基于信息技术的铁路建筑接近限界管理必要性分析

基于信息技术的铁路建筑接近限界
网络化动态管理建设必要性分析
摘要：铁路建筑接近限界管理是一项工作涉及面广、综合性、整体性较强的基础工作。

本文从限界信息网络化系统设计原则、设计方案、业务组织流程、实现方法、技术选型和特点等方面对限界网络化动态管理建设进行了详细技术论述，从而实现限界数据的准确性、及时性、完整性和灵活性，分析基于信息技术的铁路建筑接近限界网络化动态管理建设的必要性。

关键词：信息技术限界必要性分析
铁路建筑接近限界检测是一项工作涉及面广、综合性、整体性较强的基础工作，随着国民经济发展，重点工程、国防建设项目日益增多，超限货物运输更趋频繁，及时、齐全、准确、灵活的掌握铁路建筑接近限界资料，是确保铁路超限货物运输安全的前提和保证，也是扩大铁路营销规模、提高经营效益的重要手段。

原有手工管理模式已经不能适应发展的需要，随着信息技术的快速发展，基于信息技术的铁路建筑接近限界网络化动态管理具备条件，通过网络化动态管理可以切实加强日常限界管理，及时了解和掌握铁路建筑接近限界的现状和变化，更有效地保证超限货物运输安全。

1 铁路限界
为保证行车安全，接近铁路线路的各种建筑物和设备，必须与铁
路线路保持一定的距离，同时对在线路上运行的机车车辆的横向尺寸也须有一定的限制。

所以铁路规定了各种专门的限界，如机车车辆限界、基本建筑限界、隧道建筑限界、桥梁建筑限界等。

其中最基本的是机车车辆限界和基本建筑限界。

铁路基本限界包括机车车辆限界和建筑限界。

1.1 机车车辆限界
机车车辆限界是一个与平直线路中心线垂直，在线路中心线所在垂直平面两侧尺寸对称的横断面极限轮廓。

当机车车辆（无论是具有最大公差的新车或具有最大公差和磨耗限度的旧车）停留在水平直线上，其纵中心线和线路中心线处于同一垂直平面上时，机车（除电力机车的受电弓外）、车辆任何部分均不得超出该极限轮廓。

1.2 建筑限界
铁路建筑限界是铁路线路周围的各种建筑物或设备接近线路的限制轮廓。

除了机车车辆和与机车车辆有相互作用的设备（车辆减速器、路签授受器、接触电线及其他）外，其他任何建筑物或设备不得侵入其内。

铁路建筑限界的制定，应该考虑机车车辆限界的尺寸和机车车辆安全运行的要求，同时还应考虑国家大型设备（超限货物）运输的需要；而且也要为机车动力的发展和长大货车的大型化留有发展余地。

建筑限界过大，必然造成巨大浪费，过小则会阻碍运输。

建筑限界分为基本建筑限界、隧道建筑限界、桥梁建筑限界等，都是按水平直线线路制定的。

2 现有限界管理现状
铁路运输基础设备限界管理工作，长期以来，由于线路等级多，涉及相关专业多，建筑物设备类型复杂，管理职责不清，主要依赖于手工录入汇总分析和相关人员的个人经验，很不适应超限货物运输工作发展的需要。

体制改革后，限界管理工作由路局直接管理站段，按照路局重新制定下发的文件规定，站段检测铁路建筑限界基础资料后，交路局各业务处室汇总、审核，准确无误后报路局总工室，路局总工室组织进行资料的汇总审核，准确无误后报铁道部运输局并用于路局的超限货物运输。

经对现有限界检测资料的管理方式和方法分析发现，依据现有的管理方式虽然可以实现限界检测资料的管理，但是其中的不足直接影响超限货物运输的安全。

2.1 人工干预较多，造成限界数据的准确性差
限界检测资料汇总上报过程是自下而上，首先是站段进行限界资料汇总，其次是主管部门汇总。

在站段汇总过程中出现铁路建筑物接近限界资料的实际检测高程与铁道部规定的高程不一致时，通过人工归拢的方法按部定标准汇总，人为的因素影响了实际的限界检测数据，进而影响了限界数据的准确性。

2.2 限界检测资料及时性和完整性难以保证
限界检测资料采用集中录入、进行统一审核，然后下发的方式，虽然可以解决上报的问题，但是由于录入的数据是截至到某一个时间
段，之后发生改变数据，使用时限界检测资料的及时性和完整性难以保证。

2.3 限界检测资料的灵活性难以保证
由于限界管理区段固定，造成区段综合限界最小不灵活，当需要灵活超出任意两个站间建筑限界综合最小时，就需要重新划分区段，重新录入数据。

限界检测资料的灵活性分析汇总难以保证。

3 利用信息技术实现限界网络化动态管理的必要性
铁路建筑限界检测资料的管理是一项工作涉及面广、综合性、整体性强的工作。

利用信息技术通过网络化管理限界检测资料，可以及时了解和掌握铁路建筑限界的现状和变化，同时减少站段在铁路建筑物检测数据汇总过程中人为因素对检测资料的准确性的影响，为超限运输提供安全的基础保证。

提高限界检测资料的准确、及时和完整性，为超限货物运输提供安全保障。

3.1 减少人为因素干扰，提高准确性、完整性
通过网络化动态管理不仅可以规范限界检测资料的汇总工作，同时为超限货物运输提供了更为精确的数据保证。

将各个专业的设备类型通过系统进行抽象，建立数学模型，形成网络，按统一的标准，结合《技规》和《行规》及有关文件要求，将人工折减计算及实际检测高程与部标规定归拢等工作，改由计算机自动根据规定标准计算，减少人工工作量，提高了效率，减少了人为失误；同时避免层层人工汇总带来的细节缺失，主管业务处室可以通过系统直接得到本专业的汇总结果，汇总时按部定标准和实际的限界检测数据可分别形成上报铁
道部的标准资料和现场建筑物实际限界资料。

3.2 加强限界检测基础资料的管理
原有的管理模式，基层站段上报资料是先进行一次汇总后，上报主管业务处室，这样大量的基础数据在站段上报时被屏蔽，主管业务处室对现场实际情况的了解就局限在汇总上报资料部分。

通过网络化动态管理，主管业务处室可直接通过系统了解限界检测的原始测量数据，掌握现场建筑物的实际限界资料。

3.3 提高限界数据的及时性、准确性
因改造、临时施工等原因造成的限界变化时，站段可随时登陆系统进行数据修改，进行段管建筑限界的汇总，并生成书面上报材料，路局及时掌握各区段的最新限界情况，对超限货物运输提供了更安全的基础保障。

3.4 减少超限货物运输组织的成本和周期
原有的管理模式，在进行超限货物运输前，路局要召集各部门进行限界资料的重新确认和提报。

实现网络化动态管理后，路局可及时掌握各区段的限界现状，减少业务协调的成本和周期，同时可通过计算机对超限货物进行仿真模拟计算，提供装载加固方案，另外，超限运输通行条件径路计算，为超限运输提供科学的通行径路优选方案，减少人工判断带来的失误。

节约大量的人力物力投入，提高生产组织效率和效益。

3.5 网络化动态管理限界检测资料可靠、易操作、安全性高
资料数据可靠是系统必须的保证，网络化动态管理具有较强的容
错及故障恢复能力，出现意外时，能够隔离故障区、保护重要数据、通知管理人员做人工干预，避免灾难性后果发生，确保数据安全。

可以使用图形化界面和“人性化”界面，操整理只需借助鼠标即可完成大部分的工作，并设立通用的快捷键方便用户的使用，同时对资源实行分级管理、统一授权和全面安全跟踪，自动对数据进行备份，保证数据安全。

4 限界管理信息系统设计原则
在设计限界管理信息系统应用软件系统时，遵循了以下设计原则：
4.1 开放性
开放性考虑符合OSI标准和国家关于计算机软件开发标准，提供符合标准的软件接口和数据接口。

4.2 成熟性
系统尽量采用现代成熟技术，既保证当前系统的高可靠运行，又能适应未来技术的发展。

4.3 标准化
现在计算机及其相关设备的更新换代周期越来越短，为了使系统在未来的运行中其技术能和整个计算机领域的发展同步，具备灵活的扩展性和良好的移植性，设计中本应用软件的开发坚持标准化的原则，首先采用国家标准，其次采用业界广为流行的通用标准。

4.4 易操作性
使用图形化界面和“人性化”界面，操整理只需借助鼠标即可
完成大部分的工作，并设立通用的快捷键方面用户的使用。

4.5可靠性
系统具有较强的容错及故障恢复能力，出现意外时，能够隔离故障区、保护重要数据、通知管理人员做人工干预，避免灾难性后果发生。

4.6可维护性
本应用系统是大型应用软件系统，在运行阶段尚需不断修正、完善，还需要做适应性修改、调整，并且随着计算机技术的发展和新需求的提出，应用系统也需要升级，本应用系统的软件应是可读、可升级、可测试的。

4.7 可移植性
本应用系统中的软件支持各种流行的软、硬件平台。

4.8 继承性
设计中充分利用原有资源，保护原有系统投资，最大限度地与原有网络和数据库互连。

4.9 安全性
在本应用系统中，对资源进行权限管理，采用分级管理、统一授权和全面安全跟踪；能自动对数据进行备份，保证数据安全。

5 限界管理信息系统方案设计
系统建设从保护投资的角度不再新建网络，用原有局办公网作为通讯网络条件。

增设数据库服务器和应用服务器，作为系统核心，局办公网用户及各基层站段使用自备工作站和相关的网络设备。

在软件设计时，采用了缓存更新和批量数据更新的办法，减少对办公网络的压力。

网络拓扑图见图1
图1 系统网络拓扑图
5.1 外部条件
要达到限界管理的动态、及时、有效，必须实现限界管理系统平台的网络化。

结合西安铁路局当前的网络建设状况，业务处室和站段的微机配备情况，以及相关业务人员对计算机的熟悉程度，建立网络版的限界系统条件成熟。

从保护投资的角度考虑，不再重新建立网络，选用局办公自动化
应用服务器 数据库服务器
局办公网用户
局办公网用户
站段用户
工作站 脱机用户
移动用户
办公自动化网
网作为网络通信平台。

目前局下属50个站段基本实现接入局办公网，不具备直接接入局办公网的用户采用拨号接入方式上报和查询限界资料。

在局办公网内设置数据库服务器作为限界数据存储，设置应用服务器作为限界资料发布查询。

5.2 系统接口
隧道的综合最小建筑接近限界图及其尺寸表的原始检测资料，由兰州局隧道检查车提供。

由于区段划分规则，以及桥隧名称和编号对应关系存在不同，开发相应的接口软件和加载软件。

在实际工作当中桥隧限界往往采用Autocad绘制，限界系统为了方便现场测量施工，提供图形输出接口。

5.3 系统性能
由于限界系统涉及的专业多，设备数量庞大，对于数据上报为了保证性能和效率兼顾，采用批量数据更新上报结合单机报盘的方式。

系统架构采用分层设计，对于大量写操作的数据上报采用服务器/客户机模式，对于大量并发查询采用数据/应用/客户机三层模式，兼顾性能和效率。

为了加快查询效率，系统采用预查询优化设计，批量生成查询结果，保存缓冲数据，优化查询性能。

由于涉及大量科学计算，为了提高计算速度，采用空间换时间的设计，降低计算复杂度，通过查表法优化算法。

5.4 系统安全
系统的安全主要包括两部分，即系统运行的安全和信息的安全。

系统运行的安全是保证系统正常运行和防止系统被恶意攻击。

信息的安全是保证信息的完整性、保密性。

系统提供数据的定期备份手段，同时可以人工手动备份数据。

备份数据以异地存放的方式保存。

在软件开发中通过对数据的重要性、保密性及使用者的分析，通过信息系统管理人员对工作组和用户不同授权，可以控制用户对信息源不同级别操作，防止对信息非法的访问、修改、删除，保证数据的安全与保密。

系统在运行存取数据按照口令字分不同用户角色，分别存取相关联的数据。

6 系统业务组织流程
6.1 工作流程
站段各专业设备建筑物限界检测、数据采集、数据录入、数据维护，查询打印本站段本专业侵限设备登记表；上报铁运函〔2001〕277号文的附件2、3、4。

局各主管业务处审核、汇总所属站段各专业限界资料，查询打印各专业侵限设备登记表；上报铁运函〔2001〕277号文的附件2、3、4。

书面打印签字盖章后连同电子文档报局总工室。

局总工室专业限界的审核、汇总、分析，数据查询打印，上报铁道部铁运函〔2001〕277号文的附件2、3、4。

运输处特调部门利用局内限界数据，根据货物装载尺寸，计算径路，辅助生成电报。

6.2 专业流程
6.2．1 各站段负责所管桥梁、隧道、线路及其它设备建筑物限界检测、数据采集、数据录入、数据维护。

6.2．2 铁路局各主管业务处负责所属站段各专业限界资料的审核、汇总、综合，汇总的内容包括所属站段相衔接的区段和局管内全线。

6.2．3 铁路局总工室负责所属各业务处所有专业限界的审核、汇总、综合及组织全局限界数据上网实现动态管理，汇总的内容包括全局各线及其各区段。

7 系统实现
实现数据采集录入、上报、审核、汇总、决策支持、系统发布查询、后台管理维护等功能。

7 .1 数据采集录入模块
7.1.1 桥隧信息录入
7.1.1.1 兰州隧道车数据导入
针对兰州隧道检测车隧道数据，实现区段代码，桥隧名称对照，加载桥隧限界尺寸资料。

7.1.1.2 桥隧内附属设施最小接近限界数据录入
牵引供电、给排水、电力、房建、车辆、机务、电务、铁通的本专业桥隧内附属设施最小接近限界数据录入。

7.1.1.3 桥隧外附属设施最小接近限界数据录入
牵引供电、给排水、电力、房建、车辆、机务、电务、铁通的
本专业桥隧外附属设施最小接近限界数据录入。

7.1.1.4 专业汇总
牵引供电、给排水、电力、房建、车辆、机务、电务、铁通的专业汇总。

7.1.1.5 打印输出
打印各专业的限界报表，桥隧专业同时生成AutoCAD图。

7 .2 上报模块
实现各专业的限界资料打包输出，根据实际情况分为报盘和网络传输两种方式。

7 .3 审核模块
接受加载上报数据，校验各专业限界资料的正确性。

7 .4 汇总模块
按照各区段生成区段综合最小限界，单个桥隧最小限界等综合限界信息。

7 .5 决策支持模块
通过电子地图进行选择发到站，提供自动径路和条件径路选择，计算宽度确定超限等级，提供标准建限、隧限的资料比对。

7 .6 系统发布查询模块
采用基于B/S方式的查询模式，发布区段综合限界、桥隧综合限界等信息查询。

7 .7 管理维护模块
为管理员提供数据库备份方式，用户增加、线路代码、区段代码、
高程参数等维护界面。

8 技术选型
本技术方案所采用的分层结构体系，其核心是Muti-Tier技术和数据库技术，该方案是不同于传统的客户（Client）/服务器（Server）结构体系。

8.1 用户层
用户层本质上是客户端软件，其直接为客户端的用户提供服务，客户端的软件界面统一，而且易学、易用、操作简便，能访问多种应用。

8.2 服务层
服务层的作用主要是提供用户层与应用层的透明连接，以便客户端软件能透明地访问各种应用。

8.3 应用服务层
应用服务层是一组中间应用程序，主要接受客户端的请求, 处理请求并把处理结果返回到客户端; 应用服务层连接数据库服务器, 向数据库服务器发送数据处理请求, 接受数据库服务器返回的结果; 应用服务器可以处理业务规则和应用要求, 完成客户端和服务器端的连接, 便于升级和维护。

8.4 数据库层
数据库层是数据库管理系统DBMS（或称数据库服务器DBS），负责对数据的管理，包括对数据的收集、组织、存储、安全等，并为各种应用提供数据访问服务（例如增加、更新、删除、查询、检索、统
计等）。

在网络环境中，数据库管理系统应具备安全事务处理能力即分布式的数据管理功能。

8.5 软件平台选择问题
结合当前流行的矢量数据库技术发展方向，主要考察了GE small world ，mapinfo,Arcinfo等平台。

并结合2002年的Mapinfo平台开发经验，总结如下：
8.5.1 Mapinfo及Arcinfo系统的平台技术落后于实际业务的发展
在平台选择上，主要考虑了Mapinfo平台Mapx和MapXtreme分别实现单机应用和网络应用，需要分别写两套应用，在更改设计之后需要分别修改。

另外Mapinfo平台采用图层的方式来存储设备，实际业务管辖的同类的设备分布在不同图层，造成混乱。

在区间的各个专业设备接近限界空间搜索时实现难度大、繁杂等问题。

8.5.2 业务规模增长、对数据及时性的需求和静态数据加载方式之间矛盾日益突出
由于系统在设计之初，相关的业务关系复杂，没有统一的协调机制和数据维护范围划分，所以在设计上简化，把数据录入更新上采用的以年为单位进行静态的加载。

今年的数据汇总上报到明年才能下发数据。

现在的维护方式数据更新周期需要一年左右的时间，维护工作落后于实际情况。

随着系统在实际中的应用，一些关键线路的数据发生变化是不能得到在系统中及时的反应，这种方式逐渐暴露出数据更新落后于现场实际、数据及时性不能保证的缺点，给决策分析带来了很大的困难。

8.5.3 数据的审核机制和版本控制不健全，不利于各专业、部门之间的数据共享和更新
由于现在的数据审核依赖于业务人员及部门之间的协调，没有一个有效的系统平台统一管理和控制数据的版本。

在专业之间数据共享和更新时发生数据不一致和版本混乱的情况给实际工作带来不便和隐患。

8.5.4 平台的健壮和可靠程度落后于实际需要
网络版MapXtreme的平台运行在微软WINNT平台上，带来很大局限性。

由于操作系统本身的性能和安全所限，随着路局和各站段的网络不断完善，访问范围和人数激增，带来流量和安全问题（主要是网络的蠕虫和黑客攻击等），导致网络版行车设备长期运行不稳定以至于最终崩溃不能运行。

8.5.5 系统的网络化应用不彻底
网络版主要是作为信息发布，单机版面向于基层站段的应用，没有充分利用现有的网络条件和技术优势，单机版数据更新不同步不一致的问题日益突出。

8.5.6 Smallworld 系统平台
经过考察和论证，目前GE(美国通用电器)下属的Smallworld提供了解决平台，比较完备的解决了以上系统存在的问题。

首先， Smallworld实现现有的应用中Mapinfo所提供的功能，保证在功能上的完整性；可以提供平滑的系统迁移，保证历史数据的有效重用。

其次Smallworld提供比Mapinfo更灵活的接口，以利于和其他的MIS系统调用；可以和业务设备台帐系统更有机的结合，也为电务等专业提供了接口，可以有效的解决数据更新来源的问题。

为实现从各个业务系统直接取数据提供了有效的平台。

Smallworld平台提供了完善的数据建模工具，非常适合业务数据结构发生变更的情况，同时Smallworld平台提供了开发语言可以保证“Write once, Run anywhere”，(“一次编写，随处运行”)不再需要针对统一业务开发多个应用，具有很强的重用性和适应性。

解决了单机版和网络版的问题。

Smallworld平台采用面向对象的存储结构，可以有效确认以专业为分类的对象继承关系，实现各专业的设备在系统中扩充。

Smallworld平台提供了完善的版本控制和长事务处理机制，对数据上报过程中的审核和专业间数据共享保证数据的唯一和准确提供了有效的保证。

Smallworld平台采用虚拟机的方式，不依赖于任何具体的操作系统，非常适合大型的跨平台应用，不再局限于Windows平台，在Unix平台和linux平台也可应用
9 系统特点
9.1 业务特点
9.1.1 维修规则和现场实际情况，在充分保证精度的情况下，简化各专业现场测量规则，提高了效率。

9.1.2 以设备为主体，以设备实际变化点为实测数据，实现了限界图和报表的一致性。

9.1.3 提供了桥隧检测车外部数据接口，可以直接导入加载检测数据到本系统。

9.1.4 系统提供了Autocad输出,便于数据的重新利用。

9.1.5 为特调提供特定径路和自动径路计算。

9.1.6 将电子地图作为系统入口，实现了可视化的操作。

9.1.7 提供基于Web的限界资料查询，客户端只需要IE浏览器就可以查询相关的限界数据。

9.2 技术特点
9.2.1 先进性、灵活性
系统的设计和开发采用国际上先进的技术，系统结构具有足够的灵活性，可以适应不同阶段，不同业务量需求，以及采用最先进的新技术。

应用系统采用了目前先进的模式，核心数据库系统采用了先进的大型数据库系统，客户端开发工具采用了最新的开发工具。

整个系统可以根据新技术，不断更新、升级，为始终保持其先进性提供了可能性。

9.2.2 可扩展性
系统的设计采用分布式、分级式结构，为扩展提供了充分的灵活性，可以根据业务需求，资金状况以及新技术，改造和扩展物理网络
及应用系统，使其有效的促进工作。

数据同步和汇总可采用实时自动更新；信息发布可实现实时动态的信息发布。

总之，整个系统具有良好的可扩展性，在保护各种投资的条件下，完成各种业务扩展。

9.2.3 稳定性
本系统，采用了强大的大型数据库系统，可提供足够的稳定性、强壮性。

整个系统的结构，各点之间没有直接的依赖，应用系统也采用了较强的容错机制，保证了整个系统的正常运作。

9.2.4 可维护性
应用系统的开发采用三层模式，这样就可以只调整应用服务器（一般只有一台），而不调整客户端（一般有很多台）的情况下，完成系统的维护和升级服务，保证了应用系统的一致性和快速恢复能力。

三层模式的应用系统可以在不停机或少停机的情况下完成系统的维护和升级服务，最大限度的保证正常运作时间。

数据库系统及应用程序都包含了目前公司应用成熟的远程维护模块，可以实现快速有效的远程维护工作，在最短时间完成用户的要求。

这些技术使整个系统具有良好的可维护性。

9.2.5 安全性
系统采用的大型数据库具有完整的用户管理及权限整理，对数据可实现客户端级安全控制，极大限度的保护数据的安全授权使用。

所选用操作系统符合C2级安全标准，能够满足多用户网络环境下的安全要求。

INTERNET发布模块也采用了相应的安全措施防止系统受到黑客、病毒等攻击，保障系统的安全运行。