地理信息系统.pdf

铁路地理信息糸统开发设想是伟 等 铁 路 地 理 信 息 系 统 开 发 设 想 吴伟 唐 光 宇 卢 浩 吴伟唐 光 宇 卢 浩 柳 州铁路 局 总工程 师 柳 州 5 4 5 0 0 7 柳州铁路 局科研所 副所 长 高级工程师 柳州 5 5 1 0 7 柳州铁路 局科研所 助理工程师 柳州 5 4 5 0 0 7 摘 要 基于地理信息 系统的优势 根 据我 国铁路 系统的自身特点 同时参考 国外有关同类型的地理信息 系统建设情 况 提 出了铁路地理 信息系统的总体构 想 力求 建立 一个 能 满足 奎国铁路 抢 险 救 炙 规 划设计 设备 维护 营运 管理 实 时监控 决策 分析应 用的 综合 型地理 信息系统 关键词 铁路地理信息系统 需求分析 设计 目标 T 理信息系统 G e o g r a p h y I n Z o r L ma t i o n S y s t e m 以下简称 GI S 是融计算机图形和数据库为一体 储存 和处理空间信息的高薪技术 它把地理 位置和相关属性有机结台起来 通过 电 子地 图的方式提供给用户 以满足交通 管理 设施管理 生产建设 企业管理 居民生活对空 间信息的需要 同时借助 其独有的空 间分析功能和可视化表达 进行各种辅助决策 我们基于 地理 信息 系统 的优 势 根据我国铁路系统的 自身特点和国外有 关同类型的地理信息系统建设情况 提 出了开发铁路地理信息系统的设想 1 需求及可行性分析 1 铁路抢险救灾的需求 为了在 灾害事故 发生后 能在最短 的时间内作 出抢险方案 恢复行车 把损失减少到 最低 要求领导和技术人员能尽快得到 事故发生地段的详尽信息 包括线路两 旁地形地貌情况 事发地段线路设备情 况 事发地段线路 图像资料 救援设备 分市 情况等 目前 这些资料都是分别 存储在 各级档案馆 内 紧急情 况一旦发 生 查找起来异常困难 时有因资料不 全而贻误抢险战机 因此 铁路部门在 抢险救灾时 需要一 个能直观 快速 简便地提供抢险有关信息的铁路地理 信息系统 并使一些相关联的信息一 体化显示 让领导和技术 人员在远 离 现场的情况下 就能对事发地段 的情 况了如指掌 为远程指挥提供强大的 数据支持 2 铁路设备管理维护的需求 设 备的管理和维护是铁路部门日 常主要工 作之一 铁路各种设备数据量大 专业 广 分布在全国各地 要管理维护好设 备 就必须掌握各种设备的运转状况 基础履历和分布情况 这就需要一个能 对铁路各种设备信息进行采集 存储 分析 管理 统计 的铁路地理 信息系 统 把铁路运 机 工 电 辆 房等 各种设备信 包资料直观 快速 简便地 提供给管理 者和技术人员使用 另外 这也要求该系统能提供较为简捷的图上 设备维护方式 3 j铁路行车组织的需求 经过近 几年铁路信息化建设 铁路行车组织 自 动化逐渐形成 T MI s D MI S 等大型信 息管理 系统也相继建成 铁路地理信息 系统应能和TMI S DMI S等系统结合 把它们的数据 反映到地 图上去 使行车 组织更加直观 便捷 同时也应能对新 运行图和一些紧急情况下的调度命令进 行图形模拟 增加它们的安全性和可行 性 4 铁路辅助决策的需求 为了台 理调 配现有运力和设备的使用 系统 应 能够 采集 存储 分析现有设备的使用 情况和各种技术经济指标 如车站的运 量 货源等 某条线路的货运量 客运 量 丹析等 同时 系统也应提供现有铁 路 车站附近的人文 经济 资源信息 形成各种专题 图 为运量 人力 财力 物力的安排提供数据依据 同时 要求 铁路地理信息系统能对可能修建铁路的 地 区进行缓冲区分析 提供沿线辐射范 围内的地方 人文 经济 资源 地理指 标 的统计分析 为领导决策提供辅助支 持 另外 系统也应利用其空间分析能 力 对事故进行仿真模拟 为事故预防 办法的制定和事故总结分折提供辅助支 持 5 铁路市场营销的需求 铁路地 理信息系统除了向铁路部门内部各级领 导和各业务部门提供信息服务外 还应 面 向市场 面向社会 向货主和旅客提 供信息服务 系统能在地 图上向货主显 示所运货物列车 的动态信息 包括始发 地 终到地 当前位置 所运货物等信 息 让 货主了解 自己货物的运输情况 让旅客了解铁路客运情况 查询票务信 息 台理安排 自己的行程 从而增强铁 孺陌 i g 爱 蔫 霪 建 维普资讯 铁路地理信 息系统开发设恕吴伟 等 路运输业务的透明度 提高货主 旅客 对铁路服务的信心 这些信息服务在一 些 发达国家都 已提供 这也是我国铁路 服务达 到世界 先进 水平必须解决的 问 题 是我国铁路现代化 服务全球 化的 一 个重要环节 6 各种专业图集制作 铁路 系统 各部门在 日常工作 中 常常要用到各种 专业图集 供快速查询使用 铁路地 理信息系统应该能够根据用户需求 通 过图层管理 将系统内部的矢量 化图件 整理成专业囝集 然后打印输 出 2 系统总体设计 2 1 设计 目标 全国铁路地理信息 系统的 总体 目 标是利用地理信息 科学地存储铁路各 业务部 门的图形 音像 文字 数据资 料 实现全路数据共享 资料分业务检 索 为铁路部 门提供抢 险救灾 设备维 护 资产管理 行车组织洗化 调度辅 助 紧急情 况处理 市场营销分析 客 户信息 发市等众 多方面的应用服务 形 成铁路基础数据库 为将来各业务部 门 的专业 MI S系统提供数据平 台 2 2设计原则 1 实用 眭 界面友好 易于使用 便于管理维护 数据更新快捷和系统升 级容易 具有优化的系统结构和完善 的 数据 库系统 具有 与其 他系统 数据共 享 协 同工作的能力 2 前瞻性 目前 数据库技术与 G I S 技术发展非常快 同时全 国铁路系 统的业务也在不断扩大和调整 这就要 求率 系统的设计具有超前性 以便更好 地处理 因此引发的系统升级问题 系统 设计应充分考虑这 些方面的发展趋势 使系统具有较强的扩展能力 处于应用 系统技术领先地位 确保系统能适 应现 代信息技术高速发展 另外 系统设计 还要考虑适应铁路实现新的管理模式的 需要 及与铁路其他信息系 统 如 TMI s DMI s P MI s等的接 口 3 安全性 铁路地理信息系统是 国家重要的基础设施管理系统 系统安 全保障是一个非常重要的事情 系统安 全性必须考虑 下几个方面 做好权限 管理 保证台法用户拥有台祛权 限 保 证用户按照权限对系统进行操作 做好 系统防病毒设计 防止病毒对系统或数 据的侵害 做好系统数据备份工作 防 止意外清况导致数据损失 做好系统容 错 处理 保证数据的完整性和一致性 4 标准化与规范化 实现基础地 理信息的共享 必须建立统一的标准和 共同遵守的规范 使系统产品 基础 地理数据能为铁路 各部门 各信息 系 统 政府各部门及社会各行各业所接受 和使用 5 网络化 信 息舒源共享的重要 条件是网络 化 铁路地理信息系统可通 过铁路 已建 或的部 局 分局之间的光 纤网以及部 局的内部局域网和国际互 联网实现信息资源的共享与发布 吼关 系数据库为棱心存放空间数据和相关的 文本数据 以 C S结构实现各相 关职 能部 门对系统的使用和系统 数据的共 享 B S为结构 宴现空间信息的 I n t e r n e t 发布和共享 6 一体化 系统要将业务运作与 管理和服务集成于一体 实现内外业删 图 数据处理 数据更新人库的一体 化 实现办公自动化 建立一个完善 优质和高鼓的基础地理空间数据管理 与 服务体系 在数据库实现上 要实现空 间要素图形与属 的一体化管理 2 3 G l s 平台选型原则 现有G I S 平台软件非常多 在选择 G I S 平台软件时 在铁路地理信 息系统 中应着重考虑以下几点 j j软件平台 的稳定性 2 软件平台的数据兼容性 3 1软件平台的开放性 4 强大的底 层技术支持 5 与数据库的连接 6 与其他系统的融台 门 网络空间数据 模型的支持 8 地 理数据版本管理 2 4网络总体结构 系统 网络应利用 已建成的部 局 分局之间的光纤网以及部和局内部的局 域网 包括 T MI s系统一些现成设施 把系统工作站设到各业务处去 将来一 旦全路光纤 同建成 系统将把各工作站 设到各站段 2 5 图件基本组织方法 系统 图件是 系统 的最重要 的核心 基础 是系统的生命力所在 系统 图件 舒层组织方式是系统进行数据管理的前 提 是进行 各种查询统计的基础 系统 图件 是从业务 中来 又为业务服务 2 51 系统主要 图件 组成 全国铁路地理 信息 系统所需要的 图件主要包括以下几种类型 1 4 0 0 万 全国电子地 图 包括全国各干线 主要 车站 全国主要地形 地 貌信息 全国 主要公路干道 行政区 水系的信息 行政 区中含有人文信息 1 1 0 0万各 局电子地图 详细的各级线路 车站 县 及以上行政分市信息 主要公路和一般 公路 河流等 l 2 5 0 0 0 线路综台 囝 接线别 咀各分局管界分段 并甩文 字将该线主要技术标准 车站 车务段 分布 线路 桥隧 电务 机务 车辆 设备等加 以描述 1 2 0 0 0 线路平面 地 形图 按区间分段 直观反映出线路 设备状况 线路周围的地形地貌 表 格的形式给出各种设备的履历和图形图 像的资料 1 2 0 0 0 站场平面图 给出 站场工务设备 电务设备 站场设 施的 分布和相关履历信息 以上这 几类 空间数据都要 采用统 的坐标系进行存放 以便进行 图层之 问的叠置等操作 在 上主要图件的基 础上 再 加八其他各业 务部 门的概况 圈 综台图 如 各局线路概况图 桥 隧概 况图 电务设备概况图 机务设备 概况图 机务 水电 设备概况图 机务 电气化 设备概 况图 车辆 设备概 况 图 电务综合 图 自闭 联锁示意图 电 气化综台图 接触网高 馈电相别 供电 维普资讯 范围 供 电臂分布等 系统在数据组织 上是按照分层存放的方式进行组织 在 显示时将各个分层要素进行叠加 就能 得到所需要的图件 内容 2 5 2铁路路 网要素 铁路路 网要素 主要包括区间和车 站两大类要素 铁路路网在地理信息系 统 中可 按照网络拓扑方式记录 网络 拓扑率质上是由节点和连线两部分构成 的 车站实质上就对应着节点 而区间 线路对应着连线 在网络拓扑中既可以 分别记录节点和连线的属性 同时可以 维护节点和连线在空间位置关系上的一 致性 有 了网络拓扑 系统可以利用网 络分析方法计算做最佳路径分析 影响 范 围分析等空间分析功能 编码规则按 照 T MI s系统的编码体系 2 5 3匡间设 备数 据 区间设备数据包古 了线路平 纵面 状况信息 包括 曲线 坡度等 各种设备 空间信息和履历信息 包括桥 涵 隧 路基等设备 线路周围的地形地貌 线 路设备的各种影像多媒体资料 2 5 4 车站 数据 车站记录 的信息 主要包括 车站 业务信息 包括车站级别 车站运营数 据 包括客货运量 接发车作业量等 车站平面示意 图 由工务技术设 备 图 和 电务 信号的站 场平 面图结 合形 或 包括正线 站线 道岔 渡线 站台 货场 进路 信号 枢纽平面地理信息 和详 细的履历信息 车 站所 在地理 综 合信息 包括地形地貌信息 气象气候 信息 市场信息等 设备信息 包括线 路设备 信号设备 客运业务设备 货 运业务设备 机务设备 车辆设备及其 他设备 3 系统结构 根据需求分析 系统的基本功 能 将分为五大子系统 设备管理 子系统 行车组织子系统 抢险救灾子系统 决 策辅助子系统 基础数据管理子系统 如图 l 所示 3 1 设备管理子系统 1 各业务图生成模块 设备管理 子系统将按各业务的不同需求 提供不 同的图件 表 1 为对各业务部门图件需 求的分析 包括 了设备管理者和设备使 用者两种角度 2 设备查询模块 该子系统提供 各种简易 直观的查询定位方式 力求 使查询方式多样化 智能化 系统能根 据用户需求对信息进牟 亍 统计和分析 生 成各类 专题 图 供决 策辅助子系统利 用 简易的查询 定位方式有地图导航 按线路 区段或车站名称 按里程 按 技术指标及选取空间范围等多种方式进 行查询 3 2 行车组织子系统 提供与T MI S 系统的数据接 口 可 从它的中心数据库中读出实时的列车动 态信息 机车动态信息 车辆动态信 息 然后和铁路地理信息结合起来 直 观地 反映在全国铁路 电子地图上 使管 理者清楚地 了解列车运行的现状及列车 运行所在地的设备状 况 系统能对新运行 图和一些 紧急情 况下的调度命令进行图形模拟 增加它 们的安全性和可行性 3 3抢险救灾子系统 用户只要输人里程 即可查询到 事故 发生地 线路两旁地 形地貌情 况 线 路设备情 况 线路 图像资料 救援设备 分布情况 并将这些 资料有机地结合起 维普资讯 铁路地理信息系统开发设想 吴伟 等 蹰 琴 溯裔 释一 g 期 J 1 叠 j 鲭 萄平蓝图 各行车设备的丹市段状况 I 曩 薯 壹罾 哇 魑巷营图 垒国 铁路线 路和 车站丹 布情况 段 其运营 信 一 一 息 i 荫 聂 各局铁路线路 车站丹布情况段其运营详 薯 軎蔚羲路运营图 细信息 线路上各种行车设备信息 包括工务设备 线路综台圉 电务设备 牵弓 I 供电设备等 电气化综台图 接触网高 馈电相别 供电范围 供电臂 机务 分布等 机务段 补机所 折返段的丹布段其设备 各局机务 电气化 设备概况图 情况 线 桥 隧的平面分布 线路两旁的地形 线路平面地形图 地貌 线路两旁的文通和村告情况 线路履历图 线路平 纵断面情况 各种线路设备的详 工务 细履历 各工务段 顿工区的管辖嚣域等 站场平面图 各种站场工务设备的分布和履历 一 些重要桥梁 隧道和踌基癌护设备耱竣 重要设备竣工图 工图和示意茼盈 电务综台图 自闭 联锁示意图 区问电务设备的分布 夏历 电务 站场平面图 站场屯务设备的分布 囊厩 电 务设备概况图 全局屯务设备分布 蔓 冀 美 譬 车 辆 车 辆 设 备 概 况 图 各 车 辆 段 列 检 新 Il 莹 静 书 鬣 辩 曾 霹 裁毒 嚣 来 提供给救灾指挥人员 了铁路系统的市场竞争能力 3 4 决策辅助子 系统 该 子系统将充分利用地理信息 系 统空间数据与属性数据无缝相连的优点 及其空间分析能力 为领导和各级铁路 管理者 日常工 作中的决 策提供辅助 支 持 3 5市场营销子系统 系统将全面面 向I n t e r n e t 面向广 大货主和旅客 通过与T MI S 系统的接 口 能在地 图上 向货主显示所运货物列 车或车厢的动态信息 包括始 发地 终 到地 当前位置 所运货物等信息 也 将能通过电子地图在网上发布旅客列车 的时刻表 客车运行情况等信息 还可 利用G I S 系统 的空间分析功能 向旅客 提 供最佳乘车方案 这样 货主和旅客 可 通过覆盖全球的 I n t e r n e t 网络 轻 松 获取 自己所需信息 这也就大大增强 3 6 基础 数据管理子系统 基础数据管理 子系统主要是管理 各种类型 各种 比例尺的图形资料 基 础数据管理子系统从功能角度 可 分 为数据转换模块 图形编辑模块 栅格 处理模块 显示控制模块 拓扑处理模 块 信息查询模块和制 图输出模块等若 干个模块 4 技术先进性分析 4 1 采用关系数据库管理空间数据 当前 GI S技 术发展的最新趋 势是 采用关系数据库或对象关系数据库管理 空闻数据 如E S R 的S DE和 Ar c S DE Or a c l e的 S p a t i a l 构成数据 GI S服务 器 可蹦充分利用RDBMS数据管理的 功能 利用S O L 语言对空间与非空间数 据进行操作 同时可 利用关系数据库 的 海 量 数 据 管 理 事 务 处 理 T r a n s a c t i o n 记录锁定 并发控 制 数据