客运专线基础数据管理信息系统研究

仲莹萤

（西南交通大学 交通运输学院，四川 成都 610031）

目前我国客运专线正处于大规模建设时期，其规划、设计和建设采用了先进的电子化设计方式，在技术标准和档案电子化存储等方面与以往铁路建设项目相比有显著提高。随着客运专线建设项目的陆续竣工和开通运营，将有大量建设过程中的电子格式数据移交到运营管理部门，包括初步设计图、施工图、变更设计图、竣工图和工程质量验收数据等，这些数据将成为客运专线运营管理的重要基础数据。加强这些电子格式基础数据的系统化管理，将为客运专线的运营管理工作提供准确、快速、高效、良好的技术支持和服务，已成为客运专线竣工验收后运营管理部门面临的一项重要工作。根据客运专线基础数据的特点，通过运用包括作为 RGIS 数据目录、描述RGIS 数据集内容、数据质量和历史信息，以及提升 RGIS 数据的可读性，在探讨 RGIS 元数据具体构成内容的基础上，重点研究客运专线基础数据管理信息系统的开发和基础数据的整合问题。

1 客运专线基础数据内容

在客运专线基础数据中，一部分以图形方式存在(如设计图纸)，数据多为CAD格式；一部分以电子表格形式存在(如检验批数据)，数据多为 Word 或 Excel 格式，这些数据具有鲜明的空间特征。因此，基于地理信息系统技术和数据仓库技术构建客运专线基础数据管理信息系统，对上述数据进行分类、编码、构建元数据库，开发客运专线地理信息发布与查询系统，实现基础数据的有机整合，为客运专线的运营管理提供优质服务。

1.1 客运专线基础数据构成

（1）基础地理信息数据：1∶400万、1∶25万、1∶10000、1∶2000等不同比例尺的基础地图、航拍和遥感影像数据等。

（2）设备基础数据：工务、信号、牵引供电、动车等专业设备的基本属性数据。

（3）设计图数据：运输组织、地质、线路、轨道、路基、桥涵、隧道、站场、电气化、机务、车辆、动车组运用维修设备、给水、排水、通信、信号、综合调度及信息化、防灾安全监控、电力、综合维修、房屋建筑、环境保护与水土保持等24个专业的初步设计图、施工图、变更设计图和竣工图等。

（4）施工过程中产生的数据：合同、技术交底、试验报告、检验批、日常检查等数据。

（5）照片录像数据：主要包括车站和设备照片、线路录像等。

1.2 客运专线基础数据分类

（1）基础空间信息：矢量数据信息和正射影像数据。

（2）施工数据：投资数据、进度数据、质量数据和安全数据。

（3）设计图数据：初步设计数据、施工图设计数据、变更设计数据和竣工图数据。

（4）照片录像数据：设备照片数据和设备录像数据。

（5）设备基础数据：固定设备基础数据和移动设备基础数据。

数据分类可以进行扩展，最后细分到数据集，形成客运专线的空间数据树。数据编码可以根据数据分类树进行设计，对每个类别都按树型结构给出编码。

2 系统数据库设计

2.1 空间数据库设计

空间数据是地理信息系统(GIS)的基石，在一定坐标下，以特定拓扑结构描述物理位置、相关位置和逻辑关系[1]。系统使用卫星定位系统(GPS)技术采集基点坐标位置，作为电子地图转换基点，将专用数据按一定的拓扑关系输入计算机中形成矢量化地图。这种按设备位置的 GIS 平台更符合台区管理信息系统的要求。空间数据采用分层输入和存储，每层存放不同空间实体。属性数据描述空间数据特征，不同图层的空间实体对应不同属性数据，属性数据和具体空间对象相关联。

（1）基础空间数据库设计。基础空间数据主要用于系统导航，由不同比例尺的管界图组成。管界图一般包括基础地理信息图层和铁路图层。基础地理信息图层主要包括行政区划、水系、公路交通、土地覆盖、高程等矢量图层，以及航拍和遥感影像等栅格图层作为背景图；铁路图层主要包括线路、车站、桥梁、隧道、涵渠、立交设施、区间信号设备、牵引变电所/分区所/开闭所、管界等图层信息。

（2）设计图数据存储设计。设计图数据可按专业类别进行管理，按树型目录存放，以便于数据维护。数据文件可按“设计类别汉语拼音缩写＋专业类别编号＋线路编号＋里程＋顺序号”的规则进行命名。例如，某个桥梁的施工图：SG_04_DK333＋455_001。

（3）设备照片数据存储设计。设备照片主要包括车站、道岔、桥梁、隧道、涵渠等设备的照片，可按设备类别进行管理，按树型目录存放，以便于数据维护。数据文件可按“设备类别汉语拼音缩写＋线路编号＋里程(或设备编号)＋顺序号”的规则进行命名。例如，某个涵渠的照片文件：HQ_3401_DK333＋123_002。

（4）线路录像数据存储设计。线路录像数据库主要包含录像文件和索引数据库两部分内容。其中，录像文件数据格式通常选用流媒体WMV格式，采用 Windows Media 编解码器；索引数据库主要由录像文件索引和录像里程索引构成。其中，录像文件索引主要保存录像文件的文件名、线名、线编号、行别、起点里程、终点里程、起点车站、终点车站和采集日期等基本信息；录像里程索引主要包含文件名、线名、线编号、行别、里程和帧位等信息，以保证录像可以按里程进行定位播放。

2.2 属性数据库设计

客运专线属性数据涉及工务、信号、牵引供电、车务、车辆等专业，数据量较大，具有多源性和异构性的特点，可采用数据仓库技术进行管理[2]。数据仓库作为一种面向主题的、集成的、随时间不断变化的(不同时间的)、稳定的数据集合，能够针对客运专线基础数据的特点，有效地管理海量数据，实现数据的集成并面向主题对数据进行组织和管理。

利用数据仓库技术构建客运专线属性数据库，可以为系统提供单一的、集中的、丰富的数据源，改善系统响应时间，增强数据的完整性和安全性。同时，数据仓库为客运专线基础数据管理信息系统提供数据抽取、数据净化、数据查询、数据组织、数据分析等方面的服务，提高数据查询、分析的效率。在数据仓库中，数据类型丰富、容量大、保存时间长，可为客运专线的运营管理提供充足的决策支持信息。

2.3 元数据库设计

基础数据的检索查询需要构建元数据库。元数据是客运专线 GIS 的重要组成部分，是系统实现信息共享与数据互操作的基础。在地理空间信息中元数据用于描述地理数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理方式和数据集的其他特征，是实现地理空间信息共享的核心标准之一。

客运专线的空间元数据主要包括数据目录信息、数据集内容信息、数据质量信息、数据历史记录信息和数据可读性信息5个部分。重点是数据目录信息，主要反映数据集的名称、范围(特别是里程范围)、分辨率、比例尺、坐标系、存储地址、存储格式、专题分类等重要信息，以方便数据的分类检索和关键字检索。

3 系统结构设计

3.1 系统结构组成

系统采用B/S结构，服务器的程序设计可分为数据目录服务和基础数据服务两个层次。

数据目录服务主要包括导航图服务、数据目录检索服务和关键字检索服务。基础数据服务主要根据涉及的数据类型，分别建立不同的基础数据服务，主要包括地图数据服务、设计图文件数据服务、照片文件数据服务、流媒体数据服务和数据表格服务。其中，地图数据服务采用 Web 地图服务(WMS)，主要实现“瘦客户端”方式的地图服务，即针对用户请求，以图片方式返回地图操作结果，在浏览器中进行浏览，建立WEB_GIS应用；流媒体数据服务主要实现线路录像等视频信息的访问服务功能，可选用Windows Media Services。系统的层次结构如图1所示。

3.2 系统开发的关键技术

采用可视化开发工具Visual Studio.Net作为开发平台和 Oracle11g 数据库系统。在开发过程中利用ActiveX 控件 MapX 的先进组件 COM(Component Object Model)技术，将复杂任务分解，对专业内容封装，有效地提高了应用系统的开发效率，实现了各功能单元之间的高效无缝集成，使以往同类管理软件封闭、复杂、难以维护的状况得到改变。

程序设计使用面向对象技术，统一管理空间数据和属性数据，将现实世界的实体抽象为对象，为描述复杂的空间信息提供了一个直观、结构清晰、组织有序的方法。

图1 客运专线基础数据管理信息系统层次结构示意图

数据库的客户端访问使用ADO(Microsoft ActiveXData Objects)，作为应用程序层接口比ODBC、DAO更加简单灵活，使用网络流量少，前端和数据源之间层数少，大大提高了系统实际访问效果。

4 系统主要功能和特点

4.1 系统主要功能

系统主要实现基于GIS的客运专线基础信息的检索与查询服务，为客运专线的运营管理提供决策支持基础。

（1）导航检索功能：管界图查询功能、基于元数据的数据分类检索和关键字检索功能。

（2）数据查询功能：专题图浏览功能、设计图浏览功能、设备照片浏览功能、线路录像点播功能和属性数据综合查询功能。

4.2 系统主要特点

（1）系统采用 GIS 界面和C/S方式，客户端和服务器端数据分布合理，满足数据编辑、录入和各种分析的需要。

（2）数据库设计合理，采用高效灵活的数据检索方式，线路图维护方便，模块化设计并建立完善的代码体系结构，通过改变代码完成业务变化。

（3）具有界面美观、设置灵活、容错性好、工作量小的特点。

（4）导航检索功能方便实用，人机交互界面友好，功能完善，运行稳定。

4.3 系统实现的意义

（1）建立统一的管界电子地图。针对工务、信号、牵引供电等不同专业按照统一坐标系，建立不同专业图层，形成一幅完整的管界图，对于不同专业和部门在运用、管理、维护客运专线设备方面提供了一个有机的平台。

（2）建立统一的站场平面图。由于车站设备分属车、机、工、电、辆各个业务部门管理，根据各部门对车站设备的关心程度对车站设备进行分类，对车、机、工、电、辆各个业务部门的设备分别用不同的图层表示，形成统一的站场平面图空间数据标准，方便管理和维护部门人员的查询，充分达到数据共享，节省查询时间，提高工作效率，为客运专线的发展提供技术支持和保障。

（3）建立统一的线路设备综合图。统一的线路设备综合图是以里程为坐标轴的一维线路设备空间布局图，整合了线路不同公里段上的坡度、曲线、钢轨、轨枕、路基、道床、桥梁、隧道、涵渠、道口、立交设施、车站、工区、管界、大修、中修等工务信息，信号机、线缆、线杆等通信信号设备，以及接触网牵引供电设备的空间布局信息和有关概要信息，对客运专线的综合维修提供有力的资料保障。

（4）以设备为中心、以里程为纽带进行数据整合。设备编号和里程坐标是客运专线基础数据元数据中的重要属性，以其作为关键字进行检索，将基础地图、专题图、设计图、照片、录像和设备属性数据连接起来，可以实现综合图与线路录像的联动查询，使各方面信息综合化，为故障查询、事故处理、综合维修提供快速、准确、全面的信息支持，提高工作效率和增强运营维护的安全性。

5 结束语

在讨论构建客运专线基础数据管理信息系统相关问题的基础上，对客运专线基础数据的内容体系、数据库设计与存储管理、元数据库设计、系统结构设计、系统功能和数据整合方法等，提出利用GIS 和数据仓库技术构建基础数据管理系统的研究思路。客运专线基础数据管理信息系统能够实现客运专线基础数据的整合、管理和导航检索，为客运专线的运营管理提供数据共享服务。

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[1]吴信才. 地理信息系统设计与实现[M]. 北京：电子工业出版社，2002.

[2]W.H.Inmon. Building the Data Warehouse(Third Edition)[M]. John Wiley & Sons，2002.