搞好总体设计_全面推进铁路地理信息系统建设.pdf

铁路地理信息系统专集 搞好总体设计 全面推进铁路地理信息系统建设 贾利民乌仔伦 铁路地理信息系统总体设计的背景和目标 近年来 地理信息 系统 全球卫星定位系 统 遥感 等技术的发 展 日渐成熟和普 及 随着虚 拟现实 高分辨率遥感 分布式数据库 网络技术 数据仓库 多媒体技术 海量数据处理及 宽带通信等技术的突飞猛进 为技术的广泛应用展 示了更加光明的前景 数字地球观念的深人与普及 许 多行业与地域已开始大规模的空 间信息基础设施建设 建立基于空间数据的共享平 台 如数字城市 数字 国 土 数字北京 福建和海南等 铁路是我国经济的重要基础设施 是 国民经济的大动 脉 采用信息技术改造传统产业 提高铁路行业的市场 竞争能力 是铁路提前扭亏为盈 迎接 世纪新挑战的重要 手段 为此 多年来 铁路已投资数十亿元 建立了以客票 系统 及高速通信网为代 表的许多运营管理 调度指挥和安全监控系统 发挥 了重大 作用 铁路行业的部分路局与部门也已着手建立一些专 项应用系统并初见成效 但是 由于各系统之间相互 孤立 缺乏 空 间信息与共享平 台机制 不便于直观表 达 综合利用与快速反 应 因此 为适应铁路 十五 信息规划发展的形势需要 建设覆盖全路范围的铁路信息 可视化共享平台 为各级领导和广大用户提供更加直观而 丰富的信息 开展铁路地理信息系统为行文简洁 暂取 名为总体设计 已刻不容缓 该系统设计的基本目标是建立全国铁路系统的基础 图库 即制定统一的标准 统一的规范来管理与铁路工 程和运营管理有关的各种 电子地图 还要建立数据采 集 综合管理 信息查询 选播发布与系列制图的规 范 和原型系统 长远目标是按照 数据地球 理念 从建设 数字铁路 信息基础设施的高度 设计铁路 系统的空间数据仓库 元数据标准 数据共享体制 应 用开发平台和应用 系统的示范工程原型 铁路地理信息系统总体设计的主要任务 研究建立基于元数据技术的全 国铁路地理信 息共享与管理系统平台的总体设计方案 研究大尺度多维动态空间信息数据库的数据 模型与增量存储 制定铁路相关多源 异构 海量分 布式空间数据标准规范 规划全国铁路电子地图 研究高 效空间运算与智能化空间检索技术 建立基于空间数据 仓库技术的铁路概况基础图库 包括基础铁路地图 专项 地图 遥感影像 航拍图片及视频图像等的数字化采集 标准 规 范和人库方式等 研究基于 网络环境的分布式存储处理与分发 及核心要素的自动提取与更新等技术建立覆盖全国的各 级部 一 路局 一 分局 一 站场段铁路基础地理信息采集 获取 处理储存 分发应用含视频选播 更新维 护体系与管理制度 研究异构空间数据互操作技术 多源空间数据 技术及空间数据中间件技术等 提出与 巧及客票系统 铁路通信网等的整合方案 研究建立符合总体设计标准规范的 应用试点工 程 建设面向铁路运营管理的多级多种应用服 务 系统 建设面向铁路新线建设规划 勘测设计的 应用 服 务 系统 提出全 面开展建设的实施建议 贾利民铁道部科学院电子所研究员 博士生导师北京市 邹伦 北京大学城市环境系 教授 博士生导师北京市 总体设计的说明 针对铁路交通 明显 的地域特征和复杂 的行业需求 融合数字地球框架与技术 面 向铁路行业的实际情况 采用数字地球的总体框架 将原来条块分割的信息按照 空间位置统一整合管理 提供更直观 高效的查询与表 达 在铁道部 门内网和广域网络支持下建立融合运营管理 自动化的分布式铁路地理信息系统 利用此系统 铁道 部和有关管理机构 如运输 计划 电务 工 务 基 建等可基于空间进行铁路资源查询 政务办公 信息 翻协 铁路地理信息系统专集 管理 综合分析 应急指挥及辅助决策等项工作 并 且 提供多层操作界面以满足不同层次管理者甚至用户 的需求 铁路地理信息系统的发展将使铁路运营管理的 水平提高到一个崭新层面 需求分析概要 数据概况需求分析 全国铁路的信息量极为庞大而且分散 铁路线路总 延长公里 目前全路有个路局 多个分 局 管理着个车站 个车务段 个客运段 个机务段 个车辆段 个工务段 个电 务段 个集装箱办理站 用地总量达 公 顷 机车拥有量台 客车拥有量辆 货 车拥有量 辆 集装箱保有量万箱 数据的产生 传输 汇总 分发与应用是典型的 多层次复杂体系 同时还需要大量的下垫面与社会经济 基 础信息 主要特点海量空间与非空 间数据种类繁多静 态数据 与 动 态数据相结合多尺度 多源异构多 空间分布 层次体系复杂关联 系统功能需求分析 基础基本功能 海量数据管理与元数据管理的需求 信息多维可视化的需求 铁路设施管理的需求 物流与客流监控的需求 运输安全与决策支持方面的需求 铁路商务方面的需求 规划与设计方面的需求 减灾防灾与应急指挥方面的需求 安全性需求分析 该系统的安全机制包括硬件安全 软件安全和信息 安全方面 要结合目前先进成熟的安全技术提出综合解 决方案 总体设计的指导思想 系统设计原则 开放性与规范性相结合 成熟性 先进性与经济性相结合 系统高度集成并具可扩展性 总体目标 整合铁路空间信息资源 进行统一管理和提供广泛 的服务 为铁路科技创新和铁路运输安全提供一个强大 的信息基础设施 规范作业方法 标准化数据 构建 数据仓库与共享平台机制 有效地存储管理 与分发图 形 图像和音像等海量数据 实现多层次信息资源共 享方便直观地提供空间信息可视化和非空间数据的空 间化表达 快速查询和检索社会经济 铁路资源及铁路 沿线设施与环境状况等 支持 的结合 保障 铁路运输安全利用决策支持系统和智能化专家系统 提供辅助决策工具 科学地进行规划 设计 防灾减 灾及应急处理工作 更好地提高铁路服务质量 效率 与 水平 总体架构 技术路线与关键技术 总体结构与技术路线 在已有先进成熟的技术基础上 参 考借鉴新一代 的设计思想与理念 系统方案的总体结构是将以基 于元数据的信息共享体制为核心 上连各种数据库或数 据仓库 下连各类应用 系统 在数据需求与数据流分析的基础上 规划建立面向 全路 路局 分局 段 站场等多层次多尺度多应用 的铁路电子地图与相关数据标准体系 各种数字地图和 图像纳人空间数据仓库来管理 空间数据仓库与铁路现 有的各种系统通过信息共享体制来交换数据和实现 互操作 设计上强调数据的维护 更新 安全 海量 基础数据统一维护 专业 地方数据分别落地 及 时更新 制度保证 数据可供应性支持多平 台 各种应用系统的界定将充分考查铁路管理与业务体 系进行确定 应用服务系统的采用与结构结合的 方式 采用面向铁路特征对象的数据模型 这些 对象 是构建的基本要素 且其基本属性相 同 数量众多 只是地域位置不同 规模不同 采用组件 化的软件技术 便于以标准模块嵌入其他铁路应用 信息系统 赋予它们以可视化功能 让 技术专家从殿堂进人普通员工和寻常百姓的桌面上 采 用分布式组织结构和技术 使应用系统的开发 具有伸缩性 开放性 系列化 和标准规范化的特征 翻脚 铁路地理信息系统专集 系统逻辑结构 即 铁路专用图 铁进郎 路局 分局和 各工程 局沪 遥感数据 峡路 设计和侧 绘怒 运运营状杏实时数据据 已有各类心和月 它来薄 专 用数据采集 系统和标准化 机制 专用图像处理 系统和标准化 机制 备干空闭数据仓库技禾的铁路落础图库 元数据管理与空间数据共牢平台 宙窗宙灿鼠奋 图铁路地理信息系统逻辑结构示意图 系统物理结构 系统是建立在铁道部现有数据管理体制和数据通信 网络之上的 但仍需要扩建或整合 形成部数据管理中 心和各路局 分局数据集散节点的分布式体系 这种数 据分布式管理的纽带是基于元数据的信息共享平台 利 用这个信息共享机制 路内和路外单位都可以是数据或 信息的消费者和提供者 都可以充分利用整个系统内的 数据来建立自己的应用 系统 见 图 基于元数据的空 间数据共享平 台 元数据是用来描述数据的数据 基于元数据的信息 共享体制的核心是元数据服务器 它管理着共享体系内 所有数据的描述信息和位置状态信息 分布于网络内的 各个数据采集和存储节点要加载元数据管理软件 通过 元数据管理软件可以查询和下载共享体制内的数据 这 些数据可以是异构 的该软件还管理着本地 的数据目 录 使元数据服务器维护的元数据与每一节点内数据的 变更保持同步 见图 关键技术 数字地球与数字铁路元数据管理空间数据共享 平 台空 间数据仓库异构环境管理复杂数据对象 无级比例尺空 间数据模型 方案的先进性 创新性 可行性 先进性与创新性 依据 数字地球 的思想 建设铁路地理信息 系统是铁路自身提高市场竞争力 加强管理 提高运营 效率的需要 也是实现 数字铁路 与铁路可持续发 展 的重要 基础 面向铁路实际需求 结合元数据 数据仓库 海 量数据存储等技术进展和新一代设计思想 为铁路 部门提供基于空间的海量信息融合共享平台 实现多维可视化与直观表达 便于铁道部的总体 调度 运营管理 规划建设 灾 害防治和应急事件的 处理等 以和相结合的方式实现信息前端采集动态 更新与包括路内外乃至用户 的广域共享 技术方面的可行性 技术的发展已经为人类获取 管理和应用海量 的空间数据提供了可能 计算技术的发展和计算机应用的普及为人们处理海 量 的空间数据提供了可能 计算机图形技术特别是虚拟现实技术的发展为人类 生产生活的方方面面的虚拟表示乃至整个星球的虚拟表 示提供了可能 计算机和通信网络的发展为人类通过网络共享空间 数据和开发应用提供了可能 我国铁路部门已经积累了大量基础的数据 通信 网络的发展也已经具备了相当的规模 遥感与以技术 已经在各级职能部门得到深入认识并开展应用 建设数 字铁路的时机已趋成熟 管理制度方面的可行性 目前 铁路各部门业务管理所涉及的业务管理模型 已比较成熟和趋于完善 大多数业务管理模型的计算机 管理已经普遍 流行 这就为铁路地理信息系统管理和维 护具备了良好的基础 系统的设计开发 将按照软件工 程规范进行管理 借鉴等质量标准体系 始终把 最终用户放在软件产品供应优化和质量控制的中心 最 大限度提高性能 降低成本 以适合全国铁路部门的管 理要求 政策面与国家导向 国务院已明确要求各政府部门进行 只网一库 信 息化建设 铁道部领导在全路信息工作会议上也明确提 出了铁路信息化是 十五 规划的重点项目 其中包 含铁路信息共享平 台体系设计与建设工程以铁路地理 信息系统为基础等个工程 部领导对系统建设实行 统一领导 统一规划 统一标准三统一原则 严格贯 彻执行国家制定的有关信息管理和计算机应用的方针政 策 严格贯彻信息技术的标准 规范以及发展规划 这 就为铁路地理信息系统的实现打下了坚实的基础 口 铁路地理信息系统专集 铁路地理信息系统的总体构想 张金强谷叶民 摘要随着地理信息技术的不断发展 地理信息技术的应用领域在不断扩宽铁路地理信息系统 引 被提到了议事议程如何组建是我们首先必须回答的题 阐述了铁路信息的分类 根据铁路信息的分类 情况提出了应当与铁路信息相结合的总体构想以及开发时应当注意的几个主要题 关健词空间数据库 电子地图 引言 地理信息系统是与计算机科学 地理 遥 感 测绘 城市规划 土地管理和市政建设等诸多学 科和产业部门相融合的边缘技术 技术在 国防 城 市规划 交通运输 环境监测和保护等与国民经济乃至 国家命脉相关的重要领域的成功应用 极大地推动了社 会生产力 的发展 我 国铁路目前也在致力发展 可视化 运输 充 分利用技术是实现铁路运输 可视化 的一条很好 途径 随着年系统建设的正式启动 我 国铁 路在技术应用方面得到了快速的发展 已经建成或正 张金强柳州铁路局务处工程师柳州市 谷叶民柳州铁路局务处高级工程师柳州市 在建设的大型计算机应用 系统主要有包括确报 货 票 编组站 货运营销及生产管理 车辆管理 铁道 部调度 集装箱追踪 大节点货车追踪八大子系统的铁 路运输管理信息 系统 铁路客票发售和预订 系统 铁路运行指挥调度系统 全路系 统 运营保障系统 车号识别系统 计 划 财务 机务 电务等管理系统 以及铁路公安 医院 物资材料 机车车辆制造等非主业部门建设的信 息系统 在网络建设方面 铁路已有万多公里的光缆 和包括分组交换帧 中继 在 内的数据通信网 包括数字微波 时分多址卫星通信和卫星数据网 的无线移动通信网 另外包括部机关局域网 各铁路局 机关局域网 各铁路分局机关局域网 其它各路属计算 机局域网和各车站计算机局域网的铁路互联网也正在建 系统的技术 经济 效益分析 据专家估计 系统的市场规模在亿元左右 将用年左右的时间基本建成 届时作为数字铁路智能运 输系统的基本构架 系统将成为铁路各大 信息系统的可视化共享基础平 台 从而将彻底改变现有 铁路信息系统 只见数目树木 不见森林全局 见 数不见物的尴尬现象 尤其在保证铁路运输安全 防灾 减灾 抢险救援及突发事故处理等方面 系统更可 以发挥其可视化 多媒体信息平台的独特优势 再如 在 数字铁路时代 通过以平台追踪列车 将是可视化实景追踪 实现 千里铁路尽收眼底 图定 列车一览无余 将给全路运营管理 安全监测 线 路 机车 车辆及电务设备的维护 抢险救援 运输指挥 市场营销 客票系统以及