神朔铁路工务生产数据可视化系统研究与实现

第39卷第3期2017年6月

武汉理工大学学报（信息与管理工程版）

JOURNAL OF WUT( INFORMATION & MANAGEMENT ENGINEERING)

Vol.39 No.3

Jun.2017

文章编号:2095 -3852(2017)03 -0317 -07文献标志码:A

神朔铁路工务生产数据可视化系统研究与实现

孟勇1，白磊2,卢丹2,王福田2

(1.中国神华神朔铁路分公司，陕西榆林719316 ;2.北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室，北京100044)

摘要:如何利用工务生产数据的空间特征提高数据可视化水平是铁路工务信息化建设中的一个重要 难题。为此，对数据可视化技术在铁路工务设备管理领域的应用进行了探讨，在分析神朔铁路工务生产数据 可视化需求的基础上，创新性地提出了具有广泛适用性的铁路工务生产数据可视化框架模型，并成功应用到 神朔铁路工务生产数据可视化系统中，并对该可视化系统的架构设计、数据库设计、功能设计及实际应用情况 进行了解释。

关键词:神朔铁路;工务设备;数据可视化;管理信息系统

中图分类号:U216.4

工务设备是铁路运输生产的基础，其状态好 坏直接影响铁路运输能力利用及行车安全。工务 设备管理数据具有数量庞大、多源异构、种类繁 多、空间属性强等特点[1]。海量、复杂的相关报 表数据让铁路管理者难以快速、准确理解，图形化 的信息更吸引铁路管理者的目光，有助于管理者 准确掌握传递的信息。这些海量数据的可视化表 达，可为工务设备管理提供科学的决策支持，确保 工务设备完整和质量均衡，x t神朔铁路运行安全、不间断行车具有重要意义。

西方国家对数据可视化研究比较早，在20世 纪50年代，出现了计算机图形学，并利用计算机 技术创建出了首批图形图表[2]。布洛斯•麦卡 米克于1987年发表的美国国家科学基金会报告 《科学计算中的可视化》中，可视化（visualization)一词作为专业术语出现，由此拉开了国外可视化 研究的序幕[3]。

随着铁路工务信息化建设的逐步发展，对数 据的不断整合利用，对数据可视化表达已经成为 铁路工务信息化建设的关键内容。加拿大研发了Maintenance of Way Information System 系统，日本研发了新干线轨道管理信息系统t o s m a系统，欧洲铁道研究所研发了 Economical T rack系统，挪威国家铁路研发了 GIS Based Railway Network

DOI：10. 3963/j.issn.2095 - 3852.2017. 03. 015

Information System系统，原中国铁道部信息技术 中心研发了 PWMIS 系统（permanent way manage­ment information system)等[4_8]。上述管理系统都含有数据可视化模块，如线路设备综合图、车站 配线图、管界图、速度图、大桥略图、反映相关报表 内容的折线图和柱状图等。但上述系统中的数据 可视化模块在动态专题图生成、多种类数据整合、数据集成可视化等方面仍存在不足，难以满足铁 路现场用户需求。

数据可视化技术的最大价值就是可直观、清 晰地帮助铁路管理者解析海量数据中的信息。笔 者将利用可视化技术构建铁路工务生产数据可视 化框架模型，将工务生产过程中的各类数据整合、融合，对数据进行有效的展示与分析，让管理者能 以更直观、清晰、高效的方式理解数据中传递的信 息，从而提高管理者的决策水平。在此基础上，研 究构建神朔铁路工务生产数据可视化系统，作为 神朔铁路既有生产管理系统——行车固定设备生 产管理信息系统[9]的补充，有效提升神朔铁路工 务设备安全管理水平。

1神朔铁路工务生产数据构成及可视化需求

基于数据可视化的定义[1°_11]，笔者提出铁路

收稿日期=2016-12 - 04.

作者简介:孟勇（1978 -),男，山西大同人，中国神华神朔铁路分公司工程师，主要研究方向为信息理论与信息系统.基金项目：国家自然科学基金项目（51578057).

318武汉理工大学学报（信息与管理工程版)2017年6月

工务生产数据可视化是指利用计算机图形学和图 像处理技术，将铁路工务生产过程中的数据进行 组织、整合及融合，以图形的形式显示出来，同时 用交互模型进行交互处理的理论、方法和技术。

神朔铁路工务生产数据由工务设备的台账数 据、检查数据、病害数据、维修数据等构成。其中，工务设备台账数据包括车站台账数据、股道台账 数据、道岔台账数据、曲线台账数据、钢轨台账数 据、桥梁台账数据、隧道台账数据等;工务设备检 查数据包括人工线路检查数据、便携式添乘仪检 测数据、机载式添乘仪检测数据、轨道检查车检测 数据、钢轨探伤车检测数据、线路春秋检数据、人 工巡道数据等。

神朔铁路工务生产数据可视化需求可细分为 工务设备检查可视化需求、工务设备状态评定可 视化需求、工务设备维修管理可视化需求等。在 对工务设备进行检查管理、状态质量管理和维修 管理前，神朔铁路管理者首先需要快速、准确掌握 工务设备的空间布局情况。线路设备综合图是满 足以上需求的重要管理工具，它是一个二维平面 图，主要显示不同设备的分布并标注其简要特征。其中，横轴表示线路里程，纵轴表示不同种类设备 在垂直空间的位置关系。线路设备综合图信息内 容丰富，不仅能够反映线路设备的空间位置，而且 同时反映线路设备之间的空间关系。

(1)工务设备检查可视化需求。工务设备检 查是工务设备养护维修管理的基础。工务设备检 查包括线路静态检查、线路动态检查、钢轨探伤检 查、巡道检查、春秋季检查。车间按照相关的规 章、制度编制检查计划，工区按照检查计划进行设 备的检查，在完成检查计划后，填写相关的计划完 成情况，提交检查数据，完成计划兑现。

为了将设备检查计划编制和兑现情况直观形 象地展示出来，通过与神朔铁路管理者沟通，笔者 提出将设备检查计划编制和兑现情况在二维平面 直角坐标系中展亦，横轴表亦里程,纵轴表亦时 间，使管理者能直观看出某个时间某个里程处的 设备检查计划编制及兑现情况，并能直观分析检 查计划的冲突、漏检和超周期等现象。此外，检查 计划及兑现信息应与线路设备综合图联动显示。

(2)工务设备状态评定可视化需求。工务设 备状态评定是维修计划科学编制的基础。工务设 备状态评定包括线路设备状态评定、桥隧设备状 态评定和路基设备状态评定。线路设备状态又包 括轨道状态、钢轨状态、轨枕状态、联结零件状态、轨道加强设备状态、道床状态、曲线状态、道岔状 态等。为了辅助铁路管理者深入感知每类设备的 状态，笔者提出将线路设备、桥梁设备、路基设备 等病害信息标注在二维坐标系（横坐标表示里 程，纵坐标表示时间）或管界图中，使管理者能直 观掌握线路中的薄弱地段，为日常养护维修管理 重点等提供切实可靠的依据。此外，若能将病害 信息与线路设备综合图通过里程关联，还可以查 看对应病害位置处所有工务设备的分布情况。

(3)工务设备维修管理可视化需求。工务设 备维修管理对工务设备健康状态保持、使用寿命 延长具有重要作用。工务设备维修管理可以从维 修计划管理、维修兑现管理、维修质量3个方面对 各环节进行监管。维修计划管理是指对大修、综 合维修、经常保养、临修和抢修计划等的编制、审 核、批准管理。维修兑现管理是根据维修计划，组 织各项维修活动，并通过收集维修活动的相关数 据，实现对维修活动的进度管理。维修质量管理 是在维修活动完成之后，对维修质量进行回检验 收和质量评定。通过与管理者沟通，笔者提出将 维修计划编制及兑现情况在二维平面直角坐标系 中展示，横坐标表示里程，纵坐标表示时间，使管 理者能直观地分析维修计划是否存在冲突、对维 修进度进行跟踪管理、了解维修质量评定结果。此外，维修计划及兑现信息应与线路设备综合图 联动显示。

2铁路工务生产数据可视化框架模型

为实现上述多种数据可视化需求，笔者创新 性地提出能够统一处理铁路工务生产数据可视化 的框架模型。该框架模型能适用不同的工务生产 数据可视化需求，利用工务生产数据的空间属性，借助图形化手段从不同维度对数据进行更深入的 展示和分析，运用计算机技术自动生成相应的专题 图，从而提高铁路管理者的管理效率和决策水平。

铁路工务生产数据可视化框架模型由坐标系 的选取、里程坐标的获取与转换、工务设备图标设 计、可视化自动生成、专题图输出5部分组成，如 图1所示。具体步骤为:①建立合适的坐标系，6口根据工务生产数据可视化需求选择一维坐标系、二维坐标系或三维坐标系；②从工务生产过程中 的各类数据中提取空间位置信息，将空间位置信 息转换为可视化所需的坐标;③按照《铁路工程 制图图形符号标准》[12]和铁路现场管理经验绘制 铁路工务设备及状态信息图标;④根据工务生产