铁路网管理信息平台规划研究*

于 剑 ，梁 栋 ，刘昕宇

（1、3 中国铁路经济规划研究院有限公司 助理研究员，北京100038；2 中国铁路经济规划研究院有限公司 研究员，北京100038）

0 引言

铁路是复杂的网络系统，截至2019 年底，我国铁路营业里程已达13.9 万km， 其中高速铁路3.5万km，铁路线路和车站等基础设施数据、运输和统计等运营管理数据的数据类型和数据量十分庞大。然而目前在铁路管理、研究、设计单位中，对这类数据的管理和分析仍大多以文字、表格为主，直观性差，效率不高，数据价值未能充分发挥。

铁路网管理信息平台，是指基于铁路行业海量数据，以铁路设施设备地理位置图示化、数据可视化、查询便捷化、分析自动化为目标开发的管理信息平台，平台能充分整合地理与业务数据，为管理和科研人员提供信息化作业工具，大大提高工作质量及效率，意义重大。

根据不同业务需求，平台功能有所差别，目前相关研究和开发工作大多集中于勘察设计阶段的选线[1-3]、建设中与BIM 技术的结合运用[4]、运营中的应急救援[5]等内容。 面向不同业务内容和用户，铁路网管理信息平台可有不同的开发方向，但在研发中会面临部分共同问题，本文拟结合笔者在平台开发中的经验和遇到的问题，对系统顶层规划和部分关键问题进行研究，以对类似平台建设提供参考。

1 平台总体构成

铁路网管理信息平台的基本功能是以地图形式储存、维护和展示铁路设施设备位置、属性和其他各类数据，并能完成位置相关运算分析，使用户得以快速浏览、提取、分析相关业务数据，提升工作效果。 一个完整的铁路网管理信息平台主要由技术平台、 数据内容和系统功能3 个部分构成， 如图1所示。

图1 铁路网管理信息平台主要构成

技术平台是系统开发的基础，选择良好的技术开发平台，可为开发者和用户提供可靠的图示技术和分析技术。 图示技术可满足点线面要素绘制、图层、符号、标注等的显示管理控制，实现美观和灵活的铁路网络图示；分析技术可实现空间、路径、三维等地理分析，经过与业务相结合的二次开发，可满足各类业务功能需求。

数据是系统功能的基础，是展示和分析的主要对象，有数据组织和数据内容两个层次。 数据组织确定路网数据的颗粒度和逻辑结构，决定了数据的上层架构；数据内容包括地理数据和业务数据两个方面，其中，地理数据是指位置、形状等地理相关的数据，业务数据是指与铁路规划、设计、管理等具体业务相关的数据，如客货运量、列车对数等。 根据业务需求的不同， 铁路网管理信息平台可纳入铁路、综合交通、经济社会发展、地形地貌等多方面的数据。

功能方面，本文所指铁路网管理信息平台是一个广义概念，以铁路网络或相关基础设施设备为主要对象，以管理、展示、分析相关数据为主要目标，基于地理信息平台开发的软件系统即可。 常见的开发方向有铁路线网规划、设计选线、建设管理、运营管理、应急救援等。

2 技术平台选择

铁路网管理信息平台的数据组织和功能开发均须基于地图平台进行，以满足复杂的图示和空间分析需求，因此选取合理的技术平台是首要技术问题。 目前典型的技术平台有地理信息系统（GIS）、计算机辅助制图（CAD）等，两者存在一定相似性，如都能高效显示图形和属性数据，区别是前者更加注重要素实际地理位置显示、属性查询分析、空间运算等功能，数据更多来源于测绘而非人工创建。 考虑到平台有较多空间和属性运算，采用地理信息技术平台更加合理。 常见的地理信息系统有国外的ArcGIS、MapInfo、MapGuide 等 ， 以 及 国 内 的 SuperMap、MapGIS 等，选择稳定、安全、高效、完善的GIS 平台对于系统开发至关重要。

3 数据组织

路网数据的组织方法决定了数据的颗粒度、逻辑结构和维护便捷程度，构建铁路网管理信息平台应根据具体需求细致考量路网数据组织方法。

3.1 路网展示形式

按照是否以铁路精确的地理坐标展示路网，路网的展示形式可分为地理图、拓扑图、虚拟图三种：

1） 地理图是指所有线路、车站等基础设施都按实际的地理位置在GIS 系统中定位和展示，是最常见的地图展示形式，便于用户查看铁路与其他数据的相对位置关系，是空间分析的基础。

2） 拓扑图是为清晰展现铁路点、线拓扑连接关系，在保持相对位置关系的基础上，对路网进行的简化，通常尽量保证车站点按照实际位置或等间距显示，并将区间拉直，便于展示线路接入点。

3） 虚拟图是指为实现运量分配等研究目的，在拓扑图的基础上，进一步将路网有多条线路经过的节点或区段抽象出虚拟节点、弧段，方便路径运算和其他相关研究的路网拓扑手段。

三种路网展示形式（如图2）分别对应不同研究目的，并无优劣之分，完善的平台应至少支持地理图，也可同时支持多种路网展现形式，本文开发的平台以地理图为路网展示形式。

图2 路网展示形式示意图

3.2 路网组织形式

车站方面，我国铁路车站有近万个，每个车站又由多条股道、站房、配套设施、货场等组成，平台建设时需确定以何种颗粒度对车站进行数据组织和展示，细节越丰富，路网数据量越大，显示和处理速度越慢。 一般而言，铁路网管理信息平台更加注重网络级别的把控， 展示车站细节的必要性不大，可将车站抽象为一个点要素进行管理，同时赋予其相应的属性数据，如股道数、作业量等，并配以车站平面示意图即可满足一般需求。 但若用户特别关注铁路枢纽和站场详情，甚至要实现站场股道级别的运输径路分析，则有必要将车站点细化为各条股道线或通过外接CAD 的形式完成车站细节的组织管理。

线路方面，最小单位是相邻两车站间的铁路区间，由于区间数量众多，大量相邻区间属性类似，为便于管理，实际工作中较常使用的是由相邻区间合并成的各类区段，如统计区段、调度区段等，部分情况下也关注整条线路。 由于各类区段的划分方法不一致，起终点不尽相同，若以某类区段为最小单位组织数据，在导入其他类区段的属性数据时可能出现跨区段无法导入的问题，因此路网应按照站间区间组织，便于整合不同数据源。 若区段或整线有不同于区间的属性数据，可将区间合并为区段/整线图层，之后建立区间与区段/整线间的映射关系并及时维护。

4 数据内容

数据是铁路网管理信息平台的核心，维护数据的准确性、规模性、时效性是保证平台实用性的首要环节。 本文浅析基础数据内容，随着用户需求和应用场景的增加，数据内容仍会有难以预计的大幅拓展，应分阶段建设完善。

4.1 铁路设施设备数据

铁路设施设备数据是其他铁路数据的基础和载体，常见的铁路设施设备包括车站段所、线路、移动设备、其他设施设备等，数据内容包括设施设备的位置、名称信息、归属关系、建设信息、技术参数等， 表1 详细展示了各类设施设备的基本数据内容。

表1 铁路设施设备数据内容

4.2 铁路运输数据

运输是铁路的核心业务，查看并分析运输数据是铁路管理和规划的主要手段。 铁路运输任务由客票、货票记录，由移动设备承担，最终由车站、线路承载，在不同层面可产生不同角度和颗粒度的运输数据， 数据被记录于各类信息系统和统计报表，最终经归并统一应能实现相互匹配。 不同层面的运输数据如表2 所示。

表2 铁路运输数据内容

4.3 铁路其他数据

铁路运营过程中， 除了运输业务这一核心外，还有大量辅助保障工作，如工务维修、机辆整备、电务保障、环保检测等，每项工作都有相对独立的用户需求和数据内容，随着平台用户范围和功能的不断拓展，可逐步将基于地图和数据的服务应用在更多领域。

4.4 经济社会数据

经济社会持续健康发展需要铁路的支撑引领，同时也是铁路改革发展的目标，产业布局、资源分布、经济发展活力等影响铁路运输需求的分布和大小，而铁路线网布局和运力安排也在重塑经济社会发展格局和版图，两者相互影响关系密切。 经济社会数据中，各级行政区划是基础，铁路客货运输服务相关的热点数据是核心，基本数据如表3。

4.5 地质地貌水系数据

地质地貌水系数据是铁路线网规划设计、灾害防治、应急救援等工作的基础，利用地理信息系统的三维图示及分析功能，可以向用户直观展示铁路沿线地质地貌水系，提高决策效率。

4.6 综合交通数据

综合交通体系的建设需要各种交通方式发挥自身优势，铁路作为交通运输体系的骨干，应与其他交通方式实现一体化发展，打通关键环节，因此平台需整合其他交通方式的关键数据。 见表4。

表3 经济社会发展数据内容

表4 综合交通数据内容

5 系统功能规划

铁路网管理信息平台内涵广泛， 需求多样，本文对总体功能框架和与铁路规划、运营管理相关的功能进行初步规划。

5.1 地图浏览及数据查询

1） 地图浏览。 提供地图基本浏览功能，如滚轮和框选缩放、平移、要素选择、缩放到选择、全图显示、测距工具、前/后视图切换等。 具备路局分色显示，部分线路、车站等要素单独显示的功能。

2） 配图优化。 对各级比例尺下的地图，美化要素符号、调整标注字体字号，提高美观性。

3） 万能搜索及定位。 根据要素重要字段信息，通过输入汉字、 拼音全拼或首字母进行联想匹配，快速定位要素并显示简要信息。

4） 数据查询。 展示要素的详细信息，配以图表提高阅读效率。

5） 图层控制。 以图层形式组织各类数据，能自由控制各图层是否显示，自动关闭有遮盖关系的图层，提高操作效率。

5.2 要素选择、保存、管理及统计

1） 属性选择。 根据属性值选择要素，例如选择所有复线铁路，则需选择属性“正线数”为2 的区间要素。 属性选择功能应实现：可针对任意图层的任意属性进行选择，应对用户不同需求；可同时针对多个属性选择，以SQL 语句形式实现复杂的逻辑关系判断，例如选择北京局复线电化线路。

2） 空间选择。 根据地理位置关系选择要素，例如选择所有北京市范围内的车站。 空间选择功能应实现： 可对任意图层的任意要素进行空间选择；可分析多种类型的空间位置关系，如包含、被包含、跨越、包络线相交、相交、覆盖但不包含、相接共享边界等；可对某范围内铁路进行精确裁剪，解决跨区域边界的铁路区间的选择问题。

3） 选择结果保存。大多数地理信息系统不提供选择结果的保存功能，但实际业务中经常需要分析选择后的数据集合，为避免重复的选择操作，应能将各图层的选择结果保存为选择集备用。

4） 选择结果管理。 提供选择集之间的合并、差集、交集功能，便于用户通过选择集间逻辑运算快速产生新选择结果，如全部路网与高速路网的选择集相减即可得到普速铁路选择集；可判断某要素位于哪些选择集中。

5） 选择结果统计分析。自动计算任意选择集中任意数值字段的常用统计指标，如求和、平均值、方差、最大值、最小值等，用以统计路网规模等。

5.3 能力图示

铁路网运输能力是进行铁路网规划、运输计划制定、发展战略决策的重要基础，传统的表格、文字等能力展示形式已无法满足工作需要，平台应实现全国铁路网运输能力图形化展示及数据查询功能。

1） 基础数据的批量导入。按区间批量导入线路技术标准、平行运行图能力、实际客货列车数、运输量以及其他能力计算数据。

2） 能力计算。根据线路技术参数和运行图等数据，计算各区间的通过能力和输送能力，根据实际列车对数和货运量等数据计算通过能力利用率和输送能力利用率。

3） 能力图示。利用颜色表示能力利用的紧张程度，通常绿色代表能力相对宽裕，红色代表能力紧张；利用线条宽度表示运输量的大小；可同时利用颜色和线宽展示能力紧张程度和运输量大小；可在线路两侧按左侧行车规则分上下行图示；可指定单条或部分线路图示；自动统计当前图示线路各档次利用率的路网规模及占比。

5.4 管理分析

1） 缓冲区分析。针对铁路线路、车站等图层，生成任意宽度的缓冲区，并可与其他图层进行覆盖空间运算，得到覆盖比例，分析不同要素间的影响关系，例如高速铁路对各级城市的覆盖分析。

2） 运量管理。 客货运站间交流量管理，实现任意区域（站间、行政区、路局、OD 小区等）间各品类运量统计及数据分析。

3） 运输径路管理。 结合运输径路、客票货票等数据，提供车流径路图示分析等功能，全面掌握客货流来源去向，实现由物理网到运输网的拓展。

5.5 数据编辑

允许用户根据需求自由创建、移动、删除线路、车站等要素，编辑属性值，调整要素符号和标识样式。

6 结束语

铁路网管理信息平台将地理信息与业务数据结合，已在新时代铁路网高质量发展研究等多个项目中成功运用，效果良好。 随着需求的变化和升级，未来平台规划建设应重视以下三个方面。

1） 保障数据准确，建立维护机制。 数据的数量和质量是铁路网管理信息平台的核心，应与铁路数据生产部门建立数据维护机制， 确保数据格式统一、接口规范，实现数据批量导入或自动更新，减少人工作业。

2） 加强顶层谋划，优化系统架构。 平台基于地理数据，融合各专业业务数据，数据关系复杂，功能体系庞大，应加强顶层设计，提高平台稳定性和可拓展性。

3） 加强实践应用，持续推动改进。 运用是平台的最终目的，加强平台在实际工作中的运用，长期完善不断改进，才能打磨出成功的产品。