鐵路地理信息分類與編碼研究

潘佩芬

(中國鐵道科學研究院電子計算技術研究所,北京 100081)

地理信息是國家重要戰略信息資源，在政府管理決策、產業發展、人民生活等方面發揮著越來越重要的作用[1]。2009年2月6日，國家測繪地理信息局發布了《國家地理信息公共服務平臺專項規劃(2009～2015 年)》(國測成字[2009]1號)，以促進國家基礎地理信息共享，提升公共服務水平[2]。實現地理信息共享的前提是標準體系及相關標準的完善[3]。目前，電力、公安、水利等行業已形成行業、企業地理信息數據標準，并完成行業、企業地理信息平臺建設[4-12]，而鐵路行業地理信息標準體系尚未確立。

為適應鐵路信息化建設和地理信息產業的發展，加快推進鐵路專業公用地理信息數據的共享，快速、精細、準確地提取鐵路地理信息數據，衍生基本比例尺數據產品，滿足鐵路信息化總體規劃、標準化及精細化管理和實時監管等需要，課題組以國家基礎地理信息標準為基礎，結合鐵路各專業日常運營的既有特點及鐵路技術管理規程，借鑒中國BIM聯盟發布的鐵路工程信息模型分類和編碼標準，以及鐵路工程實體結構分解指南中對鐵路實體的模型分解和分類，以實用性和可操作性為基本原則，對鐵路全專業公用要素的具有專業特色的地理信息分類與編碼規則進行研究。

1 研究現狀

1.1 地理信息分類與編碼研究現狀

地理信息分類編碼在國外發展比較早，20世紀70年代，美國編建成全國范圍內統一的TIGER數據庫(地理信息編碼數據庫)，20世紀80年代英國也建成了全國地理信息編碼數據庫。但是，國外對地理信息分類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體系及編碼規則。

而我國在地理信息分類編碼的行業應用研究工作中，注重分類體系結構、編碼規則適用性，對基礎要素進行歸類編碼。例如，周麗珠等對天津市基礎地理信息要素進行分類與代碼研究[13]，劉曉慶對城市基礎地理信息進行研究，探索城市基礎地理信息數據庫[14]，梁展凡等對廣西城市交通地理信息進行分類研究[15]等。

1.2 地理信息分類與編碼標準現狀

為推動地理信息標準化工作，全國地理信息標準化技術委員會發布了國家地理信息標準體系。該體系由通用類、數據資源類、應用服務類、環境與工具類、管理類、專業類和專項類。前五類為基礎類標準，而專業類是面向各專業領域的，對基礎類進行擴展和裁剪[3]。

數據資源類包括七類：數據內容、數據字典、元數據、編目、數據獲取、數據處理和數據更新共計85個標準。地理信息分類編碼規則、基礎地理信息要素分類與代碼均屬于數據內容類，目前地理信息分類編碼規則標準已于2010年發布實施[16]，基礎地理信息要素分類與代碼已于2006年發布實施[17]。

在國家地理信息分類編碼規則以及基礎地理信息要素分類與代碼兩項標準的指導下，在國家地理信息標準體系框架下，已有部分行業地區開展了地理信息分類編碼標準編制工作，形成行業標準和企業標準，例如，煙草行業于2013年發布實施的《YC/T 474.2-2013煙草行業地理信息共享服務基本規范第2部分:地理信息分類代碼》[18]，廣西壯族自治區于2015年發布實施的《DB45/T 1190-2015城市交通地理信息分類與代碼》[19]等。

1.3 鐵路地理信息分類與編碼現狀

鑒于地理信息資源與鐵路業務有廣泛的關聯，地理信息系統(GIS)的重要性已經得到認識。我國鐵路在GIS應用方面進行了一些嘗試，取得一定成績。鐵路一些信息系統在不同程度上引入了GIS的概念，用直觀的地理圖形方式來管理、顯示和分析與地理空間相關的各種數據，按照系統各自需求，對鐵路空間數據進行了收集、整理和組織，有些還建立了各自的GIS子系統，如工務部門PWMIS、鐵路應急平臺、鐵路用地管理系統等。

目前，我國鐵路領域地理信息大部分采用線分類法對要素進行簡單歸類，雖然具有一定的層次性、本系統使用方便、一定業務背景下能較好反映要素之間的邏輯關系，但仍存在以下問題。

(1)地理要素分類級別不一致。同一地理要素在不同分類方法中所處層級不同，導致要素的描述信息具有差異，無法確定要素的屬性及內涵信息。

(2)分類體系多樣。鐵路各專業按照自身應用需求產生不同分類方法，不同分類方法相互間的兼容性較差，難以合成并集成，更無法進行數據共享、信息互通。

(3)分類關系表達不同層次要素之間的繼承和包含關系，但不能表達要素之間的組織關系。

(4)要素概念含義不明確。相同的要素出現在不同的分類節點，無法明確其各自的含義。

(5)信息分類需要實時反映鐵路實際業務的屬性，由于信息技術的不斷發展，已有的分類已難以表達現實業務需要，也無法進行分類更新。

針對信息共享、智能處理、協同工作等更高層次的需求，鐵路信息化需要進一步發展與建設能夠輔助決策支持、促進業務協同、激發創新的信息技術設施與平臺，充分發揮信息資源作為戰略資源的作用。對鐵路地理信息進行統一分類編碼，為各業務GIS系統提供數據交換的途徑，同時，推動鐵路地理信息平臺的建設。

2 分類方法

地理信息分類基本方法與一般信息分類方法類似，包括線分類法和面分類法。線分類法是將初始的分類對象，按所選定的若干個屬性或特征，逐次地分成相應的若干個層級的類目，并排成一個有條理、逐級展開的分類體系；面分類法將所選定的分類對象的若干個屬性或特征視為若干個“面”，每個“面”中又可分為許多彼此獨立的若干個類目，使用時可根據需要將這些“面”中的類目組合在一起，形成一個復合類目[20-21]。

鐵路作為一個基礎設施設備密集的行業，具有自身已有的、實踐應用成熟的體系，所以線分類法可更好地反映鐵路行業地理信息要素。鐵路地理信息分類方法采用線分類法，分類過程中，采用國標擴展、技規繼承、實體分解、可共享幾種方法相結合逐層細化。

2.1 國家基礎地理信息分類標準的擴展

鐵路地理信息屬于行業地理信息范疇，在最新頒布實施的國標地理信息分類編碼規則中，從國家基礎地理要素和專業地理要素分別考慮，鐵路要素屬于基礎要素門類的基礎地理亞門類的交通大類的中類(編碼為11401)，鐵路基礎設施及營運與管理要素屬于專業要素門類的基礎設施要素亞門類的交通基礎設施的中類(編碼為25101)。

鐵路作為國家基礎要素時，只需考慮鐵路線路、車站和管界等要素；鐵路作為專業基礎設施要素時，需要考慮涉及鐵路全專業、全生命周期的實體要素。根據國家基礎地理信息分類標準的要求，鐵路地理信息分類體系在鐵路中類和鐵路基礎設施及營運與管理要素中類下進行小類的逐級劃分。

2.2 《鐵路技術管理規程》的繼承

根據中國鐵路總公司業務管理模式，業務可分為車、機、工、電、輛、供等幾大專業，其中，涉及地理信息要素的專業主要集中在工(工務)、電(電務)和供(供電及給排水)。為了方便數據采集和更新、維護，以工務、電務、供電及給水、房建和其他作為鐵路基礎設施及營運與管理要素中類的下位類，即一級小類。

《鐵路技術管理規程》是為了加強中國鐵路總公司鐵路技術管理，確保國家鐵路安全正點、方便快捷、高速高效，根據有關法律、法規、規章和技術標準等制定而成[22-23]。整個規程中將鐵路按照專業進行依次劃分，為了繼承《鐵路技術管理規程》中的成果及標準規范，將技規中各專業基礎設施進行歸類，納入中國鐵路總公司各個業務部門分類中，例如，技規中劃分的路基、軌道、橋涵、隧道和安防設施作為工務一級小類的下位類，即二級小類。

2.3 鐵路地理實體分解

鐵路各地理信息實體從結構上考慮包括多個構件，在鐵路專業公用地理信息要素應用中，單純的實體無法滿足多個專業之間公用的地理要素需求，在實際應用中往往涉及實體中的某個構件，所以需要對鐵路地理信息實體進行分解。工務領域的橋涵按照跨/孔為單元進行劃分，每個單元內從結構上可分解為橋跨結構、支座、墩臺、基礎、附屬工程等。對電務領域的通信、信號專業而言，主要以一條線的系統為單元進行劃分，每個單元內從系統現場部署上進行分解，通信可分解為通信機房、通信桿塔、通信線路、通信管道槽道、通信室外設備等。

2.4 鐵路專業公用地理信息的數據共享

鐵路地理信息數據是指鐵路專業所使用或產生的地理信息數據。鐵路地理信息數據從內容上可分為國家基礎地理信息數據、鐵路專業公用地理信息數據和鐵路專業專用地理信息數據[24]。鐵路地理信息分類與編碼要解決的是國家基礎地理信息數據和鐵路專業公用地理信息數據，從而解決各專業之間數據共享，而鐵路專業專用地理信息數據需根據實際業務需求進行定制化研究。

3 要素分類與編碼規則

3.1 分類與編碼原則

鐵路地理信息數據分類與編碼應遵循以下原則。

(1)系統性：以適合鐵路地理信息各業務應用為目標，以GB/T 25529—2010的分類體系為依據，按鐵路地理信息的要素特征進行科學系統的分類。

(2)穩定性：分類體系以各要素最穩定的特征和屬性為基礎，在較長時間里不發生重大變更。

(3)唯一性：同一地理要素不重復編碼。

(4)一致性：同一要素在不同比例尺鐵路地理信息數據庫中有一致的分類與編碼。

(5) 可擴充性：編碼結構留有適當的擴充余地，充分考慮編碼的上位統一，下位擴充余地充足。

3.2 分類體系

分類采用線分類法，分類體系在《地理信息分類與編碼規則》(GB/T 25529—2010)標準的框架及規定下，按照分類方法將鐵路中類和鐵路基礎設施及營運與管理要素中類的下位類小類細分為一級小類、二級小類和三級小類，同時，鐵路中類下位類劃分符合《基礎地理信息要素分類與代碼》(GB/T 13923—2006)的要求。

鐵路中類包括標準軌鐵路、其他軌鐵路、車站、管界及駐地、鐵路注記和用地紅線6個一級小類，鐵路基礎設施及營運與管理要素中類包括工務、電務、供電、房建和其他5個一級小類，中類、一級小類和二級小類分類見表1。三級小類基于二級小類劃分出共129類。

3.3 編碼規則

鐵路地理信息編碼由兩部分組成：分類碼和對象碼，編碼結構見表2。GB/T 25529—2010規定地理要素類的代碼采用主碼10位定長數字碼，不足10位用“0”補齊，該標準中已規定了要素中類的分類名稱和代碼。分類碼前5位中鐵路要素中類碼是11401，鐵路基礎設施及營運與管理要素中類碼是25101；分類碼后5位小類劃分為一級小類1位、二級小類2位和三級小類2位，要素類代碼為10位，分類及編碼樣例見表3。對象碼對要素屬性對象進行編碼，編碼方法和碼長、數據類型和屬性特征的域值/值域遵循行業(專業/專題)屬性的編碼規則。

表1 鐵路地理信息要素的中類、一級小類和二級小類分類

表2 地理要素類的編碼結構

注：參考GB/T 25529—2010。

表3 鐵路地理信息分類樣例

4 結論

本標準已在鐵路地理信息平臺建設中得到應用，并已形成中國鐵路總公司企業標準，所規定的要素分類和編碼能滿足對鐵路、鐵路基礎設施及營運與管理要素的制圖表達、統計分析和開發應用的需求，滿足鐵路總公司各業務部門運營維護和管理的需求，滿足各專業信息共享的需求，滿足國家標準的規定。本標準的研究和制定對中國鐵路總公司鐵路地理信息數據的生產、建庫、更新、維護、分發、開發和應用服務等提供有效保障，為鐵路地理信息平臺、數字鐵路、智能鐵路的建設奠定扎實基礎。