铁路信号地理信息系统建设

崔蓓，金妮，吴熙

（1.南京市城市规划编制研究中心，江苏南京 210029； 2.武汉铁路局职教基地，湖北武汉 430064；3.武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022）

铁路信号地理信息系统建设

崔蓓1∗，金妮2，吴熙3

（1.南京市城市规划编制研究中心，江苏南京 210029； 2.武汉铁路局职教基地，湖北武汉 430064；3.武汉市测绘研究院，湖北武汉 430022）

基于对铁路信号设备进行综合管理的目的，引入了地理信息系统（GIS），实现对铁路信号设备图形、图表进行统一位置化、可视化的管理，建立了铁路信号设备空间数据库，开发了铁路信号地理信息系统，为实现铁路信号智能化管理奠定了一定的基础。

铁路信号；地理信息系统；信号设备管理

1 前 言

铁路信号系统不仅是列车安全运行的保障，也是提高铁路效率的重要设备，是现代化铁路系统中不可缺少的部分［1］。与其他国家相似，我国铁路信号系统发展大体上经历了地面人工信号、地面自动信号、机车信号、自动停车和超速防护5个阶段［2］。铁路信号每个阶段的发展都与同时期社会技术进步息息相关。现代铁路信号系统集成了计算机、通信、自动控制等先进技术，成为铁路运输生产过程的自动化控制系统［3］。铁路信号系统的信息化带动铁路产业的现代化，是铁路发展的必然趋势。

铁路覆盖了我国的大部分地区，铁路资产分布在狭长的地表，不论是线路、桥梁、道口、隧道本身，还是信号、电力、控制设备等各种设施以及周边环境都对铁路的安全运营显得至关重要。这些设备存在着大量的信息需要管理，这些信息包括数字和文字信息，另外，还存在着大量的空间位置信息，如各站段的地理位置、铁路轨道的敷设情况等，传统的管理系统很难有效地管理带有位置信息的复杂数据，而地理信息系统（GIS）正是管理空间数据的能手，空间信息可以方便地携带其他信息，作为信息的载体。

2 系统建设思路

地理信息系统（简称GIS）是一项以计算机为基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科，是管理和研究空间数据的技术系统，在计算机软硬件支持下，它可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据的有效管理、研究各种空间实体及相互关系［4］。GIS的特性与铁路信号设备的管理，具有很高的结合度。近年来，GIS技术在各领域的广泛应用以及网络技术的飞速发展，服务式GIS（Service GIS）已经成为新一代GIS的发展方向。服务式GIS是一种面向服务软件工程方法的GIS技术体系，它按照一定规范把GIS的全部功能以服务的方式发布出来，可以跨平台、跨网络、跨语言被多种客户端调用，并具备服务聚合能力以继承来自其他服务器发布的GIS服务［5］。针对铁路线路长，应用长的特点，服务式GIS（service GIS）由于具有天然的开放，松耦合的特点，适合铁路信号设备管理的需要。

铁路信号地理信息系统（RSGIS）主要是充分利用GIS技术、图形处理和多媒体技术，在实现对信号设备技术档案、检修计划（计划修、状态修）等日常管理工作的管理智能化的基础上，实现从设备新增（新购、调入）到设备的报废、调出以及在此过程中的出租、封存、启封的动态进行管理并可记录设备全生命周期各个动态数据，下级单位可以通过网络将各类申请上报至上级单位进行审核，实现设备资产全生命周期动态管理［6］。解决目前信号系统内设备信号散乱，关联关系缺失，缺少强大的图形化、形象化的宏观管理手段等问题。

3 系统建设内容与软件实现

3.1 建设内容

铁路信号地理信息系统的建设主要从基础数据建设，专业数据建设，数据综合浏览等方面来进行，体系结构采用较为典型的三层体系结构，如图1所示，包括数据层，服务层和应用层。数据库采用Oracle，服务发布容器采用 WebLogic，基础 GIS平台采用 ESRI的ArcGIS server，基于J2EE体系，实现平台的SOA架构。

∗ 收稿日期:2015—11—24

作者简介:崔蓓（1978—），男，高级工程师，主要从事地理信息系统开发、规划信息化建设和相关行业应用工程研发工作。

图1　铁路信号设备系统架构

主要包括以下几个方面:

（1）基础地理数据建设

在服务式地理信息基础平台的之上，通过地图服务的形式引入卫星影像、航空影像、矢量地图等地图内容，构建铁路信号地理系统的基础地理数据。

（2）信号专业地理数据建设

在铁路信号基础地理数据之上，开展信号专业地理数据建设，一方面通过多种手段推进各类信号设备的地理编码，形成设备与地理位置间的一一对应关系；另一方面对信号专业现有的各类有地图性质的示意图纸开展地理化加工，通过标准地图的方式更好地发挥这些数据信息的作用。

（3）信号设备专业信息维护

通过深入调研信号专业的应用需求，结合各类信号设备专业信息维护的实际情况，推动信号设备专业信息标准模板的建设。需要充分认识信号设备的种类划分，规划好专业信息类型及其表现形式，全面支撑信号设备专业信息的维护与管理工作。

（4）信号设备综合信息浏览

制定统一的信号设备综合信息模板，提供“一台设备一本账”模式下信号设备专业信息的综合浏览，全面、准确、便捷地掌握信号设备的运行情况和总体状态。

3.2 建设重点

铁路信号地理信息系统的建设重点是发挥地理信息系统的技术优势，提供图形化、可视化的信息管理维护手段，从一种全新的角度扩展信息化思路，其建设重点包括以下几个方面:

（1）信号设备地理位置与专业信息确认

通过实地调绘与采集获取的设备地理位置信息是孤立的数据信息，必须通过一系列的技术手段与信号设备本身的专业信息进行关联。确认两者间的关联关系是系统建设的重点内容，通过设备编码、公里标转换、人工干预等多种手段进行过滤和筛选，是完成信号设备地理位置与专业信息确的有效手段。图2中红点展示的是一个设备，对于该设备位置能够同时通过铁路坐标系统和经纬度坐标系统予以表达，充分兼顾到铁路专业的需要。

图2　设备位置表达

（2）信号设备种类型号与信息模板对应

信号设备种类型号繁杂，制定专业信息模板时往往需要整体长远的考虑，特别是设备类型与信息模板之间的对应关系。确认和定制这些对应关系不仅要考虑与各工队、班组实际维护的专业信息保持一致，避免信息采集不完善存在丢失的不利情况；还要对专业信息模型进行反复推敲，在建立关联关系是充分考虑多对多的复杂映射，确保设备类型与信息模板对应关系间既紧密又灵活的特点，为信息采集和维护提供强有力的基础保障。为此开展设备实体建模工作，将设备实体设计为两部分构成，其图形信息通过调绘来完成，设备信息则包括设备履历、养护维修、技术档案、档案资料、鉴定评定等专业信息，如图3所示。

（3）信号专业信息提取与展现

建立了覆盖全部信号设备的专业信息库之后，对信号专业信息进行综合与提取，并根据不同的应用人员、应用级别在地图上展现是铁路信号地理信息系统实际应用的主要场景。信号专业信息提取应根据统一的数据信息模板，对信息进行规范，要特别注意信息本身的分类，根据信息介质、信息用途有效地进行组织；信息展现则要考虑到信息本身的内容和展现的场景，通过深入了解信息项之间的关联关系，形成信息项在内容上的聚合，并通过定制不同的展现形式适应不同应用的需求，如图4所示在地理信息环境下，加入实景，航片等多维度展示方式，综合展示信号设备的综合信息。

图3　设备实体建模

图4　三维实景视图模块界面图

3.3 信息系统的软件实现

开发语言选用Adobe flex，利用ArcGIS提供的API for Flex，可以快速创建和部署自定义WebGIS地图应用，支持数据显示、查询、编辑、打印等，在充分保证浏览速度和效率的前提下，调用发布的地理信息服务，能够有效地管理和应用信号设备设施。

系统的功能设计采用UML语言进行建模，将系统的功能与用户实际对应的各项需求进行了有效的整合和落实。主要功能包括是设备履历、设备技术档案管理、设备动态管理、设备检修管理、设备鉴评管理、档案资料管理、设备综合浏览、统计分析、系统维护，这些功能都能进行三维视图、平面视图、航拍视图、卫片视图和三维实景视图的切换，极大地提升了可视化管理水平。图5显示的是系统构建的主要运行界面。

系统的主要功能包括:

（1）设备统一位置化管理:利用GIS的强大管理能力，对综合设备图形、图表进行，使图形和图表始终融合并与具体位置进行挂接。

（2）图簿统一:管理工作中的专业图形与设备履历簿充分结合，履历簿中的各种技术数据随时可以在地图中直观体现、立体调用，使设备管理人员使用时得心应手、方便快捷，达到房屋、设备和履历簿的统一。

图5　铁路信号设备运行界面

（3）多媒体资料的结合:系统对文字数据和图片、影像、图纸等进行综合，使设备管理等有关人员可以直观地直接掌握，并传递相关设备的技术信息。

（4）多维度综合展示功能:通过GIS，展示平面图和各种传导图，可以全面、直接掌握房屋、设备、线路、线路等相关技术资料和图片、录像资料。为内部资产的优化管理和设备维护、检修提供服务；对各种可能发生的事故进行预警和为事故处理提供决策支持；便于各级管理人员实时了解主要设施的当前状态；为生产力布局调整、生产能力增强（扩建）、能力查定提供技术支撑。

4 系统运行效果与展望

4.1 系统运行效果

目前，该系统提出的一套完整的铁路专业设备信息模板，在朔黄地方铁路得到了实际应用，系统总体运行良好，状态稳定，从实际应用来看，主要在以下方面有突破。

（1）图形化的设备浏览手段

铁路信息地理信息系统以地理信息为基础展示铁路信息专业信息，它为信号专业设备提供了图形化的浏览手段。它根据信号专业内区段、工队以及班组等地理分布设置直接在地图上浏览对应管界范围内的信号设备，大大提高了传统的查询检索方式存在的效率与准确度等问题，做到设备信息直接查看、直接浏览，促使设备浏览手段更快捷、更直观、更有效。

（2）全面统一的设备信息库

全面统一的信号设备专业信息库是各类信息专业系统运行所不可缺少的基础，铁路信号地理信息系统通过对信号设备进行地理位置编码，将初步建成信号设备信息库，并按照设备数据模型的构想，通过定制专业信息模板逐步丰富完善设备信息库。全面统一的信号设备信息库将为各类信号专业系统提供充分的数据信息支撑、对行车指挥、综合调度、设备维护等提供强大的信息化支撑；同时，它还将构建信号系统与铁路其他系统交互的基础，通过开放接口与公共协议为其他专业应用提供数据支持。

（3）及时准确的设备维护技术

传统的信号设备维护技术依赖具体管理以及纸质材料，记录设备维护活动的具体内容；普通的设备管理系统通过计算机技术将纸质材料变成电子媒介；但以上都面临设备维护慢，信息准确度不高的问题。铁路信号地理信息系统通过对具体信号设备进行跟踪监控，不仅能够促使设备维护及时进行，提高设备专业信息的更新速度；而且还能够确保信息内容落实到具体设备、具体责任人，大大提高了信息的准确程度。

4.2 系统展望

铁路信号地理信息系统为铁路设备管理维护提供了一种新的技术手段和借鉴模式。通过引入地理信息技术，对铁路设备进行地理位置编码，然后制定标准的专业信息模板，建立完备的设备信息库。通过掌握详细致的设备信息，为科学合理地开展设备管理维护工作提供数据基础，特别是设备检修，通过信息检索与浏览能够直观地在地图上获取设备检修信息，并依此开展相关工作，能大大提高工作效率、节省检修成本，减轻人员负担。同时，地理信息技术的引入，也使得原本分散、独立的设备分布、专业信息等内容能够有效地关联到一起，形成具备专业特色的专业地图，为更高级、更深入的专业应用提供技术基础，在国铁、航运等基于线性分布的组织机构的信息化具备良好的应用前景和推广意义。

5 结 论

铁路信号地理信息系统建设以铁路信号专业为主，通过引入地理信息技术建立信号专业设备信息库，并在此基础上，贴近信号专业的实际需求，促进了信号专业设备管理维护的技术水平，对铁路各行业内地理信息技术起到了良好示范作用。

［1］姚丽娟.我国铁路信号系统的现状和发展［J］.铁道通信信号，2003（4）：27.

［2］郭进，覃燕.铁路信号基础［M］.北京：中国铁道出版社，2010.

［3］刘大为，郭进，王小敏等.智能铁路信号系统展望［J］.中国铁路，2013（12）：25.

［4］曹瑜，胡光道.地理信息系统在国内外应用现状［J］.中国测绘，2003（2）：32.

［5］朱江，宋官福，钟耳顺等.基于Web Service和.NET技术的新一代 WEBGIS研究与开发［J］.地理信息世界，2004，2（2）：17～20.

［6］杨磊.铁路数字通信传输网络优化浅谈［J］.铁道通信信号，2014（4）：87～89.

Railway Signal Geographic Information System Construction

Cuibei1，Jinni2，Wuxi3
（1.Nanjing Urban Planning Research Center，Nanjing 210029，China；2.Wuhan Railway Bureau of Vocational Education Base，Wuhan 430064，China；3.Wuhan Geomatic Institute，Wuhan 430022，China）

In order to achieve the purpose of comprehensive management of railway signal equipment，this article realized the railway signal equipment graphs，charts，unified position，visual management，established spatial database of signal equipment，developed of railway signalling geographical information system by using the geographic information system （GIS），This article lays a foundation for the realization of the railway signal intelligent management.

railway signal；geographic information system；signal equipment management

1672-8262（2016）02-35-05中图分类号：P208.2

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