基于Entity Framework建模的列控数据管理研究

陈 姣，李湘宜，钟远宁

（卡斯柯信号有限公司，北京 100160）

国内高铁采用CTCS-2、CTCS-3级列控系统，列控数据是列控系统中各个子系统及其设备的数据源，包括信号数据、线路坡度、线路速度、应答器信息、车站进路数据表等，这些基础数据的正确性与否，直接关系到行车的安全性。随着国内高铁线路的不断延伸，各列控系统对列控数据管理的要求进一步提高。

Entity Framework技术是新一代微软.NET平台中数据存取技术，是一种对象/关系映射（Object/Relational Map-ping,ORM）技术，实现了采用关系模型来组织数据与实体业务对象间的一一映射，解决数据持久化问题，不但可以提高开发效率，还可以进一步提高列控数据管理的有效性。

1 列控数据组成

列控工程数据主要包括正线信号数据表、线路速度/坡度表、桥梁隧道信息表、分相数据表、线路里程断链明细表、车站信息表、应答器位置表、进路信息表、RBC信息表、线路坡度表、道岔信息表、大号码道岔数据包发送条件检查范围表、里程系信息表、异物侵限表、车站表、站内轨道区段信息表和接触网分相数据表。

2 Entity Framework技术介绍

2.1 传统方法

一般而言，开发人员利用传统技术进行系统开发时，需要和数据库进行数据交换，在.NET平台中，数据存储交换技术通常有ODBC、DAO、ADO、ADO.NET等几种数据层访问技术，其中，开发者最常用的是手写SQL语句，然后通过ADO.NET连接类与数据库进行交互，这是较为常见的数据库开发技术。虽然这种技术接近底层，可以直接操作数据库，但也存在SQL操作失误风险，并且当业务发生细小改变时也需要对数据库访问的SQL语言进行大量的修改，因此传统方法需要耗费大量的时间和精力。

针对这种现状，Entity Framework技术能够极大改善传统技术的缺点。

2.2 Entity Framework技术概述

Entity Framework技术的核心是实体数据模型（Entity Data Model,EDM）。基于实体数据访问的模型如图1所示。

图1 Entity Framework访问模型Fig.1 Entity Framework access model

Entity Framework技术遵守对象/关系映射（ORM）的思想，抽象化数据结构，将每个数据库对象都抽象成为应用程序对象(entity)，而数据的字段都转换为属性(property)，关系转换为结合属性(association)。实体数据模型用于在实体框架基础上生成应用程序和数据的应用，包括概念模型、存储模型以及映射3大部分。概念模型主要负责访问对象与属性；存储模型主要描述数据库中的数据结构体，比如表、主键、列、索引等，与Provider一起，负责实际对数据库的访问；映射将上方的概念模型层和下方的储存模型层的数据结构对应。

传统方法与Entity Framework方法对比情况，如表1所示。

表1 传统方法与Entity Framework对比Tab.1 Comparison of traditional method with Entity Framework

2.3 3种数据建模方式

Entity Framework提供3种数据建模方式。

1）Code-First模式

该模式可以先构建业务模型，然后通过映射XML文件，完成模型到数据库的映射，生成数据库表。与传统的先建表再编码的方式相比，更加符合以业务数据流为中心的设计思想，而不是以数据库为中心进行开发驱动。

2）Database-First模式

该模式是比较传统的数据建模方式，先完成数据库模型设计，再生成实体层的实体类，当系统中仅存在一个数据库时，这种方法就比较简单，只需做好原数据库与实体间的映射关系，EF可以自动生成数据模型，且包含一一对应的类及其属性变量。

3）Model-First模式

该模式是利用Visual Studio设计出业务模型及它们之间的映射关系，然后再根据这些模型和映射关系生成数据库表及代码文件。

3 列控数据管理应用实例

列控系统中的关键设备及其仿真软件：无线闭塞中心、列控中心、计算机联锁、临时限速服务器等设备，均需按照列控数据表进行配置。通过Entity Framework技术，可以对列控数据表进行建模。

3.1 创建实体模型

根据信号数据表，对于每个室外信号设备，如：应答器、信号机、轨道区段等实体建立模型，本文对每个设备均创建了一个类。

3.1.1 创建主键

为保证数据库中表的完整性，每个表中都须包含一个主键，需要在表中某列或多个列的组合上定义一个主键（PRIMARY KEY）进行约束。

Code-First 模式下，通过类的属性变量名称来定义主键：声明实体模型类时若将某属性变量命名为ID 或<类名>ID，则该属性将被定义为主键代码如图2所示。

图2 创建主键Fig.2 Creating a primary key

3.1.2 创建主外键关系

在Code-First模式下，通过在相关联的类中添加虚属性来实现主外键关系。例如，本文中的SignalEntity类 和StationEntity类 分 别 表示信号机和车站类别，两者间存在关联，可在SignalEntity类中添加StationEntity虚属性，从而完成两者的关系关联，同时在编译过程中，程序后台延迟加载数据，代码如图3所示。

图3 创建主外键关系Fig.3 Creating a relationship of the primary and foreign key

3.2 创建数据上下文

为将实体模型映射到数据库中，还需要创建数据上下文类：派生自System.Data.Entity.DbContext；本文创建了一个名称为LineDataModel的数据上下文类，并定义了实体集属性，代码如图4所示。

图4 创建数据上下文Fig.4 Creating a data context

3.3 配置数据库连接

使用Code-First开发模式时，将会在SQL Server Express实例中创建一个与DbContext名称相同的数据库，并且可以自动连接到这个数据库。

关系映射就是数据库字段和C#对象属性的中间桥梁，这种实体框架的核心工作就是通过这个映射生成操作数据库的SQL语句，并调用ADO.NET，至此，就完成了列控数据的EF建模。

4 应用前景

基于Entity Framework建模的列控数据管理可以应用于仿真测试系统、数据测试系统、维护终端、计算机联锁、列控中心、无线闭塞中心的配置数据生成，按照结构体导出的方式生产嵌入式系统所需的数据文件。

同时，也可作为列控数据管理技术平台的数据核心处理，可以依据相关规范，进行数据验证工作。

5 结束语

基于Entity Framework方法的列控数据建模，更加注重业务层面，加强了系统开发逻辑性和可维护性，与先建立数据库再进行编码的传统方法相比，在业务改变时，不需要对数据库访问的SQL语言进行大量修改，有效提高了开发效率。