鐵路信號地理信息系統建設

崔蓓，金妮，吳熙

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

鐵路信號地理信息系統建設

崔蓓1?，金妮2，吳熙3

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

基于對鐵路信號設備進行綜合管理的目的，引入了地理信息系統（GIS），實現對鐵路信號設備圖形、圖表進行統一位置化、可視化的管理，建立了鐵路信號設備空間數據庫，開發了鐵路信號地理信息系統，為實現鐵路信號智能化管理奠定了一定的基礎。

鐵路信號；地理信息系統；信號設備管理

1 前 言

鐵路信號系統不僅是列車安全運行的保障，也是提高鐵路效率的重要設備，是現代化鐵路系統中不可缺少的部分［1］。與其他國家相似，我國鐵路信號系統發展大體上經歷了地面人工信號、地面自動信號、機車信號、自動停車和超速防護5個階段［2］。鐵路信號每個階段的發展都與同時期社會技術進步息息相關?，F代鐵路信號系統集成了計算機、通信、自動控制等先進技術，成為鐵路運輸生產過程的自動化控制系統［3］。鐵路信號系統的信息化帶動鐵路產業的現代化，是鐵路發展的必然趨勢。

鐵路覆蓋了我國的大部分地區，鐵路資產分布在狹長的地表，不論是線路、橋梁、道口、隧道本身，還是信號、電力、控制設備等各種設施以及周邊環境都對鐵路的安全運營顯得至關重要。這些設備存在著大量的信息需要管理，這些信息包括數字和文字信息，另外，還存在著大量的空間位置信息，如各站段的地理位置、鐵路軌道的敷設情況等，傳統的管理系統很難有效地管理帶有位置信息的復雜數據，而地理信息系統（GIS）正是管理空間數據的能手，空間信息可以方便地攜帶其他信息，作為信息的載體。

2 系統建設思路

地理信息系統（簡稱GIS）是一項以計算機為基礎的新興技術，圍繞著這項技術的研究、開發和應用形成了一門交叉性、邊緣性的學科，是管理和研究空間數據的技術系統，在計算機軟硬件支持下，它可以對空間數據按地理坐標或空間位置進行各種處理、對數據的有效管理、研究各種空間實體及相互關系［4］。GIS的特性與鐵路信號設備的管理，具有很高的結合度。近年來，GIS技術在各領域的廣泛應用以及網絡技術的飛速發展，服務式GIS（Service GIS）已經成為新一代GIS的發展方向。服務式GIS是一種面向服務軟件工程方法的GIS技術體系，它按照一定規范把GIS的全部功能以服務的方式發布出來，可以跨平臺、跨網絡、跨語言被多種客戶端調用，并具備服務聚合能力以繼承來自其他服務器發布的GIS服務［5］。針對鐵路線路長，應用長的特點，服務式GIS（service GIS）由于具有天然的開放，松耦合的特點，適合鐵路信號設備管理的需要。

鐵路信號地理信息系統（RSGIS）主要是充分利用GIS技術、圖形處理和多媒體技術，在實現對信號設備技術檔案、檢修計劃（計劃修、狀態修）等日常管理工作的管理智能化的基礎上，實現從設備新增（新購、調入）到設備的報廢、調出以及在此過程中的出租、封存、啟封的動態進行管理并可記錄設備全生命周期各個動態數據，下級單位可以通過網絡將各類申請上報至上級單位進行審核，實現設備資產全生命周期動態管理［6］。解決目前信號系統內設備信號散亂，關聯關系缺失，缺少強大的圖形化、形象化的宏觀管理手段等問題。

3 系統建設內容與軟件實現

3.1 建設內容

鐵路信號地理信息系統的建設主要從基礎數據建設，專業數據建設，數據綜合瀏覽等方面來進行，體系結構采用較為典型的三層體系結構，如圖1所示，包括數據層，服務層和應用層。數據庫采用Oracle，服務發布容器采用 WebLogic，基礎 GIS平臺采用 ESRI的ArcGIS server，基于J2EE體系，實現平臺的SOA架構。

? 收稿日期:2015—11—24

作者簡介:崔蓓（1978—），男，高級工程師，主要從事地理信息系統開發、規劃信息化建設和相關行業應用工程研發工作。

圖1　鐵路信號設備系統架構

主要包括以下幾個方面:

（1）基礎地理數據建設

在服務式地理信息基礎平臺的之上，通過地圖服務的形式引入衛星影像、航空影像、矢量地圖等地圖內容，構建鐵路信號地理系統的基礎地理數據。

（2）信號專業地理數據建設

在鐵路信號基礎地理數據之上，開展信號專業地理數據建設，一方面通過多種手段推進各類信號設備的地理編碼，形成設備與地理位置間的一一對應關系；另一方面對信號專業現有的各類有地圖性質的示意圖紙開展地理化加工，通過標準地圖的方式更好地發揮這些數據信息的作用。

（3）信號設備專業信息維護

通過深入調研信號專業的應用需求，結合各類信號設備專業信息維護的實際情況，推動信號設備專業信息標準模板的建設。需要充分認識信號設備的種類劃分，規劃好專業信息類型及其表現形式，全面支撐信號設備專業信息的維護與管理工作。

（4）信號設備綜合信息瀏覽

制定統一的信號設備綜合信息模板，提供“一臺設備一本賬”模式下信號設備專業信息的綜合瀏覽，全面、準確、便捷地掌握信號設備的運行情況和總體狀態。

3.2 建設重點

鐵路信號地理信息系統的建設重點是發揮地理信息系統的技術優勢，提供圖形化、可視化的信息管理維護手段，從一種全新的角度擴展信息化思路，其建設重點包括以下幾個方面:

（1）信號設備地理位置與專業信息確認

通過實地調繪與采集獲取的設備地理位置信息是孤立的數據信息，必須通過一系列的技術手段與信號設備本身的專業信息進行關聯。確認兩者間的關聯關系是系統建設的重點內容，通過設備編碼、公里標轉換、人工干預等多種手段進行過濾和篩選，是完成信號設備地理位置與專業信息確的有效手段。圖2中紅點展示的是一個設備，對于該設備位置能夠同時通過鐵路坐標系統和經緯度坐標系統予以表達，充分兼顧到鐵路專業的需要。

圖2　設備位置表達

（2）信號設備種類型號與信息模板對應

信號設備種類型號繁雜，制定專業信息模板時往往需要整體長遠的考慮，特別是設備類型與信息模板之間的對應關系。確認和定制這些對應關系不僅要考慮與各工隊、班組實際維護的專業信息保持一致，避免信息采集不完善存在丟失的不利情況；還要對專業信息模型進行反復推敲，在建立關聯關系是充分考慮多對多的復雜映射，確保設備類型與信息模板對應關系間既緊密又靈活的特點，為信息采集和維護提供強有力的基礎保障。為此開展設備實體建模工作，將設備實體設計為兩部分構成，其圖形信息通過調繪來完成，設備信息則包括設備履歷、養護維修、技術檔案、檔案資料、鑒定評定等專業信息，如圖3所示。

（3）信號專業信息提取與展現

建立了覆蓋全部信號設備的專業信息庫之后，對信號專業信息進行綜合與提取，并根據不同的應用人員、應用級別在地圖上展現是鐵路信號地理信息系統實際應用的主要場景。信號專業信息提取應根據統一的數據信息模板，對信息進行規范，要特別注意信息本身的分類，根據信息介質、信息用途有效地進行組織；信息展現則要考慮到信息本身的內容和展現的場景，通過深入了解信息項之間的關聯關系，形成信息項在內容上的聚合，并通過定制不同的展現形式適應不同應用的需求，如圖4所示在地理信息環境下，加入實景，航片等多維度展示方式，綜合展示信號設備的綜合信息。

圖3　設備實體建模

圖4　三維實景視圖模塊界面圖

3.3 信息系統的軟件實現

開發語言選用Adobe flex，利用ArcGIS提供的API for Flex，可以快速創建和部署自定義WebGIS地圖應用，支持數據顯示、查詢、編輯、打印等，在充分保證瀏覽速度和效率的前提下，調用發布的地理信息服務，能夠有效地管理和應用信號設備設施。

系統的功能設計采用UML語言進行建模，將系統的功能與用戶實際對應的各項需求進行了有效的整合和落實。主要功能包括是設備履歷、設備技術檔案管理、設備動態管理、設備檢修管理、設備鑒評管理、檔案資料管理、設備綜合瀏覽、統計分析、系統維護，這些功能都能進行三維視圖、平面視圖、航拍視圖、衛片視圖和三維實景視圖的切換，極大地提升了可視化管理水平。圖5顯示的是系統構建的主要運行界面。

系統的主要功能包括:

（1）設備統一位置化管理:利用GIS的強大管理能力，對綜合設備圖形、圖表進行，使圖形和圖表始終融合并與具體位置進行掛接。

（2）圖簿統一:管理工作中的專業圖形與設備履歷簿充分結合，履歷簿中的各種技術數據隨時可以在地圖中直觀體現、立體調用，使設備管理人員使用時得心應手、方便快捷，達到房屋、設備和履歷簿的統一。

圖5　鐵路信號設備運行界面

（3）多媒體資料的結合:系統對文字數據和圖片、影像、圖紙等進行綜合，使設備管理等有關人員可以直觀地直接掌握，并傳遞相關設備的技術信息。

（4）多維度綜合展示功能:通過GIS，展示平面圖和各種傳導圖，可以全面、直接掌握房屋、設備、線路、線路等相關技術資料和圖片、錄像資料。為內部資產的優化管理和設備維護、檢修提供服務；對各種可能發生的事故進行預警和為事故處理提供決策支持；便于各級管理人員實時了解主要設施的當前狀態；為生產力布局調整、生產能力增強（擴建）、能力查定提供技術支撐。

4 系統運行效果與展望

4.1 系統運行效果

目前，該系統提出的一套完整的鐵路專業設備信息模板，在朔黃地方鐵路得到了實際應用，系統總體運行良好，狀態穩定，從實際應用來看，主要在以下方面有突破。

（1）圖形化的設備瀏覽手段

鐵路信息地理信息系統以地理信息為基礎展示鐵路信息專業信息，它為信號專業設備提供了圖形化的瀏覽手段。它根據信號專業內區段、工隊以及班組等地理分布設置直接在地圖上瀏覽對應管界范圍內的信號設備，大大提高了傳統的查詢檢索方式存在的效率與準確度等問題，做到設備信息直接查看、直接瀏覽，促使設備瀏覽手段更快捷、更直觀、更有效。

（2）全面統一的設備信息庫

全面統一的信號設備專業信息庫是各類信息專業系統運行所不可缺少的基礎，鐵路信號地理信息系統通過對信號設備進行地理位置編碼，將初步建成信號設備信息庫，并按照設備數據模型的構想，通過定制專業信息模板逐步豐富完善設備信息庫。全面統一的信號設備信息庫將為各類信號專業系統提供充分的數據信息支撐、對行車指揮、綜合調度、設備維護等提供強大的信息化支撐；同時，它還將構建信號系統與鐵路其他系統交互的基礎，通過開放接口與公共協議為其他專業應用提供數據支持。

（3）及時準確的設備維護技術

傳統的信號設備維護技術依賴具體管理以及紙質材料，記錄設備維護活動的具體內容；普通的設備管理系統通過計算機技術將紙質材料變成電子媒介；但以上都面臨設備維護慢，信息準確度不高的問題。鐵路信號地理信息系統通過對具體信號設備進行跟蹤監控，不僅能夠促使設備維護及時進行，提高設備專業信息的更新速度；而且還能夠確保信息內容落實到具體設備、具體責任人，大大提高了信息的準確程度。

4.2 系統展望

鐵路信號地理信息系統為鐵路設備管理維護提供了一種新的技術手段和借鑒模式。通過引入地理信息技術，對鐵路設備進行地理位置編碼，然后制定標準的專業信息模板，建立完備的設備信息庫。通過掌握詳細致的設備信息，為科學合理地開展設備管理維護工作提供數據基礎，特別是設備檢修，通過信息檢索與瀏覽能夠直觀地在地圖上獲取設備檢修信息，并依此開展相關工作，能大大提高工作效率、節省檢修成本，減輕人員負擔。同時，地理信息技術的引入，也使得原本分散、獨立的設備分布、專業信息等內容能夠有效地關聯到一起，形成具備專業特色的專業地圖，為更高級、更深入的專業應用提供技術基礎，在國鐵、航運等基于線性分布的組織機構的信息化具備良好的應用前景和推廣意義。

5 結 論

鐵路信號地理信息系統建設以鐵路信號專業為主，通過引入地理信息技術建立信號專業設備信息庫，并在此基礎上，貼近信號專業的實際需求，促進了信號專業設備管理維護的技術水平，對鐵路各行業內地理信息技術起到了良好示范作用。

［1］姚麗娟.我國鐵路信號系統的現狀和發展［J］.鐵道通信信號，2003（4）：27.

［2］郭進，覃燕.鐵路信號基礎［M］.北京：中國鐵道出版社，2010.

［3］劉大為，郭進，王小敏等.智能鐵路信號系統展望［J］.中國鐵路，2013（12）：25.

［4］曹瑜，胡光道.地理信息系統在國內外應用現狀［J］.中國測繪，2003（2）：32.

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

［6］楊磊.鐵路數字通信傳輸網絡優化淺談［J］.鐵道通信信號，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：P208.2

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