鐵路信號(hào)地理信息系統(tǒng)建設(shè)

崔蓓，金妮，吳熙

（1.南京市城市規(guī)劃編制研究中心，江蘇南京 210029； 2.武漢鐵路局職教基地，湖北武漢 430064；3.武漢市測(cè)繪研究院，湖北武漢 430022）

鐵路信號(hào)地理信息系統(tǒng)建設(shè)

崔蓓1?，金妮2，吳熙3

（1.南京市城市規(guī)劃編制研究中心，江蘇南京 210029； 2.武漢鐵路局職教基地，湖北武漢 430064；3.武漢市測(cè)繪研究院，湖北武漢 430022）

基于對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備進(jìn)行綜合管理的目的，引入了地理信息系統(tǒng)（GIS），實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備圖形、圖表進(jìn)行統(tǒng)一位置化、可視化的管理，建立了鐵路信號(hào)設(shè)備空間數(shù)據(jù)庫(kù)，開發(fā)了鐵路信號(hào)地理信息系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)鐵路信號(hào)智能化管理奠定了一定的基礎(chǔ)。

鐵路信號(hào)；地理信息系統(tǒng)；信號(hào)設(shè)備管理

1 前 言

鐵路信號(hào)系統(tǒng)不僅是列車安全運(yùn)行的保障，也是提高鐵路效率的重要設(shè)備，是現(xiàn)代化鐵路系統(tǒng)中不可缺少的部分［1］。與其他國(guó)家相似，我國(guó)鐵路信號(hào)系統(tǒng)發(fā)展大體上經(jīng)歷了地面人工信號(hào)、地面自動(dòng)信號(hào)、機(jī)車信號(hào)、自動(dòng)停車和超速防護(hù)5個(gè)階段［2］。鐵路信號(hào)每個(gè)階段的發(fā)展都與同時(shí)期社會(huì)技術(shù)進(jìn)步息息相關(guān)?，F(xiàn)代鐵路信號(hào)系統(tǒng)集成了計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)，成為鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制系統(tǒng)［3］。鐵路信號(hào)系統(tǒng)的信息化帶動(dòng)鐵路產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化，是鐵路發(fā)展的必然趨勢(shì)。

鐵路覆蓋了我國(guó)的大部分地區(qū)，鐵路資產(chǎn)分布在狹長(zhǎng)的地表，不論是線路、橋梁、道口、隧道本身，還是信號(hào)、電力、控制設(shè)備等各種設(shè)施以及周邊環(huán)境都對(duì)鐵路的安全運(yùn)營(yíng)顯得至關(guān)重要。這些設(shè)備存在著大量的信息需要管理，這些信息包括數(shù)字和文字信息，另外，還存在著大量的空間位置信息，如各站段的地理位置、鐵路軌道的敷設(shè)情況等，傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)很難有效地管理帶有位置信息的復(fù)雜數(shù)據(jù)，而地理信息系統(tǒng)（GIS）正是管理空間數(shù)據(jù)的能手，空間信息可以方便地?cái)y帶其他信息，作為信息的載體。

2 系統(tǒng)建設(shè)思路

地理信息系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱GIS）是一項(xiàng)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新興技術(shù)，圍繞著這項(xiàng)技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用形成了一門交叉性、邊緣性的學(xué)科，是管理和研究空間數(shù)據(jù)的技術(shù)系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，它可以對(duì)空間數(shù)據(jù)按地理坐標(biāo)或空間位置進(jìn)行各種處理、對(duì)數(shù)據(jù)的有效管理、研究各種空間實(shí)體及相互關(guān)系［4］。GIS的特性與鐵路信號(hào)設(shè)備的管理，具有很高的結(jié)合度。近年來(lái)，GIS技術(shù)在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，服務(wù)式GIS（Service GIS）已經(jīng)成為新一代GIS的發(fā)展方向。服務(wù)式GIS是一種面向服務(wù)軟件工程方法的GIS技術(shù)體系，它按照一定規(guī)范把GIS的全部功能以服務(wù)的方式發(fā)布出來(lái)，可以跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨語(yǔ)言被多種客戶端調(diào)用，并具備服務(wù)聚合能力以繼承來(lái)自其他服務(wù)器發(fā)布的GIS服務(wù)［5］。針對(duì)鐵路線路長(zhǎng)，應(yīng)用長(zhǎng)的特點(diǎn)，服務(wù)式GIS（service GIS）由于具有天然的開放，松耦合的特點(diǎn)，適合鐵路信號(hào)設(shè)備管理的需要。

鐵路信號(hào)地理信息系統(tǒng)（RSGIS）主要是充分利用GIS技術(shù)、圖形處理和多媒體技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)設(shè)備技術(shù)檔案、檢修計(jì)劃（計(jì)劃修、狀態(tài)修）等日常管理工作的管理智能化的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)從設(shè)備新增（新購(gòu)、調(diào)入）到設(shè)備的報(bào)廢、調(diào)出以及在此過(guò)程中的出租、封存、啟封的動(dòng)態(tài)進(jìn)行管理并可記錄設(shè)備全生命周期各個(gè)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，下級(jí)單位可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將各類申請(qǐng)上報(bào)至上級(jí)單位進(jìn)行審核，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資產(chǎn)全生命周期動(dòng)態(tài)管理［6］。解決目前信號(hào)系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備信號(hào)散亂，關(guān)聯(lián)關(guān)系缺失，缺少?gòu)?qiáng)大的圖形化、形象化的宏觀管理手段等問(wèn)題。

3 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容與軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 建設(shè)內(nèi)容

鐵路信號(hào)地理信息系統(tǒng)的建設(shè)主要從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建設(shè)，專業(yè)數(shù)據(jù)建設(shè)，數(shù)據(jù)綜合瀏覽等方面來(lái)進(jìn)行，體系結(jié)構(gòu)采用較為典型的三層體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括數(shù)據(jù)層，服務(wù)層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle，服務(wù)發(fā)布容器采用 WebLogic，基礎(chǔ) GIS平臺(tái)采用 ESRI的ArcGIS server，基于J2EE體系，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的SOA架構(gòu)。

? 收稿日期:2015—11—24

作者簡(jiǎn)介:崔蓓（1978—），男，高級(jí)工程師，主要從事地理信息系統(tǒng)開發(fā)、規(guī)劃信息化建設(shè)和相關(guān)行業(yè)應(yīng)用工程研發(fā)工作。

圖1　鐵路信號(hào)設(shè)備系統(tǒng)架構(gòu)

主要包括以下幾個(gè)方面:

（1）基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)建設(shè)

在服務(wù)式地理信息基礎(chǔ)平臺(tái)的之上，通過(guò)地圖服務(wù)的形式引入衛(wèi)星影像、航空影像、矢量地圖等地圖內(nèi)容，構(gòu)建鐵路信號(hào)地理系統(tǒng)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。

（2）信號(hào)專業(yè)地理數(shù)據(jù)建設(shè)

在鐵路信號(hào)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)之上，開展信號(hào)專業(yè)地理數(shù)據(jù)建設(shè)，一方面通過(guò)多種手段推進(jìn)各類信號(hào)設(shè)備的地理編碼，形成設(shè)備與地理位置間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系；另一方面對(duì)信號(hào)專業(yè)現(xiàn)有的各類有地圖性質(zhì)的示意圖紙開展地理化加工，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)地圖的方式更好地發(fā)揮這些數(shù)據(jù)信息的作用。

（3）信號(hào)設(shè)備專業(yè)信息維護(hù)

通過(guò)深入調(diào)研信號(hào)專業(yè)的應(yīng)用需求，結(jié)合各類信號(hào)設(shè)備專業(yè)信息維護(hù)的實(shí)際情況，推動(dòng)信號(hào)設(shè)備專業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)模板的建設(shè)。需要充分認(rèn)識(shí)信號(hào)設(shè)備的種類劃分，規(guī)劃好專業(yè)信息類型及其表現(xiàn)形式，全面支撐信號(hào)設(shè)備專業(yè)信息的維護(hù)與管理工作。

（4）信號(hào)設(shè)備綜合信息瀏覽

制定統(tǒng)一的信號(hào)設(shè)備綜合信息模板，提供“一臺(tái)設(shè)備一本賬”模式下信號(hào)設(shè)備專業(yè)信息的綜合瀏覽，全面、準(zhǔn)確、便捷地掌握信號(hào)設(shè)備的運(yùn)行情況和總體狀態(tài)。

3.2 建設(shè)重點(diǎn)

鐵路信號(hào)地理信息系統(tǒng)的建設(shè)重點(diǎn)是發(fā)揮地理信息系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提供圖形化、可視化的信息管理維護(hù)手段，從一種全新的角度擴(kuò)展信息化思路，其建設(shè)重點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面:

（1）信號(hào)設(shè)備地理位置與專業(yè)信息確認(rèn)

通過(guò)實(shí)地調(diào)繪與采集獲取的設(shè)備地理位置信息是孤立的數(shù)據(jù)信息，必須通過(guò)一系列的技術(shù)手段與信號(hào)設(shè)備本身的專業(yè)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)。確認(rèn)兩者間的關(guān)聯(lián)關(guān)系是系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容，通過(guò)設(shè)備編碼、公里標(biāo)轉(zhuǎn)換、人工干預(yù)等多種手段進(jìn)行過(guò)濾和篩選，是完成信號(hào)設(shè)備地理位置與專業(yè)信息確的有效手段。圖2中紅點(diǎn)展示的是一個(gè)設(shè)備，對(duì)于該設(shè)備位置能夠同時(shí)通過(guò)鐵路坐標(biāo)系統(tǒng)和經(jīng)緯度坐標(biāo)系統(tǒng)予以表達(dá)，充分兼顧到鐵路專業(yè)的需要。

圖2　設(shè)備位置表達(dá)

（2）信號(hào)設(shè)備種類型號(hào)與信息模板對(duì)應(yīng)

信號(hào)設(shè)備種類型號(hào)繁雜，制定專業(yè)信息模板時(shí)往往需要整體長(zhǎng)遠(yuǎn)的考慮，特別是設(shè)備類型與信息模板之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。確認(rèn)和定制這些對(duì)應(yīng)關(guān)系不僅要考慮與各工隊(duì)、班組實(shí)際維護(hù)的專業(yè)信息保持一致，避免信息采集不完善存在丟失的不利情況；還要對(duì)專業(yè)信息模型進(jìn)行反復(fù)推敲，在建立關(guān)聯(lián)關(guān)系是充分考慮多對(duì)多的復(fù)雜映射，確保設(shè)備類型與信息模板對(duì)應(yīng)關(guān)系間既緊密又靈活的特點(diǎn)，為信息采集和維護(hù)提供強(qiáng)有力的基礎(chǔ)保障。為此開展設(shè)備實(shí)體建模工作，將設(shè)備實(shí)體設(shè)計(jì)為兩部分構(gòu)成，其圖形信息通過(guò)調(diào)繪來(lái)完成，設(shè)備信息則包括設(shè)備履歷、養(yǎng)護(hù)維修、技術(shù)檔案、檔案資料、鑒定評(píng)定等專業(yè)信息，如圖3所示。

（3）信號(hào)專業(yè)信息提取與展現(xiàn)

建立了覆蓋全部信號(hào)設(shè)備的專業(yè)信息庫(kù)之后，對(duì)信號(hào)專業(yè)信息進(jìn)行綜合與提取，并根據(jù)不同的應(yīng)用人員、應(yīng)用級(jí)別在地圖上展現(xiàn)是鐵路信號(hào)地理信息系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用的主要場(chǎng)景。信號(hào)專業(yè)信息提取應(yīng)根據(jù)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息模板，對(duì)信息進(jìn)行規(guī)范，要特別注意信息本身的分類，根據(jù)信息介質(zhì)、信息用途有效地進(jìn)行組織；信息展現(xiàn)則要考慮到信息本身的內(nèi)容和展現(xiàn)的場(chǎng)景，通過(guò)深入了解信息項(xiàng)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，形成信息項(xiàng)在內(nèi)容上的聚合，并通過(guò)定制不同的展現(xiàn)形式適應(yīng)不同應(yīng)用的需求，如圖4所示在地理信息環(huán)境下，加入實(shí)景，航片等多維度展示方式，綜合展示信號(hào)設(shè)備的綜合信息。

圖3　設(shè)備實(shí)體建模

圖4　三維實(shí)景視圖模塊界面圖

3.3 信息系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)

開發(fā)語(yǔ)言選用Adobe flex，利用ArcGIS提供的API for Flex，可以快速創(chuàng)建和部署自定義WebGIS地圖應(yīng)用，支持?jǐn)?shù)據(jù)顯示、查詢、編輯、打印等，在充分保證瀏覽速度和效率的前提下，調(diào)用發(fā)布的地理信息服務(wù)，能夠有效地管理和應(yīng)用信號(hào)設(shè)備設(shè)施。

系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)采用UML語(yǔ)言進(jìn)行建模，將系統(tǒng)的功能與用戶實(shí)際對(duì)應(yīng)的各項(xiàng)需求進(jìn)行了有效的整合和落實(shí)。主要功能包括是設(shè)備履歷、設(shè)備技術(shù)檔案管理、設(shè)備動(dòng)態(tài)管理、設(shè)備檢修管理、設(shè)備鑒評(píng)管理、檔案資料管理、設(shè)備綜合瀏覽、統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)維護(hù)，這些功能都能進(jìn)行三維視圖、平面視圖、航拍視圖、衛(wèi)片視圖和三維實(shí)景視圖的切換，極大地提升了可視化管理水平。圖5顯示的是系統(tǒng)構(gòu)建的主要運(yùn)行界面。

系統(tǒng)的主要功能包括:

（1）設(shè)備統(tǒng)一位置化管理:利用GIS的強(qiáng)大管理能力，對(duì)綜合設(shè)備圖形、圖表進(jìn)行，使圖形和圖表始終融合并與具體位置進(jìn)行掛接。

（2）圖簿統(tǒng)一:管理工作中的專業(yè)圖形與設(shè)備履歷簿充分結(jié)合，履歷簿中的各種技術(shù)數(shù)據(jù)隨時(shí)可以在地圖中直觀體現(xiàn)、立體調(diào)用，使設(shè)備管理人員使用時(shí)得心應(yīng)手、方便快捷，達(dá)到房屋、設(shè)備和履歷簿的統(tǒng)一。

圖5　鐵路信號(hào)設(shè)備運(yùn)行界面

（3）多媒體資料的結(jié)合:系統(tǒng)對(duì)文字?jǐn)?shù)據(jù)和圖片、影像、圖紙等進(jìn)行綜合，使設(shè)備管理等有關(guān)人員可以直觀地直接掌握，并傳遞相關(guān)設(shè)備的技術(shù)信息。

（4）多維度綜合展示功能:通過(guò)GIS，展示平面圖和各種傳導(dǎo)圖，可以全面、直接掌握房屋、設(shè)備、線路、線路等相關(guān)技術(shù)資料和圖片、錄像資料。為內(nèi)部資產(chǎn)的優(yōu)化管理和設(shè)備維護(hù)、檢修提供服務(wù)；對(duì)各種可能發(fā)生的事故進(jìn)行預(yù)警和為事故處理提供決策支持；便于各級(jí)管理人員實(shí)時(shí)了解主要設(shè)施的當(dāng)前狀態(tài)；為生產(chǎn)力布局調(diào)整、生產(chǎn)能力增強(qiáng)（擴(kuò)建）、能力查定提供技術(shù)支撐。

4 系統(tǒng)運(yùn)行效果與展望

4.1 系統(tǒng)運(yùn)行效果

目前，該系統(tǒng)提出的一套完整的鐵路專業(yè)設(shè)備信息模板，在朔黃地方鐵路得到了實(shí)際應(yīng)用，系統(tǒng)總體運(yùn)行良好，狀態(tài)穩(wěn)定，從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，主要在以下方面有突破。

（1）圖形化的設(shè)備瀏覽手段

鐵路信息地理信息系統(tǒng)以地理信息為基礎(chǔ)展示鐵路信息專業(yè)信息，它為信號(hào)專業(yè)設(shè)備提供了圖形化的瀏覽手段。它根據(jù)信號(hào)專業(yè)內(nèi)區(qū)段、工隊(duì)以及班組等地理分布設(shè)置直接在地圖上瀏覽對(duì)應(yīng)管界范圍內(nèi)的信號(hào)設(shè)備，大大提高了傳統(tǒng)的查詢檢索方式存在的效率與準(zhǔn)確度等問(wèn)題，做到設(shè)備信息直接查看、直接瀏覽，促使設(shè)備瀏覽手段更快捷、更直觀、更有效。

（2）全面統(tǒng)一的設(shè)備信息庫(kù)

全面統(tǒng)一的信號(hào)設(shè)備專業(yè)信息庫(kù)是各類信息專業(yè)系統(tǒng)運(yùn)行所不可缺少的基礎(chǔ)，鐵路信號(hào)地理信息系統(tǒng)通過(guò)對(duì)信號(hào)設(shè)備進(jìn)行地理位置編碼，將初步建成信號(hào)設(shè)備信息庫(kù)，并按照設(shè)備數(shù)據(jù)模型的構(gòu)想，通過(guò)定制專業(yè)信息模板逐步豐富完善設(shè)備信息庫(kù)。全面統(tǒng)一的信號(hào)設(shè)備信息庫(kù)將為各類信號(hào)專業(yè)系統(tǒng)提供充分的數(shù)據(jù)信息支撐、對(duì)行車指揮、綜合調(diào)度、設(shè)備維護(hù)等提供強(qiáng)大的信息化支撐；同時(shí)，它還將構(gòu)建信號(hào)系統(tǒng)與鐵路其他系統(tǒng)交互的基礎(chǔ)，通過(guò)開放接口與公共協(xié)議為其他專業(yè)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。

（3）及時(shí)準(zhǔn)確的設(shè)備維護(hù)技術(shù)

傳統(tǒng)的信號(hào)設(shè)備維護(hù)技術(shù)依賴具體管理以及紙質(zhì)材料，記錄設(shè)備維護(hù)活動(dòng)的具體內(nèi)容；普通的設(shè)備管理系統(tǒng)通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將紙質(zhì)材料變成電子媒介；但以上都面臨設(shè)備維護(hù)慢，信息準(zhǔn)確度不高的問(wèn)題。鐵路信號(hào)地理信息系統(tǒng)通過(guò)對(duì)具體信號(hào)設(shè)備進(jìn)行跟蹤監(jiān)控，不僅能夠促使設(shè)備維護(hù)及時(shí)進(jìn)行，提高設(shè)備專業(yè)信息的更新速度；而且還能夠確保信息內(nèi)容落實(shí)到具體設(shè)備、具體責(zé)任人，大大提高了信息的準(zhǔn)確程度。

4.2 系統(tǒng)展望

鐵路信號(hào)地理信息系統(tǒng)為鐵路設(shè)備管理維護(hù)提供了一種新的技術(shù)手段和借鑒模式。通過(guò)引入地理信息技術(shù)，對(duì)鐵路設(shè)備進(jìn)行地理位置編碼，然后制定標(biāo)準(zhǔn)的專業(yè)信息模板，建立完備的設(shè)備信息庫(kù)。通過(guò)掌握詳細(xì)致的設(shè)備信息，為科學(xué)合理地開展設(shè)備管理維護(hù)工作提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，特別是設(shè)備檢修，通過(guò)信息檢索與瀏覽能夠直觀地在地圖上獲取設(shè)備檢修信息，并依此開展相關(guān)工作，能大大提高工作效率、節(jié)省檢修成本，減輕人員負(fù)擔(dān)。同時(shí)，地理信息技術(shù)的引入，也使得原本分散、獨(dú)立的設(shè)備分布、專業(yè)信息等內(nèi)容能夠有效地關(guān)聯(lián)到一起，形成具備專業(yè)特色的專業(yè)地圖，為更高級(jí)、更深入的專業(yè)應(yīng)用提供技術(shù)基礎(chǔ)，在國(guó)鐵、航運(yùn)等基于線性分布的組織機(jī)構(gòu)的信息化具備良好的應(yīng)用前景和推廣意義。

5 結(jié) 論

鐵路信號(hào)地理信息系統(tǒng)建設(shè)以鐵路信號(hào)專業(yè)為主，通過(guò)引入地理信息技術(shù)建立信號(hào)專業(yè)設(shè)備信息庫(kù)，并在此基礎(chǔ)上，貼近信號(hào)專業(yè)的實(shí)際需求，促進(jìn)了信號(hào)專業(yè)設(shè)備管理維護(hù)的技術(shù)水平，對(duì)鐵路各行業(yè)內(nèi)地理信息技術(shù)起到了良好示范作用。

［1］姚麗娟.我國(guó)鐵路信號(hào)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展［J］.鐵道通信信號(hào)，2003（4）：27.

［2］郭進(jìn)，覃燕.鐵路信號(hào)基礎(chǔ)［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2010.

［3］劉大為，郭進(jìn)，王小敏等.智能鐵路信號(hào)系統(tǒng)展望［J］.中國(guó)鐵路，2013（12）：25.

［4］曹瑜，胡光道.地理信息系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.中國(guó)測(cè)繪，2003（2）：32.

［5］朱江，宋官福，鐘耳順等.基于Web Service和.NET技術(shù)的新一代 WEBGIS研究與開發(fā)［J］.地理信息世界，2004，2（2）：17～20.

［6］楊磊.鐵路數(shù)字通信傳輸網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化淺談［J］.鐵道通信信號(hào)，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中圖分類號(hào)：P208.2

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