鐵路地理信息分類(lèi)與編碼研究

潘佩芬

(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)

地理信息是國(guó)家重要戰(zhàn)略信息資源，在政府管理決策、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人民生活等方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用[1]。2009年2月6日，國(guó)家測(cè)繪地理信息局發(fā)布了《國(guó)家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)專項(xiàng)規(guī)劃(2009～2015 年)》(國(guó)測(cè)成字[2009]1號(hào))，以促進(jìn)國(guó)家基礎(chǔ)地理信息共享，提升公共服務(wù)水平[2]。實(shí)現(xiàn)地理信息共享的前提是標(biāo)準(zhǔn)體系及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的完善[3]。目前，電力、公安、水利等行業(yè)已形成行業(yè)、企業(yè)地理信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，并完成行業(yè)、企業(yè)地理信息平臺(tái)建設(shè)[4-12]，而鐵路行業(yè)地理信息標(biāo)準(zhǔn)體系尚未確立。

為適應(yīng)鐵路信息化建設(shè)和地理信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加快推進(jìn)鐵路專業(yè)公用地理信息數(shù)據(jù)的共享，快速、精細(xì)、準(zhǔn)確地提取鐵路地理信息數(shù)據(jù)，衍生基本比例尺數(shù)據(jù)產(chǎn)品，滿足鐵路信息化總體規(guī)劃、標(biāo)準(zhǔn)化及精細(xì)化管理和實(shí)時(shí)監(jiān)管等需要，課題組以國(guó)家基礎(chǔ)地理信息標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，結(jié)合鐵路各專業(yè)日常運(yùn)營(yíng)的既有特點(diǎn)及鐵路技術(shù)管理規(guī)程，借鑒中國(guó)BIM聯(lián)盟發(fā)布的鐵路工程信息模型分類(lèi)和編碼標(biāo)準(zhǔn)，以及鐵路工程實(shí)體結(jié)構(gòu)分解指南中對(duì)鐵路實(shí)體的模型分解和分類(lèi)，以實(shí)用性和可操作性為基本原則，對(duì)鐵路全專業(yè)公用要素的具有專業(yè)特色的地理信息分類(lèi)與編碼規(guī)則進(jìn)行研究。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 地理信息分類(lèi)與編碼研究現(xiàn)狀

地理信息分類(lèi)編碼在國(guó)外發(fā)展比較早，20世紀(jì)70年代，美國(guó)編建成全國(guó)范圍內(nèi)統(tǒng)一的TIGER數(shù)據(jù)庫(kù)(地理信息編碼數(shù)據(jù)庫(kù))，20世紀(jì)80年代英國(guó)也建成了全國(guó)地理信息編碼數(shù)據(jù)庫(kù)。但是，國(guó)外對(duì)地理信息分類(lèi)編碼的研究工作多集中在要素地址的匹配方法和地址的匹配精度兩方面，未充分考慮地理信息分類(lèi)體系及編碼規(guī)則。

而我國(guó)在地理信息分類(lèi)編碼的行業(yè)應(yīng)用研究工作中，注重分類(lèi)體系結(jié)構(gòu)、編碼規(guī)則適用性，對(duì)基礎(chǔ)要素進(jìn)行歸類(lèi)編碼。例如，周麗珠等對(duì)天津市基礎(chǔ)地理信息要素進(jìn)行分類(lèi)與代碼研究[13]，劉曉慶對(duì)城市基礎(chǔ)地理信息進(jìn)行研究，探索城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)[14]，梁展凡等對(duì)廣西城市交通地理信息進(jìn)行分類(lèi)研究[15]等。

1.2 地理信息分類(lèi)與編碼標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

為推動(dòng)地理信息標(biāo)準(zhǔn)化工作，全國(guó)地理信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)發(fā)布了國(guó)家地理信息標(biāo)準(zhǔn)體系。該體系由通用類(lèi)、數(shù)據(jù)資源類(lèi)、應(yīng)用服務(wù)類(lèi)、環(huán)境與工具類(lèi)、管理類(lèi)、專業(yè)類(lèi)和專項(xiàng)類(lèi)。前五類(lèi)為基礎(chǔ)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，而專業(yè)類(lèi)是面向各專業(yè)領(lǐng)域的，對(duì)基礎(chǔ)類(lèi)進(jìn)行擴(kuò)展和裁剪[3]。

數(shù)據(jù)資源類(lèi)包括七類(lèi)：數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)字典、元數(shù)據(jù)、編目、數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)更新共計(jì)85個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。地理信息分類(lèi)編碼規(guī)則、基礎(chǔ)地理信息要素分類(lèi)與代碼均屬于數(shù)據(jù)內(nèi)容類(lèi)，目前地理信息分類(lèi)編碼規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)已于2010年發(fā)布實(shí)施[16]，基礎(chǔ)地理信息要素分類(lèi)與代碼已于2006年發(fā)布實(shí)施[17]。

在國(guó)家地理信息分類(lèi)編碼規(guī)則以及基礎(chǔ)地理信息要素分類(lèi)與代碼兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，在國(guó)家地理信息標(biāo)準(zhǔn)體系框架下，已有部分行業(yè)地區(qū)開(kāi)展了地理信息分類(lèi)編碼標(biāo)準(zhǔn)編制工作，形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，例如，煙草行業(yè)于2013年發(fā)布實(shí)施的《YC/T 474.2-2013煙草行業(yè)地理信息共享服務(wù)基本規(guī)范第2部分:地理信息分類(lèi)代碼》[18]，廣西壯族自治區(qū)于2015年發(fā)布實(shí)施的《DB45/T 1190-2015城市交通地理信息分類(lèi)與代碼》[19]等。

1.3 鐵路地理信息分類(lèi)與編碼現(xiàn)狀

鑒于地理信息資源與鐵路業(yè)務(wù)有廣泛的關(guān)聯(lián)，地理信息系統(tǒng)(GIS)的重要性已經(jīng)得到認(rèn)識(shí)。我國(guó)鐵路在GIS應(yīng)用方面進(jìn)行了一些嘗試，取得一定成績(jī)。鐵路一些信息系統(tǒng)在不同程度上引入了GIS的概念，用直觀的地理圖形方式來(lái)管理、顯示和分析與地理空間相關(guān)的各種數(shù)據(jù)，按照系統(tǒng)各自需求，對(duì)鐵路空間數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集、整理和組織，有些還建立了各自的GIS子系統(tǒng)，如工務(wù)部門(mén)PWMIS、鐵路應(yīng)急平臺(tái)、鐵路用地管理系統(tǒng)等。

目前，我國(guó)鐵路領(lǐng)域地理信息大部分采用線分類(lèi)法對(duì)要素進(jìn)行簡(jiǎn)單歸類(lèi)，雖然具有一定的層次性、本系統(tǒng)使用方便、一定業(yè)務(wù)背景下能較好反映要素之間的邏輯關(guān)系，但仍存在以下問(wèn)題。

(1)地理要素分類(lèi)級(jí)別不一致。同一地理要素在不同分類(lèi)方法中所處層級(jí)不同，導(dǎo)致要素的描述信息具有差異，無(wú)法確定要素的屬性及內(nèi)涵信息。

(2)分類(lèi)體系多樣。鐵路各專業(yè)按照自身應(yīng)用需求產(chǎn)生不同分類(lèi)方法，不同分類(lèi)方法相互間的兼容性較差，難以合成并集成，更無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)共享、信息互通。

(3)分類(lèi)關(guān)系表達(dá)不同層次要素之間的繼承和包含關(guān)系，但不能表達(dá)要素之間的組織關(guān)系。

(4)要素概念含義不明確。相同的要素出現(xiàn)在不同的分類(lèi)節(jié)點(diǎn)，無(wú)法明確其各自的含義。

(5)信息分類(lèi)需要實(shí)時(shí)反映鐵路實(shí)際業(yè)務(wù)的屬性，由于信息技術(shù)的不斷發(fā)展，已有的分類(lèi)已難以表達(dá)現(xiàn)實(shí)業(yè)務(wù)需要，也無(wú)法進(jìn)行分類(lèi)更新。

針對(duì)信息共享、智能處理、協(xié)同工作等更高層次的需求，鐵路信息化需要進(jìn)一步發(fā)展與建設(shè)能夠輔助決策支持、促進(jìn)業(yè)務(wù)協(xié)同、激發(fā)創(chuàng)新的信息技術(shù)設(shè)施與平臺(tái)，充分發(fā)揮信息資源作為戰(zhàn)略資源的作用。對(duì)鐵路地理信息進(jìn)行統(tǒng)一分類(lèi)編碼，為各業(yè)務(wù)GIS系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)交換的途徑，同時(shí)，推動(dòng)鐵路地理信息平臺(tái)的建設(shè)。

2 分類(lèi)方法

地理信息分類(lèi)基本方法與一般信息分類(lèi)方法類(lèi)似，包括線分類(lèi)法和面分類(lèi)法。線分類(lèi)法是將初始的分類(lèi)對(duì)象，按所選定的若干個(gè)屬性或特征，逐次地分成相應(yīng)的若干個(gè)層級(jí)的類(lèi)目，并排成一個(gè)有條理、逐級(jí)展開(kāi)的分類(lèi)體系；面分類(lèi)法將所選定的分類(lèi)對(duì)象的若干個(gè)屬性或特征視為若干個(gè)“面”，每個(gè)“面”中又可分為許多彼此獨(dú)立的若干個(gè)類(lèi)目，使用時(shí)可根據(jù)需要將這些“面”中的類(lèi)目組合在一起，形成一個(gè)復(fù)合類(lèi)目[20-21]。

鐵路作為一個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備密集的行業(yè)，具有自身已有的、實(shí)踐應(yīng)用成熟的體系，所以線分類(lèi)法可更好地反映鐵路行業(yè)地理信息要素。鐵路地理信息分類(lèi)方法采用線分類(lèi)法，分類(lèi)過(guò)程中，采用國(guó)標(biāo)擴(kuò)展、技規(guī)繼承、實(shí)體分解、可共享幾種方法相結(jié)合逐層細(xì)化。

2.1 國(guó)家基礎(chǔ)地理信息分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展

鐵路地理信息屬于行業(yè)地理信息范疇，在最新頒布實(shí)施的國(guó)標(biāo)地理信息分類(lèi)編碼規(guī)則中，從國(guó)家基礎(chǔ)地理要素和專業(yè)地理要素分別考慮，鐵路要素屬于基礎(chǔ)要素門(mén)類(lèi)的基礎(chǔ)地理亞門(mén)類(lèi)的交通大類(lèi)的中類(lèi)(編碼為11401)，鐵路基礎(chǔ)設(shè)施及營(yíng)運(yùn)與管理要素屬于專業(yè)要素門(mén)類(lèi)的基礎(chǔ)設(shè)施要素亞門(mén)類(lèi)的交通基礎(chǔ)設(shè)施的中類(lèi)(編碼為25101)。

鐵路作為國(guó)家基礎(chǔ)要素時(shí)，只需考慮鐵路線路、車(chē)站和管界等要素；鐵路作為專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施要素時(shí)，需要考慮涉及鐵路全專業(yè)、全生命周期的實(shí)體要素。根據(jù)國(guó)家基礎(chǔ)地理信息分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的要求，鐵路地理信息分類(lèi)體系在鐵路中類(lèi)和鐵路基礎(chǔ)設(shè)施及營(yíng)運(yùn)與管理要素中類(lèi)下進(jìn)行小類(lèi)的逐級(jí)劃分。

2.2 《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》的繼承

根據(jù)中國(guó)鐵路總公司業(yè)務(wù)管理模式，業(yè)務(wù)可分為車(chē)、機(jī)、工、電、輛、供等幾大專業(yè)，其中，涉及地理信息要素的專業(yè)主要集中在工(工務(wù))、電(電務(wù))和供(供電及給排水)。為了方便數(shù)據(jù)采集和更新、維護(hù)，以工務(wù)、電務(wù)、供電及給水、房建和其他作為鐵路基礎(chǔ)設(shè)施及營(yíng)運(yùn)與管理要素中類(lèi)的下位類(lèi)，即一級(jí)小類(lèi)。

《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》是為了加強(qiáng)中國(guó)鐵路總公司鐵路技術(shù)管理，確保國(guó)家鐵路安全正點(diǎn)、方便快捷、高速高效，根據(jù)有關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等制定而成[22-23]。整個(gè)規(guī)程中將鐵路按照專業(yè)進(jìn)行依次劃分，為了繼承《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》中的成果及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將技規(guī)中各專業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行歸類(lèi)，納入中國(guó)鐵路總公司各個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)分類(lèi)中，例如，技規(guī)中劃分的路基、軌道、橋涵、隧道和安防設(shè)施作為工務(wù)一級(jí)小類(lèi)的下位類(lèi)，即二級(jí)小類(lèi)。

2.3 鐵路地理實(shí)體分解

鐵路各地理信息實(shí)體從結(jié)構(gòu)上考慮包括多個(gè)構(gòu)件，在鐵路專業(yè)公用地理信息要素應(yīng)用中，單純的實(shí)體無(wú)法滿足多個(gè)專業(yè)之間公用的地理要素需求，在實(shí)際應(yīng)用中往往涉及實(shí)體中的某個(gè)構(gòu)件，所以需要對(duì)鐵路地理信息實(shí)體進(jìn)行分解。工務(wù)領(lǐng)域的橋涵按照跨/孔為單元進(jìn)行劃分，每個(gè)單元內(nèi)從結(jié)構(gòu)上可分解為橋跨結(jié)構(gòu)、支座、墩臺(tái)、基礎(chǔ)、附屬工程等。對(duì)電務(wù)領(lǐng)域的通信、信號(hào)專業(yè)而言，主要以一條線的系統(tǒng)為單元進(jìn)行劃分，每個(gè)單元內(nèi)從系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)部署上進(jìn)行分解，通信可分解為通信機(jī)房、通信桿塔、通信線路、通信管道槽道、通信室外設(shè)備等。

2.4 鐵路專業(yè)公用地理信息的數(shù)據(jù)共享

鐵路地理信息數(shù)據(jù)是指鐵路專業(yè)所使用或產(chǎn)生的地理信息數(shù)據(jù)。鐵路地理信息數(shù)據(jù)從內(nèi)容上可分為國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、鐵路專業(yè)公用地理信息數(shù)據(jù)和鐵路專業(yè)專用地理信息數(shù)據(jù)[24]。鐵路地理信息分類(lèi)與編碼要解決的是國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和鐵路專業(yè)公用地理信息數(shù)據(jù)，從而解決各專業(yè)之間數(shù)據(jù)共享，而鐵路專業(yè)專用地理信息數(shù)據(jù)需根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行定制化研究。

3 要素分類(lèi)與編碼規(guī)則

3.1 分類(lèi)與編碼原則

鐵路地理信息數(shù)據(jù)分類(lèi)與編碼應(yīng)遵循以下原則。

(1)系統(tǒng)性：以適合鐵路地理信息各業(yè)務(wù)應(yīng)用為目標(biāo)，以GB/T 25529—2010的分類(lèi)體系為依據(jù)，按鐵路地理信息的要素特征進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的分類(lèi)。

(2)穩(wěn)定性：分類(lèi)體系以各要素最穩(wěn)定的特征和屬性為基礎(chǔ)，在較長(zhǎng)時(shí)間里不發(fā)生重大變更。

(3)唯一性：同一地理要素不重復(fù)編碼。

(4)一致性：同一要素在不同比例尺鐵路地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中有一致的分類(lèi)與編碼。

(5) 可擴(kuò)充性：編碼結(jié)構(gòu)留有適當(dāng)?shù)臄U(kuò)充余地，充分考慮編碼的上位統(tǒng)一，下位擴(kuò)充余地充足。

3.2 分類(lèi)體系

分類(lèi)采用線分類(lèi)法，分類(lèi)體系在《地理信息分類(lèi)與編碼規(guī)則》(GB/T 25529—2010)標(biāo)準(zhǔn)的框架及規(guī)定下，按照分類(lèi)方法將鐵路中類(lèi)和鐵路基礎(chǔ)設(shè)施及營(yíng)運(yùn)與管理要素中類(lèi)的下位類(lèi)小類(lèi)細(xì)分為一級(jí)小類(lèi)、二級(jí)小類(lèi)和三級(jí)小類(lèi)，同時(shí)，鐵路中類(lèi)下位類(lèi)劃分符合《基礎(chǔ)地理信息要素分類(lèi)與代碼》(GB/T 13923—2006)的要求。

鐵路中類(lèi)包括標(biāo)準(zhǔn)軌鐵路、其他軌鐵路、車(chē)站、管界及駐地、鐵路注記和用地紅線6個(gè)一級(jí)小類(lèi)，鐵路基礎(chǔ)設(shè)施及營(yíng)運(yùn)與管理要素中類(lèi)包括工務(wù)、電務(wù)、供電、房建和其他5個(gè)一級(jí)小類(lèi)，中類(lèi)、一級(jí)小類(lèi)和二級(jí)小類(lèi)分類(lèi)見(jiàn)表1。三級(jí)小類(lèi)基于二級(jí)小類(lèi)劃分出共129類(lèi)。

3.3 編碼規(guī)則

鐵路地理信息編碼由兩部分組成：分類(lèi)碼和對(duì)象碼，編碼結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2。GB/T 25529—2010規(guī)定地理要素類(lèi)的代碼采用主碼10位定長(zhǎng)數(shù)字碼，不足10位用“0”補(bǔ)齊，該標(biāo)準(zhǔn)中已規(guī)定了要素中類(lèi)的分類(lèi)名稱和代碼。分類(lèi)碼前5位中鐵路要素中類(lèi)碼是11401，鐵路基礎(chǔ)設(shè)施及營(yíng)運(yùn)與管理要素中類(lèi)碼是25101；分類(lèi)碼后5位小類(lèi)劃分為一級(jí)小類(lèi)1位、二級(jí)小類(lèi)2位和三級(jí)小類(lèi)2位，要素類(lèi)代碼為10位，分類(lèi)及編碼樣例見(jiàn)表3。對(duì)象碼對(duì)要素屬性對(duì)象進(jìn)行編碼，編碼方法和碼長(zhǎng)、數(shù)據(jù)類(lèi)型和屬性特征的域值/值域遵循行業(yè)(專業(yè)/專題)屬性的編碼規(guī)則。

表1 鐵路地理信息要素的中類(lèi)、一級(jí)小類(lèi)和二級(jí)小類(lèi)分類(lèi)

表2 地理要素類(lèi)的編碼結(jié)構(gòu)

注：參考GB/T 25529—2010。

表3 鐵路地理信息分類(lèi)樣例

4 結(jié)論

本標(biāo)準(zhǔn)已在鐵路地理信息平臺(tái)建設(shè)中得到應(yīng)用，并已形成中國(guó)鐵路總公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，所規(guī)定的要素分類(lèi)和編碼能滿足對(duì)鐵路、鐵路基礎(chǔ)設(shè)施及營(yíng)運(yùn)與管理要素的制圖表達(dá)、統(tǒng)計(jì)分析和開(kāi)發(fā)應(yīng)用的需求，滿足鐵路總公司各業(yè)務(wù)部門(mén)運(yùn)營(yíng)維護(hù)和管理的需求，滿足各專業(yè)信息共享的需求，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。本標(biāo)準(zhǔn)的研究和制定對(duì)中國(guó)鐵路總公司鐵路地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)、建庫(kù)、更新、維護(hù)、分發(fā)、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用服務(wù)等提供有效保障，為鐵路地理信息平臺(tái)、數(shù)字鐵路、智能鐵路的建設(shè)奠定扎實(shí)基礎(chǔ)。