轨道交通地理信息系统解决方案

前言轨道交通地理信息系统解决方案作为城市功能中最活跃的因素，交通已成为城市可持续发展的关键性问题。从全国大城市来看，交通阻塞、行车速度缓慢已成为城市的顽疾。大力发展轨道交通已然成为城市交通和经济可持续发展的方向和必然要求，这已经在国外大城市交通设施发展实践中得到证实。中国作为世界第一人口大国，轨道交通设施的数量和信息化管理技术，已经严重滞后于经济和社会飞速发展的需求。近年来，中国的城市轨道交通和铁路系统进入了高速发展阶段，截至2010年底，中国己有北京、上海、广州等12座城市，先后建成并开通运营了48条城市轨道交通线，共计1395公里，此外全国铁路营业里程也达到了9万公里以上。根据国家的发展计划，到2020年，中国城市轨道交通总里程预计将达到6100公里，全国铁路营业里程也将达到12万公里以上。轨道交通建设是一项投资巨大，工程极其复杂的项目，轨道交通线路网络的运营、服务和管理更是一个纷繁浩大的系统工程。面对如此庞大的建设规模和运营线路，如何保障轨道交通建设、管理、运营能够高效、有序的运转，如何满足乘客对轨道交通高速、安全、舒适、便捷、经济等特性不断提高的服务需求，已经成为轨道交通发展中面临的主要课题。轨道交通信息化发展已经成为国家相关政府部门、企业、科研教学机构及社会公众现实的迫切需求。地理信息系统(GeographicInformationSystem，简为GIS)是20世纪60年代开始迅速发展起来的地理学研究技术，是多种学科交叉的产物。近年来，地理信息系统在全球得到空前迅速的发展，成为实现现代化科学管理的高新技术。它被广泛地应用到城市规划、城市地下管网管理、城市交通、社会服务等方面。GIS具有处理海量数据的存储、进行复杂的逻辑运算和数据挖掘的功能，同时也是实现空间图形显示与空间信息查询、分析的有效工具。利用GIS的数据输入、存贮、检索、显示和综合分析应用等功能，将轨道交通基础数据的空间信息与其相关的属性信息结合，能够通过直观的表达方式进行线路规划、工程设计、指挥调度、安全保障、设备管理和故障跟踪等。ArcGIS作为全球领先的GIS平台软件，是美国Esri公司集近40年GIS研发经验，奉献给用户的一套全面的、完善的、可伸缩的GIS软件平台，以具有强大的空间分析功能和海量空间数据处理能力著称，使得基于ArcGIS构建的应用系统为相关部门和领导提供了科学的计算结果和有力的决策依据。ArcGIS产品是目前世界上最为领先的GIS产品，全球有100多个国家在使用各个级别的ArcGIS产品，全球用户已经超过百万，为各行各业的用户提供了全面的解决方案。前言目录Esri中国（北京）有限公司目录第一章、概述1第二章、轨道交通发展现状与GIS需求分析2一轨道交通发展现状21.轨道交通成为城市交通主流22.数字轨道交通时代来临2二轨道交通GIS需求分析31.轨道交通GIS数据需求32.轨道交通GIS技术需求33.轨道交通GIS应用需求4第三章、轨道交通地理信息系统总体应用框架5一数据层51.基础地理数据库52.业务数据库6二逻辑层6三应用层6第四章、ArcGIS在轨道交通中的应用7一调度指挥和综合监控7二应急抢险8三客货营销和公众信息服务9四设备资产管理10五建设项目管理12六轨道网规划管理12第五章、关键技术14一分布式海量空间数据管理141.基于DBMS海量数据管理142.异构空间数据库同步技术153.基于版本的空间数据更新机制154.历史空间数据管理155.直接支持空间SQL查询16二基于SOA架构的完整的ArcGIS技术支撑16三基于ArcGISServer构建空间信息服务平台17四ArcGIS中的线性参考和动态分段17目录轨道交通地理信息系统解决方案五ArcGIS与CAD集成181.直接读取182.地理参考183.显示184.导入195.导出196.ArcGISforAutoCAD20六ArcGIS与企业资产管理（EAM）集成20七ArcGIS三维技术21八ArcGIS移动技术21第六章、典型案例论文22案例一：青藏铁路综合监控中心系统的研究与应用221.引言222.系统目标223.系统体系结构224.系统功能235.系统软件架构256.系统空间数据库267.系统物理结构278.系统应用279.结束语28案例二：城市轨道交通GIS综合解决方案291.GIS技术与地铁行业的密切联系292.GIS在地铁行业的应用293.小结33案例三：城市轨道交通线网应急指挥协调中心（TCC）解决方案341.前言342.平台概况343.平台功能354.平台特点385.结束语38附录：ArcGIS轨道交通国内用39第一章概述1Esri中国（北京）有限公司轨道交通是一种利用轨道列车进行人员和货物运输的方式，包括了地铁、轻轨、有轨电车和磁悬浮列车等，具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点。在中国这样一个具有世界五分之一人口的国家，轨道交通的发展意义尤其重大。自从1971年1月北京地铁1号线建设完工并开始投入试运营以来，轨道交通在40年的发展建设中取得了巨大的成就。截至2010年底，中国己有北京、上海、广州等12座城市，先后建成并开通运营了48条城市轨道交通线，共计1395公里，此外全国铁路营业里程也达到了9万公里以上。根据国家的发展计划，到2020年，城市轨道交通总里程预计将达到6100公里，全国铁路营业里程也将达到12万公里以上，中国轨道交通进入黄金发展阶段。当四通八达的轨道交通和与时俱进的建设计划带给人们便利和憧憬的同时，轨道交通也带给建设部门和运行部门纷繁复杂且要求极高的系统工程。依托于地理位置和城市发展规划而建设和运营的轨道交通，其空间信息的处理和有效利用，将是轨道交通行业信息化发展的重要环节。地理信息系统(GeographicInformationSystem，简为GIS)，善于分析和处理空间数据，可对轨道交通的规划建设和安全运营来带帮助。通过对轨道交通海量空间信息和业务数据的集成，GIS可以使传统的离散工作方式集中化，以提高我国轨道交通运营管理的水平，适应高效率、高安全、高水平、高速度的轨道交通行业发展的需要。通过分析基于空间位置的业务数据，GIS还可对轨道交通网络进行线路规划、工程设计、指挥调度、安全保障、设备管理和故障跟踪等。一个安全稳定、功能强大、性能高效的GIS系统，已然成为了轨道交通信息化建设程度的评判依据。Esri公司的ArcGIS产品体系，一直引领国际GIS技术，它高效、稳定且强大的GIS功能，受到了全世界GIS用户的广泛认可。ArcGIS系列产品，也在轨道交通行业得到了深入的应用。第二章轨道交通发展现状与GIS需求分析2轨道交通地理信息系统解决方案近些年，随着我国轨道交通的快速发展，对轨道交通GIS的需求也是与日俱增。根据国外轨道交通发展启示，国内正在以比较高的起点开展轨道交通GIS的理论研究和开发应用工作。随着城市发展度的提高，越来越多的人口集中到城市，给城市的交通带来了极大的压力。交通拥堵，行车缓慢，已然成为人们生活中的常见现象。而作为城市交通骨干网的轨道交通，将成为缓解交通压力，解决出行困难的主要途径。轨道交通作为城市大系统行业中的一个有机组成部分，又和其他行业有着千丝万缕的密切联系。为迎接全球信息化的挑战和适应中国加入WTO后所需做出相应的对策，在“数字城市”的大背景环境下，轨道交通行业也必将更加紧密地融入到城市整个大系统中，“数字轨道交通”的实现就具有现实性和紧迫感，它还是“数字城市”实现中的重要环节。多年来在京、沪、津、穗等已运营的城市地铁中，已陆续投资数百亿元，建立了以自动售检票（AFC）、列车自动控制系统（ATC）、电力监控系统（SCADA）、环境监制系统（BAS）、防灾报警系统（FAS）及高速通信网为代表的诸多运营管理、调度指挥和安全监控系统，发挥了重大作用。轨道交通各部门之间也已建立了基于局域网和互联网的办公管理系统并初见成效。随着轨道交通行业的不断发展，信息技术的应用在支持轨道交通企业的业务和管理方面作用越来越重要。列车控制系统（ATC）、通信系统、牵引供电系统(SACDA)、车站设备监控系统(EMCS)、自动售检票系统(AFC)、防灾报警系统（FAS）、旅客服务系统（PIS）等已建成系统众多，且发挥了重要的作用。但是各信息系统相互独立，系统之间信息相对孤立，难以发挥信息综合利用的优势。因此，轨道交通行业需要建设轨道覆盖范围内的信息可视化共享平台，达到“信息共享、综合利用”的发展目的，为各级领导和广大用户提供更加直观而丰富的信息。轨道交通地理信息系统，可以把分散的海量业务信息与轨道空间信息相结合，从而达到直观展现、综合利用、信息共享的目的，进一步提高我国轨道交通运营管理的水平，适应高效率、高安全、高水平、高速度的轨道交通行业发展的需要。第二章轨道交通发展现状与GIS需求分析Esri中国（北京）有限公司3根据轨道交通行业的数据特点和应用要求，轨道交通GIS数据必须满足以下需求：庞大的空间数据需求（多个地域，多级比例尺，多种数据格式…）。数据种类多且互相关联：轨道基础设施数据，基础地形图数据，土地利用数据，各种运行数据，车辆数据，各种环境数据……动态数据和静态数据相结合：背景数据，列车定位数据，运行参数，天气变化……多种数据格式兼容：矢量地形图（包括GIS数据和各种CAD数据等），数字地面模型DEM影像数据（包括航空影像和遥感影像等），表数据/属性数据，视频数据和多媒体数据等。需要多种数据采集更新方法：GPS，视频系统，PDA，扫描和数字化。需要进行集中管理和共享：业务数据和空间数据。数据的高效并发访问：内部工作人员和广大乘客用户。数据的分布管理和更新维护：局部地方数据的管理和维护。需要以实际设备为对象的管理：每一个轨道设备在地图上又是一个单独的要素，具备与其相关的各种信息。统一的数据标准和标准化的数据采集。数据是GIS系统的核心，ArcGIS提供统一的数据标准、专业的数据采集方案，ArcGIS的软件产品具备高效的海量数据处理能力、全面的数据读取和转换功能以及多种数据管理和部署方式。使用ArcGIS建设轨道交通GIS数据，可以为系统的良好运行提供有力的保障。建设轨道交通GIS系统，需要具备以下GIS技术：二次开发和整合：建立不同需求和不通操作的GIS系统。SOA技术：基于SOA构建企业级GIS系统，实现数据共享和业务集成。多种坐标系统的支持和转换：进行不同来源的数据整合。线性参考和动态分段技术。网络分析功能：线路追踪、模拟、分析、巡视、抢修…的基础。跨平台运行：Windows，Unix。统计决策和专题制图、数据呈报等。能够实时接收和分析动态数据。支持大量用户并发访问。ArcGIS产品体系引领国际GIS技术，提供全面的GIS功能，具备专业的GIS分析能力和高效安全的持续运行能力，它完全满足轨道交通GIS的技术需求。第二章轨道交通发展现状与GIS需求分析轨道交通地理信息系统解决方案4轨道交通行业在生产运营、资产管理以及公众服务和救援抢险等多方面，都有GIS需求。轨道交通GIS需要满足以下应用需求：面向调度指挥和综合监控的需求。面向应急抢险指挥的需求。面向客货营销和公众信息服务的需求。面向设备等资产管理的需求。面向建设项目管理的需求。提高路网规划管理的水平和科学性的需求。GIS在轨道交通行业的具体应用，将在本文的第四章进行详细的介绍。第三章轨道交通地理系统总体应用框架Esri中国（北京）有限公司5基于ArcGIS的轨道交通地理信息系统整体设计遵从三层架构，数据层是核心、逻辑层是支撑、应用层是关键，同时还需要兼顾与其他业务系统的集成。合理的数据库设计是地理信息系统良好运行的关键，轨道交通地理信息系统的数据库设计应该符合其自身业务应用需求。轨道交通地理信息系统的数据层主要包括：基础地理数据库和业务数据库。基于关系型数据库（RDBMS）来进行空间数据的存储和管理，已经成为构建空间数据库的主流技术，ArcSDE技术是Esri公司开发的，面向关系型数据库的空间数据存储中间件，提供了矢量、栅格