新建鐵路工程調(diào)度指揮系統(tǒng)高精度GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建與應(yīng)用

白 麗，王富章，李 平

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081)

為了保證新建鐵路建設(shè)按照合理施工組織有序地推進(jìn)，及時(shí)直觀地了解整個(gè)新建鐵路工程建設(shè)的實(shí)時(shí)進(jìn)展，有必要采用現(xiàn)代地理信息系統(tǒng)技術(shù)，結(jié)合信息系統(tǒng)采集的施工現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和資料，形成圖文并茂、逐時(shí)段更新的新建鐵路工程調(diào)度指揮系統(tǒng)，直觀形象地展示全線征地拆遷、工程建設(shè)、施工質(zhì)量、完成投資等現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)建設(shè)情況，同時(shí)提供應(yīng)急保障系統(tǒng)功能，為總指揮部統(tǒng)攬全線建設(shè)動(dòng)態(tài)、輔助領(lǐng)導(dǎo)決策、實(shí)施調(diào)度指揮提供必要的技術(shù)手段。

在這個(gè)系統(tǒng)中，利用 FME(Feature Manipulate Engine，空間數(shù)據(jù)操作引擎)和 ArcSDE(ArcGIS Spatial Database Engine，ArcGIS的空間數(shù)據(jù)引擎)來(lái)構(gòu)建具有新建鐵路建設(shè)自身特點(diǎn)的高精度GIS(Geographic Information System，地理信息系統(tǒng))空間數(shù)據(jù)是其基礎(chǔ)和核心組成部分。本文對(duì)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建方法進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)建快速、高效、資源豐富、定位精確的空間數(shù)據(jù)庫(kù)的方法。

1 新建鐵路GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

1.1 新建鐵路GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建流程

在鐵路建設(shè)中引入地理信息系統(tǒng)，需要將開(kāi)放的地理信息技術(shù)平臺(tái)與鐵路現(xiàn)行勘測(cè)設(shè)計(jì)資料、圖紙系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，同時(shí)需要錄入大量的動(dòng)態(tài)工程建設(shè)資料和數(shù)據(jù)。針對(duì)新建鐵路GIS系統(tǒng)的獨(dú)特需求，對(duì)其空間數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的物理設(shè)計(jì);由于沿線工程現(xiàn)場(chǎng)地理分布狀況基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)主要來(lái)源于已有的CAD設(shè)計(jì)圖，首先利用 FME工具，運(yùn)用映射方法將CAD圖的地形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù);之后利用獲取的新建線路地理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，補(bǔ)充完善系統(tǒng)中的重點(diǎn)線路工程(特大橋、隧道、梁場(chǎng))數(shù)據(jù)、應(yīng)急(大型設(shè)備、應(yīng)急資源等)數(shù)據(jù)，來(lái)滿(mǎn)足新建鐵路 GIS系統(tǒng)更多的業(yè)務(wù)需求;通過(guò)優(yōu)化 Oracle和 ArcSDE，構(gòu)建一個(gè)豐富的新建鐵路高精度GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)，其構(gòu)建流程如圖1所示。

圖1 構(gòu)建新建鐵路GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的流程

1.2 新建鐵路GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的組織結(jié)構(gòu)

空間數(shù)據(jù)的組織形式如圖2。

GIS以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式進(jìn)行空間數(shù)據(jù)存貯與管理，ArcSDE是一個(gè)先進(jìn)的空間數(shù)據(jù)服務(wù)中間件，在數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、訪問(wèn)和編輯上起著非常大的作用。據(jù)系統(tǒng)的需求設(shè)計(jì)，結(jié)合ArcSDE的存儲(chǔ)模型，對(duì)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)和專(zhuān)業(yè)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地組織，經(jīng)過(guò)分析單位工程及其分類(lèi)、施工組織及其分類(lèi)相互之間的聯(lián)系，總結(jié)、抽象出該數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的抽象概念模型，如圖3。

1.3 基于FME的高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

圖2 空間數(shù)據(jù)組織形式

FME(Feature Manipulate Engine，空間數(shù)據(jù)操作引擎)是一套完整的訪問(wèn)空間數(shù)據(jù)的解決方案，可以用于讀寫(xiě)、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換各種空間數(shù)據(jù)。利用FME來(lái)獲取AutoCAD數(shù)據(jù)入庫(kù)，建立高精度空間數(shù)據(jù)的關(guān)鍵是映射文件的生成，按照自己的規(guī)則來(lái)修改默認(rèn)的映射文件完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，以某新建鐵路TJ-4標(biāo)段最終平面曲線表中央子午線是117-30-00這一段平面曲線DWG數(shù)據(jù)為例，如圖4，定制好映射關(guān)系后，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

1.4 利用線性參考來(lái)制作數(shù)據(jù)

要實(shí)現(xiàn)更多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的獲取，關(guān)鍵要建立新建鐵路的線性參考，線性參考系統(tǒng)就是將原來(lái)的普通線性要素轉(zhuǎn)化為帶有里程信息的線性要素。通過(guò)線性參考系統(tǒng)可以使對(duì)線性物體的理解、維護(hù)和分析得到極大的提高。

創(chuàng)建路徑主要是通過(guò)ArcToolbox(ArcGIS的工具箱)中的 Linear Referencing工具來(lái)創(chuàng)建，只需要選擇所需要轉(zhuǎn)化的線性要素集，設(shè)置路徑標(biāo)識(shí)的字段等就可以完成路徑的設(shè)置。然后進(jìn)行糾正，再將準(zhǔn)備好的路徑事件表(業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)如特大橋、隧道、梁場(chǎng))轉(zhuǎn)化創(chuàng)建為Geodatabase(ArcGIS的空間數(shù)據(jù)庫(kù))中的要素類(lèi)從而完成更多業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的生成和添加。

圖3 新建鐵路GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的抽象概念模型

1.5 用ArcSDE將GIS大容量數(shù)據(jù)入庫(kù)

本文中所采用的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)為ArcSDE 9.2+Oracle 10g，這也是目前最先進(jìn)的空間數(shù)據(jù)庫(kù)管理方案，按照這種配置，對(duì)Oracle 10g數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行如下的優(yōu)化措施:調(diào)整內(nèi)存分配;調(diào)整磁盤(pán) I/O;調(diào)整存儲(chǔ)區(qū)域;調(diào)整CPU的使用。對(duì)ArcSDE 9.2進(jìn)行如下的優(yōu)化措施:調(diào)整內(nèi)存分配;調(diào)整數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間;性能參數(shù)配置;雖然這些優(yōu)化措施常見(jiàn)，但是在調(diào)整過(guò)程中需要綜合考慮Oracle 10g和ArcSDE 9.2的相互關(guān)系，按照以O(shè)racle調(diào)整為主和ArcSDE參數(shù)與Oracle參數(shù)相協(xié)調(diào)的規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化，整體上可有效提高數(shù)據(jù)操作和運(yùn)算速度，特別是在數(shù)據(jù)量大的情況下，性能有很大的提高。

通過(guò)基于FME的高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，大容量的AutoCAD數(shù)據(jù)中實(shí)體的擴(kuò)展屬性可以讀取到相應(yīng)的要素中，并用GIS Desktop軟件中的ArcCatalog通過(guò)空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE存儲(chǔ)在空間數(shù)據(jù)庫(kù)中。

2 新建鐵路高精度GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用

圖4 修改后的映射關(guān)系模型

以本文構(gòu)建的高精度GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，新建鐵路工程調(diào)度指揮系統(tǒng)，可方便地實(shí)現(xiàn)線路地圖的分層次查看、線路沿途重點(diǎn)工程的進(jìn)度查詢(xún)，可對(duì)工程、單位、線路等相關(guān)屬性進(jìn)行實(shí)時(shí)更新、智能檢索、分析預(yù)測(cè)和監(jiān)督管理等，同時(shí)為其他系統(tǒng)預(yù)留跨平臺(tái)多系統(tǒng)的接口，是管理鐵路新線建設(shè)、既有線養(yǎng)護(hù)維修及其他現(xiàn)代大型工程有力的輔助決策工具。其功能模塊如圖5，實(shí)現(xiàn)了 GIS電子地圖顯示、工程進(jìn)度管理、施工調(diào)度指揮管理、應(yīng)急管理等業(yè)務(wù)需求。

圖5 新建鐵路工程調(diào)度指揮系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1)GIS電子地圖顯示。建立鐵路沿線施工電子地圖平臺(tái)，以圖形、數(shù)字和多媒體等方式多層次顯示沿線工程現(xiàn)場(chǎng)地理分布狀況以及重點(diǎn)線路工程(特大橋、隧道、梁場(chǎng))等建設(shè)基本情況，并可以直觀展示工程進(jìn)度、征地拆遷狀況等。

2)工程進(jìn)度管理。在工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中對(duì)各標(biāo)段及重點(diǎn)工程(大橋、特大橋、隧道等)采用適當(dāng)?shù)姆椒ǘㄆ诟?、檢查工程實(shí)際進(jìn)度狀況(標(biāo)段進(jìn)度、車(chē)站進(jìn)度、橋梁進(jìn)度和隧道進(jìn)度等)，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度信息的提取，用圖形方式進(jìn)行直觀顯示。輔助工程指揮人員對(duì)實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度進(jìn)行對(duì)照、比較，找出兩者之間的偏差，并對(duì)產(chǎn)生偏差的各種因素及影響工程目標(biāo)的程度進(jìn)行分析與評(píng)估，及時(shí)采取有效措施調(diào)整工程進(jìn)度計(jì)劃。

3)施工調(diào)度指揮管理。通過(guò)掌握的工程進(jìn)度情況、征地拆遷情況和資源分布情況等，進(jìn)行施工調(diào)度安排，下達(dá)、執(zhí)行、反饋施工調(diào)度命令，實(shí)現(xiàn)工程整體進(jìn)度、安全質(zhì)量的統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。對(duì)全線各標(biāo)段的施工進(jìn)度日?qǐng)?bào)、周報(bào)進(jìn)行管理。

4)應(yīng)急管理。對(duì)新建鐵路各級(jí)應(yīng)急管理和應(yīng)急救援機(jī)構(gòu)及人員情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，建立與地方各級(jí)政府及有關(guān)部門(mén)的聯(lián)系。對(duì)新建鐵路應(yīng)急救援裝備及設(shè)備如救援隊(duì)、救援設(shè)備、應(yīng)急物資儲(chǔ)備以及地方醫(yī)療機(jī)構(gòu)、應(yīng)急救援專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍、特種救援設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，建立并管理與地方醫(yī)療機(jī)構(gòu)、應(yīng)急救援專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍和特種救援設(shè)備的聯(lián)系。應(yīng)急事件發(fā)生后能夠?qū)κ录M(jìn)行接報(bào)，并能對(duì)事件發(fā)生周?chē)馁Y源進(jìn)行搜索匯總。

3 結(jié)語(yǔ)

ArcSDE作為GIS應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫(kù)的橋梁，是空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎的典范，在新建鐵路地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立中起有關(guān)鍵性的作用。同樣，對(duì)利用 FME和ArcSDE建立GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的方法研究，能夠?qū)⒁延械脑O(shè)計(jì)圖中的AutoCAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成GIS系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，為地圖數(shù)據(jù)的操作和空間數(shù)據(jù)的維護(hù)提供了可行的解決方案，對(duì)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義，而且提高了整體開(kāi)發(fā)的效率，降低了GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)建立的成本。

該數(shù)據(jù)庫(kù)作為新建鐵路工程調(diào)度指揮系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，在新線工程建設(shè)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。通過(guò)該系統(tǒng)，鐵路建設(shè)指揮部可查詢(xún)、監(jiān)督、分析和管理正在建設(shè)中的工程項(xiàng)目，為其綜合管理輔助決策，同時(shí)該數(shù)據(jù)庫(kù)與工程管理系統(tǒng)、臺(tái)賬管理系統(tǒng)和應(yīng)急指揮平臺(tái)等其他系統(tǒng)預(yù)留接口，可跨平臺(tái)多系統(tǒng)應(yīng)用，具有良好的市場(chǎng)前景。

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