基于Oracle數(shù)據(jù)庫的鐵路勘測設(shè)計一體化數(shù)據(jù)管理

楊遠(yuǎn)超

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043)

基于Oracle數(shù)據(jù)庫的鐵路勘測設(shè)計一體化數(shù)據(jù)管理

楊遠(yuǎn)超

(中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司,西安 710043)

結(jié)合某鐵路勘測設(shè)計一體化平臺的建設(shè),通過分析鐵路勘測設(shè)計行業(yè)數(shù)據(jù)存儲與管理的需求,歸納出數(shù)據(jù)的特點和組織方式,最后建立基于Oracle 11g的分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的協(xié)同設(shè)計。

鐵路勘測設(shè)計一體化；數(shù)據(jù)庫設(shè)計；分布式

1 概述

鐵路勘測設(shè)計一體化的發(fā)展方向是通過勘測設(shè)計整個生命周期內(nèi)的全部數(shù)據(jù)在同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的動態(tài)維護、共享和集成應(yīng)用，實現(xiàn)各階段、各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計[1]。要實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計，首先得解決數(shù)據(jù)的規(guī)范化，使數(shù)據(jù)的格式和接口標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，從而使其能在專業(yè)間順暢流通。建立了數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，就能按數(shù)據(jù)的空間特性建立索引，搭建勘測設(shè)計一體化平臺將各專業(yè)的數(shù)據(jù)和服務(wù)串聯(lián)起來，實現(xiàn)專業(yè)間的數(shù)據(jù)協(xié)同。同時勘測設(shè)計一體化平臺提供統(tǒng)一的坐標(biāo)服務(wù)，直觀地反映各設(shè)計內(nèi)容的空間關(guān)系，確保各專業(yè)數(shù)據(jù)空間相對關(guān)系的正確性。以此為基礎(chǔ)，就可以消除信息孤島，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的協(xié)同設(shè)計。

鐵路勘測設(shè)計部門在信息化建設(shè)過程中，逐步形成了各設(shè)計專業(yè)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式。這些標(biāo)準(zhǔn)雖能滿足業(yè)務(wù)需求，但由于缺乏總體規(guī)劃，數(shù)據(jù)跨專業(yè)直接使用的效率低下。如何將各專業(yè)的數(shù)據(jù)有效串聯(lián)起來，使專業(yè)間通過數(shù)據(jù)的無縫銜接快速流通，共同完成某一些單元或整個鐵路項目的設(shè)計，是實現(xiàn)鐵路勘測設(shè)計一體化需要解決的首要難題。

本文通過分析鐵路勘測設(shè)計各專業(yè)數(shù)據(jù)的特點和組織方式，闡述基于Oracle數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)鐵路勘測設(shè)計一體化數(shù)據(jù)的有效管理，給出其實現(xiàn)的關(guān)鍵點及解決方案。

2 對數(shù)據(jù)的分析

2.1 數(shù)據(jù)的分類

專業(yè)設(shè)計成果數(shù)據(jù)可歸納為兩類：文件類數(shù)據(jù)和屬性表數(shù)據(jù)。文件類數(shù)據(jù)是指以各種文件格式存儲的專業(yè)勘測設(shè)計數(shù)據(jù)，包括各類圖片、圖形、文本、電子表格文件。它們要么因為技術(shù)條件限制不能拆分成更細(xì)微的數(shù)據(jù)單元，要么因為在現(xiàn)行的勘測設(shè)計技術(shù)條件下，沒有必要進(jìn)一步拆分，因此在數(shù)據(jù)庫中都以二進(jìn)制大字段(BLOB)對象進(jìn)行存儲。導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫時將文件轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，獲取數(shù)據(jù)時將其還原為對應(yīng)格式的文件。屬性表類數(shù)據(jù)是指能用結(jié)構(gòu)化的行、列進(jìn)行細(xì)分，并在數(shù)據(jù)庫中以數(shù)據(jù)庫表格形式存儲的數(shù)據(jù)，可使用結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)直接檢索。

2.2 數(shù)據(jù)的分層管理

各專業(yè)按存儲的需要將各類接口數(shù)據(jù)分別歸入本專業(yè)的文件類和屬性表類。每一種接口數(shù)據(jù)就定義為一個數(shù)據(jù)層。如航測專業(yè)的1∶2 000地形圖、數(shù)字地面模型、正射影像都定義為3個文件類數(shù)據(jù)層，橋梁專業(yè)的橋梁用地圖、橋梁工點平面圖定義為文件類數(shù)據(jù)層，而其大中橋表、小橋涵表則定義為屬性表類數(shù)據(jù)層。

數(shù)據(jù)要在現(xiàn)存的各類專業(yè)設(shè)計軟件中傳輸，必須轉(zhuǎn)換為通用的格式，方便識別?？刹捎肵ML文檔格式來描述數(shù)據(jù)層的定義，各專業(yè)軟件可以方便地基于這種通用文件格式開發(fā)接口，提供本專業(yè)的設(shè)計軟件使用。文件類和屬性表類數(shù)據(jù)的層定義如圖1所示。

其中文件類數(shù)據(jù)層包括文件編號、文件名稱、上傳日期、上傳人員編號、存儲格式編號、文件的坐標(biāo)和里程索引、附注；屬性表類數(shù)據(jù)層包含數(shù)據(jù)表編號、上傳人員編號、上傳日期、所屬專業(yè)、附注等信息，還包括屬性表所有字段的字段名稱、字段類型、字段長度、是否主鍵、是否為空、字段值等信息。

2.3 數(shù)據(jù)的空間索引

坐標(biāo)系可以歸納為兩類：地理坐標(biāo)系和線路坐標(biāo)系，勘察設(shè)計的各類成果數(shù)據(jù)，均可以通過它們標(biāo)識。以地理坐標(biāo)系來描述的勘測設(shè)計成果數(shù)據(jù)多為站前專業(yè)數(shù)據(jù)。站前專業(yè)提供的數(shù)據(jù)多為區(qū)域空間數(shù)據(jù)，如地形圖、地質(zhì)圖等。這些數(shù)據(jù)的空間特性需要二維或三維坐標(biāo)來描述。以線路坐標(biāo)系來描述的勘測設(shè)計成果數(shù)據(jù)多為站后專業(yè)數(shù)據(jù)，此時線路已經(jīng)選定，與鐵路相關(guān)數(shù)據(jù)的空間特性轉(zhuǎn)化為沿鐵路線的一維標(biāo)識(即線路里程)。通過線路曲線和斷鏈信息，可以建立兩類坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系，將勘測設(shè)計成果數(shù)據(jù)按需轉(zhuǎn)換。

3 實施的關(guān)鍵點

3.1 數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)的確立

鐵路勘測設(shè)計涉及面廣，需要多專業(yè)協(xié)作完成，規(guī)范的確立是工作得以順利開展的基礎(chǔ)。各單項的專業(yè)設(shè)計，國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都已經(jīng)確立，各專業(yè)也一直在依照這些標(biāo)準(zhǔn)開展工作，沒有什么問題。但是涉及專業(yè)之間數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)，可能會因為各種原因而沒有確立。因此開展協(xié)同設(shè)計，首要任務(wù)就是解決數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)問題。這項基礎(chǔ)工作筆者所在單位已經(jīng)完成，并編制了相應(yīng)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《各專業(yè)數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)》和《各專業(yè)互提資料數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)》，現(xiàn)已頒布實施，這就為勘測設(shè)計一體化的開展提供了依據(jù)。

3.2 建立分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

以正式頒布的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本、勘測設(shè)計的業(yè)務(wù)邏輯為主線，在對各專業(yè)設(shè)計業(yè)務(wù)和流程進(jìn)行需求分析的基礎(chǔ)上建立覆蓋鐵路設(shè)計各專業(yè)的Oracle分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。分布式數(shù)據(jù)庫由一個全局?jǐn)?shù)據(jù)庫和若干專業(yè)數(shù)據(jù)庫組成。全局?jǐn)?shù)據(jù)庫存儲項目、方案、坐標(biāo)系、專業(yè)、設(shè)計人員、用戶等具有全局屬性的數(shù)據(jù)，并以數(shù)據(jù)索引統(tǒng)領(lǐng)各專業(yè)數(shù)據(jù)庫，形成聯(lián)系。各專業(yè)建立自己的數(shù)據(jù)庫，存儲本專業(yè)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)索引信息注冊到全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，便于其他專業(yè)查找。

3.3 數(shù)據(jù)注冊

專業(yè)數(shù)據(jù)可分為文件類和屬性表類兩種類型的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)入庫前需要將各專業(yè)數(shù)據(jù)庫相關(guān)信息及其屬性表類型的數(shù)據(jù)表注冊到全局?jǐn)?shù)據(jù)庫。在全局?jǐn)?shù)據(jù)庫中建立文件類和屬性表類數(shù)據(jù)的注冊信息表，專業(yè)數(shù)據(jù)存入專業(yè)數(shù)據(jù)庫時，同時要在全局?jǐn)?shù)據(jù)庫的注冊信息表中注冊其各類描述信息。應(yīng)用系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)時，必須先通過查詢?nèi)謹(jǐn)?shù)據(jù)庫的注冊信息表獲取專業(yè)數(shù)據(jù)的描述信息，然后再根據(jù)此描述信息找到專業(yè)數(shù)據(jù)庫，并在專業(yè)數(shù)據(jù)庫中按圖索驥，獲取想要的專業(yè)數(shù)據(jù)，如圖2所示。

3.4 基于用戶消息的信息傳遞

在全局?jǐn)?shù)據(jù)庫中建立用戶消息表，記錄發(fā)送用戶編號、接收用戶編號、項目編號、消息標(biāo)題、消息內(nèi)容、消息狀態(tài)、消息發(fā)送時間和消息附注等信息。在協(xié)同設(shè)計平臺提供消息傳遞功能，讓各專業(yè)的設(shè)計人員以項目為單位進(jìn)行信息傳遞。比如A專業(yè)的設(shè)計人員完成本專業(yè)的設(shè)計，經(jīng)過幾級審核后準(zhǔn)備將成果提交下游專業(yè)的設(shè)計人員使用，則A專業(yè)的資料發(fā)布人員就可以發(fā)送一條用戶消息給對應(yīng)的下游專業(yè)用戶，通告A專業(yè)的指定資料已經(jīng)開放設(shè)計，可供使用。而下游專業(yè)的用戶在看到消息通知，取用A專業(yè)的指定資料后，也及時以消息通知A專業(yè)資料發(fā)布人員，完成一次接口資料交接的循環(huán)。同時，如果不同專業(yè)的設(shè)計人員在設(shè)計過程中需要進(jìn)行溝通，也可以通過用戶消息功能進(jìn)行信息的傳遞。這樣就使數(shù)據(jù)的交換和信息的傳遞都有暢通渠道，在統(tǒng)一的平臺下完成交互，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)的協(xié)同。

3.5 版本管理

由于鐵路設(shè)計是一個不斷細(xì)化的過程，各階段都要進(jìn)行大量的方案比選，產(chǎn)生許多階段性的成果數(shù)據(jù)，這就需要對各階段的設(shè)計成果進(jìn)行版本標(biāo)識，使數(shù)據(jù)的來龍去脈清晰無誤，專業(yè)設(shè)計人員能輕松地獲取正確版本的設(shè)計數(shù)據(jù)。

(1)由“方案”表的字段“版本號”記錄一個線路方案設(shè)計的歷史軌跡，當(dāng)方案設(shè)計穩(wěn)定，開放設(shè)計后，其他專業(yè)以此方案的最終版本為藍(lán)本，展開專業(yè)設(shè)計，由此得到的專業(yè)設(shè)計成果資料也通過外鍵引用“方案”表的“方案編號”字段串聯(lián)起來，組成一套完整的鐵路設(shè)計方案。

(2)在全局?jǐn)?shù)據(jù)庫建立版本表，記錄表格類數(shù)據(jù)的版本信息，包括版本對應(yīng)數(shù)據(jù)表編號、版本上傳人員編號、方案編號、數(shù)據(jù)表版本號、版本上傳日期、版本數(shù)據(jù)的有效性、版本數(shù)據(jù)是否鎖定以及版本附注等信息。當(dāng)對專業(yè)接口數(shù)據(jù)中的表格類數(shù)據(jù)進(jìn)行開放設(shè)計，產(chǎn)生新的版本數(shù)據(jù)時，就可以通過往版本表中添加一條記錄信息，用來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)。

(3)接口資料在設(shè)計過程中的版本控制，由各專業(yè)建立接口資料的內(nèi)部版本號控制，可以建立一個整數(shù)類型的版本控制字段和一個oracle序列來記錄其版本號的值。用版本號控制簡單方便，易于編程實現(xiàn)。

3.6 并發(fā)控制

在鐵路的協(xié)同設(shè)計環(huán)境下，就必須對同一數(shù)據(jù)資料有可能發(fā)生的并發(fā)訪問和修改有充分的了解，事先做好規(guī)劃，對并發(fā)狀態(tài)下各種極端的情況做出充分估計，并在訪問數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序編寫時做出相應(yīng)的判斷及處理。

對于高并發(fā)量的系統(tǒng)，宜采用版本列形式的樂觀鎖定方法，為每個要考慮版本信息的表增加一個Oracle時間戳列，類型為TIMESTAMP，這個精確到微秒的數(shù)據(jù)類型能準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)的版本信息，并提供數(shù)據(jù)更新的時間信息。要實現(xiàn)樂觀并發(fā)控制，應(yīng)用只需要驗證請求更新那一刻，數(shù)據(jù)表中這一時間戳列的值與最初讀出的值是否匹配，如果兩個值相等，就說明這一行在應(yīng)用程序讀取后沒有其他人更新過，可以放心更新，不會發(fā)生更新丟失。反之，如果時間戳列的值與最初讀出的值不匹配，則說明在應(yīng)用程序讀取數(shù)據(jù)后已經(jīng)有別的用戶對其進(jìn)行了修改，則必須在客戶端程序中確定應(yīng)用下一步該怎么做。是讓最終用戶查詢這一行的新值，然后再重新開始事務(wù)提交，還是應(yīng)該根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則解決更新沖突，試圖合并這一列上兩個更新的值[2]。

3.7 權(quán)限控制

在全局?jǐn)?shù)據(jù)庫中要建立用戶數(shù)據(jù)安全保障機制，保證專業(yè)間互提資料的安全性，保證數(shù)據(jù)流向與設(shè)計流程一致，可通過以下一些途徑實現(xiàn)。

通過應(yīng)用程序權(quán)限驗證模塊來實現(xiàn)權(quán)限控制。通過應(yīng)用程序驗證存儲在全局?jǐn)?shù)據(jù)庫中的用戶表、權(quán)限表等一組權(quán)限控制基礎(chǔ)表，授權(quán)用戶訪問指定內(nèi)容，是大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫應(yīng)用采用的技術(shù)手段，在本項目中也宜使用。

各專業(yè)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的權(quán)限控制需要建立各類角色，通過角色對終端用戶授權(quán)來保障數(shù)據(jù)安全。建立四類角色：一般用戶角色(按項目建立，供普通設(shè)計人員使用)、接口資料發(fā)布用戶角色(按項目建立，供專業(yè)內(nèi)的項目負(fù)責(zé)人如專冊、所總、處總等簽署發(fā)布本專業(yè)的接口資料)、專業(yè)程序編寫用戶角色(供本專業(yè)的程序員編寫基于此專業(yè)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序時使用)、專業(yè)數(shù)據(jù)庫管理員角色(全面負(fù)責(zé)本專業(yè)數(shù)據(jù)庫維護的工作人員)。通過應(yīng)用程序驗證的用戶，再由前端應(yīng)用程序訪問層映射到數(shù)據(jù)庫內(nèi)具有相應(yīng)權(quán)限的用戶，通過它訪問數(shù)據(jù)庫，獲取數(shù)據(jù)。如圖3所示。

4 結(jié)語

我單位在局域網(wǎng)內(nèi)建立了原型系統(tǒng)，在銀西鐵路茂陵至慶城段選取了近130 km長的試驗段，基于Oracle數(shù)據(jù)庫軟件建立了航測、線路、橋隧等專業(yè)數(shù)據(jù)庫及全局?jǐn)?shù)據(jù)庫，構(gòu)建了分布式的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并編制了鐵路勘測設(shè)計一體化平臺軟件進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明，按照上文所述解決方案建立起來的鐵路勘測設(shè)計一體化平臺，能通過分發(fā)和共享對各專業(yè)勘測設(shè)計數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理，實現(xiàn)了基于數(shù)據(jù)的協(xié)同設(shè)計。下一步需要將所有涉及到的鐵路勘測設(shè)計專業(yè)納入一體化平臺系統(tǒng)，建立他們的專業(yè)數(shù)據(jù)庫，增加專業(yè)設(shè)計數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，增強局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷以檢測數(shù)據(jù)傳輸性能，通過不斷測試與改進(jìn)，達(dá)到能在鐵路勘測設(shè)計項目中持續(xù)應(yīng)用的目標(biāo)。

[1] 周艷，王長進(jìn)，朱慶，韓祖杰.支持協(xié)同設(shè)計的鐵路勘測設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫研究[J].鐵道勘察，2004(1):23-28.

[2] (美)科瑟瑞(Kothuri，R.)等著.Oracle Spatial空間信息管理——Oracle Database 11g[M].管會生，等，譯.北京:清華大學(xué)出版社，2003.

[3] 李桂芳.基于三維空間場景的鐵路選線技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2012(10)：19-21，72．

[4] 孟存喜，鐘祥水，卞祖經(jīng).鐵路勘測設(shè)計一體化、智能化的研究與關(guān)鍵技術(shù)[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計,2006(S)：212-214，219.

[5] 鄒逸江.客戶機/服務(wù)器的地圖復(fù)雜對象數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計[J].測繪學(xué)報，1999，22(3)：251-256．

[6] 郭明強，黃穎，謝忠.分布式環(huán)境下海量瓦片數(shù)據(jù)實時組織與調(diào)度策略研究[J].測繪通報，2013(4):25-28．

[7] 肖迎遠(yuǎn)，劉云生，繆國瓊.分布式實時事務(wù)一階段實時提交[J].華中科技大學(xué)學(xué)報，2006，34(3):1-4．

[8] 石紅兵，鄭云，曾學(xué)貴.勘測設(shè)計一體化軟件開發(fā)過程中數(shù)據(jù)庫的設(shè)計[J].鐵道工程學(xué)報，2000(2):19-21．

[9] 黃鎮(zhèn)謹(jǐn).協(xié)同設(shè)計中數(shù)據(jù)庫接口的設(shè)計與優(yōu)化[J].廣西工學(xué)院學(xué)報,2006(3)：82-85.

[10]汪享慶.鐵路設(shè)計院信息化工程建設(shè)探討[J].中國勘察設(shè)計,2006(6) ：43-45．

[11]張雪平，殷國富，王偉.協(xié)同設(shè)計中工程數(shù)據(jù)庫并發(fā)控制研究[J].機械科學(xué)與技術(shù)，2006(3)：345-347.

[12]王能斌.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)教程[M].北京：科學(xué)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

鐵一院科研項目“基于真實感場景的線路協(xié)同設(shè)計平臺研究”(院科12-01)

楊遠(yuǎn)超(1979—)，男，工程師，2002年畢業(yè)于西南交通大學(xué)攝影測量與遙感專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，E-mail:12019608@qq.com。

1004-2954(2014)05-0008-04

U212

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.05.003