杨远超

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

基于Oracle数据库的铁路勘测设计一体化数据管理

杨远超

(中铁第一勘察设计院集团有限公司,西安 710043)

结合某铁路勘测设计一体化平台的建设,通过分析铁路勘测设计行业数据存储与管理的需求,归纳出数据的特点和组织方式,最后建立基于Oracle 11g的分布式数据库系统,并在此基础上实现基于数据的协同设计。

铁路勘测设计一体化；数据库设计；分布式

1 概述

铁路勘测设计一体化的发展方向是通过勘测设计整个生命周期内的全部数据在同一网络环境下的动态维护、共享和集成应用，实现各阶段、各专业之间的协同设计[1]。要实现协同设计，首先得解决数据的规范化，使数据的格式和接口标准统一，从而使其能在专业间顺畅流通。建立了数据标准，就能按数据的空间特性建立索引，搭建勘测设计一体化平台将各专业的数据和服务串联起来，实现专业间的数据协同。同时勘测设计一体化平台提供统一的坐标服务，直观地反映各设计内容的空间关系，确保各专业数据空间相对关系的正确性。以此为基础，就可以消除信息孤岛，实现基于数据的协同设计。

铁路勘测设计部门在信息化建设过程中，逐步形成了各设计专业的数据标准格式。这些标准虽能满足业务需求，但由于缺乏总体规划，数据跨专业直接使用的效率低下。如何将各专业的数据有效串联起来，使专业间通过数据的无缝衔接快速流通，共同完成某一些单元或整个铁路项目的设计，是实现铁路勘测设计一体化需要解决的首要难题。

本文通过分析铁路勘测设计各专业数据的特点和组织方式，阐述基于Oracle数据库实现铁路勘测设计一体化数据的有效管理，给出其实现的关键点及解决方案。

2 对数据的分析

2.1 数据的分类

专业设计成果数据可归纳为两类：文件类数据和属性表数据。文件类数据是指以各种文件格式存储的专业勘测设计数据，包括各类图片、图形、文本、电子表格文件。它们要么因为技术条件限制不能拆分成更细微的数据单元，要么因为在现行的勘测设计技术条件下，没有必要进一步拆分，因此在数据库中都以二进制大字段(BLOB)对象进行存储。导入数据库时将文件转换为二进制数据流，获取数据时将其还原为对应格式的文件。属性表类数据是指能用结构化的行、列进行细分，并在数据库中以数据库表格形式存储的数据，可使用结构化查询语言(SQL)直接检索。

2.2 数据的分层管理

各专业按存储的需要将各类接口数据分别归入本专业的文件类和属性表类。每一种接口数据就定义为一个数据层。如航测专业的1∶2 000地形图、数字地面模型、正射影像都定义为3个文件类数据层，桥梁专业的桥梁用地图、桥梁工点平面图定义为文件类数据层，而其大中桥表、小桥涵表则定义为属性表类数据层。

数据要在现存的各类专业设计软件中传输，必须转换为通用的格式，方便识别。可采用XML文档格式来描述数据层的定义，各专业软件可以方便地基于这种通用文件格式开发接口，提供本专业的设计软件使用。文件类和属性表类数据的层定义如图1所示。

其中文件类数据层包括文件编号、文件名称、上传日期、上传人员编号、存储格式编号、文件的坐标和里程索引、附注；属性表类数据层包含数据表编号、上传人员编号、上传日期、所属专业、附注等信息，还包括属性表所有字段的字段名称、字段类型、字段长度、是否主键、是否为空、字段值等信息。

2.3 数据的空间索引

坐标系可以归纳为两类：地理坐标系和线路坐标系，勘察设计的各类成果数据，均可以通过它们标识。以地理坐标系来描述的勘测设计成果数据多为站前专业数据。站前专业提供的数据多为区域空间数据，如地形图、地质图等。这些数据的空间特性需要二维或三维坐标来描述。以线路坐标系来描述的勘测设计成果数据多为站后专业数据，此时线路已经选定，与铁路相关数据的空间特性转化为沿铁路线的一维标识(即线路里程)。通过线路曲线和断链信息，可以建立两类坐标系的对应关系，将勘测设计成果数据按需转换。

3 实施的关键点

3.1 数据接口标准的确立

铁路勘测设计涉及面广，需要多专业协作完成，规范的确立是工作得以顺利开展的基础。各单项的专业设计，国家和行业标准都已经确立，各专业也一直在依照这些标准开展工作，没有什么问题。但是涉及专业之间数据交换的标准，可能会因为各种原因而没有确立。因此开展协同设计，首要任务就是解决数据接口标准问题。这项基础工作笔者所在单位已经完成，并编制了相应的企业标准《各专业数据接口标准》和《各专业互提资料数据格式标准》，现已颁布实施，这就为勘测设计一体化的开展提供了依据。

3.2 建立分布式数据库系统

以正式颁布的数据接口标准为蓝本、勘测设计的业务逻辑为主线，在对各专业设计业务和流程进行需求分析的基础上建立覆盖铁路设计各专业的Oracle分布式数据库系统。分布式数据库由一个全局数据库和若干专业数据库组成。全局数据库存储项目、方案、坐标系、专业、设计人员、用户等具有全局属性的数据，并以数据索引统领各专业数据库，形成联系。各专业建立自己的数据库，存储本专业的数据，并将数据索引信息注册到全局数据库，便于其他专业查找。

3.3 数据注册

专业数据可分为文件类和属性表类两种类型的数据，在数据入库前需要将各专业数据库相关信息及其属性表类型的数据表注册到全局数据库。在全局数据库中建立文件类和属性表类数据的注册信息表，专业数据存入专业数据库时，同时要在全局数据库的注册信息表中注册其各类描述信息。应用系统获取数据时，必须先通过查询全局数据库的注册信息表获取专业数据的描述信息，然后再根据此描述信息找到专业数据库，并在专业数据库中按图索骥，获取想要的专业数据，如图2所示。

3.4 基于用户消息的信息传递

在全局数据库中建立用户消息表，记录发送用户编号、接收用户编号、项目编号、消息标题、消息内容、消息状态、消息发送时间和消息附注等信息。在协同设计平台提供消息传递功能，让各专业的设计人员以项目为单位进行信息传递。比如A专业的设计人员完成本专业的设计，经过几级审核后准备将成果提交下游专业的设计人员使用，则A专业的资料发布人员就可以发送一条用户消息给对应的下游专业用户，通告A专业的指定资料已经开放设计，可供使用。而下游专业的用户在看到消息通知，取用A专业的指定资料后，也及时以消息通知A专业资料发布人员，完成一次接口资料交接的循环。同时，如果不同专业的设计人员在设计过程中需要进行沟通，也可以通过用户消息功能进行信息的传递。这样就使数据的交换和信息的传递都有畅通渠道，在统一的平台下完成交互，实现基于数据的协同。

3.5 版本管理

由于铁路设计是一个不断细化的过程，各阶段都要进行大量的方案比选，产生许多阶段性的成果数据，这就需要对各阶段的设计成果进行版本标识，使数据的来龙去脉清晰无误，专业设计人员能轻松地获取正确版本的设计数据。

(1)由“方案”表的字段“版本号”记录一个线路方案设计的历史轨迹，当方案设计稳定，开放设计后，其他专业以此方案的最终版本为蓝本，展开专业设计，由此得到的专业设计成果资料也通过外键引用“方案”表的“方案编号”字段串联起来，组成一套完整的铁路设计方案。

(2)在全局数据库建立版本表，记录表格类数据的版本信息，包括版本对应数据表编号、版本上传人员编号、方案编号、数据表版本号、版本上传日期、版本数据的有效性、版本数据是否锁定以及版本附注等信息。当对专业接口数据中的表格类数据进行开放设计，产生新的版本数据时，就可以通过往版本表中添加一条记录信息，用来区分数据。

(3)接口资料在设计过程中的版本控制，由各专业建立接口资料的内部版本号控制，可以建立一个整数类型的版本控制字段和一个oracle序列来记录其版本号的值。用版本号控制简单方便，易于编程实现。

3.6 并发控制

在铁路的协同设计环境下，就必须对同一数据资料有可能发生的并发访问和修改有充分的了解，事先做好规划，对并发状态下各种极端的情况做出充分估计，并在访问数据库的应用程序编写时做出相应的判断及处理。

对于高并发量的系统，宜采用版本列形式的乐观锁定方法，为每个要考虑版本信息的表增加一个Oracle时间戳列，类型为TIMESTAMP，这个精确到微秒的数据类型能准确记录数据的版本信息，并提供数据更新的时间信息。要实现乐观并发控制，应用只需要验证请求更新那一刻，数据表中这一时间戳列的值与最初读出的值是否匹配，如果两个值相等，就说明这一行在应用程序读取后没有其他人更新过，可以放心更新，不会发生更新丢失。反之，如果时间戳列的值与最初读出的值不匹配，则说明在应用程序读取数据后已经有别的用户对其进行了修改，则必须在客户端程序中确定应用下一步该怎么做。是让最终用户查询这一行的新值，然后再重新开始事务提交，还是应该根据业务规则解决更新冲突，试图合并这一列上两个更新的值[2]。

3.7 权限控制

在全局数据库中要建立用户数据安全保障机制，保证专业间互提资料的安全性，保证数据流向与设计流程一致，可通过以下一些途径实现。

通过应用程序权限验证模块来实现权限控制。通过应用程序验证存储在全局数据库中的用户表、权限表等一组权限控制基础表，授权用户访问指定内容，是大部分数据库应用采用的技术手段，在本项目中也宜使用。

各专业数据库内的权限控制需要建立各类角色，通过角色对终端用户授权来保障数据安全。建立四类角色：一般用户角色(按项目建立，供普通设计人员使用)、接口资料发布用户角色(按项目建立，供专业内的项目负责人如专册、所总、处总等签署发布本专业的接口资料)、专业程序编写用户角色(供本专业的程序员编写基于此专业数据库的应用程序时使用)、专业数据库管理员角色(全面负责本专业数据库维护的工作人员)。通过应用程序验证的用户，再由前端应用程序访问层映射到数据库内具有相应权限的用户，通过它访问数据库，获取数据。如图3所示。

4 结语

我单位在局域网内建立了原型系统，在银西铁路茂陵至庆城段选取了近130 km长的试验段，基于Oracle数据库软件建立了航测、线路、桥隧等专业数据库及全局数据库，构建了分布式的数据库系统，并编制了铁路勘测设计一体化平台软件进行测试。测试结果表明，按照上文所述解决方案建立起来的铁路勘测设计一体化平台，能通过分发和共享对各专业勘测设计数据进行有效的管理，实现了基于数据的协同设计。下一步需要将所有涉及到的铁路勘测设计专业纳入一体化平台系统，建立他们的专业数据库，增加专业设计数据的数据量，增强局域网网络负荷以检测数据传输性能，通过不断测试与改进，达到能在铁路勘测设计项目中持续应用的目标。

[1] 周艳，王长进，朱庆，韩祖杰.支持协同设计的铁路勘测设计基础数据库研究[J].铁道勘察，2004(1):23-28.

[2] (美)科瑟瑞(Kothuri，R.)等著.Oracle Spatial空间信息管理——Oracle Database 11g[M].管会生，等，译.北京:清华大学出版社，2003.

[3] 李桂芳.基于三维空间场景的铁路选线技术研究[J].铁道标准设计,2012(10)：19-21，72．

[4] 孟存喜，钟祥水，卞祖经.铁路勘测设计一体化、智能化的研究与关键技术[J]. 铁道标准设计,2006(S)：212-214，219.

[5] 邹逸江.客户机/服务器的地图复杂对象数据库系统设计[J].测绘学报，1999，22(3)：251-256．

[6] 郭明强，黄颖，谢忠.分布式环境下海量瓦片数据实时组织与调度策略研究[J].测绘通报，2013(4):25-28．

[7] 肖迎远，刘云生，缪国琼.分布式实时事务一阶段实时提交[J].华中科技大学学报，2006，34(3):1-4．

[8] 石红兵，郑云，曾学贵.勘测设计一体化软件开发过程中数据库的设计[J].铁道工程学报，2000(2):19-21．

[9] 黄镇谨.协同设计中数据库接口的设计与优化[J].广西工学院学报,2006(3)：82-85.

[10]汪享庆.铁路设计院信息化工程建设探讨[J].中国勘察设计,2006(6) ：43-45．

[11]张雪平，殷国富，王伟.协同设计中工程数据库并发控制研究[J].机械科学与技术，2006(3)：345-347.

[12]王能斌.数据库系统教程[M].北京：科学出版社，2002．

DataManagementUsedforIntegrationofRailwaySurveyandDesignBasedonOracleDatabase

YANG Yuan-chao

(China Railway First Survey and Design Institute Group Co., Ltd., Xi’an 710043, China)

In this study, in combination with the establishment of a database platform used for integration of railway survey and design, and after analysis on the demands of data storage and data management in railway survey and design industry, the data characteristics and organization form were summarized. Finally, the distributed database system based on Oracle 11g was built. On that basis, the collaborative design based on data can be implemented.

integration of railway survey and design; database design; distributed

2013-09-05

铁一院科研项目“基于真实感场景的线路协同设计平台研究”(院科12-01)

杨远超(1979—)，男，工程师，2002年毕业于西南交通大学摄影测量与遥感专业，工学学士，E-mail:12019608@qq.com。

1004-2954(2014)05-0008-04

U212

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.05.003