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(xiàn)代地理信息系統(tǒng)技術，結合信息系統(tǒng)采集的施工現(xiàn)場數(shù)據(jù)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(tǒng)，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(xiàn)場的生產建設情況，同時提供應急保障系統(tǒng)功能，為總指揮部統(tǒng)攬全線建設動態(tài)、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(tǒng)中，利用 FME(Feature Manipulate Engine，空間數(shù)據(jù)操作引擎)和 ArcSDE(ArcGIS Spatial Database Engine，ArcGIS的空間數(shù)據(jù)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(tǒng))空間數(shù)據(jù)是其基礎和核心組成部分。本文對空間數(shù)據(jù)庫的構建方法進行了研究，實現(xiàn)了構建快速、高效、資源豐富、定位精確的空間數(shù)據(jù)庫的方法。

1 新建鐵路GIS空間數(shù)據(jù)庫的構建

1.1 新建鐵路GIS空間數(shù)據(jù)庫構建流程

在鐵路建設中引入地理信息系統(tǒng)，需要將開放的地理信息技術平臺與鐵路現(xiàn)行勘測設計資料、圖紙系統(tǒng)實現(xiàn)無縫對接，同時需要錄入大量的動態(tài)工程建設資料和數(shù)據(jù)。針對新建鐵路GIS系統(tǒng)的獨特需求，對其空間數(shù)據(jù)庫進行專門的物理設計;由于沿線工程現(xiàn)場地理分布狀況基礎空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)轉換為GIS數(shù)據(jù);之后利用獲取的新建線路地理基礎數(shù)據(jù)，補充完善系統(tǒng)中的重點線路工程(特大橋、隧道、梁場)數(shù)據(jù)、應急(大型設備、應急資源等)數(shù)據(jù)，來滿足新建鐵路 GIS系統(tǒng)更多的業(yè)務需求;通過優(yōu)化 Oracle和 ArcSDE，構建一個豐富的新建鐵路高精度GIS空間數(shù)據(jù)庫，其構建流程如圖1所示。

圖1 構建新建鐵路GIS空間數(shù)據(jù)庫的流程

1.2 新建鐵路GIS空間數(shù)據(jù)庫的組織結構

空間數(shù)據(jù)的組織形式如圖2。

GIS以數(shù)據(jù)庫的形式進行空間數(shù)據(jù)存貯與管理，ArcSDE是一個先進的空間數(shù)據(jù)服務中間件，在數(shù)據(jù)的存儲、訪問和編輯上起著非常大的作用。據(jù)系統(tǒng)的需求設計，結合ArcSDE的存儲模型，對基礎空間數(shù)據(jù)和專業(yè)空間數(shù)據(jù)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(lián)系，總結、抽象出該數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的抽象概念模型，如圖3。

1.3 基于FME的高精度數(shù)據(jù)轉換

圖2 空間數(shù)據(jù)組織形式

FME(Feature Manipulate Engine，空間數(shù)據(jù)操作引擎)是一套完整的訪問空間數(shù)據(jù)的解決方案，可以用于讀寫、存儲和轉換各種空間數(shù)據(jù)。利用FME來獲取AutoCAD數(shù)據(jù)入庫，建立高精度空間數(shù)據(jù)的關鍵是映射文件的生成，按照自己的規(guī)則來修改默認的映射文件完成數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)為例，如圖4，定制好映射關系后，就可以進行數(shù)據(jù)的轉換。

1.4 利用線性參考來制作數(shù)據(jù)

要實現(xiàn)更多業(yè)務數(shù)據(jù)的獲取，關鍵要建立新建鐵路的線性參考，線性參考系統(tǒng)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(tǒng)可以使對線性物體的理解、維護和分析得到極大的提高。

創(chuàng)建路徑主要是通過ArcToolbox(ArcGIS的工具箱)中的 Linear Referencing工具來創(chuàng)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(yè)務數(shù)據(jù)如特大橋、隧道、梁場)轉化創(chuàng)建為Geodatabase(ArcGIS的空間數(shù)據(jù)庫)中的要素類從而完成更多業(yè)務數(shù)據(jù)的生成和添加。

圖3 新建鐵路GIS空間數(shù)據(jù)庫的抽象概念模型

1.5 用ArcSDE將GIS大容量數(shù)據(jù)入庫

本文中所采用的數(shù)據(jù)庫平臺為ArcSDE 9.2+Oracle 10g，這也是目前最先進的空間數(shù)據(jù)庫管理方案，按照這種配置，對Oracle 10g數(shù)據(jù)庫服務器進行如下的優(yōu)化措施:調整內存分配;調整磁盤 I/O;調整存儲區(qū)域;調整CPU的使用。對ArcSDE 9.2進行如下的優(yōu)化措施:調整內存分配;調整數(shù)據(jù)存儲空間;性能參數(shù)配置;雖然這些優(yōu)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(shù)與Oracle參數(shù)相協(xié)調的規(guī)則進行優(yōu)化，整體上可有效提高數(shù)據(jù)操作和運算速度，特別是在數(shù)據(jù)量大的情況下，性能有很大的提高。

通過基于FME的高精度數(shù)據(jù)轉換后，大容量的AutoCAD數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)引擎ArcSDE存儲在空間數(shù)據(jù)庫中。

2 新建鐵路高精度GIS空間數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫為基礎，新建鐵路工程調度指揮系統(tǒng)，可方便地實現(xiàn)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(jiān)督管理等，同時為其他系統(tǒng)預留跨平臺多系統(tǒng)的接口，是管理鐵路新線建設、既有線養(yǎng)護維修及其他現(xiàn)代大型工程有力的輔助決策工具。其功能模塊如圖5，實現(xiàn)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(yè)務需求。

圖5 新建鐵路工程調度指揮系統(tǒng)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(shù)字和多媒體等方式多層次顯示沿線工程現(xiàn)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?shù)姆椒ǘㄆ诟櫋z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(zhí)行、反饋施工調度命令，實現(xiàn)工程整體進度、安全質量的統(tǒng)一協(xié)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(tài)管理，建立與地方各級政府及有關部門的聯(lián)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(yī)療機構、應急救援專業(yè)隊伍、特種救援設備進行動態(tài)管理，建立并管理與地方醫(yī)療機構、應急救援專業(yè)隊伍和特種救援設備的聯(lián)系。應急事件發(fā)生后能夠對事件進行接報，并能對事件發(fā)生周圍的資源進行搜索匯總。

3 結語

ArcSDE作為GIS應用與數(shù)據(jù)庫的橋梁，是空間數(shù)據(jù)庫引擎的典范，在新建鐵路地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫的方法研究，能夠將已有的設計圖中的AutoCAD數(shù)據(jù)轉換成GIS系統(tǒng)中的業(yè)務數(shù)據(jù)，為地圖數(shù)據(jù)的操作和空間數(shù)據(jù)的維護提供了可行的解決方案，對實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享具有重要的理論與現(xiàn)實意義，而且提高了整體開發(fā)的效率，降低了GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫建立的成本。

該數(shù)據(jù)庫作為新建鐵路工程調度指揮系統(tǒng)的關鍵部分，在新線工程建設過程中發(fā)揮了重要作用。通過該系統(tǒng)，鐵路建設指揮部可查詢、監(jiān)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(shù)據(jù)庫與工程管理系統(tǒng)、臺賬管理系統(tǒng)和應急指揮平臺等其他系統(tǒng)預留接口，可跨平臺多系統(tǒng)應用，具有良好的市場前景。

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