城市軌道交通基礎設施管理系統的設計與實現

楊 帥，劉 云

（北京交通大學通信與信息系統北京市重點實驗室，北京100044）

城市軌道交通的線路和設施設備是列車運行的基礎，為保證列車安全、平穩、快速地運行，提高運營部門的管理和服務水平，有必要加強對基礎設施的信息化管理。因此，利用計算機及網絡技術，建立一個城市軌道交通基礎設施管理系統，是安全運營的保障，更是實現城市軌道交通信息化、數字化、科學化發展的前提。

1 系統體系設計

1.1 網絡結構

城市軌道交通基礎設施管理系統的網絡構成主要有：總公司、分公司的局域網，連接各局域網的廣域網和與外部通信的廣域網[1]。網絡結構圖如圖1。

圖1 網絡結構圖

通過防火墻將局域網與Internet隔離，可以保證信息安全性和系統穩定性；系統服務器架設在總公司中，Web服務器和數據庫服務器分離，采用雙機熱備方案，保證數據庫資源的持續可用性和可靠性；用VPN技術實現總、分公司的連接，可以減小網絡風險，具有經濟性、高擴展性、高可靠性等優點。

1.2 軟件體系結構

本系統采用基于J2EE的Web-GIS技術實現，Web-GIS是運用在Internet上的地理信息系統,很容易跟其他信息服務進行無縫集成，而J2EE靈活的組件技術及分布式處理使Web-GIS具有跨平臺的特性，可以建立開放、標準、可移植的GIS應用[2]。在Struts框架和Hibernate技術下，B/S模式可實現為4層結構設計，分別為表示層、業務邏輯層、持久層和數據庫層，實現了功能和顯示的分離，提高了系統的可維護性、可擴展性和組件的可復用性。

1.3 數據庫結構

系統采用Oracle數據庫，地理信息數據采用Oracle Spatial進行存儲，用MapInfo professional等軟件實現空間數據的設計及上傳。在B/S模式下，用戶只需瀏覽器和網絡即可訪問數據庫，查看或修改數據[3]。系統數據庫結構示意圖如圖2。

圖2 系統數據庫結構示意圖

2 系統功能

城市軌道交通基礎設施管理系統主要應用Web-GIS技術實現屬性及地理信息管理，與以往的紙質管理和列表式管理的最大區別在于用戶可以方便、直觀、可視化的對設施、設備進行操作，同時系統還具有系統管理和人員管理等功能，共分為5個部分。

2.1 系統管理

包括用戶管理、數據管理和日志管理。用戶管理是對用戶的基本信息管理；數據管理提供對數據的備份和恢復功能；日志管理記錄用戶的登錄、退出時間等信息。

2.2 地圖工具

可以實現放大、縮小、移動、圖層控制、刷新地圖等輔助性功能和查找、測量距離等專業功能；可以直接查看線路和基礎設施設備，比傳統的列表式管理更加直觀、方便。

2.3 基礎設施管理

2.3.1 軌道管理

用戶可以使用地圖工具管理線路軌道，同時提供對線路檢測設備和線路維護設備的管理。該模塊與GIS技術有機的結合，可以高效、直觀的顯示線路的運營狀況。

2.3.2 土建設施管理

土建設施管理分隧道、橋梁和路基管理3個部分，主要包括統計分析、費用查詢、評價決策、數據管理、養護維修計劃等。

2.3.3 電力資源管理

管理電力系統的運行狀態和設備檢查、故障、維修信息。結合Web-GIS技術，可根據設備的狀態自動生成設備的運行狀態圖及維修記錄，方便用戶進行查詢和維護。

2.3.4 網絡通信設備管理

管理通信設備基本屬性信息，用戶可在地圖上直接添加新設備，對設備的屬性進行修改和查詢，設備出庫時可以在地圖上刪除該設備，同時可提供設備的列表式信息管理。

2.3.5 信號設備管理

本系統對信號設備的管理主要包括設備的基本屬性、技術指標等信息，同時實現動態管理，通過獲取信號設備的基礎信息和地理信息，完成信號設備圖的自動生成。

2.3.6 機電設備管理

機電設備主要包括通風空調、給水排水、電扶梯、屏蔽門等，有助于排除潛在的安全隱患，提高設備的使用壽命，是高效、有序、安全運營的有力保障。

2.4 人員管理

對各部門人員進行管理，包括基本信息、所屬部門、職務等，可根據人員信息進行查詢；另外提供人員和設備的關系管理，如檢查、維修記錄等。

2.5 系統字典

系統字典包括線路軌道、隧道、橋梁、通信設備、信號設備、部門、車站等數據，對動態和靜態信息做進一步的描述，方便用戶使用。

3 關鍵技術分析

3.1 Hibernate緩存機制及性能優化

Hibernate是一個對象關系映射框架，對JDBC進行輕量級的封裝[4]。緩存是為了減少應用程序對物理數據源的訪問次數。Hibernate在查詢數據時，首先到緩存中查找，找到就直接使用，否則去物理數據源中檢索。

Hibernate的一級緩存只能被當前的事務訪問，每個事務都有獨自的緩存；二級緩存可以被應用范圍內的所有事務共享訪問。本系統中，由于數據量很大，主要采用一級緩存提高系統的運行性能，大大減少應用程序對物理數據源的訪問，性能明顯提升。

另外，系統設計時注意了以下幾點：盡量降低數據關聯的復雜性，適當提高數據冗余來提高Hibernate的性能；在ORM映射配置時，根據實際情況決定是否啟用查詢緩存、二級緩存及設定合適的批量尺寸，提高系統的性能。

3.2 MapXtreme應用服務器

MapXtreme具有強大的地圖化功能，包括繪制專題地圖、地圖編輯、擴展地圖庫和示例數據等。瀏覽器向服務器提出請求，并最終顯示數據和圖片；Web服務器和地圖應用服務器接受用戶請求，響應用戶操作，完成獲得數據和渲染地圖的功能；Oracle數據庫位于數據層，存儲相應的屬性數據和空間數據。

4 與其他系統的關系

為防止“信息孤島” 現象的發生，應該建立各部門協調發展的目標，機構內部的各種資源的配置要從整體優化的角度考慮，同時通過企業應用集成技術將企業的公共數據、應用軟件、硬件和各種標準聯合起來，在不同應用系統之間實現無縫集成，以整體方式進行業務處理和信息共享。

城市軌道交通基礎設施管理系統可以充分利用現有的信息基礎數據資料，減少數據的輸入量，提高數據的準確度，一定程度防止“信息孤島”的產生；另外，系統提供與其他業務系統的數據接口，實現聯合作用、相互支持，使各部門能協調工作且互不干擾，實現系統集成和信息共享，保證信息的可靠性和權威性。城市軌道交通基礎設施系統與其他相關業務系統的關系如圖3。

圖3 與其他業務系統關系

5 結束語

本文研究設計了基于Web-GIS的城市軌道交通基礎設施管理系統，介紹了系統的結構、詳細功能及關鍵技術。經測試，系統功能齊全，操作簡單便捷，達到設計要求。系統可以為軌道交通運營部門提供先進的管理平臺，對降低運營成本、提高工作效率、改善業務水平、確保安全運營有較好的促進作用。

[1] 楊斐. 數字地鐵基礎信息平臺的研究[D] . 北京：北京交通大學碩士學位論文，2009.

[2] 戚銘堯，池天河，霍亮. Web-GIS的企業級解決方案探討[J] . 計算機科學，2003,30(2):55-56.

[3] 袁勤勇，張玉魁. Oracle專家高級編程[M] . 北京：清華大學出版社，2002.

[4] 劉斌. 精通Java Web整合開發[M] . 北京：電子工業出版社，2007.