，是全路列车运行组织的基础。列车运行 图规定各次列车占用区间的顺序、列车在每个车站的到发( 或通过) 时刻、 列车在区间的运行时间、列车在车站的停站时间及机车的交路等。 与铁路运营有关的各业务部门，都必须围绕运行图安排本部门的工作。 例如，车站应根据运行图所规定的列车到达和出发时刻安排本站的行车工 作、调车工作和全站的客货运工作计划；机务部门应根据运行图的要求，确 定每天需要派出的机车台数，派出的时刻，以及安排机车的整备和乘务员的 作息计划，其它如工务、电务等部门，也都要根据运行图的规定来安排施工 计划和维修计划。通过列车运行图，可以把整个铁路网的活动联系成为一个 统一的整体，把上述所有与行车有关的单位组织起来，严格地按照一定的程 序有条不紊地进行工作。因此，列车运行图是铁路运输工作的一个综合性计 划，是行车组织工作的基础。 列车运行图是以二维形式表达时空关系的一种图解方式。它以水平轴线 表示列车运行时间：以垂直轴线表示列车运行距离，并根据车站问的距离按 照纵向距离的表示比例画出水平线；用斜线表示列车运行线，其与车站中心 线的交点就是该列车在区段内有关车站的到、发或通过时的时刻。 基本运行图是铁道部统一制定并下发执行的标准列车运行图，是一种预 先设计制作好的运行图，各有关运营单位严格按照基本运行图的计划实旋列 车的运行。 实绩运行图是根据列车的实际运行情况铺画，反映列车的实际运行轨迹 的运行图。通过列车实绩运行图，调度部门可以了解各次列车的运行轨迹及 各车站的接发车情况：机务部门可以了解机车的牵引车次、运行时刻以及机 车的运用台数、走行公里等情况；工务和电务部门可以了解线路和接触网的 检修信息。 目前，列车的实绩运行图的数据来源主要有两种途径。一种是来自于铁 路沿线各站点的实时报点，数据具有实时性。另外一种来自于机车上的运行 监控装置。该装置准确记录了列车运行等有关信息。当机车完成区段牵引任 务进入机务段( 包括折返段) 后，这些信息通过数据转储器或i c 卡转入地 面微机。这部分数据不具有实时性，可以用于各部门的事后分析管理。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 1 2 列车实绩运行图管理的现状 我国从2 0 世纪6 0 年代计算机技术应用于铁路运输管理以来，在列车基 本运行图的计算机编制领域取得了许多成果，如铁科院研制的“人机对话方 式铺画全路直通客车方案系统”以及西南交通大学研制的“计算机编图软件” 等。这些成栗的应用对提高列车运行图编制质量、缩短编图周期产生了非常 重要的影响。但是在列车实绩运行图的信息化管理方面，由于数据采集、网 络设备、开发技术等因素的限制，长期以来并没有取得较大的发展，还停留 在较低的水平。例如，目前还没有制定统一的列车实绩运行图数据库结构和 数据共享机制：一些调度部门还是采用电话报点来收集列车运行数据，手工 绘制列车实绩运行图，调度人员的劳动强度较大：机务部门虽然通过列车监 控装置得到列车运行数据，但是只是以文本的方式进行处理，并没有通过列 车实绩运行图的形式加以有效利用。 1 3 列车实绩运行圈信息管理系统设计思路 目前，调度部门的列车实绩运行图管理作为实时信息处理系统的一部分 已经纳入d m i s ( 铁路运输调度管理信息系统) 建设【7 j 。由于d m i s 主要针 对铁路的调度运输指挥，暂时还没有考虑来源于机务段列车运行监控装置的 实绩运行信息，所以，铁路局的机务、调度管理部门对于这部分数据信息， 提出建立专门的列车实绩运行图信息管理系统，进行有效利用。 本文主要是对数据来源于列车运行监控装置的列车实绩运行图信息管 理系统( 以下简称列车实绩运行图信息管理系统) 进行研究和设计。 列车实绩运行图信息管理系统的设计思路是：建立一个规范的列车实绩 运行图数据库结构，实现列车实绩运行数据的计算机管理并通过运行图的 图卜1 系统数据交换示意幽 珏鹰交避大学疆童：酶突生学锭论文蘩3 贾 形式对这贱信息进行显示和统计查询，实现列车实绩运行蹦数据在备级管理 部门之阊的信息交换。露1 - 1 是各部门之闽静藩患交换示意图。 1 4 论文的主要研究内容 本论文结合某铁路局“列车实绩运行图信息管理系统”的项目开发，对 该系统豹续构与功熊设计、数据瘁设计、具体程序实现等几个方面进行了磷 究。论文的主要内容包括： 1 ，论文对系统的s 结构模型进行分析，提出系统数据库的分布式设 诗方案，并在诧基确上对耐车实绩矮行蚕僚怠管淫系统的隧络拓补络梅逶舒 设计： 2 论文黠系绞静功熊霉求避移详缨分辑，提魄系统功能模块瓣框架设 计，并对备模块分别进行了叙述； 3 ，谂文对系统所包含的数据信息和这些数据信息之闽的摺强关系进 行分析，论述系统数据库静设计过程，其中包括安全住设计、事务管理的设 计以及a d o 数据访问技术的分析及运用； 4 论文对曩率运孬瑟兹绘裂穷法遂行讨论，据出绘图数据视媲德组织 的必要性和实现方法。j 圯外，还讨论了如何进行运行图的铺域以及从运行圈 查谗列车臻息； 5 论文在系统数据传输功能的技术实现部分，讨论了如何通j 窭s o c k e t 和r a s 方妓实现数据交换。 蟊南交邂大学蘸士研究宝学位论文第4 囊 第2 章系统结构设计 一个好的应用系统，臼应用穗序设计开始就鼹考虑其体系结构的合瑷 性、灵活性、健壮性，力争傲到既娜以满足当前应用的复杂需求也能为今聪 系统的调熬和升级留有余地，尽萋延长整个应用斡生命周麓，减少系统维护 的开销和难度。 2 。1e ll e n t s e r v e r ( 客户枕r i 务器) 体系缩构 在管蠼信息累统应用地发展过程中，先后出现了三种乎台结枣句，即妻 梳模式( m i t 模式) 、文伟服务器模式( f i w 模式) 帮客户枫，服务嚣( c s 模式) 。 ( 1 ) 圭壤模式；生凝攘式墓予多羯产变凝，主要垂主掇粒终壤缀藏，多 个用户通过终端使用主机。这种模式在2 0 世纪6 0 年代到8 0 年代期间占掇 主姆地位。这静早期的应用系统依赖于单一的大型枕，对系统资源的不能充 分使用。叠l l 行不相关任务的用户被追共享裙同的系统资源，一旦程序故障葡 能导致所有任务的终止。在达到大型机处璃能力极限的时候，通常不得不升 缀掰成本曼寒稻更犬鋈静橇器。 ( 2 ) 文件服务器模式：文件服务器模式基于p c 机组成的局域隧络。它 是凌一个文传骚务器鄹网络王终站稳戏豹分数、文 孛共享戆嬲络系缓乎台。 局域网的中峡计算机控制酱可供网络用户共享的资源，这类计算机系统称为 文件服务器。文件服务器对来自用户端计算机有关数据存取的需求提供服 务。在文彳孛服务器模式下，工俸蛞仍然承攘全部的簸理工律；多个掰户阊不 能够对相间数据作阔步更新；文件的共享熙能以轮流的方式来实现。文件服 务器豹瑟力骞艰，袋露把整令文磐在题络孛传羧戆方式来逡行骚务，无疑绘 网络增加了不必要的流通负担。 ( 3 ) 客肉飙，服务器模式。客户机服务嚣模式是2 0 世纪9 0 年代推出的分 布式应雨授术。它娄要是指将一个斑用系统分解为静台的客户和后裔的服务 器殿用程序，中间通过网络连接在起。在前端客户机上遴行应用程序，夜 爱璃毅务器上提供墓鎏特宠戆骚务，镶懿数撵瘁溅务、文绺黻务稳逶信骚务 等。客户机服务器计算机环境至少有一台服务器计算机，负责提供数掘和 文件警理、递售接溺等标凇化服务；至少还簧存爨客户规计算机，宅除了 在国身运行应用程序之外，还可良通过网络获得服务器的服务；除诧之外还 要商网络设备将两螽或多台计算机连接起- 泉。图2 1 给出了客户机服务器 西南交通大学顿士研究生学位论文第5 页 模式示意图1 2 1 f 3 1 。 c l i e n t 图2 - 1 客户胡朋务器模式示意图 c l i e n t s e r v e r 模式的出现简化了复杂应用程序的开发和维护。s e r v e r 为 c l i e n t 提供系统定义的各种服务，如基于文件的服务、数据库服务、名字目 录服务、事务处理等，为用户提供了一种有效的资源共享手段。与传统的分 时共享模式和资源共享模式相比，c l i e n t s e r v e r 系统具有如下优点： ( 1 )优化网络利用率，减少了网络流量。客户机只把请求的内容传 给服务器，服务器也只是返回最终结果，系统中不必传输整个数据文件的内 容。特别是数据库操作时，由于处理数据的主要过程和数据放在一起，库的 内容可以不必传来传去。而在资源共享模式中，由于整个文件要在本地处理， 信息通常都要下载到工作站上，其向要传输大量的数据。 ( 2 )响应时间较短。由于网络流量减少，特别是当c l i e n t s e r v e r 模式 中允许本地留下远端数据库的副本时，数据查询的性能会得到很大的提高。 ( 3 )数据的独立性。在c l i e n t s e r v e r 模式中，通过把应用程序同它们 处理的数据分隔，可以使数据具有独立性。这样，服务器就能对数据的存取 进行有效的控制，而未通过鉴别和授权的用户将无法对数据进行非法访问， 系统数据的完整性可以得到充分的保证。 2 2 数据库应用系统的结构模型概述 一个数据库应用系统可以概括为用户界面、商业逻辑和数据访问3 个基 本部分。这3 个部分既可在一个程序中实现，也可以在多个程序中实现。与 之相应的数据库应用体系结构通常划分为三层：界面层、逻辑层和数据层， 如图2 2 所示。界面层用于和用户交互，它提供用户界面及操作导航服务： 嚣鬻交逮大学蓑士辑究生学靛论文 第6 褒 逻辑层用予业务处理，提供商业逻辑等各种约柬；数据层用于数旗的集成存 储，这些数据既可以是平蕊文件，也可醵楚r d b m s ( r e l a t i o n a ld a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t e m 关系型数据库管理系统) 的数据m 1 。 奏委屡逻辑基 数据爱 图2 - 2 数据蹲应用体系结构划分 ( 1 ) 葬嚣瓣 界面屡是一个人机接网，它提供给用户一个视觉的认识，完成操作者和 应耀程序的交流。翔户通越界面艨突成获取数据、输入数攒、修改数据以及 删除数据等系列搡作。与此同时，界面裰还包括了一定的安全机制，确保 用户根据授权范围，有针对性地控制数据和机密信息。这层的实现一般都 是瘩程廖受来完藏。 ( 2 ) 逻辑层 逻辑鼷是爨嚣鼷和数撰层豹桥梁，垃予爨耍层靼数据鼷之闫，是数握豹 接口，它响应界面屡的用户请求，执行任务并从数据层提起数据，然后将必 要的数据传送给晃灏层，从而实现界面层麓数据层之间的交互。在分布式系 绞中，可黻把复杂渡务关系维分受多项功熊单一静骚务，舔颈访闫密执行一 项特殊任务。这些服务可以用相对独立的服务组件来实现旗功能。 数援撰 数据鼷一般用乎实现数据存取和操作锗理工作，定义了大量数据管理任 务。有些j 丕负责维护数据豹完整性釉安全燃，它晌成逻辑屡盼请求，产生数 据请求结栗，然后逻辑层对诧结莱进行有针对性的处理，这层可懿由本穗 数据库实现，如f o x b a s e 、p a r a d o x 等，假通常由大型数据库服务器实现， 黧o r a c l e 、d b 2 、s y b a s e 辍及醚ss e r v e r 等。傻臻大型数撂蓐疆务器狳了完 成数据库本身的插入、修改、删除数据、执行系统函数等s q l 操作外，还 可以通过存健过程翱触发器来自动地在数据瘴上移储应用程序的麓业逻辑 和蕊数模块，这样谯数据屡上就可以对数粥做出功能强大的处理，而不仅仅 是把请求结果返回给客户。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 图2 2 中层次的划分不是物理上的划分，而是结构逻辑上的划分。例如， 客户端程序要调用的某个业务功能组件要求响应速度很快，并且体积较小， 那么就可以把这个业务组件配置在客户端，以d l l 的形式存在：又如，客 户要访问的某个业务组件包括大量对数据库的操作( 类似与数据库服务器中 的存储过程所做的工作) ，那么可以把它配置在数据库服务器上，以减少网 络负载，提高运算速度；如果某些业务组件中包装的业务逻辑需要大多数客 户机程序访问，那么就可以单独构建一台独立的服务器，将这些组件放在其 中，供客户机访问，而不必在每台客户机上安装。 2 3 基于c s 两层结构的数据库应用系统设计 按照两层c l i e n v s e r v e r 结构来设计一个数据库应用系统，数据库和应用 程序分别处于两台机器，即数据库服务器和客户机，如图2 3 所示。用户通 过客户应用中的s q l 语句发出存取要求，s q l 语句经过服务器a p i 、连接 软件、网络协议传到网上，然后传到服务器一端，再经过服务器的网络协议、 连接软件传给数据库服务器软件，由数据库服务器软件具体执行s q l 语句。 实现对数据库的访闯后，从数据库中取得的结果数据，将按反方向送回给用 户。在网络上传输的是s q l 语句及其执行结果。s q l 语句从c l i e n t 传向 s e r v e r ，其执行结果从s e r v e r 传向c l i e n t ，客户机和服务器通过网络来实现 协同工作。对于一个用户数量少，范围划分清晰的应用程序来说，两层模型 操作系统t 客户应用i 务器a p i i 连蟹软件ls q l 请求 数据库 操作系统 d b m s 连接软件 网络软件e i 二二二= = 二二：= 马网络协议 ”一一牟f j 察 客户机服务器 图2 - 3 两层c s 结构数据库应用系统设计 是一个很好的选择吼 2 4 列车实绩运行图信息管理系统的c s 结构设计 2 4 1 系统的c s 结构实现的可行性 列车实绩运行图信息管理系统的应用范围在机务段内部包括数据采集 要塞窒篷查兰翌杰鐾窒兰兰笾篓奎燕! 茎 室、运转童、统计室、技术室、派班室、段领导等几个部门，在分局和路膈 包捂枫务分处和调发所醣及税务簸移运输簸等管瑗部门，务部门奁缝瑾位嚣 上分布较为分散。目前，周、分局级局域嘲已建设宪成，大部分机务段也都 建成了段痰趱壤嬲，一些撰务毅还逶过铁鼹专爝嬲毒分届粒路是连接。宠全 具备实现c s 结构应用系统的硬件条件。圈前机务段内部的列车实绩运行数 据的处理方式符会c s 绻枣鲁模型：机车监控装置中的数壤通过数据转储器 ( 戏i c 卡) 转入数据采集室微机，经监控装置的地面分析系统处瑾后形成 数据文件存放于本地文件服务器；机务段内各管理部门，通过局域网对该数 据文俘送行诱蠲操作。 2 4 2 系统数据库分布模式设计 系统酶数据瘁分布可叛有两种方案，帮集中式数据库和分布式数据瘁。 集中式数据库是指整个数据麾存放在个中心数据库中，实现集中统一 存锫、绞一维护。这耱方式蠢专：数攥键鬟繁孛维护，数蕹戆致性箨安全稳 度高。但这种方式对数据库服务器的配置、性能和可靠性鼹求高，而且对于 路髑、分韪等远程月户，要求计算规网络邋信性缝蠢可靠缳 歪，才筢具有嶷 好的应用效果【7 j 。 ： 分布式数据库怒指数据库物理上分散在计算机网络各节点上，铸节点的 穰露独立。专集中筑数据露糖晓，分布式数据瘁其有竣下饶点： ( 1 ) 局部独立：数据所服务的单位逻辑上是分布的，物理上也题 分亵豹。分零式数掇痒系统灸诲摹接建熬懿鑫个缀织鼹其鑫隽熬数攘避行鼹 部控制，肖自主处理事务的能力。 ( 2 ) 可靠性：分布式数攒库系统在个别节点或个别通信链路发生 故障的情况下，可戳继续工作，其有较高的可靠落。 ( 3 ) 效率较高：分布式数据库中的数据甜以就j 黩存储在常用的节 轰。这样黢弩浚躐少穗盛嚣孛凌，凌霉竣减少逮薅 弋徐。 列车实绩运行黼信息管理系统的应用部门涉及段、分岗、局三级机构。 如柴采用集中式数据库，无论中心数据库赦在哪一缀，其余嬲级要访阅数据， 都必须通过网速较德的广域两。这样必将璃加网络熊担和系统相应辩闯。另 外，由于各级部门管理范围不同，例如机务段只需处理段内的实绩运行数据， 嚣梭务娃蹋娶处毽多个辍务段豹实续运嚣德患，谯系缓数据痒筑镶镌设计 上，各级部门存在定的麓别。 西南交通大学硕二i ：研究生学位论文第9 页 从以上分析来看，列车实绩运行图信息管理系统宜采用分布式数据库， 在各级局域网内，设置自己的数据库服务器，供本级的客户机使用，如图 2 - 4 所示。当系统运行时，大部分数据从本地数据库服务器获取，少量数据 图2 - 4 数据库的分布式设计 通过广域网从其它数据库服务器获取。采用这种结构可以减少对通信网络实 时传输数据的压力，降低了由于频繁传输大量数据而造成的网络瓶颈给系统 带来的影响，提高了系统性能。 2 4 3 系统的c s 缩构设计 系统基于c s 的网络拓扑结构设计如图2 - 5 所示。 图2 - 5 系统网络拓扑结构图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 ( 1 ) 机务段内的系统结构设计： 段局域网设置数据库服务器，安装d b m s ( o r a c l e 或m ss q l - s e r v e r 等) ，建立列车实绩运行图信息管理系统数据库。同时设景文件服务器，通 信服务器等其它服务器。 由数据采集室完成监控数据的转入、数据文件的形成，并存放于文 件服务器指定路径下。由列车实绩运行图信息管理系统来完成指定文件至数 据库表的导入以及数据表至存档文件的导出工作。 各室安装列车实绩运行图信息管理系统，通过网络访问数据库服务 器，根据不同的操作权限进行数据的查询和修改。 ( 2 ) 分局、局管理部门的系统结构设计 与机务段的结构设计相似，分为客户端和服务器端。客户端大部分数据 从本地服务器得到。对于机务段采集到的实绩运行数据，由机务段上传到分 局( 路局) 局域网的文件服务器。对一些三级网络尚未连通的路局，可以通 过拨号方式来进行数据的上传和下载。 ( 3 ) 系统软、硬件环境 客户机端：w i n d o w s9 8 2 0 0 0 操作系统：s q ls e r v e r 客户端软件；硬件 建议配置p e n t i u m l i c p u 、6 4 m 内存、2 g 硬盘。 数据库服务器端：w i n d o w s n t 2 0 0 0s e r v e r 操作系统；s q ls e r v e r 数据 库；硬件建议配置p e n t i u m l i i c p u 、1 2 8 m 内存、2 0 g 硬盘。 网络协议：t c p ，口。 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 第3 章系统功能分析与设计 3 。1 系统功能分析 列车实绩运行图信息管理系统可以应用于与列车运行有关的各管理部 门进行辅助分析，如调度 r - j 、机务部门。系统的根本任务是实现列车实绩 运行图数据的计算机管理，并通过运行图的形式对这些信息进行显示和统计 查询，实现在各级管理部门之间的列车实绩运行图数据信息的交换。 根据各部门对列车实绩运行图的数据分析要求，列车实绩运行图信息管 理系统必须涵盖以下方面的信息： ( 1 ) 各种列车的实绩运行时刻。 ( 2 ) 列车实绩运行图与列车计划运行图的对照情况。 ( 3 ) 工务施工，接触网检修的情况。 ( 4 ) 列车的机车牵引情况，包括机车交路、机车号以及司乘人员等。 在系统中，上述这些信息最终都将通过图表形式直观地提交给用户。其 中列车运行图( 计划图和实绩图) 的生成、输出是整个系统的关键部分。 系统功能设计目标包含以下几个方面： ( 1 ) 具有直观、友好的图形界面，操作简便。具有完整的帮助说明。 ( 2 ) 具有数据库备份功能。 ( 3 ) 实现基础数据信息的录入、修改、查询及存储。 。 ( 4 ) 实现实际运行数据信息的导入、导出及查询。 ( 5 ) 实现列车运行图( 基本图和实绩图) 的绘制、显示、保存、载入、 打印输出等。 ( 6 ) 实现通过列车运行图直观查询列车和机务段相关信息。 ( 7 ) 实现机务段与分局、局之间的远程数据传输。 3 2 系统功能设计 列车实绩运行图信息管理系统所涉及的数据可大致分为基础数据和实 际运行数据两部分。其中，基础数据有线路基本信息和机务段基本信息两大 类。其中线路基本信息包括线路、车站、区间、径路、区间运行时分、施工 天窗、车次信息、计划时刻表等数据，机务段基本信息包括机务段机车信息、 司乘人员名单、机车牵引交路等数据。基础数据一般在设置好后变化较小； 实际运行数据是指机车的实际运行信息，包括运行r 期、同班计划、牵引机 嚣枣交道太擎硬士搿究生学搜论文第1 2 蓑 车号、牵引车次、联段号、司机信息、实际运行时刻等。这部分数据每天随 梳率实际运行情嚣瑟交往。 参考系统数据模块的划分，在系统功能模块设计方面，设置了系统管 理、线路基本售惑警理、援势段萋零痿患管毽、实繇运霉数据警理黢运行嚣 管理等五个模块。凝体的功能模块如图3 - 1 所示。 圈3 - 1 系统功钷模块凿 3 2 。1 系绒管理 在系统管理子横块中，包含以下几个部分： ( 1 ) 用户管璐：这部分实现系统用户信息和访问权限的设嚣。 ( 2 ) 数据交按：实瑷税务段与分届、路局懿管理部f l 之闻的数据交 换。包括局域网内的交换以及远程数据交换。 ( 3 ) 数据痒豢纷黎恢复：送行定鬟移不定麓瓣数摇藤器矜。定麓冬 份由数据库服务器的d b m s 完成，将数据信息备份到指定物理设备。备份 莲毒交避大学颈j ：辫究生学证论文露1 3 页 周期设置为一天。不定期备份由用户完成，将数据锯份到用户指定路径。当 运行数据瘁遭舅破环对，霹淡瘸麓备份数蠢律进行浚复，戬簸大限凌豹藏书 损失。 4 )系统磬鼬；提供系统冬絮分详缨艇使用谩硬。 3 2 2 基本信息管理 在基本倍感管溅子模块率，包禽以下尼令帮分： ( 1 )线路管理：参照铁路局列车运行图技术资料，以线路为单位。 对线路、区润、享蘩数据薅感进孬缝妒管理。车筵数据是系绞最基本豹数据， 其它所有数攒均是建立在其基础之上。线路、区间和车站三者关系如下：两 个樱邻车站构成一个区间，褥若干个连续区间构成一条线路。线路镣理包括 车站管理和送闯管溅两部分。 车站信息包括率站名、车站序姆、所在线路名、车站性质、中心里程、 委发线数、路是名、分嚣名、特殊警站标记等数据。车站管理将实瑗车站售 息的新增、插入、删除、修改等操作。同一条线路下的车站接下行方向顺序 编号，每个露站具鸯唯一性，不允许出现车站重复的情况。攀站序号在输入 车站的同时由系统内部宣：动袋成。另外，针精特殊率站( 如麓台线路段上酶 车螭) 进行特殊标记。因为送间与擎站具有联锁关系，所以獭修改翠站数据 薅，系统必矮完痰嚣溜数撂熬露步交烫。魏巢交更避搓孛存在区闻数据与车 站数据不一数的情况。则取消车站数据所做的改动，以保证两者的致性和 完熬瞧。 区间信患包括醒闻所在线路名、送间序号、区阍起站、隧间止蛄、上下 行、闭塞方式、运雩予性质、区间标志莓数据。系统根据已建立的车站数据自 动玺成对应游区褥僚息。区阗管理串，可滏辩文部分没有特豫标记鹃送阕数 据进行编辑、修改，但是不能进行新增、删除操作。对于少髓具有特殊标记 的嚣阉( 毒姆薅车站擒藏静逸闻) 搿娃遴移壤热、刺滁、谈整顺序等操 乍。 通过这种方式既保诞了和车站数据的致憾和完整憔不受破坏，同时也保留 了区间数据管理豹灵活性。区间管联中，还可以对煎合区间进行设置。 线路管疆功能静实现弄瑟鲡群浆孛图a 1 掰示。 ( 2 ) 径路管理：对列车径路信息进彳亍维护管理。列率径路怒列车运 行黪辕迹，楚籀疑车麸始发鳐至终至# 蛄掰经j 霪熬毒囊鼹线。经路警爨将实埂 径路的增加、删除、修改及嫩成对向径路。在建立径路数据时，遵循“长径 路包食短径路”的原则，参照铁路局到车逡圣亍时刻袭中列车豹运行线路、 途经车站，对不同线路的弼车，酋筑选择最长径路避行建立。对被包含于长 落鸯交遴丈学鞣l ：麟宠生学数论文繁l 褒 径路中的子经路，滁特殊情况外，一般不男岁卜生成，以长经路为准。在生成 径鼹对，遴过选中绒拖拽鹃方式避行揉俸，无须入工逐个输入车站。 从数学意义上讲，列擎径路是条从列车始发站到终到站的有向线段， 线羧上蔻含了爨车经过戆联套车繁、区趣。瞧载是滋，列车经踌是瘘系歹拜 具有连续关系的区间组成。所以，在径路生成时，必须进杼径路检蠢，检畿 内容主要包括两点：首先，径路所包含的联阀是否都存在；其次，器区间悬 否逶续。如采不满怒这疆个要求，刚该径路不能堂成。 径路管理功能的实现界面如附漾中图a 2 所示。 ( 3 ) 速阖运纷辩势繁蓬：嚣弼车嚣潮运孬辩分透露维护警臻。舞攀 在区间运行时分是指列车逡行于两个站间所需要的时间，由区间纯运行时 分、起箨车嫩趣对分和嚣阕攫季亍辫擞辩分缎戒。区瓣缒运譬亍辩分是攒歹i l 车程 两个站都没有停车和没有慢行情况下的运行时分。醛间慢行附加时分是指醒 间通过慢掰地段所增加的运行时分。列车运行时分还与列举运行种类和列车 运符方向蠢关。锶魏，特快捌车帮繁扬魏车在弱一个区闻懿运行簿分，藏霹 能脊所不同；而特快列车在同一区间的上彳亍运行时分与下行运行时分，也可 莪不羯。 列车径路指定了列车运行的路径。而区间运行时分确定了列车农区间的 运毒亍时间。嚣翥均楚维定列车对刻装和绘制列车运行图豹直接依据。 区闻运行时分管理功稚的实现弊面懿辩录中圈a 3 所豕。 ( 4 ) 车次信息瞥理：对各次列车的藻本信息和列车计划时刻表进行 臻参簟。裂车纂本薅患龟菇裂率车次、熔菠繁、终至l 懿、警魂熬菇、营疼止站、 径路号、列牢类型、运行时分设定游数据。牮次信息管理中，实现对列车基 本数据的增舰、修改、删除功能。域抛和修改列车楼感对，按照铁路局列 车运行图赘料中的列车车次表藏定，根据车次名称自渤判定率次的瓢 车类型。车次基本信息保存之前要进行以下检查：列车始发站、终到站和管 内怒滔、警内建菇爨否在逸定径路主敬及率次豹运箭标尺燕爸已设霆。 列车计划时刻袭管理中，将根攒已经设定的列率基本参数、所缀区间运 行隧分和始发站慰刻来鑫动生残彝戆改各举次数 卡划对刻袭。 在生成初始计划时刻表时，预免假设除始发蛄和终到站外的各中间站均 束转车，即先不考虑备区间的起停附加时分。然后，出人工修改在存停车情 凝豹车站匏发点对努，系统棱据修改僖怠送行羯断，辩该蘑的到熹辩分和萁 后备站的到发时分进行相应的修改。相邻两站( a ，b ) 间到发时刻关系0 【1 ( 3 一1 ) 式爨示： 西南交通大学硕二 研究生学位论文第1 5 页 t b d = t a f + ba t a 君+ t 纯+ b b t b ( 3 1 ) 其中： t 。r _ a 站到达时刻，t a r _ - a 站出发时刻，t a g a 站起车附加时分 t b d b 站到达时刻，t b r b 站出发时刻，t b - b 站停车附加时分 c o ：( t a d = 口c o ：( t b d = t b f ) 6a 2 t l ：( k 脚。h 。t 1 ：( t b d t b p t 。_ a 站到b 站的区间纯运行时分 车次信息管理和计划时刻表管理功能的实现界面如附录中图a 一4 和图 a 5 所示。 ( 5 )天窗管理：对电气化施工天窗和工务施工天密进行维护管理。 电务部门或工务部门根据行车调度的安排，利用运行图中某区段无列车运行 的间歇，对接触网或线路进行检修施工。这段间歇时间称之为天窗。在列车 运行图中预留“天窗”，是解决列车运行与线路施工之间矛盾的有效措施。 预留天窗时间的原则要求是，既要保证施工作业，又不能因为天窗时间过长， 降低铁路通过能力和列车旅行速度过多，影响铁路完成规定的运输任务和经 济效益。 施工天窗信息包括天窗名称、天窗类型、行车方式、天窗包含区间、施 工起止时间等数据。在天窗管理中，实现对电气化施工天窗和工务施工天窗 进行增加、修改、删除等操作。 天窗管理功能的实现界面如附录中图a 6 所示。 ( 6 )图显分段管理：对列车运行图显示分段进行管理。，设置显示分 段的目的为了在铺画列车运行图时，合理安排车站在图中的排列形式。分段 的设置首先必须包括铁路局所有线路和区间，否则将使列车经过某些线路和 区间的运行线显示不出来；其次，分段的设置又不能过于分散、零碎，否则 绘制的运行图显得相当的不连贯。 图显分段信息包括分段号、分段名、分段所包含车站、车站序号、车站 接续状态、车站断开状态、区间标志等。图显分段信息的生成与检查规则与 径路管理相似，只不过图显分段允许相邻两个车站可以不连续。 图显分段管理功能的实现界面如附录中图a 一7 所示。 3 2 3 实绩运行数据管理 在实绩运行数据管理子模块中，包含以下几个部分： ( 1 ) 实绩运行数据导入、导出管理：在机务段内部，数据采集室采集 的机车运行信息生成数据报文后存放于文件服务器指定位置。数据导入模块 的任务是将指定数据报文转换成系统支持的数据库文件，而数据导出模块是 将数据库文件转换成上报分局时数据交换所需的特定文件格式。 秀搿交遴大学疆：t 麟究生学位论文箍1 6 嚣 机务段名，运行日瓣 帮次l ，计划开行日期，实际开行日期，牵引起站，牵s i i t 站 牵# l 极车l ，霉撬号l ，割霹辊芍l ，牵 极车2 ，司概号2 ，戮霹凝号2 ， 意行公里，总重，载重，列牢换长 奄站i ，烈点，发点 带站2 ，到点，发点 率站m ，到点，发患 率次2 ，计划开行同期：实际开行日期，牵引起站，牵引止站 零萼l 撬孳l ，霭税号l ，裂霉狂氅l ，牵 l 攥车2 ，霹搬母2 ，戮彝l 辍号2 ， 竞行公里，总重，载重，列率换长 率站l ，到点，发患 车站2 ，到点，发点 率站n 。戮点，发煮 黼3 - 2祝务段运行数据文锌静洛式 机务( 分) 处等管理部门在接收各机务段上报的运行数据后，由数据 导入摸块将这些实骣运行数据文件簿入数据库，通道导出模块是将攘定运彳亍 日期的运行信惠导滋生成列车运行信息文本文俘。该文件鹩格式鲡藉3 3 繇 蜓行日期 率次l ，计巅开行蠢鬻，实际开抒霹黧，弼率类鼙，戆发蘸，饕弼站，交黧请德 执行牵引任务的枫舞段1 ，牵引起站牵引止站 零； 规车l ，霹规号l ，聚霉扭譬l 薄 l 椒车2 ，霹搬弩2 ，副翅扭号2 ， 执行牵引任务的机务段2 ，牵引起站，牵； 止站 牵引机车 ，司机号l ，副司机号l ，牵引机车2 ，司机号2 ，副司机号2 ， 车站1 ，到点，发点 车站2 ，弱点，发赢 事坎2 ，计划野行基辫，实际牙行霉期，列枣类型，始发站，终剃巍变碧慷况 蛰3 - 3导出文件豹捺斌 蓉鬻交遥太学联士麟宠生学鼗论文第1 7 囊 不。 双辊务( 分) 楚罢入、导出敲文俸格式嚣馥鬈出，瑟囊存在一些区剐。 机务段上报的运行数据是以机务段为关键字，包含该机务段当天牵碍f 的所有 车次售惠翻壤车痿感。嚣极务( 分) 娃导趱嚣豹运行售怠憝戳车次为主线， 包禽运行日期内所有车次的信息，机务段牵引信息是作为车次信息的一部 分。 ( 2 )税车牵等l 数据餐逢：对指定目辫的车次的牵；| 倍怠进行管理。 主囊包括机车号，司机号，削司机麓，牵引车次，帮引起站，牵引止站，载 熏簿数据。 ( 3 )列车运 彳数据管理：对导入的列车实际运行数据进行衡理。特 别怒对骚融掰增车次和变更车次，其基本信息在计划车次偿息表不荐在，必 须通过人工将这些苯次的必要信息补充完熬，以保证运行阁的完整绘稍。 实绩运行数据瞥理功能的实现界面如附录中国a 8 所示。 3 2 4 机务段管理 ( 1 ) 壤务段基本售惠蟹理：对机务段基本傣崽进行维护管理。包括 机务段机车信息、司乘入员信息、零簪f 交踌信息、派班计划和机车运用情况。 因为系统设计目标怒列车实绩运行鞠信息管理系统，而不是机务运用管理系 统，掰戳在凝务鬏熬零痞惠管理模浚串，主凝包含戆楚与弼车实续逡行鬻穗 关的信息。 ( 2 )缀表统诗童淘：黠极事逡题系数、投攀寿效工作聪潮系数、机 车牵引力利用率、货运机车黼车公墩、货运机车平均f 产纛等机车运用指标 进行分析、统计。生成机车遮用效率报表( 机统三) 、机务本段运转同志( 机 统一) 等统计摄表。这部分麓熊由予薅闻关系，暂时还没裔实瑗。 3 。2 。5 运行图繁壤 经过以上模块的信息输入和数攒处理，系统数据库中便其有了究整的运 行豳数据信息。此融，运行蹋的绘制则是将这些信息直观体现出来的最佳方 法。运行萄的绘稻涉及笺系统数据荐串毙较多懿摩袭数撵。弱舞一方嚣，运 行髑管理模块也是系统实现最为复杂的一个模块。本文将在第五章对其中的 黧技术霹题送行专门讨论。 ( 1 )列车计划运行丽管理：该模块的主要任务根据用户所选定的图 显分段，垮在该分段运行的所有计划列车的运行线按作图规则绘制。要求实 现不同规稽的运雩亍黼的绘裁、显示、缩放、打窜、保存、载入等功能，并羹 在运行图上通过点蒲运行线弹出窗阴进行攀次信息巍询，查询信息主要有车 西南交通大学硕士研究生学也论文第1 8 页 次、列车类型、始发站、终到站等。 ( 2 )列车实绩运行图管理：主要任务与计划运行图管理相似。不同 之处在于绘制的运行图是指定日期在图显分段实际运行的所有车次运行情 况。功能要求也与计划运行图类似，但在弹出窗1 2 1 进行车次信息查询是，查 询信息增加了牵引机务段、牵引起站、牵引止站、牵引机车号、司机号等实 际牵引信息。 西南交通大学硕1 ：研究生学位论文 第1 9 页 第4 章系统数据库的设计与实现 数据库是列车实绩运行图信息管理系统的一个核心部分，它是整个系统 的信息仓库，负责存储、组织和管理整个系统的数据信息，其设计是否合理， 直接影响到用户使用的灵活性和有效性。 数据库设计是指对于一个给定的应用环境，包括硬件环境和操作系统、 数据库管理系统等软件环境，如何构造最优的数据库模式，使之有效地存储 数据，满足用户的需求。如何做到让用户以最少的数据冗余，正确完整地输 入各种基本信息和运行数据，以最便捷的方式查询、修改数据，提供方便直 观的各类界面、图表供分析决策，是数据库设计的出发点。 本章除了对数据库结构进行分析与设计外，还论述了a d o 数据库访问 技术、数据库的安全性设计以及数据库的事务处理设计。 4 1 数据库结构的分析与设计 4 1 1 数据库需求分析 数据库是整个列车实绩运行图信息管理系统的数据基础，其设计直接影 响到系统的后续开发，具有重要的意义。所以，在构建数据库结构时，必须 从实际需要出发，充分对各种需求进行分析，采用规范化设计方法，反复比 较，设计出合理的数据库结构。 需求分析是设计数据库的第一阶段，在这个阶段，主要是收集基本数据， 给