新建铁路工程调度指挥系统高精度GIS空间数据库的构建与应用

白 丽，王富章，李 平

(中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081)

为了保证新建铁路建设按照合理施工组织有序地推进，及时直观地了解整个新建铁路工程建设的实时进展，有必要采用现代地理信息系统技术，结合信息系统采集的施工现场数据和资料，形成图文并茂、逐时段更新的新建铁路工程调度指挥系统，直观形象地展示全线征地拆迁、工程建设、施工质量、完成投资等现场的生产建设情况，同时提供应急保障系统功能，为总指挥部统揽全线建设动态、辅助领导决策、实施调度指挥提供必要的技术手段。

在这个系统中，利用 FME(Feature Manipulate Engine，空间数据操作引擎)和 ArcSDE(ArcGIS Spatial Database Engine，ArcGIS的空间数据引擎)来构建具有新建铁路建设自身特点的高精度GIS(Geographic Information System，地理信息系统)空间数据是其基础和核心组成部分。本文对空间数据库的构建方法进行了研究，实现了构建快速、高效、资源丰富、定位精确的空间数据库的方法。

1 新建铁路GIS空间数据库的构建

1.1 新建铁路GIS空间数据库构建流程

在铁路建设中引入地理信息系统，需要将开放的地理信息技术平台与铁路现行勘测设计资料、图纸系统实现无缝对接，同时需要录入大量的动态工程建设资料和数据。针对新建铁路GIS系统的独特需求，对其空间数据库进行专门的物理设计;由于沿线工程现场地理分布状况基础空间数据主要来源于已有的CAD设计图，首先利用 FME工具，运用映射方法将CAD图的地形数据转换为GIS数据;之后利用获取的新建线路地理基础数据，补充完善系统中的重点线路工程(特大桥、隧道、梁场)数据、应急(大型设备、应急资源等)数据，来满足新建铁路 GIS系统更多的业务需求;通过优化 Oracle和 ArcSDE，构建一个丰富的新建铁路高精度GIS空间数据库，其构建流程如图1所示。

图1 构建新建铁路GIS空间数据库的流程

1.2 新建铁路GIS空间数据库的组织结构

空间数据的组织形式如图2。

GIS以数据库的形式进行空间数据存贮与管理，ArcSDE是一个先进的空间数据服务中间件，在数据的存储、访问和编辑上起着非常大的作用。据系统的需求设计，结合ArcSDE的存储模型，对基础空间数据和专业空间数据进行有效地组织，经过分析单位工程及其分类、施工组织及其分类相互之间的联系，总结、抽象出该数据库管理系统的抽象概念模型，如图3。

1.3 基于FME的高精度数据转换

图2 空间数据组织形式

FME(Feature Manipulate Engine，空间数据操作引擎)是一套完整的访问空间数据的解决方案，可以用于读写、存储和转换各种空间数据。利用FME来获取AutoCAD数据入库，建立高精度空间数据的关键是映射文件的生成，按照自己的规则来修改默认的映射文件完成数据转换，以某新建铁路TJ-4标段最终平面曲线表中央子午线是117-30-00这一段平面曲线DWG数据为例，如图4，定制好映射关系后，就可以进行数据的转换。

1.4 利用线性参考来制作数据

要实现更多业务数据的获取，关键要建立新建铁路的线性参考，线性参考系统就是将原来的普通线性要素转化为带有里程信息的线性要素。通过线性参考系统可以使对线性物体的理解、维护和分析得到极大的提高。

创建路径主要是通过ArcToolbox(ArcGIS的工具箱)中的 Linear Referencing工具来创建，只需要选择所需要转化的线性要素集，设置路径标识的字段等就可以完成路径的设置。然后进行纠正，再将准备好的路径事件表(业务数据如特大桥、隧道、梁场)转化创建为Geodatabase(ArcGIS的空间数据库)中的要素类从而完成更多业务数据的生成和添加。

图3 新建铁路GIS空间数据库的抽象概念模型

1.5 用ArcSDE将GIS大容量数据入库

本文中所采用的数据库平台为ArcSDE 9.2+Oracle 10g，这也是目前最先进的空间数据库管理方案，按照这种配置，对Oracle 10g数据库服务器进行如下的优化措施:调整内存分配;调整磁盘 I/O;调整存储区域;调整CPU的使用。对ArcSDE 9.2进行如下的优化措施:调整内存分配;调整数据存储空间;性能参数配置;虽然这些优化措施常见，但是在调整过程中需要综合考虑Oracle 10g和ArcSDE 9.2的相互关系，按照以Oracle调整为主和ArcSDE参数与Oracle参数相协调的规则进行优化，整体上可有效提高数据操作和运算速度，特别是在数据量大的情况下，性能有很大的提高。

通过基于FME的高精度数据转换后，大容量的AutoCAD数据中实体的扩展属性可以读取到相应的要素中，并用GIS Desktop软件中的ArcCatalog通过空间数据引擎ArcSDE存储在空间数据库中。

2 新建铁路高精度GIS空间数据库的应用

图4 修改后的映射关系模型

以本文构建的高精度GIS空间数据库为基础，新建铁路工程调度指挥系统，可方便地实现线路地图的分层次查看、线路沿途重点工程的进度查询，可对工程、单位、线路等相关属性进行实时更新、智能检索、分析预测和监督管理等，同时为其他系统预留跨平台多系统的接口，是管理铁路新线建设、既有线养护维修及其他现代大型工程有力的辅助决策工具。其功能模块如图5，实现了 GIS电子地图显示、工程进度管理、施工调度指挥管理、应急管理等业务需求。

图5 新建铁路工程调度指挥系统功能结构图

1)GIS电子地图显示。建立铁路沿线施工电子地图平台，以图形、数字和多媒体等方式多层次显示沿线工程现场地理分布状况以及重点线路工程(特大桥、隧道、梁场)等建设基本情况，并可以直观展示工程进度、征地拆迁状况等。

2)工程进度管理。在工程项目建设过程中对各标段及重点工程(大桥、特大桥、隧道等)采用适当的方法定期跟踪、检查工程实际进度状况(标段进度、车站进度、桥梁进度和隧道进度等)，通过对项目进度信息的提取，用图形方式进行直观显示。辅助工程指挥人员对实际进度与计划进度进行对照、比较，找出两者之间的偏差，并对产生偏差的各种因素及影响工程目标的程度进行分析与评估，及时采取有效措施调整工程进度计划。

3)施工调度指挥管理。通过掌握的工程进度情况、征地拆迁情况和资源分布情况等，进行施工调度安排，下达、执行、反馈施工调度命令，实现工程整体进度、安全质量的统一协调管理。对全线各标段的施工进度日报、周报进行管理。

4)应急管理。对新建铁路各级应急管理和应急救援机构及人员情况进行动态管理，建立与地方各级政府及有关部门的联系。对新建铁路应急救援装备及设备如救援队、救援设备、应急物资储备以及地方医疗机构、应急救援专业队伍、特种救援设备进行动态管理，建立并管理与地方医疗机构、应急救援专业队伍和特种救援设备的联系。应急事件发生后能够对事件进行接报，并能对事件发生周围的资源进行搜索汇总。

3 结语

ArcSDE作为GIS应用与数据库的桥梁，是空间数据库引擎的典范，在新建铁路地理信息系统数据库的建立中起有关键性的作用。同样，对利用 FME和ArcSDE建立GIS空间数据库的方法研究，能够将已有的设计图中的AutoCAD数据转换成GIS系统中的业务数据，为地图数据的操作和空间数据的维护提供了可行的解决方案，对实现数据的共享具有重要的理论与现实意义，而且提高了整体开发的效率，降低了GIS系统数据库建立的成本。

该数据库作为新建铁路工程调度指挥系统的关键部分，在新线工程建设过程中发挥了重要作用。通过该系统，铁路建设指挥部可查询、监督、分析和管理正在建设中的工程项目，为其综合管理辅助决策，同时该数据库与工程管理系统、台账管理系统和应急指挥平台等其他系统预留接口，可跨平台多系统应用，具有良好的市场前景。

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