建设数字铁路的设想

建设数字铁路的设想（北京交通大学）摘要：中国铁道部在“十五”信息化规划中提出了建设中国数字铁路”的设想，铁路信息化已经历了初期单机应用、中期网络应用以及目前的控制和决策应用三个关键阶段。数字铁路是建立在铁路信息基础结构上，把铁路车、机、工、辆、行政指挥、运营管理等各部门的海量数据．按统一的地理坐标集成起来，使各级决策层及管理，技术人员无论何时何地，都可以安优先界别得到铁路任何一个地方、任何部门的信息。地理信息系统可使铁路信息有高度临场感、交互方便等优势．以直观的形式展现在用户面前，为铁路现代化建设提供强大的信息源，为决策者及生产指挥提供依据。为铁路进行科学化管理、提高运输效率提供了科学的技术手段。关键词：GIS；应用；开发TheideaofdigitalrailwayconstructionYangAtong(BeijingJiaotongUniversity)Abstract:ChineseMinistryofRailwaysinthe15InformationtechnologyplanningintheproposedconstructionofChina'sdigitalrailscenario,railwayinformationhasgonethroughtheinitialstand-aloneapplications,networkapplicationsandthecurrentmid-termcontrolofthreekeystagesanddecision-makingapplications.DigitalRailwayistheestablishmentofinformationinfrastructureontherailway,therailwaycar,aircraft,engineering,vehicles,administrativecommand,operationsmanagementandotherdepartmentsofmassivedataintegrationbyaunifiedgeographiccoordinates,sothatalllevelsofdecision-makingandmanagement,technicalpersonnelwhereverwhenandwhere,youcangetsecurityprioritysectorsofrailwaysanywhere,anydepartmentoftheinformation.GISallowsahighdegreeofpresenceofrailwayinformation,interactiveandconvenientadvantagesintheformofvisualdisplaytotheuser,forrailwaymodernizationbuildingapowerfulsourceofinformationfordecision-makersandprovideabasisfordirectingtheproduction.fortherailwayforthescientificmanagement,improvetransportefficiencyandprovidesascientificandtechnologicalmeans.Keywords:GIS;application;develop“数字铁路”是指建立在铁路信息基础结构上，把铁路机、车、工、电、检、行政指挥决策、运营管理等部门的数据按统一的地理坐标集成起来，使各级决策层及管理、技术人员无论走到哪里，无论何时，都可以按优先级别得到铁路任何一个地方、任何部门的信息。这一信息以动静结合、具有高度沉浸感和临场感、交互方便的特性及表现方式展现在用户面前，使得遍布全国的庞大铁路系统真实地重现给各级决策者，为决策及生产指挥提供依据。背景中国铁道部在“十五”信息化规划中提出了建设中国数字铁路”的设想，铁路信息化已经历了初期单机应用、中期网络应用以及目前的控制和决策应用三个关键阶段。数字铁路是建立在铁路信息基础结构上，把铁路车、机、工、辆、行政指挥、运营管理等各部门的海量数据．按统一的地理坐标集成起来，使各级决策层及管理，技术人员无论何时何地，都可以安优先界别得到铁路任何一个地方、任何部门的信息。地理信息系统可使铁路信息有高度临场感、交互方便等优势．以直观的形式展现在用户面前，为铁路现代化建设提供强大的信息源，为决策者及生产指挥提供依据。为铁路进行科学化管理、提高运输效率提供了科学的技术手段。但铁路调度信息管理方面的GIS技术应用尚未完全展开。目前铁路日常调度信息管理中主要存在以下问题：(1)人工绘制调度图，效率低，修改难，纸张材料浪费大，而且不便存储管理和信息传播。(2)大多数调度信息管理系统只是侧重于调度图形的显示，行车调度的属性信息单独分开进行管理，从而造成铁路调度信息的分离，难以形象直观的向用户表达其实际含义；(3)调度图的维护和修改比较困难，更新速度缓慢．无法实现图文信息的统一管理；(4)以纸质介质进行调度图的信息发布，成本高、浪费大、信息传播速度慢；(5)网上发布调度信息的MIS．存在图形和属性信息分离的不足。用户或只能查找表记录，或只能看见调度图分布。功能单一，不能直观、详细了解与地理位置相关的信息。难以满足用户需求；(6)表达的信息形式单一、可扩展性差、难以实现多源信息集成。针对上述问题将GIS学科发展前沿的技术思想引入到铁道部门的调度信息管理的项目建设之中，无疑是一条很好的思路。GIS在铁路的应用，使部分工作的重点从单独的生产转移到对信息的采集、处理、分析和利用上来。面对铁路的土地规划、地理资源清查、环境监测等大型项目这些大型工程所获取的海量资源环境信息，传统的调查报表、统计图表和手工制图的方式已远远不能满足时代需求，GIS得发展与应用使计算机可以有效地处理相关信息，已成为行业发展的巨大动力。铁路系统经过多年的信息化建设已经在各业务部门建立，众多的MIS，如TMIS、DMIS、CMIS和PWMIS等。但由于过去计算机技术的发展水平、各业务部门的相对独立等原因，致使现有MIS存在如下不足：(1)现有MIS主要是文本方式表达信息的，缺乏可视性与临场感；(2)各业务部门在进行MIS建设时，都只是根据各自业务需要进行设计的，而领导决策却需要对全局的把握。因此现有MIS系统需要进行有效的整合；(3)现有MIS缺乏强大的决策支持功能，决策的使用率较低。但在数据库的建设方面，现有的GIS在铁路的应用中也面临着部分问题。铁路从选线、修建到运营管理，都涉及土壤、环境、测绘、遥感、计算机和地理信息系统学等各个学科领域，其影响因素复杂，需要数据量大且要求质量高。而在现阶段，由于仪器设备以及人力、物力的限制，许多数据难以获取，而且现有数据也往往由于数据来源不一、数据格式各异、年代不同等原因造成土地利用现状数据质量难以保证，特别是数据格式不一与城市坐标系不一，使各地区的数据难以共享，严重影响了GIS的应用。同时，应用平台的不统一，数据不足，信息共享不足，数据的使用率低，重复率高，也成为发展数字铁路的“瓶颈”。数字铁路主要研究内容(1)数字铁路总体框架研究通过对国内外现状、需求及发展趋势的分析，明确数字铁路与铁路信息化、铁路智能运输的关系，研究数字铁路的层次结构、逻辑结构、物理结构，提出数字铁路总体框架。(2)数字铁路标准体系研究提出数字铁路标准体系，制定数字铁路空问数据内容及标准、数据质量控制标准、空间数据交换标准、空间信息共享服务标准。(3)铁路各业务信息系统数字化和信息化规范升级根据铁路信息共享平台统一规划和要求，规范铁路各业务信息系统输出和输入信息的内容和接口规范。(4)铁路空间数据建模及数据结构研究提出数字铁路空间模型的数据结构，明确空间数据库系统中数据内容和数据问联系的逻辑组织形式表示。(5)铁路空问信息共享技术研究研究铁路空间信息共享技术，包括铁路基础空间信息同步机制和铁路空问信息服务机制，以便能够提供空问数据共享和丰富的空间信息服务功能，为铁路各信息系统服务。(6)核心技术应用方案研究研究3s技术、虚拟化技术、物联网、空间数据检索和高效展示、信息集成和综合应用等关键技术在数字铁路中的应用方案。(7)结合铁路内外部用户的需求，提出数字铁路应用总体方案深人分析铁路各业务部门以及路外用户对数字铁路的应用内容和展现形式的需求，提出数字铁路应用总体方案(8)数字铁路信息运行、维护更新及安全保障机制研究提出数字铁路信息运行、维护更新及安全保障机制，确保数字铁路信息的实时更新和高效维护。数字铁路的关键技术(1)3S技术及其应用技术3s技术是遥感技术(RemoteSensing，RS)、地理信息系统(GeographyinformationSystems，GIS)和全球定位系统(GlobalPositioningSystems，GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。3s技术是数字铁路建设的基础，可以利用RS技术获得数字铁路所需的铁路勘探数据，利用GPS技术研究铁路移动装备及设备的定位问题，而GIS则是数字铁路研发和应用的基础展示平台。(2)虚拟化技术(Virtualization)及应用虚拟化是以某种用户和应用程序都可以很容易从中获益的方式来表示计算机资源的过程，它为数据、计算能力、存储源以及其他资源提供了一个逻辑视图，是资源的逻辑表示，不受物理限制的约束。虚拟化技术包括网络虚拟化、系统虚拟化、计算机硬件虚拟化、语言虚拟机以及分布式系统虚拟化等。通过虚拟化技术的应用，数字铁路的所有资源将可透明地运行在各种各样的物理平台上，通过虚拟化技术把物理资源转变为逻辑上可以管理的资源，实现资源的自动化分配。因此数字铁路可以利用虚拟化技术在现有的铁路应用系统和平台上构建，而不是重建一套系统。(3)铁路空间数据建模及数据结构数据模型是对现实世界部分现象的抽象，它描述了数据的基本结构及其相互之间的关系和在数据上的各种操作，是数据库系统中关于数据内容和数据问联系的逻辑组织的形式表示：以抽象的形式描述和反映一个部门或系统的业务活动和信息流程。铁路地理信息系统要求一种高效的数据组织方式，既尽可能地包含全面信息(包括对未来潜在有用的信息)，又要能方便快速选取。(4)铁路空间信息共享技术研究“数字铁路”的实质就是建立以铁路地理空间信息为核心的铁路信息服务与共享体系，铁路地理信息平台的核心是为铁路各业务信息系统提供基础空间信息和可共享的专业空间信息，因此必须研究铁路空间信息共享技术，包括铁路基础空间信息同步机制和铁路空间信息服务机制研究，以便能够提供空间数据共享和丰富的空间信息服务功能，提高资源综合利用效率。(5)物联网技术物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”铁道。部已成功实施的铁路车号自动识别系统(ATIS)就是采用RFID技术实现的。通过把感应器嵌入和装备到铁路的线路、桥梁、隧道、涵洞、通信信号等铁路基础设施，机车、车辆、动车组等移动设备，信息化设备，大配件中，利用“物联网”技术，并与现有的铁路信息网整合起来，可以实现对铁路人力、设备和基础设施的实时全面管理，即：实现铁路设备管理数字化，提高铁路资源利用率和生产力水平，推进数字铁路建设。(6)铁路空间信息安全保障技术地理空间信息数据涉及国家安全，我国测绘部门对空间信息管理有严格规定，由于数字化地理信息更易复制和传播，必须研究铁路空间信息安全保障技术，从国家空间数据安全的高度，实现对铁路空问数据的统一归口管理，对涉密路空问数据和可公开的铁路空间数据采取不同的有效措施，在保证数据、信息安全的前提下，最大程度地实现铁路空间数据的共享。(7)数字铁路的标准与规范研究铁路空间信息标准