新建鐵路工程調度指揮系統高精度GIS空間數據庫的構建與應用

白 麗，王富章，李 平

(中國鐵道科學研究院 電子計算技術研究所，北京 100081)

為了保證新建鐵路建設按照合理施工組織有序地推進，及時直觀地了解整個新建鐵路工程建設的實時進展，有必要采用現代地理信息系統技術，結合信息系統采集的施工現場數據和資料，形成圖文并茂、逐時段更新的新建鐵路工程調度指揮系統，直觀形象地展示全線征地拆遷、工程建設、施工質量、完成投資等現場的生產建設情況，同時提供應急保障系統功能，為總指揮部統攬全線建設動態、輔助領導決策、實施調度指揮提供必要的技術手段。

在這個系統中，利用 FME(Feature Manipulate Engine，空間數據操作引擎)和 ArcSDE(ArcGIS Spatial Database Engine，ArcGIS的空間數據引擎)來構建具有新建鐵路建設自身特點的高精度GIS(Geographic Information System，地理信息系統)空間數據是其基礎和核心組成部分。本文對空間數據庫的構建方法進行了研究，實現了構建快速、高效、資源豐富、定位精確的空間數據庫的方法。

1 新建鐵路GIS空間數據庫的構建

1.1 新建鐵路GIS空間數據庫構建流程

在鐵路建設中引入地理信息系統，需要將開放的地理信息技術平臺與鐵路現行勘測設計資料、圖紙系統實現無縫對接，同時需要錄入大量的動態工程建設資料和數據。針對新建鐵路GIS系統的獨特需求，對其空間數據庫進行專門的物理設計;由于沿線工程現場地理分布狀況基礎空間數據主要來源于已有的CAD設計圖，首先利用 FME工具，運用映射方法將CAD圖的地形數據轉換為GIS數據;之后利用獲取的新建線路地理基礎數據，補充完善系統中的重點線路工程(特大橋、隧道、梁場)數據、應急(大型設備、應急資源等)數據，來滿足新建鐵路 GIS系統更多的業務需求;通過優化 Oracle和 ArcSDE，構建一個豐富的新建鐵路高精度GIS空間數據庫，其構建流程如圖1所示。

圖1 構建新建鐵路GIS空間數據庫的流程

1.2 新建鐵路GIS空間數據庫的組織結構

空間數據的組織形式如圖2。

GIS以數據庫的形式進行空間數據存貯與管理，ArcSDE是一個先進的空間數據服務中間件，在數據的存儲、訪問和編輯上起著非常大的作用。據系統的需求設計，結合ArcSDE的存儲模型，對基礎空間數據和專業空間數據進行有效地組織，經過分析單位工程及其分類、施工組織及其分類相互之間的聯系，總結、抽象出該數據庫管理系統的抽象概念模型，如圖3。

1.3 基于FME的高精度數據轉換

圖2 空間數據組織形式

FME(Feature Manipulate Engine，空間數據操作引擎)是一套完整的訪問空間數據的解決方案，可以用于讀寫、存儲和轉換各種空間數據。利用FME來獲取AutoCAD數據入庫，建立高精度空間數據的關鍵是映射文件的生成，按照自己的規則來修改默認的映射文件完成數據轉換，以某新建鐵路TJ-4標段最終平面曲線表中央子午線是117-30-00這一段平面曲線DWG數據為例，如圖4，定制好映射關系后，就可以進行數據的轉換。

1.4 利用線性參考來制作數據

要實現更多業務數據的獲取，關鍵要建立新建鐵路的線性參考，線性參考系統就是將原來的普通線性要素轉化為帶有里程信息的線性要素。通過線性參考系統可以使對線性物體的理解、維護和分析得到極大的提高。

創建路徑主要是通過ArcToolbox(ArcGIS的工具箱)中的 Linear Referencing工具來創建，只需要選擇所需要轉化的線性要素集，設置路徑標識的字段等就可以完成路徑的設置。然后進行糾正，再將準備好的路徑事件表(業務數據如特大橋、隧道、梁場)轉化創建為Geodatabase(ArcGIS的空間數據庫)中的要素類從而完成更多業務數據的生成和添加。

圖3 新建鐵路GIS空間數據庫的抽象概念模型

1.5 用ArcSDE將GIS大容量數據入庫

本文中所采用的數據庫平臺為ArcSDE 9.2+Oracle 10g，這也是目前最先進的空間數據庫管理方案，按照這種配置，對Oracle 10g數據庫服務器進行如下的優化措施:調整內存分配;調整磁盤 I/O;調整存儲區域;調整CPU的使用。對ArcSDE 9.2進行如下的優化措施:調整內存分配;調整數據存儲空間;性能參數配置;雖然這些優化措施常見，但是在調整過程中需要綜合考慮Oracle 10g和ArcSDE 9.2的相互關系，按照以Oracle調整為主和ArcSDE參數與Oracle參數相協調的規則進行優化，整體上可有效提高數據操作和運算速度，特別是在數據量大的情況下，性能有很大的提高。

通過基于FME的高精度數據轉換后，大容量的AutoCAD數據中實體的擴展屬性可以讀取到相應的要素中，并用GIS Desktop軟件中的ArcCatalog通過空間數據引擎ArcSDE存儲在空間數據庫中。

2 新建鐵路高精度GIS空間數據庫的應用

圖4 修改后的映射關系模型

以本文構建的高精度GIS空間數據庫為基礎，新建鐵路工程調度指揮系統，可方便地實現線路地圖的分層次查看、線路沿途重點工程的進度查詢，可對工程、單位、線路等相關屬性進行實時更新、智能檢索、分析預測和監督管理等，同時為其他系統預留跨平臺多系統的接口，是管理鐵路新線建設、既有線養護維修及其他現代大型工程有力的輔助決策工具。其功能模塊如圖5，實現了 GIS電子地圖顯示、工程進度管理、施工調度指揮管理、應急管理等業務需求。

圖5 新建鐵路工程調度指揮系統功能結構圖

1)GIS電子地圖顯示。建立鐵路沿線施工電子地圖平臺，以圖形、數字和多媒體等方式多層次顯示沿線工程現場地理分布狀況以及重點線路工程(特大橋、隧道、梁場)等建設基本情況，并可以直觀展示工程進度、征地拆遷狀況等。

2)工程進度管理。在工程項目建設過程中對各標段及重點工程(大橋、特大橋、隧道等)采用適當的方法定期跟蹤、檢查工程實際進度狀況(標段進度、車站進度、橋梁進度和隧道進度等)，通過對項目進度信息的提取，用圖形方式進行直觀顯示。輔助工程指揮人員對實際進度與計劃進度進行對照、比較，找出兩者之間的偏差，并對產生偏差的各種因素及影響工程目標的程度進行分析與評估，及時采取有效措施調整工程進度計劃。

3)施工調度指揮管理。通過掌握的工程進度情況、征地拆遷情況和資源分布情況等，進行施工調度安排，下達、執行、反饋施工調度命令，實現工程整體進度、安全質量的統一協調管理。對全線各標段的施工進度日報、周報進行管理。

4)應急管理。對新建鐵路各級應急管理和應急救援機構及人員情況進行動態管理，建立與地方各級政府及有關部門的聯系。對新建鐵路應急救援裝備及設備如救援隊、救援設備、應急物資儲備以及地方醫療機構、應急救援專業隊伍、特種救援設備進行動態管理，建立并管理與地方醫療機構、應急救援專業隊伍和特種救援設備的聯系。應急事件發生后能夠對事件進行接報，并能對事件發生周圍的資源進行搜索匯總。

3 結語

ArcSDE作為GIS應用與數據庫的橋梁，是空間數據庫引擎的典范，在新建鐵路地理信息系統數據庫的建立中起有關鍵性的作用。同樣，對利用 FME和ArcSDE建立GIS空間數據庫的方法研究，能夠將已有的設計圖中的AutoCAD數據轉換成GIS系統中的業務數據，為地圖數據的操作和空間數據的維護提供了可行的解決方案，對實現數據的共享具有重要的理論與現實意義，而且提高了整體開發的效率，降低了GIS系統數據庫建立的成本。

該數據庫作為新建鐵路工程調度指揮系統的關鍵部分，在新線工程建設過程中發揮了重要作用。通過該系統，鐵路建設指揮部可查詢、監督、分析和管理正在建設中的工程項目，為其綜合管理輔助決策，同時該數據庫與工程管理系統、臺賬管理系統和應急指揮平臺等其他系統預留接口，可跨平臺多系統應用，具有良好的市場前景。

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