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摘要：电气化铁路地理信息系统的发展为铁路运维领域提供了新的技术支撑[1]。电气化铁路地理信息系统不仅能生动形象的表现空间信息，而且能够对其进行地理信息分析和操作，将地理空间现象以立体的方式呈现在用户面前[2]。针对目前接触网设备只能由维护人员进行线上人工检测、维护的现状，研究如何实现接触网网上设备维护管理的自动化和信息化，提出技术思路。
关键词：电气化铁路地理信息系统 故障分析与定位 接触网地理信息查询 三维GIS
1 主要研究内容及目标
1.1. 立项背景
作为电气化铁路的特有的传输通道，接触网系统由于其具有结构复杂，内部零部件多，运行环境恶劣，无备用，发生故障的概率较大、与机车运行线路密切相关等特性，其能否正常工作，则不仅影响电力机车是否能够正常取流，还会影响线路的运营安全。目前我国已经有成熟的接触网检测技术，能够在设计、施工、维护中对接触网设备的正常工提供很好的服务，但是由于接触网设备建成后，鉴于其工作环境的复杂性，系统的独一性，仅仅在其维护期间对其监测是远远不够的，保证接触网设备运行状态的稳定、可靠，并对异常状况进行预警，及时排查接触网故障潜在危险因素，防止行车事故的发生，以及在发生事故后尽快查找事故原因，对接触网的运行状态进行在线监测方面的技术研究是非常必要的，对高速铁路接触网设备而言，显得更为重要。[1]
电气化铁路地理信息系统的发展为铁路运维领域提供了新的技术支撑[1]。电气化铁路地理信息系统不仅能生动形象的表现空间信息，而且能够对其进行地理信息分析和操作，将地理空间现象以立体的方式呈现在用户面前[2]。针对目前接触网设备只能由维护人员进行线上人工检测、维护的现状，研究如何实现接触网网上设备维护管理的自动化和信息化，提出技术思路。本文在接触网设备台账管理中便融合了电气化铁路地理信息系统技术，并对其运用进行着重探讨。
1.2. 国内外现状及简要说明
国内现有的接触网运营维修管理系统能基本实现设备履历管理 、图纸管理等功能，但在地理信息查询、精细化管理、数字化多元信息融合等方面尚有不足。
以日本、美国、加拿大和德国为首的发达国家早在20世纪60年代就开始将计算机及信息技术大量应用于铁路生产、运营与管理中。而且随着因特网技术的发展，还会不断地将最新信息技术用于铁路各类专业信息系统，使之不断走向综合化、集成化，使铁路向操作自动化、管理系统化、决策智能化的数字式铁路方向发展。东日本公司自2001年开始，开发使用了新一代的基于GOOGLE EARTH 的铁路综合运营管理系统，到2004年东日本公司开始全线使用该系统。
我国铁路的信息化建设，在 1995年正式开始铁路运输信息管理系统（TMIS）的建设，标志着我国铁路进入大规模信息化建设时期。经过近20年的艰苦努力，我国铁路信息化的建设和应用从无到有、从小到大，但在地理信息系统的开发和应用上，仍为空白，本次科研项目将弥补这一空白。推动我国铁路运输信息管理系统的建设。
1.3研究思路分析
在接触网上的实际应用中，每间隔一定距离(这一距离决定了故障的定位精确度)的接触网线路上，分别在承力索、加强线、正馈线上各安装一只线路故障检测器，在这三个检测器就近的支柱上安装～部太阳能通信主机。这“一主、三从”就组成了一组检测终端。每组检测器有一个编码地址，用来确定具体的报警点位置，便于判断故障位置。在调度或生产值班室，由安装了监控程序的计算机、网络通信交换机以及GSM接收装置组成监控中心。每只检测器内含一套无线通信系统，与通信主机组成一个无线局域网，每套通信主机内置一个GSM手机模块，在该GSM手机模块内放置一张手机SIMS卡。当线路发生故障时，检测终端检测到线路故障后，通过GSM／GPRS网络将信息远传至监控中心，监控中心在进行综合计算分析后，将故障类型、故障区段等信息显示在监控屏幕上并有声音报警；同时将此故障信息以短信的方式发送到相关管理人员的手机上；同时故障信息实时传送到GIS平台进行故障实时定位分析，为管理人员快速处理故障提供可靠的依据。 [3]
2 体系结构
电气化铁路地理信息系统利用三维GIS作为平台，在VS2010下进行开发，支持C/S、B/S多种模式，软件功能采用模块化开发，各类数据资源统计存储在数据库中，支持数据访问、编辑、更新等功能。
系统软件从结构上分为如下几层：数据层、业务逻辑层、应用层。系统结构如图1所示。数据层包含了所有系统所需要的数据资源：业务数据、三维数据；业务逻辑层包含了业务逻辑处理和三维场景渲染，这些是在三维GIS平台上来完成的；应用层完成了系统所需要的主要功能[4]。
3 多源数据的集成与管理
利用电气化铁路地理信息系统管理接触网设备台账涉及多种不同来源、不同类型的数据，首先是构成三维场景的地形数据、矢量地图数据、影像数据、模型数据等；其次是多种地物和属性信息数据：接触线、承力索、支柱、腕臂、描述性文本资料等等；另外是用于业务处理的相关业务数据。如此庞大而又复杂的海量数据必须进行科学、有效的组织和管理[5]。
电气化铁路地理信息系统对三维空间数据有独特的管理模式，场景中的三维数据存储在要素数据库中，该要素数据库支持Oracle，MySql等关系型数据库。要素数据库是一组表达地理特征概念及其关系，并按照这种概念及其关系来组织、存储地理特征数据的数据库模式。它既包含了对于空间数据的三级组织方式的定义、对空间数据的独特理解，同时引入了一些行业系统中常用的概念，比如值域、同步、分布式等概念，为高层系统建模提供了更多的便利性。
4 接触网故障分析与定位
利用GIS的拓扑分析能力，为接触网在线监测与故障定位提供空间信息管理功能，对接触网运行工况进行监视与控制，当接触网出现异常时，系统在极短的时间内及时反应接触网故障的警告信息，通过警告方式及时地反映到GIS平台，并根据故障等级判断，多种告警方式传递到GIS平台画面；并准确定位被监测的接触网故障源，全面反映故障源的GIS空间资源。[4]故障定位处理流程如下：
5 系统功能模块设计
本系统为接触网运行维护、检修消缺、应急抢修工作提供了有力的平台，能够满足接触网设备台账管理日常管理的实际需要，充分的将三维地理信息数据同接触网台账数据相结合，利用其三维交互查询功能，可以迅速查找到锚段基本参数信息、腕臂档案、支柱档案等相关信息，并且能够快速进行三维定位，用三维立体的方式将所查到的设备形象的呈现在用户面前，其强大的统计分析功能更是为该系统增光溢彩。[6]
系统主界面如图2 所示，图中左侧是接触网设备管理目录，右侧是三维场景窗口，上方是交互量测工具等。
6 结论
经过应用实践表明，该系统完全能够满足接触网运行维护、日常检修、应急抢修的需要，基础资料查询，准确、快速，而且能够实现资料信息共享，实现无纸化查询，有助管理单位和部门之间的工作协调，节省了大量的人力和物力，提高了工作效率；该系统既具有一般管理系统自动化、智能化的优势，也发挥了三维GIS人性化的图形界面操作、查询输出方式多样、系统开发简洁高效等优点。为接触网台账的信息化管理探索了一条新的途径，具有广泛的应用推广价值。
要保证三维GIS中数据查询的准确性，基础数据的日常维护工作极其重要。出于各种原因台账资料逐年发生变化，需要不断加强基础数据的维护，使GIS数据与现场实际保持一致，从而确保系统数据的准确性，确保安全生产的顺利展开。
参考文献
[1]张伟.基于三维GIS的应急管理系统在石油化企业的应用研究[J].无线互联科技,2014(5):53.
[2]石琨,杨桂珍.浅谈三维GIS发展的主要问题及趋势[J].科技与企业,2014(1):127.
[3]秘东山.在线监测系统在接触网线路上的运用[J].黑龙江科技信息,2010(22):286.
[4]利民等.青藏铁路运营与安全综合监控系统[M].北京:科学出版社,2007.
[5]郭尚彬,展宗思.基于三维GIS的现场管理信息系统研究[J].计算机应用技术,2013(1):108-110.
[6]史新华等.电网GIS及其应用[M].北京:中国电力出版社,2010.
论文作者:许悦
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/8
标签：数据论文; 电气化铁路论文; 故障论文; 系统论文; 台账论文; 设备论文; 地理信息系统论文; 《基层建设》2017年第23期论文;