城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊 帥，劉 云

（北京交通大學(xué)通信與信息系統(tǒng)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100044）

城市軌道交通的線路和設(shè)施設(shè)備是列車運(yùn)行的基礎(chǔ)，為保證列車安全、平穩(wěn)、快速地運(yùn)行，提高運(yùn)營部門的管理和服務(wù)水平，有必要加強(qiáng)對基礎(chǔ)設(shè)施的信息化管理。因此，利用計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，建立一個(gè)城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)，是安全運(yùn)營的保障，更是實(shí)現(xiàn)城市軌道交通信息化、數(shù)字化、科學(xué)化發(fā)展的前提。

1 系統(tǒng)體系設(shè)計(jì)

1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成主要有：總公司、分公司的局域網(wǎng)，連接各局域網(wǎng)的廣域網(wǎng)和與外部通信的廣域網(wǎng)[1]。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

通過防火墻將局域網(wǎng)與Internet隔離，可以保證信息安全性和系統(tǒng)穩(wěn)定性；系統(tǒng)服務(wù)器架設(shè)在總公司中，Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器分離，采用雙機(jī)熱備方案，保證數(shù)據(jù)庫資源的持續(xù)可用性和可靠性；用VPN技術(shù)實(shí)現(xiàn)總、分公司的連接，可以減小網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)，具有經(jīng)濟(jì)性、高擴(kuò)展性、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。

1.2 軟件體系結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用基于J2EE的Web-GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)，Web-GIS是運(yùn)用在Internet上的地理信息系統(tǒng),很容易跟其他信息服務(wù)進(jìn)行無縫集成，而J2EE靈活的組件技術(shù)及分布式處理使Web-GIS具有跨平臺的特性，可以建立開放、標(biāo)準(zhǔn)、可移植的GIS應(yīng)用[2]。在Struts框架和Hibernate技術(shù)下，B/S模式可實(shí)現(xiàn)為4層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分別為表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、持久層和數(shù)據(jù)庫層，實(shí)現(xiàn)了功能和顯示的分離，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性和組件的可復(fù)用性。

1.3 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用Oracle數(shù)據(jù)庫，地理信息數(shù)據(jù)采用Oracle Spatial進(jìn)行存儲，用MapInfo professional等軟件實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的設(shè)計(jì)及上傳。在B/S模式下，用戶只需瀏覽器和網(wǎng)絡(luò)即可訪問數(shù)據(jù)庫，查看或修改數(shù)據(jù)[3]。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)示意圖

2 系統(tǒng)功能

城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)主要應(yīng)用Web-GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)屬性及地理信息管理，與以往的紙質(zhì)管理和列表式管理的最大區(qū)別在于用戶可以方便、直觀、可視化的對設(shè)施、設(shè)備進(jìn)行操作，同時(shí)系統(tǒng)還具有系統(tǒng)管理和人員管理等功能，共分為5個(gè)部分。

2.1 系統(tǒng)管理

包括用戶管理、數(shù)據(jù)管理和日志管理。用戶管理是對用戶的基本信息管理；數(shù)據(jù)管理提供對數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)功能；日志管理記錄用戶的登錄、退出時(shí)間等信息。

2.2 地圖工具

可以實(shí)現(xiàn)放大、縮小、移動(dòng)、圖層控制、刷新地圖等輔助性功能和查找、測量距離等專業(yè)功能；可以直接查看線路和基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，比傳統(tǒng)的列表式管理更加直觀、方便。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)施管理

2.3.1 軌道管理

用戶可以使用地圖工具管理線路軌道，同時(shí)提供對線路檢測設(shè)備和線路維護(hù)設(shè)備的管理。該模塊與GIS技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，可以高效、直觀的顯示線路的運(yùn)營狀況。

2.3.2 土建設(shè)施管理

土建設(shè)施管理分隧道、橋梁和路基管理3個(gè)部分，主要包括統(tǒng)計(jì)分析、費(fèi)用查詢、評價(jià)決策、數(shù)據(jù)管理、養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃等。

2.3.3 電力資源管理

管理電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備檢查、故障、維修信息。結(jié)合Web-GIS技術(shù)，可根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)自動(dòng)生成設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)圖及維修記錄，方便用戶進(jìn)行查詢和維護(hù)。

2.3.4 網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備管理

管理通信設(shè)備基本屬性信息，用戶可在地圖上直接添加新設(shè)備，對設(shè)備的屬性進(jìn)行修改和查詢，設(shè)備出庫時(shí)可以在地圖上刪除該設(shè)備，同時(shí)可提供設(shè)備的列表式信息管理。

2.3.5 信號設(shè)備管理

本系統(tǒng)對信號設(shè)備的管理主要包括設(shè)備的基本屬性、技術(shù)指標(biāo)等信息，同時(shí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理，通過獲取信號設(shè)備的基礎(chǔ)信息和地理信息，完成信號設(shè)備圖的自動(dòng)生成。

2.3.6 機(jī)電設(shè)備管理

機(jī)電設(shè)備主要包括通風(fēng)空調(diào)、給水排水、電扶梯、屏蔽門等，有助于排除潛在的安全隱患，提高設(shè)備的使用壽命，是高效、有序、安全運(yùn)營的有力保障。

2.4 人員管理

對各部門人員進(jìn)行管理，包括基本信息、所屬部門、職務(wù)等，可根據(jù)人員信息進(jìn)行查詢；另外提供人員和設(shè)備的關(guān)系管理，如檢查、維修記錄等。

2.5 系統(tǒng)字典

系統(tǒng)字典包括線路軌道、隧道、橋梁、通信設(shè)備、信號設(shè)備、部門、車站等數(shù)據(jù)，對動(dòng)態(tài)和靜態(tài)信息做進(jìn)一步的描述，方便用戶使用。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 Hibernate緩存機(jī)制及性能優(yōu)化

Hibernate是一個(gè)對象關(guān)系映射框架，對JDBC進(jìn)行輕量級的封裝[4]。緩存是為了減少應(yīng)用程序?qū)ξ锢頂?shù)據(jù)源的訪問次數(shù)。Hibernate在查詢數(shù)據(jù)時(shí)，首先到緩存中查找，找到就直接使用，否則去物理數(shù)據(jù)源中檢索。

Hibernate的一級緩存只能被當(dāng)前的事務(wù)訪問，每個(gè)事務(wù)都有獨(dú)自的緩存；二級緩存可以被應(yīng)用范圍內(nèi)的所有事務(wù)共享訪問。本系統(tǒng)中，由于數(shù)據(jù)量很大，主要采用一級緩存提高系統(tǒng)的運(yùn)行性能，大大減少應(yīng)用程序?qū)ξ锢頂?shù)據(jù)源的訪問，性能明顯提升。

另外，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)注意了以下幾點(diǎn)：盡量降低數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性，適當(dāng)提高數(shù)據(jù)冗余來提高Hibernate的性能；在ORM映射配置時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況決定是否啟用查詢緩存、二級緩存及設(shè)定合適的批量尺寸，提高系統(tǒng)的性能。

3.2 MapXtreme應(yīng)用服務(wù)器

MapXtreme具有強(qiáng)大的地圖化功能，包括繪制專題地圖、地圖編輯、擴(kuò)展地圖庫和示例數(shù)據(jù)等。瀏覽器向服務(wù)器提出請求，并最終顯示數(shù)據(jù)和圖片；Web服務(wù)器和地圖應(yīng)用服務(wù)器接受用戶請求，響應(yīng)用戶操作，完成獲得數(shù)據(jù)和渲染地圖的功能；Oracle數(shù)據(jù)庫位于數(shù)據(jù)層，存儲相應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)。

4 與其他系統(tǒng)的關(guān)系

為防止“信息孤島” 現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)該建立各部門協(xié)調(diào)發(fā)展的目標(biāo)，機(jī)構(gòu)內(nèi)部的各種資源的配置要從整體優(yōu)化的角度考慮，同時(shí)通過企業(yè)應(yīng)用集成技術(shù)將企業(yè)的公共數(shù)據(jù)、應(yīng)用軟件、硬件和各種標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)合起來，在不同應(yīng)用系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無縫集成，以整體方式進(jìn)行業(yè)務(wù)處理和信息共享。

城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)可以充分利用現(xiàn)有的信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，減少數(shù)據(jù)的輸入量，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，一定程度防止“信息孤島”的產(chǎn)生；另外，系統(tǒng)提供與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作用、相互支持，使各部門能協(xié)調(diào)工作且互不干擾，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成和信息共享，保證信息的可靠性和權(quán)威性。城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與其他相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的關(guān)系如圖3。

圖3 與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)關(guān)系

5 結(jié)束語

本文研究設(shè)計(jì)了基于Web-GIS的城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、詳細(xì)功能及關(guān)鍵技術(shù)。經(jīng)測試，系統(tǒng)功能齊全，操作簡單便捷，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)可以為軌道交通運(yùn)營部門提供先進(jìn)的管理平臺，對降低運(yùn)營成本、提高工作效率、改善業(yè)務(wù)水平、確保安全運(yùn)營有較好的促進(jìn)作用。

[1] 楊斐. 數(shù)字地鐵基礎(chǔ)信息平臺的研究[D] . 北京：北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文，2009.

[2] 戚銘堯，池天河，霍亮. Web-GIS的企業(yè)級解決方案探討[J] . 計(jì)算機(jī)科學(xué)，2003,30(2):55-56.

[3] 袁勤勇，張玉魁. Oracle專家高級編程[M] . 北京：清華大學(xué)出版社，2002.

[4] 劉斌. 精通Java Web整合開發(fā)[M] . 北京：電子工業(yè)出版社，2007.