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基于安全大数据应用平台的铁路安全综合管理系统设计方案

陈同喜, 谢文广, 杨光, 苏尔慈, 刘彦军

陈同喜, 谢文广, 杨光, 苏尔慈, 刘彦军. 基于安全大数据应用平台的铁路安全综合管理系统设计方案[J]. 铁路计算机应用, 2021, 30(1): 39-42, 46.
引用本文: 陈同喜, 谢文广, 杨光, 苏尔慈, 刘彦军. 基于安全大数据应用平台的铁路安全综合管理系统设计方案[J]. 铁路计算机应用, 2021, 30(1): 39-42, 46.
CHEN Tongxi, XIE Wenguang, YANG Guang, SU Erci, LIU Yanjun. Design of railway safety comprehensive management system based on safety big data application platform[J]. Railway Computer Application, 2021, 30(1): 39-42, 46.
Citation: CHEN Tongxi, XIE Wenguang, YANG Guang, SU Erci, LIU Yanjun. Design of railway safety comprehensive management system based on safety big data application platform[J]. Railway Computer Application, 2021, 30(1): 39-42, 46.

基于安全大数据应用平台的铁路安全综合管理系统设计方案

基金项目: 中国铁路北京局集团有限公司科技研究开发计划重大课题(2019AX03)
详细信息
    作者简介:

    陈同喜,高级工程师

    谢文广,正高级工程师

  • 中图分类号: U29 : F530.69 : TP39

Design of railway safety comprehensive management system based on safety big data application platform

  • 摘要: 利用中国铁路北京局集团有限公司安全大数据应用平台的资源及大数据分析技术,开展铁路局集团公司安全综合管理系统设计方案研究。通过数据挖掘和分析,系统可从不同角度揭示事故/故障、安全问题等各类危险的特征和规律,探索各类危险源与安全事件的关联关系,分析判别安全事故/故障的趋势,为铁路安全监督管理工作提供全新的辅助决策支持工具。
    Abstract: By using the resources of the safety big data application platform of Beijing Railway Administration and big data analysis technology, a research is made on the design of railway safety comprehensive management system of Railway Administration. Via data mining and analysis, this system can help safety management personnels reveal the characteristics and regularity of various hazards such as accidents, faults and safety problems from different perspectives, probe the correlations and evolution of various hazards and safety events, and discover the trends of safety accidents and faults, thus offering a new decision support tool for railway safety supervision and management.
  • 铁路枢纽位于铁路网的交汇点,由多条线路、多个车站及其他设施、设备组成。若用文本或表格等形式表现其结构特征和信息,不易表述清晰,且在枢纽车站布局、规模、联络线设置[1]等设计方案发生改变时,设计人员难以直观地考察各方案的枢纽客货运输能力的情况。因此,需要通过图形化界面向用户演示枢纽的结构特征,以及线路、车站等实体及其属性[2],并对枢纽能力进行计算。根据不同设计方案生成铁路枢纽客货运输能力结果,并通过图形化界面显示给用户,便于用户查看各种设计方案对应的枢纽能力,从而对枢纽设计方案有更清晰、直观的理解[3-4]

    因此,本文结合我国铁路枢纽设计研究的实际情况[5],利用AutoCAD的铁路枢纽网络设计文件,生成数字化的铁路枢纽网络[6],为研究铁路枢纽结构、优化铁路枢纽布局提供数据支撑[7-9]

    AutoCAD计算机辅助设计软件广泛应用于二维绘图和三维设计等领域。它的数据文件主要有DWG、DWS和DXF等格式。其中,DXF为文本形式,保存了AutoCAD有关图素的详细信息,是普遍使用的AutoCAD外部接口文件。

    DXF文件主要由标题段(Header)、表段(Tables)、块段(Block)、实体段(Entities)和文件结束段(Eof,End of file)5部分组成。

    DXF利用行存储数据,每2行为1组,第1行为组的代码,第2行为组的值,1个组代表1个数据,本文为了表述方便,将DXF文件的内容简化,如表1所示。虽然DXF文件结构复杂,但只要根据需求获取建模所需实体段就可以完成相应实体的提取。

    表  1  信息表述样例
    DXF中信息格式 本文采用的表达形式
    100
    AcDbLayerRecord
    2
    京沪铁路
    100::AcDbLayerRecord
    2::京沪铁路
    下载: 导出CSV 
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    表1右侧是本文采用的形式,即将左侧DXF文件中用两行表示的组码和组值放在同一行中,并用“::”符号将两部分分开。

    图1是AutoCAD软件绘制的某铁路枢纽的局部样例,为展示细节,将紫色框框定的部分区域放大。由图1可看出,用AutoCAD设计的枢纽图中,主要有2种图素:线条和文字。线条都是由多段线(pline)绘制的,包括2种:用闭合的6边形表示车站;用不同颜色的线条表示铁路线路。文字是单行文字(dtext),是对闭合6边形的标注,表示车站名称。

    图  1  AutoCAD绘制的某铁路枢纽局部样例

    设计人员在生成枢纽图时,利用AutoCAD图形分层组织的特性,将不同的线路绘制在不同的图层上,为枢纽网络数字化建模提供了较大便利。

    由于不同的线路存储在不同的层上,且用线路名命名图层,所以只需从DXF中读出层的定义就可得到枢纽范围内的线路信息。层的定义在表段只出现一次。DXF文件中的图层信息格式如下:

    100::AcDbSymbolTableRecord

    100::AcDbLayerTableRecord

    2::京沪铁路

    70::0

    62::7

    6::Continuous

    其中,“100::AcDbSymbolTableRecord”是符号定义;“100::AcDbLayerTableRecord”表示后续若干信息是对1个图层的描述;“2::京沪铁路”中“京沪铁路”是图层的名称;“62::7”表示图层的颜色。第4、6行信息本文没有采用,因此没有给出说明(后面DXF文件信息格式中没有用到的信息也一并忽略)。

    车站名称是单行文字,存储在实体段,且隶属于指定图层。单行文字信息格式如下:

    100::AcDbText

    10::2235.15

    20::1258.66

    30::0.0

    40::1.35

    1::高里

    其中,“100::AcDbText”引导一个单行文字信息;“10::2235.15”表示单行文字的 x 坐标;“20::1258.66”表示单行文字的 y 坐标;“30::0.0”表示单行文字的 z 坐标;“40::1.35”表示文字的高度;“1::高里”表示单行文本信息是“高里”。

    车站外型是用多段线绘制的六边形,存储在实体段,且隶属于指定图层。车站外型信息格式如下:

    100::AcDbPolyline

    90::6

    70::1

    43::0.03

    10::2349.62

    20::1308.79

    10::2349.74

    20::1308.98

    其中,“100::AcDbPolyline”引导一条多段线信息;“90::6”表示多段线由6 个点组成;“70::1”表示多段线闭合;组码10和组码20表示一个点的(xy)坐标,本文列出了多段线经过的2个点的(xy)坐标,后面的点省略。

    铁路线路用多段线绘制,存储在实体段,且隶属于指定图层。区间线路信息格式如下:

    100::AcDbEntity

    8::京沪铁路

    370:: 5

    100::AcDbPolyline

    90:: 5

    70:: 0

    43::0.05

    10::2256.50

    20::1265.77

    其中,“100::AcDbEntity”表示当前在实体段;“8::京沪铁路”表示后面的信息属于图层“京沪铁路”;“100::AcDbPolyline”表示这是一条多段线;“70:: 0”表示多段线不闭合;组码10和组码20给出了多段线的第1个点的坐标(xy)的值。

    在绘制多段线时,有时会插入曲线,区间线路信息中有圆弧的信息格式如下:

    100::AcDbEntity

    8::京沪铁路

    370:: 5

    100::AcDbPolyline

    90::5

    70::0

    43::0.05

    10::2260.10

    20::1261.57

    10::2260.28

    20::1261.22

    42::0.18

    10::2261.72

    20::1259.86

    ...

    其中,“42::0.18”表示一段圆弧,它的凸度是0.18,这个值是该圆弧所对圆心角的1/4角的正切值,如图2所示。

    图  2  凸度计算示意

    图2中,圆弧$ {\overset{\frown} {ACB}}$对应的圆心角为$\alpha $,其凸度$f$的计算公式如式(1):

    $$ {f}_{{\overset{\frown} {ACB}}}=\mathrm{tan}\left(\frac{\alpha }{4}\right)=\frac{{{h}}}{s}$$ (1)

    建模时,为了降低模型的复杂度,可把多段线中的曲线部分分割成若干段小的折线,将区间线路统一用折线表示。

    建立数字化的铁路枢纽网络模型,需从DXF文件中读取铁路枢纽有价值的信息,把线路、车站、区间等实体的特征数据合理、有效地组织、关联起来,生成既相对独立又相互联系的有机整体,为后续研究工作提供数据支持。

    (1)线路索引数据结构

    表2所示,线路ID通过人工分配;线路名称来自DXF接口文件,数据长度为49;线型和颜色可继承DXF中对应的涂层的线性和颜色值;年度/车种是否可用信息则需要通过信息加工模块补充完善。

    表  2  线路索引数据结构
    字段名称数据类型说明
    iID整型线路ID
    sName字符线路名称
    iLineType整型线型:实线、虚线等
    iColor整型显示颜色
    iStage整型对应年度是否可用
    iClass整型对应车种是否可用
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    (2)车站信息数据结构

    表3所示,fPnts记录的六边形顶点坐标来自DXF文件中的闭合多段线信息;车站名称来自DXF文件的单行文本信息,数据长度为49,但文本信息与车站的绑定需要经信息加工模块人工完成;车站类型需人工定义。

    表  3  车站信息数据结构
    字段名称数据类型说明
    iID整型车站ID
    sName字符车站名称
    fPnts[6][2]实型顶点坐标
    iClass整型车站类型
    下载: 导出CSV 
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    (3)区间线路组成信息数据结构

    表4中所有字段信息都来自DXF文件相应内容。

    表  4  区间线路组成信息数据结构
    字段名称数据类型说明
    iID整型区间ID
    iLineID整型所属线路ID
    fPntF [2]实型起点坐标
    fPntT [2]实型止点坐标
    fPnts[][2]实型起点与止点间的点
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    (4)车站区间连接信息数据结构

    表5所示,当AutoCAD格式的设计资料较规范时(区间线路的端点都落在六边形内),则iStaFID和iStaTID可在模型生成时自动填入;区间线路的运营方向则需通过信息加工模块后期人工赋值。

    表  5  车站区间连接信息数据结构
    字段名称数据类型说明
    iSecID整型区间ID
    iStaFID整型起点连接的车站ID,−1表示未连接
    iStaTID整型止点连接的车站ID,−1表示未连接
    iDir整型区间线路运营方向,0表示未定义; 1:从起点到止点单向
    运营;2:双向运营;3:从止点到起点单向运营。
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    根据铁路枢纽实体的特征数据在DXF文件中不同的表现形式,设计并编制图层处理模块、多段线处理模块和单行文字处理模块,提取实体的关键信息,生成网络数字模型,该方法的架构如图3所示。

    图  3  枢纽网络数字模型生成方法架构

    模型生成阶段,通过批量读入DXF接口文件,生成铁路枢纽网络数字化模型的主要数据,同时,利用信息加工模块补充区间线路运营方向、线路的年度/车种运用属性等AutoCAD设计资料中不能体现的数据。

    信息加工模块提供对车站、线路等实体的修改功能,在没有DXF文件时也能创建网络模型。

    设计专业的人员根据研究的需要,在网络数字化模型基础上叠加业务数据,计算评价指标,分析网络可能存在的问题,探寻优化方案。如图4所示,在网络模型基础上,根据线路的功能和径路的费用分配列流,计算并展示线路的能力利用率。

    图  4  某铁路枢纽线路能力利用率局部

    图4中用颜色定性地表示线路能力利用率,也可以添加标注的形式,定量显示线路的运量和利用率。该铁路枢纽网络数字化模型数据信息主要来自DXF文件,区间线路和车站的连接关系(图4紫框部分)由信息加工模块批量添加,区间线路的运营方向(图4绿框部分)在信息加工模块经人机交互加入。

    本文设计的基于DXF接口文件的铁路枢纽网络数字化模型生成方法,已基于VS2013编码实现,并应用于铁路枢纽能力检算图形化系统中。使用结果表明:本文设计的方法,可以准确地读取铁路线路、车站和区间线路的组成信息,经过信息加工模块的辅助处理,生成完整的铁路枢纽网络数字化模型,建模便捷、数据完整,能够为研究、评价铁路枢纽提供数据支撑。

  • 图  1   铁路安全综合管理系统总体架构

    图  2   铁路安全综合管理系统技术架构

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  • 期刊类型引用(1)

    1. 朱涛,董鹏,朱贺,齐胜. 基于标记技术的强制访问控制模型设计与应用. 铁路计算机应用. 2022(01): 55-60 . 本站查看

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图(2)
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-06-15
  • 网络出版日期:  2021-01-28
  • 刊出日期:  2021-01-28

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