黃 旭

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，西安 710000)

0 引言

隨著全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展，衛(wèi)星定位的技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用也日漸成熟。國外的RUNE[1]、GADEROS[2]和LOCOPROL[3]；國內(nèi)的青藏鐵路增強(qiáng)型列車控制系統(tǒng)(ITCS)以及正在試驗(yàn)的新型列控系統(tǒng)均是將衛(wèi)星定位作為列車定位的重要手段。尤其隨著我國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的不斷發(fā)展，將北斗衛(wèi)星定位應(yīng)用于鐵路各個領(lǐng)域的研究也日益增長[4-7]。

基于軌道線路的電子地圖數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)列車衛(wèi)星定位的前提，不正確的電子地圖數(shù)據(jù)將會導(dǎo)致列車定位失效或錯誤，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)輸出錯誤或停車等事故，因此確保電子地圖數(shù)據(jù)的正確性至關(guān)重要。電子地圖數(shù)據(jù)的生成過程可概括為：前期設(shè)計(jì)、現(xiàn)場測繪、數(shù)據(jù)生成、驗(yàn)證與確認(rèn)。前期設(shè)計(jì)是生成電子地圖數(shù)據(jù)的第一步，將前期設(shè)計(jì)輸出的內(nèi)容暫且定義為電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(簡稱“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)”)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)是根據(jù)系統(tǒng)需求和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，可供后續(xù)測繪和制作電子地圖數(shù)據(jù)文件使用，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是源頭，其正確與否直接關(guān)系到后續(xù)工作的正確性。為確保列車精確定位和系統(tǒng)安全運(yùn)行，需對電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確性驗(yàn)證。

當(dāng)前電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證方式主要為人工校驗(yàn)，存在以下問題：一是易出錯，校核過程個人的能力水平直接決定著校核質(zhì)量，易帶來錯誤判斷或遺漏等問題；二是效率低，人工判斷時間花費(fèi)較長，且因現(xiàn)場或試驗(yàn)結(jié)果，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的迭代頻次較高，這就導(dǎo)致人工核對效率無法滿足實(shí)際需求。因此探索一種高效、準(zhǔn)確的驗(yàn)證方法，對確保電子地圖的正確性有重要意義，也有助于實(shí)現(xiàn)列車精確定位。

當(dāng)前對軌道電子地圖數(shù)據(jù)的研究主要集中在地圖數(shù)據(jù)處理、約簡和地圖匹配算法等方面。文獻(xiàn)[8]提出一套生成高精度軌道電子地圖的數(shù)據(jù)處理方法，分別采用卡爾曼濾波方法對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，采用軌跡擬合方法對軌道曲線進(jìn)行歸一化處理，采用垂直距離判據(jù)數(shù)據(jù)約簡算法去除冗余數(shù)據(jù)，最終可生成高精度電子地圖數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)[9]提出用線段近似法描述曲線軌道，可保證軌道精度又降低數(shù)據(jù)量。文獻(xiàn)[10]提出基于方位角的曲率方法對線路的平面線性進(jìn)行特征識別與分段擬合。文獻(xiàn)[11]對電子地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，開發(fā)了電子地圖生成軟件。文獻(xiàn)[12-14]分別對電子地圖的匹配算法進(jìn)行了研究，通過仿真可證明匹配算法的準(zhǔn)確性。作為電子地圖數(shù)據(jù)驗(yàn)證中重要的環(huán)節(jié)，電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證目前研究較少。

針對當(dāng)前現(xiàn)狀，本文首先對電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容進(jìn)行分析；深入分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)規(guī)范和領(lǐng)域?qū)＜抑R，提取出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)驗(yàn)證規(guī)則；針對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)內(nèi)容多、變更頻繁等特點(diǎn)，提出一種電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)建模與驗(yàn)證方法，用Prolog語言描述數(shù)據(jù)和驗(yàn)證規(guī)則，搭建其驗(yàn)證模型。最后以實(shí)際線路數(shù)據(jù)為例，搭建其數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型，證明該驗(yàn)證方法的高效性和準(zhǔn)確性。這對提高電子地圖數(shù)據(jù)的正確性有著積極作用。

1 軌道電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

當(dāng)前不同列控系統(tǒng)對應(yīng)的電子地圖數(shù)據(jù)格式不盡相同，本文以其中一種列控系統(tǒng)對應(yīng)的數(shù)據(jù)為例展開研究。電子地圖數(shù)據(jù)以車站為最小數(shù)據(jù)組織單位，區(qū)間數(shù)據(jù)按照劃分原則分別納入相鄰的車站數(shù)據(jù)組織。電子地圖數(shù)據(jù)包含軌道地理信息文件和固定應(yīng)用數(shù)據(jù)文件，軌道地理信息描述的是衛(wèi)星數(shù)據(jù)與軌道位置數(shù)據(jù)間的對應(yīng)關(guān)系，固定應(yīng)用數(shù)據(jù)文件描述了區(qū)間和站內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備及邊界所在的軌道和坐標(biāo)位置信息。地圖數(shù)據(jù)均是依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)加上測繪數(shù)據(jù)編制而成。

電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一般是由設(shè)計(jì)院輸出的一套Excel表格，描述了每個車站管轄范圍內(nèi)測繪的軌道、關(guān)鍵點(diǎn)的名稱、類型、所在軌道、里程等信息?；A(chǔ)數(shù)據(jù)包括車站信息表、軌道信息表、關(guān)鍵點(diǎn)信息表、應(yīng)答器信息表和道岔信息表，如線路里程存在里程轉(zhuǎn)換或斷鏈則還需要補(bǔ)充里程轉(zhuǎn)換信息表和斷鏈信息表。車站信息表描述了線路中車站名稱、對應(yīng)的各級編號及車站所屬的中心設(shè)備序號。軌道信息表描述了線路劃分的軌道號、軌道的起始和結(jié)束邊界以及邊界對應(yīng)的里程和相對軌道起點(diǎn)的位置。關(guān)鍵點(diǎn)包括3種類型：應(yīng)答器、道岔和數(shù)據(jù)邊界，關(guān)鍵點(diǎn)信息表分別描述了各種關(guān)鍵點(diǎn)的類型、名稱、里程、所在軌道、距軌道起始邊界的位置等信息。應(yīng)答器信息表和道岔信息表則根據(jù)關(guān)鍵點(diǎn)信息表進(jìn)行填寫，應(yīng)答器信息表中補(bǔ)充了應(yīng)答器編號、用途等內(nèi)容，道岔信息表中補(bǔ)充了開岔開向、定位開向等信息?；A(chǔ)數(shù)據(jù)中的位置數(shù)據(jù)均是基于線路運(yùn)營里程計(jì)算所得，可供后續(xù)的測繪數(shù)據(jù)做一致性校驗(yàn)。對應(yīng)的數(shù)據(jù)組織關(guān)系如圖1所示。

圖1 軌道電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組織

2 驗(yàn)證規(guī)則提取

電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)驗(yàn)證規(guī)則來源可分為兩類：一是鐵總頒布的各類行業(yè)規(guī)范文件；二是通過對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的深入分析和挖掘結(jié)合領(lǐng)域?qū)I(yè)知識提取所得?；A(chǔ)數(shù)據(jù)本身數(shù)據(jù)格式定義明確、數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)，因此根據(jù)其內(nèi)容特點(diǎn)，可將規(guī)則概括為兩類：值域規(guī)則和邏輯規(guī)則。

2.1 值域規(guī)則

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含幾類數(shù)據(jù)對象，每一類數(shù)據(jù)對象所描述的信息均需滿足其對應(yīng)的值域規(guī)則，從數(shù)據(jù)類型、格式、精度和取值范圍四方面對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的值域規(guī)則進(jìn)行描述。

2.1.1 數(shù)據(jù)類型

不同的數(shù)據(jù)對象描述的內(nèi)容不同，每一項(xiàng)內(nèi)容屬性對應(yīng)的數(shù)據(jù)類型不同?；A(chǔ)數(shù)據(jù)主要包含的數(shù)據(jù)類型有：整型、字符串、布爾類型、枚舉類型。

2.1.2 數(shù)據(jù)格式

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)格式有明確要求，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均有其對應(yīng)的命名或表示規(guī)則。如里程的格式應(yīng)為(KXXX+XXX)；應(yīng)答器名稱應(yīng)以B開頭等。

2.1.3 數(shù)據(jù)精度

數(shù)據(jù)值應(yīng)與其對應(yīng)的單位精度匹配，如里程值精確到米；位置值精確到厘米。

2.1.4 取值范圍

每一項(xiàng)數(shù)據(jù)都有對應(yīng)的實(shí)際意義，根據(jù)相關(guān)規(guī)范和專業(yè)知識，可總結(jié)得到某些數(shù)據(jù)對應(yīng)的取值范圍，如距軌道起點(diǎn)的位置值一定大于等于0；軌道號取值應(yīng)為正數(shù)；根據(jù)區(qū)間長度劃分原則可確定距軌道起點(diǎn)位置值的上限。

表1為提取得到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)值域規(guī)則具體內(nèi)容的部分示例。

表1 值域規(guī)則舉例

2.2 邏輯規(guī)則

值域規(guī)則是對數(shù)據(jù)本身的值域、格式等方面的約束，邏輯規(guī)則是描述數(shù)據(jù)之間的約束關(guān)系。以下定義并列舉了部分電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的邏輯驗(yàn)證規(guī)則。

定義1：車站信息定義為，分別表示序號、車站名稱、大區(qū)編號、分區(qū)編號、車站編號、TSRS序號、RBC序號。

規(guī)則1：不可能存在編號相同的兩個車站。

(Regionnum，i，Partitionnum，i，Stationnum，i)≠

(Regionnum，j，Partitionnum，j，Stationnum，j)

定義2：若存在線路斷鏈，斷鏈數(shù)據(jù)定義為，分別表示序號、斷鏈類型、斷鏈起點(diǎn)里程、終點(diǎn)里程、長度和線別。

定義3：軌道信息定義為，分別表示序號、軌道所屬車站、軌道號、軌道起/終點(diǎn)屬性、里程、位置。

規(guī)則2：斷鏈長度等于斷鏈起點(diǎn)和終點(diǎn)里程之差。

Dlength=|Dend-Dbegin|

規(guī)則3：軌道終點(diǎn)位置值與軌道終點(diǎn)里程、軌道起點(diǎn)里程以及是否包含斷鏈信息有關(guān)。若軌道起終點(diǎn)之間不存在斷鏈，則軌道終點(diǎn)位置等于終點(diǎn)里程與起點(diǎn)里程之差乘100；若存在斷鏈則需考慮斷鏈長度。Di為斷鏈：

當(dāng)?Di∈D，Di?T，Tend_len=100*|Tend_loa-Tbegin_loa|；

當(dāng)?Di∈D，Di?T，Tend_len=100*(|Tend_loa-Tbegin_loa|±Dlength)。

式中，D為斷鏈合集，Di為斷鏈合集中的一個元素；T表示軌道合集。

規(guī)則4：同一車站內(nèi)軌道號唯一。

(Tstation，i，Tnum，i)=≠(Tstation，j，Tnum，j)

規(guī)則5：一般情況一條軌道長度存在上限。

max{Tend_len，1，Tend_len，2， ，Tend_len，n}

定義4：應(yīng)答器信息定義為，分別表示序號、應(yīng)答器組名稱、應(yīng)答器組編號、組內(nèi)位置、里程、類型、用途、所屬車站、所屬軌道號、距所在軌道起點(diǎn)的位置。

規(guī)則6：當(dāng)且僅當(dāng)應(yīng)答器類型是“虛擬”，對應(yīng)的用途為“XQ”。

Btype=“虛擬”<-->BUSE=“XQ”

規(guī)則7：應(yīng)答器組內(nèi)間距為5 m。

當(dāng)BGname，i=BGname，j且Gnum，j=Gnum，i+1時，Bloa，j=Bloa，i±5。

規(guī)則8：應(yīng)答器距軌道起點(diǎn)的位置與應(yīng)答器里程、應(yīng)答器所在軌道起點(diǎn)里程以及是否包含斷鏈信息有關(guān)。

當(dāng)?Di∈D，Di?B，Blen=100*|Bloa-Tbegin_loa|；

當(dāng)?Di∈D，Di?B，Blen=100*(|Bloa-Tbegin_loa|±Dlength。

式中，D為斷鏈合集，Di為斷鏈合集中的一個元素；B表示應(yīng)答器與軌道起點(diǎn)之間數(shù)據(jù)合集。

規(guī)則9：應(yīng)答器所屬車站名稱一定是車站信息表中的車站。

Bstation∈StationName

定義5：道岔信息定義為，分別表示序號、道岔所屬車站、道岔編號、里程、開向、岔尖所在軌道號、位置、定位軌道號、位置、反位軌道號、位置。

規(guī)則10：一個車站內(nèi)，同一條軌道上不存在岔尖里程相同的兩組道岔。

當(dāng)(Sstation，i=Sstation，j)∩(STtrack，i=STtrack，j)時，Sloa，i≠Sloa，j

規(guī)則11：岔尖所屬軌道要不與定位所屬軌道一致，要不與反位所屬軌道一致。

(STtrack=SDtrack∩STtrack≠

SDtrack∩STtrack=SFtrack)

定義6：關(guān)鍵點(diǎn)信息定義為，分別表示序號、車站名稱、關(guān)鍵點(diǎn)類型、名稱、類型、軌道號、位置、里程。

規(guī)則12：關(guān)鍵點(diǎn)信息表中只描述組內(nèi)第一個應(yīng)答器信息。

當(dāng)(Gnum=1∪Gnum=null)∩(Ptype=“應(yīng)答器”)時，P=B。

規(guī)則13：關(guān)鍵點(diǎn)信息表中應(yīng)包含道岔信息表中所有道岔。

當(dāng)(Ptype=“道岔”)時，P=S。

規(guī)則14：關(guān)鍵點(diǎn)信息表中應(yīng)包含所有軌道邊界。

(Tbeginattr=“起始數(shù)據(jù)邊界”)∪Tbeginattr=“結(jié)束數(shù)據(jù)邊界”)∩(Ptype=“數(shù)據(jù)邊界”)時，P=T。

其中：P表示關(guān)鍵點(diǎn)合集，B表示應(yīng)答器合集，S表示道岔合集，T表示軌道合集。

3 建模與驗(yàn)證

為實(shí)現(xiàn)電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動驗(yàn)證，本文采用Prolog語言搭建基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證模型，目的一是對驗(yàn)證規(guī)則進(jìn)行形式化描述，二是基于驗(yàn)證工具搜索出不滿足規(guī)則的數(shù)據(jù)反例，最終可實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的自動驗(yàn)證。

3.1 Prolog語言

Prolog語言[15]是以一階謂詞邏輯為基礎(chǔ)的邏輯編程語言，采用陳述句式使用演繹推理進(jìn)行問題求解，它利用已知事實(shí)和規(guī)則結(jié)合內(nèi)部搜索、匹配和回溯的推理機(jī)智自動求解程序設(shè)定的目標(biāo)，不需要在程序中列出詳細(xì)的求解步驟。Prolog語言僅具有事實(shí)、規(guī)則和目標(biāo)3種基本類型[16]。Prolog語言在構(gòu)建專家系統(tǒng)[17-18]、智能檢索系統(tǒng)[19]、數(shù)據(jù)驗(yàn)證[20-21]等方面已有不少研究。

事實(shí)是用來描述已知的對象和他們之間的關(guān)系，事實(shí)由謂詞及對象組成，對象可以是一個或多個。謂詞和對象可由用戶自己定義。例如like(bill，dog)，該事實(shí)描述的是bill喜歡cindy。

規(guī)則用來描述事實(shí)之間的依賴關(guān)系，由左邊表示結(jié)論的謂詞和右邊表示條件的謂詞組成，中間通過“：-”連接，以“.”結(jié)束。例如like(cindy，X)：-like(bill，X)表示cindy喜歡bill喜歡的東西。

把事實(shí)和規(guī)則寫進(jìn)Prolog語言描述后，可以其詢問有關(guān)問題的答案，問題就是程序運(yùn)行的目標(biāo)。目標(biāo)可以是一個簡單的謂詞，也可以是多個謂詞組合。例如？-like(cindy，dog)表示向程序詢問“cindy是否喜歡狗？”。

本文用Prolog語言的事實(shí)描述電子基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，規(guī)則描述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)應(yīng)滿足的驗(yàn)證規(guī)則，目標(biāo)則是遍歷數(shù)據(jù)是否滿足所有規(guī)則，并找出反例，即不符合驗(yàn)證規(guī)則的數(shù)據(jù)。

3.2 數(shù)據(jù)事實(shí)

電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)由車站信息表、軌道信息表、應(yīng)答器位置表、道岔信息表、關(guān)鍵點(diǎn)信息表組成，需要將excel表格中的每一行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Prolog可識別的事實(shí)。各數(shù)據(jù)表的事實(shí)表示如下：

車站信息：station(Aid，Aname，Regionnum，Partitionnum，Stationnum，TSRS_Num，RBC_Num)。

軌道信息：track(Tid，Tstation，Tnum，Tbegin_attr，Tbegin_loa，Tbegin_len，Tend_attr，Tend_loa，Tend_len)。

應(yīng)答器信息：balise(Bid，BGname，BGnum，Gnum，Bloa，Btype，Buse，Bstation，Btrack，Blen)。

道岔信息：switch(Sid，Sstation，Snum，Sloa，Sdir，STtrack，STlen，SDtrack，SDlen，SDtrack，SDlen，SFtrack，SFlen)。

關(guān)鍵點(diǎn)信息：poi(Pid，Pstation，Ptype，Pname，Ptype2，Ptrack，Plen，Ploa)。

斷鏈信息：chain(Did，dtype，Dbegin，Dend，Dlength，Ddir)。

數(shù)據(jù)事實(shí)由對應(yīng)謂詞和參數(shù)組成，例如：track是軌道數(shù)據(jù)事實(shí)的謂詞，參數(shù)Tid序號、Tstation表示軌道所屬車站、Tnum表示軌道號、Tbegin_attr表示軌道起點(diǎn)屬性、Tbegin_loa表示起點(diǎn)里程、Tbegin_len表示起點(diǎn)位置、Tend_attr表示軌道終點(diǎn)屬性、Tend_loa表示終點(diǎn)里程、Tend_len表示終點(diǎn)位置。由此可將excel表中每一行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為事實(shí)。

此外，數(shù)據(jù)值域規(guī)則中枚舉屬性對應(yīng)的數(shù)據(jù)事實(shí)可用列表來表示。

軌道起點(diǎn)屬性Tbegin_attr對應(yīng)的數(shù)據(jù)事實(shí)為：track_begin_attr([‘起始數(shù)據(jù)邊界’，‘道岔’])。

軌道終點(diǎn)屬性Tend_attr對應(yīng)的數(shù)據(jù)事實(shí)為track_end_attr([‘結(jié)束數(shù)據(jù)邊界’，‘道岔’])。

道岔開岔方向Sdir對應(yīng)數(shù)據(jù)事實(shí)為：switch_dir([0，1])。

關(guān)鍵點(diǎn)類型Ptype對應(yīng)數(shù)據(jù)事實(shí)為：poi_type([‘應(yīng)答器’，’數(shù)據(jù)邊界’，’道岔’])。

3.3 規(guī)則模型

將提取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)驗(yàn)證規(guī)則轉(zhuǎn)換為Prolog語言對應(yīng)的規(guī)則表述，構(gòu)建數(shù)據(jù)驗(yàn)證的規(guī)則模型。

3.3.1 值域規(guī)則模型

值域規(guī)則對應(yīng)的是數(shù)據(jù)類型和取值的約束。簡單的數(shù)據(jù)類型約束可利用Prolog的內(nèi)部謂詞作為規(guī)則謂詞，如integer(A)，float(A)，number(A)等。其他特殊的格式約束需進(jìn)行自定義規(guī)則。

軌道信息事實(shí)中軌道起點(diǎn)屬性應(yīng)滿足固定幾種類型，驗(yàn)證軌道屬性的規(guī)則可描述為：

check_track_beginAttr(Tid)：-track(Tid，_，_，_，_，Tbegin_attr，_，_，_，_，_)，track_begin_attr(Track_begin_attr)，/+member(T_begin_attr，Track_begin_attr)。

其中：Tid是軌道數(shù)據(jù)的序號，member是Prolog的內(nèi)部謂詞，member(T_begin_attr，Track_begin_attr)描述變量T_begin_attr(軌道起點(diǎn)屬性值)是否是集合Track_begin_attr(軌道起點(diǎn)屬性值集合)的一個元素，“/+”是Prolog的內(nèi)部符號，表示取反值。執(zhí)行check_track_attr(Tid)規(guī)則，可搜索出軌道起點(diǎn)屬性不滿足要求的軌道序號。

應(yīng)答器名稱的第一個字符應(yīng)是字母“B”。對應(yīng)規(guī)則可描述為：

check_blase_name(Bid)：-balise(Bid，BGname，_，_，_，_，_，_，_，_)，name(BGname，X)，X=[X1|_]，X1/=66。

其中：Bid是應(yīng)答器數(shù)據(jù)的序號，BGname是應(yīng)答器組名稱，name是Prolog的內(nèi)部謂詞，name(BGname，X)是將BGname轉(zhuǎn)換為對應(yīng)ASCII碼列表，X1為BGnameASCII碼列表中的第一個元素。執(zhí)行check_blase_name(Bid)規(guī)則可輸出名稱中第一個字符不是“B”的應(yīng)答器數(shù)據(jù)對應(yīng)的序號，可供錯誤定位及修改。

3.3.2 邏輯規(guī)則模型

規(guī)則1：不可能編號相同的兩個車站。

check_stationNum(Aid1，Aid2)：-station(Aid1，_，Regionnum1，Partitionnum1，Stationnum1，_，_)，station(Aid2，_，Regionnum2，Partitionnum2，Stationnum2，_，_)，Aid1

執(zhí)行check_stationNum(Aid1，Aid2)規(guī)則可以輸出大區(qū)編號、分區(qū)編號和車站編號分別相同的車站數(shù)據(jù)序號。

規(guī)則2：斷鏈的長度等于終點(diǎn)里程于起點(diǎn)里程之差，對應(yīng)規(guī)則可描述為：

check_chainLen(Did)：-chain(Did，_，Dbegin，Dend，Dlength，_)，Dlength=/=abs(Dend-Dbegin)。

其中：Did是斷鏈序號，abs是Prolog的內(nèi)部謂詞，表示求絕對值。執(zhí)行Check_chainLen(Did)規(guī)則可輸出不滿足長度等于起終點(diǎn)里程差的斷鏈序號。

規(guī)則3：軌道長度與起終點(diǎn)里程和是否存在斷鏈有關(guān)，該條規(guī)則需多條規(guī)則組合描述。

check_ChainIn(Tid，Dtype，Dlength)：-track(Tid，_，Tnum，Tbegin_loa，_，_，Tend_loa，_)，chain(Did，Dtype，Dbegin，Dend，Dlength，Ddir)，(Tbegin_loaDend，is_odd(Tnum)，Ddir=’下行’)；(Tbegin_loa>Dbegin，Tend_loa

check_T_endLen(Tid)：-track(Tid，_，_，_，Tbegin_loa，_，_，Tend_loa，Tend_len)， check_Chain_in(Tid，Dtype，Dlength)，(Dtype=’長鏈’，Tend_len/=100*(|Tbegin_loa-Tend_loa|+Dlength))；(Dtype=’短鏈’，Tend_len/=100*(|Tbegin_loa-Tend_loa|-Dlength))。

check_T_endLen(Tid)：-track(Tid，_，_，_，Tbegin_loa，_，_，Tend_loa，Tend_len)，/+check_Chain_in(Tid)，Dtype，Dlength)，Tend_len/=100*(|Tbegin_loa-Tend_loa|)。

謂詞check_ChainIn是判斷序號為的軌道數(shù)據(jù)的起終點(diǎn)范圍內(nèi)是否包含斷鏈，并取得斷鏈的類型和長度。其中”，”代表邏輯關(guān)系中的“且”，”；”代表邏輯關(guān)系中的“或”。謂詞check_T_endLen由兩條規(guī)則組成，用多條規(guī)則可以定義同一個謂詞，分為軌道數(shù)據(jù)包含斷鏈和不包含斷鏈兩種情況，執(zhí)行check_T_endLen(Tid)可輸出軌道終點(diǎn)位置與里程不符合邏輯規(guī)則的軌道數(shù)據(jù)序號。

規(guī)則4：同一車站內(nèi)軌道號唯一。

is_uniq(X，Y_list)：-member(X，Y_list)，delete(Y_list，X，Last_l)，length(Last_l，Len_last)，length(Y_list，Len_Y)，Len_Y is Len_last+1。

首先自定義is_uniq規(guī)則，其中member，delete和length均是內(nèi)部謂詞，執(zhí)行is_uniq(X，Y_list)可判斷變量X是否是列表Y_list中的非重復(fù)項(xiàng)，如果是輸出FALSE，如果是非重復(fù)項(xiàng)則輸出TRUE。

Check_T_num(Tid)：-track(Tid，Tstation，_，_，_，_，_，_，_)，findall(Tnum，track(_，Tstation，Tnum，_，_，_，_，_，_)，T_numList)，findall(Tid，track(Tid，_，Tstation，_，_，_，_，_，_，_)，T_IdList)，findall(Tid，(is_uniq(T_num，T_numList)，track(Tid，_，Tstation，T_num，_，_，_，_，_，_))，Uniq_id)，member(Tid，T_IdList)，/+member(Tid，Uniq_id)。

利用Prolog內(nèi)部謂詞findall首先找出軌道信息表中同一個車站內(nèi)所有軌道號和序號分別至變量T_num_list，Id_list中，在找出軌道號T_num是T_num_list中的非重復(fù)項(xiàng)的軌道數(shù)據(jù)對應(yīng)的序號至變量Uniq_id中，再判斷如果序號是Id_list中的元素，但不是Uniq_id中的元素，則說明該序號對應(yīng)的軌道號是重復(fù)項(xiàng)。執(zhí)行Check_T_num(Tid)可輸出同一車站內(nèi)軌道號重復(fù)的數(shù)據(jù)對應(yīng)的序號。

規(guī)則5：一般情況一條軌道長度存在上限

check_T_max(Tid)：- track(Tid，_，_，_，_，_，_，_，Tend_len)，/+(Tend_len<10000000)。

執(zhí)行check_T_max(Tid)可輸出軌道長度不小于100 km的軌道數(shù)據(jù)序號。

規(guī)則6：當(dāng)且僅當(dāng)應(yīng)答器類型是“虛擬”，對應(yīng)用途為“XQ”。

check_baliseUse(Bid)：-balise(Bid，_，_，_，_，Btype，Buse，_，_，_)，/+(Btype=’虛擬’->Buse=’XQ’，Buse=’XQ’->Btype=’虛擬’)。

3.3.3 錯誤輸出模型

值域規(guī)則模型和邏輯規(guī)則模型可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)事實(shí)是否滿足對應(yīng)規(guī)則，并輸出不滿足規(guī)則的數(shù)據(jù)序號。但每一條規(guī)則需在Prolog編譯器中逐條去詢問后才會輸出驗(yàn)證結(jié)果，電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的值域規(guī)則和邏輯規(guī)則多達(dá)幾十至上百條，每次驗(yàn)證逐條詢問規(guī)則效率太低。因此本文設(shè)計(jì)了錯誤輸出模型，可將自動輸出違反規(guī)則的數(shù)據(jù)信息至一個文檔，可供錯誤修改。

第一步：將每條規(guī)則對應(yīng)的錯誤數(shù)據(jù)信息添加至error事實(shí)；

在每一條規(guī)則后添加”*-> assertz(error(message)).”，可將錯誤數(shù)據(jù)信息添加至error事實(shí)中。 ”*->”是Prolog的內(nèi)部操作符，”A->B”等價于”if A then B”，assertz是Prolog內(nèi)部謂詞，是將插入當(dāng)前動態(tài)數(shù)據(jù)庫中的同名謂詞的事實(shí)之后。例如：

check_track_beginAttr(Tid)：-track(Tid，_，_，_，_，Tbegin_attr，_，_，_，_，_)，track_begin_attr(Track_begin_attr)，/+member(T_begin_attr，Track_begin_attr)，*-> assertz(error(Tid，T_begin_attr，'not in'，Track_begin_attr))。

執(zhí)行check_track_beginAttr規(guī)則后，error(X)事實(shí)中會增加軌道起點(diǎn)屬性不滿足值域規(guī)則的數(shù)據(jù)信息。

第二步：設(shè)置一個總詢問規(guī)則all_rule(_)：-rule1(Tid)；rule2(Bid)； rule_n(Bid)。每次驗(yàn)證數(shù)據(jù)只需在編譯器詢問一次all_rule(_)，即可將所有規(guī)則對應(yīng)的錯誤信息添加至error事實(shí)中。

第三步：將所有error事實(shí)輸出至文檔中。

save(FileName)：-telling(Old)，tell(FileName)，listing(error)，told，tell(Old)。

其中save，telling，tell，listing，told，tell均是Prolog的內(nèi)部謂詞，save謂詞可將當(dāng)前內(nèi)存中的事實(shí)存入文件“Filename”中，listing(error)列出謂詞error中的所有子句。

3.4 驗(yàn)證結(jié)果

利用規(guī)則模型對實(shí)際線路電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，本文采用GUN prolog解釋器作為驗(yàn)證工具，以某單線鐵路為例，線路全長800多公里，共設(shè)有21個車站，電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共2 499條，提取的值域規(guī)則30條，邏輯規(guī)則54條。表2是數(shù)據(jù)驗(yàn)證結(jié)果。

表2 規(guī)則模型驗(yàn)證結(jié)果

驗(yàn)證結(jié)果可知，驗(yàn)證2 499條數(shù)據(jù)，84條規(guī)則總耗時約2.6 s，相較于人工驗(yàn)證數(shù)據(jù)，本文建立的驗(yàn)證模型及方法具有高效性。

錯誤驗(yàn)證率是模型監(jiān)測出的錯誤數(shù)量占數(shù)據(jù)真實(shí)的錯誤數(shù)量的百分比，其中真實(shí)的錯誤人工添加所得，是由非模型設(shè)計(jì)人員對已確認(rèn)正確的數(shù)據(jù)添加錯誤。2 599條數(shù)據(jù)的錯誤驗(yàn)證率達(dá)94%，可見該驗(yàn)證模型和方法具有較高的準(zhǔn)確性。

分析未被模型識別的錯誤數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)主要原因有兩方面：(1)數(shù)據(jù)邏輯關(guān)系獨(dú)立，例如車站信息表中TSRS設(shè)備序號與其他數(shù)據(jù)之間無規(guī)則約束，因此當(dāng)序號由“4”被錯誤修改為“3”，規(guī)則模型無法檢測錯誤；(2)多個錯誤疊加，構(gòu)成數(shù)據(jù)巧合。例如同時修改軌道終點(diǎn)里程和位置值，使得修改后位置和里程之間的關(guān)系仍滿足規(guī)則。

4 結(jié)束語

針對電子地圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)校核當(dāng)前存在的問題，提出基于Prolog的數(shù)據(jù)驗(yàn)證方法，深入分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)格式、內(nèi)容，通過相關(guān)規(guī)范以及領(lǐng)域?qū)I(yè)知識，提取出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證規(guī)則，采用Prolog語言搭建數(shù)據(jù)事實(shí)和驗(yàn)證模型，以實(shí)際線路為例進(jìn)行試驗(yàn)，證明了模型的可行性和有效性。