GIS理念之高速鐵路時空數據管理及展示
第1章緒論
1.1研究背景
高速列車數字化仿真平臺主要是由高速列車數字化仿真系統、高速列車虛擬樣機、高速列車造型設計中心、高速列車駕駛模擬培訓中心、高速列車系統仿真硬件支撐系統等幾部分組成。它的主要目標是建立以高速列車為核心，考慮弓網、輪軌、流固等相互親合的數字化仿真系統，完成高速列車的系統動力學仿真。高速列車數字化仿真系統主要由高速列車系統數據庫、高速列車協同仿真系統、高速列車虛擬樣機、高速列車虛擬環境建模系統、高速列車數據管理及應用和高速列車虛擬運行系統6個大的組成部分構成。在這幾個部分中，高速列車協同仿真系統尤為重要。它將輪軌關系、弓網關系、牽引供電系統、列車運行與控制系統、線路系統和自然環境系統稱合起來形成以高速列車系統動力學為核心的高速列車協同仿真系統。這套高速列車協同仿真系統又由工務仿真子系統、牽電仿真子系統、列控仿真子系統、動車仿真子系統構成。如此多的子系統帶來的問題是數據來源各異，種類繁多，格式千差萬別。針對這一問題，高速列車數字化仿真平臺著手建立高速鐵路系統數據庫對各類數據進行管理存儲。這個基礎數據庫將包括移動設備、工務、列控、牽電等專業的靜態數據以及數字化仿真系統親合仿真產生的仿真結果數據。在構建高速鐵路系統數據庫基礎上，高速列車數字化仿真平臺結合協同仿真系統，形成高速列車系統的完整數據體系，進而對髙速列車的運行進行模擬以及進行各種數據的應用管理。高速列車數字化仿真平臺所涉及的各類數據，大都帶有空間位置信息，如何對這些數據進行組織管理和存儲是一個必須要面對和解決的問題。我們知道地理信息系統(GIS)不但具有強大的空間數據管理和存儲能力，還具有空間查詢與分析、圖形與交互展示等功能。基于此，高速列車數字化仿真平臺采用GIS進行高速鐵路空間數據的管理以及應用展示，服務于數字化仿真系統。
1.2研究意義
在高速列車數字化仿真平臺中，高速列車系統數據庫（狹義的高速鐵路基礎數據庫）是整個系統的數據核心。這些數據庫在各個獨立專業數據庫的基礎上（包括高速列車系統靜態數據庫、高速列車系統運行工況及附屬數據庫、高速列車動態數據庫、三維模型庫），按照高速鐵路的組成機理以及高速列車運行過程形成一個有序的、時空同步的數據庫，供各種應用層使用。高速列車數據管理及應用則是基于高速列車系統數據庫，在GIS環境下對這些數據進行重新組合，并對各種數據進行歸納、分析和整理，從不同的應用層面展示高速列車系統的各種數據。這些數據大部分都與地理位置有關，在GIS下采用空間化的方式組織這些數據以及列車運行的地理環境數據，實現對高速列車數字化仿真平臺的高速鐵路空間數據的組織管理。這種組織管理方式是一種便于管理和訪問的數據組織方式，它能更好的服務于數字化仿真系統，使得仿真系統的各個子系統不用考慮數據的管理、存儲以及數據安全等問題。對于高速列車數字化仿真結果而言，將以直觀的方式進行展示。在GIS環境下組織的高速鐵路沿線的真實地理環境數據之上，以直觀的、空間化、可視化的方式展示高速列車數字化仿真結果，便于觀察列車仿真運行過程，便于理解、分析仿真結果。
1.3研目標
高速列車數字化仿真平臺所涉及的專業較多，各個專業都有自己特定的數據需求。通過本項目的研究，將弄清高速列車數字化仿真平臺空間數據的內容及其如何管理。具體而言，將對各個專業厘清如下問題：每個專業的數據特點、每個專業對數據空間化的需求與實現、每個專業訪問空間數據的需求與實現以及仿真結果數據空間化訪問需求與實現。在弄清上述問題基礎上結合高速列車運行地理環境數據對高速列車數字化仿真平臺所涉及的空間數據進行組織管理和訪問設計，從而實現高速鐵路空間數據高效組織和管理。
第2章研究現狀
2.1鐵路GIS應用現狀
2.1.1國內應用現狀
目前，我國的鐵路信息化建設已經取得了一定的成績，在全國鐵路范圍己成功實施了大量信息系統。已經建立的信息系統包括鐵路勘測設計信息系統（RSDIS)、鐵路工務管理信息系統（PWMS)、鐵路電務管理信息系統（CSMIS)、鐵路機務管理信息系統(LMIS)、鐵路牽引供電管理信息系統(EMIS)、鐵路車輛管理信息系統(CMIS)、鐵路客票系統、鐵路運輸管理信息系統(TMIS)、鐵路調度管理信息系統(DMIS)、鐵路車號自動識別信息系統(ATIS)、鐵路辦公自動化信息系統(OIS)等。地理信息系統在這些管理信息系統中不同程度上發揮著作用。它以直觀的可視化的方式來顯示和分析與地理空間相關的各種數據。伴隨著地理信息技術的飛速發展，GIS在鐵路行業的應用將越來越廣泛。
1)GIS在傳統鐵路方面的應用
在勘測設計和選線方面，鐵路勘測設計工作者一直將鐵路勘測設計一體化、智能化作為向往和追求的目標，而鐵路勘測設計一體化、智能化同時也是鐵路勘測設計工作現代化和自動化的重要標志。鄭順義[1]等人對我國鐵路勘測設計技術現狀和存在的問題進行了研究、歸納和總結。他認為當前的問題從整體上看，仍然以單機操作和分散作業為主，各專業和各工序彼此分開；而且各專業設計系統之間數據共享性差，仍然以圖紙、表格、文字互提資料，容易丟失，且錯漏現象時有發生。他認為這距離鐵路勘測設計一體化目標還有差距。通過對地理信息系統(GIS)與鐵路勘測設計的關系分析，他提出了基于WebGIS的鐵路勘測設計一體化解決方案。該系統分為兩部分。一部分是設計院之外，通過INTERNET訪問設計院的數據，實現數據的傳遞；一部分是設計院內部，即各工種之間通過WebGIS服務器實現數據共享。他雖然提出了基于WebGIS的一體化的鐵路勘測設計系統結構，但是還沒有成型的產品支持這一結構。張曉東I2]等人也在GIS應用于鐵路勘測設計一體化方面作了研究，對構建一體化系統的目標、功能結構、數據處理流程作了深入研究，提出了一體化系統的體系結構。
第3章高速鐵路空間數據組織管理..........13
3.1需求分析........13
3.2空間數據庫結構設計........13
3.2.1基礎數據組織設計........14
3.2.2專題數據組織設計........18
3.3空間數據訪問設計........19
3.4本章小結........20
第4章高速鐵路空間數據處理與維護方案........21
4.1鐵路線路中線的幾何計算........21
4.2專題數據的空間化處理........23
4.3地圖服務的處理與發布........27
4.3.1地圖數據與影像數據........27
4.3.2專題空間數據........28
4.4本章小結........29
第5章基于GIS的高速鐵路空間數據展示........30
5.1概述........30
5.2空間數據展示方案設計........31
5.3數據展示系統實現........33
5.3.1技術路線........33
5.3.2系統主要功能........33
5.4本章小結........42
結論
主要完成如下工作：
1)數據整理和歸類工作。對高速鐵路空間數據的內容進行了整理和分類。我們高速鐵路空間數據分為三類：基礎數據、專題數據和仿真結果數據。基礎數據包括基礎地理空間數據、模型數據和場景數據，專題數據包括牽引供電、工務、列車運行控制等專業數據。仿真結果數據包括牽引供電、工務、列車運行控制、列車等仿真結果數據。
2)空間數據組織管理與訪問工作。對于基礎地理空間數據而言，主要是組織影像和地圖柵格數據。采用文件組織管理方式對影像和地圖進行管理組織，以地圖服務方式支持數據訪問。對于在三維場景中使用的幾何單元模型的組織管理采用文件管理方式，模型的屬性信息則釆用數據庫表的形式組織管理。建模參數數據則采用地理數據中的要素數據集管理。專業專題空間數據在構建其空間視圖的基礎上采取地理數據中的要素數據集進行組織管理。采用地圖服務方式支持數據訪問。
3)數據處理工作。從已經獲得的高速鐵路線路設計資料數據出發，解算高鐵線路中心線。在具有地理空間坐標的高鐵線路中心線基礎上，獲取鐵路沿線的基礎空間數據，包括影像、地圖以及數字高程模型等。在能獲取專業專題數據的事件表基礎上，釆用線性參照技術手段將專業數據空間化。
4)空間數據的展示工作。根據已有的高鐵空間數據，結合以后的發展情況，設計了數據展示方案，并將試驗段高鐵線路的空間數據作了展示。基于ArcEngine開發了的高速鐵路GIS展示系統。該系統實現了空間數據的加載、屬性信息的查詢、協同展示列車仿真結果等功能。
參考文獻
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(責任編輯：gufeng)
