GSM-R網(wǎng)絡數(shù)據(jù)與CIR-GIS數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理

韓 蕾

（北京鐵路通信技術中心，北京 100038)

1 概述

龐大的鐵路運輸網(wǎng)中，積累了海量的、結構多樣的GSM-R 網(wǎng)絡和GIS 數(shù)據(jù)，形成了鐵路通信網(wǎng)的重要數(shù)據(jù)資產(chǎn)。2006 年大秦鐵路投入運營至今，GSM-R 網(wǎng)絡覆蓋里程達到6 萬km；全路機車綜合無線通信設備地理信息數(shù)據(jù)庫（簡稱CIR-GIS）系統(tǒng)自2008 年建成至今，存儲了全路一千多條鐵路線，合計鐵路里程約12 萬km。如何有效應用這些數(shù)據(jù)資產(chǎn)，是實現(xiàn)鐵路通信基礎數(shù)據(jù)一體化管理的關鍵和基礎。

2 GSM-R網(wǎng)絡數(shù)據(jù)與CIR-GIS數(shù)據(jù)管理現(xiàn)狀

2.1 數(shù)據(jù)定義

GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，是指構成GSM-R 網(wǎng)絡和為實現(xiàn)鐵路調(diào)度通信、列控數(shù)據(jù)業(yè)務承載等功能在網(wǎng)絡設備上制作的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包括GSM-R 核心網(wǎng)數(shù)據(jù)、GSM-R 無線網(wǎng)數(shù)據(jù)、GSM-R 業(yè)務數(shù)據(jù)、GSM-R 與其他通信網(wǎng)（或設備）間互聯(lián)數(shù)據(jù)、GSM-R 網(wǎng)絡設備參數(shù)等，具體包括：GSM-R 核心網(wǎng)絡設備編號、信令點編碼、互聯(lián)地址以及網(wǎng)內(nèi)路由、基站名稱、基站CGI、調(diào)度終端名稱、車站ISDN 號碼、短號碼呼叫、跨局組呼呼叫限制、GPRS 業(yè)務范圍數(shù)據(jù)、檢測、列控等設備接入GSM-R 網(wǎng)絡所需的設備編號、互聯(lián)數(shù)據(jù)、局內(nèi)組呼等。

CIR-GIS 數(shù)據(jù)，是路局管理人員每100 m 一個點，對其管轄范圍內(nèi)的鐵路數(shù)據(jù)進行采集、合并整理、匯總上傳至中國鐵路總公司（簡稱總公司）數(shù)據(jù)庫，經(jīng)總公司管理人員校驗合并、審核批復后生成的數(shù)據(jù)。CIR-GIS 系統(tǒng)支持29 種信息點數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括信息點名稱、信息點代碼、信息點屬性、工作模式、經(jīng)緯度、公里標、所屬路局、線路名稱、線路代碼、線路類型、所屬調(diào)度區(qū)段名稱、車站名稱、車站代碼、車站電話號碼、曲徑、海拔、采集類型和所屬區(qū)段等。

2.2 數(shù)據(jù)規(guī)模的形成

截至2018 年，GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和CIR-GIS 數(shù)據(jù)均形成了龐大的數(shù)據(jù)規(guī)模：GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)約6萬km 鐵路里程，包含455 條鐵路線，車站值班臺3 301 個。CIR-GIS 數(shù)據(jù)約12 萬km 鐵路里程，包含1 386 條鐵路線，鐵路車站GIS 信息7 475 個。

2.3 現(xiàn)有管理系統(tǒng)

GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是基于計算機、數(shù)據(jù)庫應用技術的業(yè)務管理系統(tǒng)，由總公司GSM-R網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理（簡稱一級系統(tǒng)）和鐵路局集團公司GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理（二級系統(tǒng)）構成，分權分角色實現(xiàn)GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)編號方案數(shù)據(jù)的設計生成、審核批復、流程管理和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

CIR-GIS 系統(tǒng)由總公司數(shù)據(jù)庫服務器、中國國家鐵路集團有限公司數(shù)據(jù)庫管理器、局集團公司數(shù)據(jù)庫管理器、采集管理器、自動采集終端、手持采集終端和連接總公司與局集團公司的2 M 專用網(wǎng)絡組成。局集團公司用戶使用自動和手持采集終端采集其管轄范圍內(nèi)的鐵路數(shù)據(jù)。使用采集管理器對采集到的數(shù)據(jù)進行合并整理，使用局集團公司數(shù)據(jù)庫管理器整理匯總局集團公司管轄范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)并通過專網(wǎng)上傳總公司?？偣緮?shù)據(jù)庫服務器接收各局集團公司上傳的數(shù)據(jù)，在總公司數(shù)據(jù)庫管理器和管理人員的操作下對數(shù)據(jù)進行校驗合并批復。

通過對GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和CIR-GIS 數(shù)據(jù)的管理，GSM-R 網(wǎng)絡管理系統(tǒng)和CIR-GIS 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)呈現(xiàn)了以下問題：GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和CIR-GIS 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)彼此都是獨立的個體，沒有實現(xiàn)系統(tǒng)之間的連接，更不能共享信息，不再滿足智能鐵路、專業(yè)融合、數(shù)據(jù)共享的發(fā)展要求。比如：線路名稱在兩個系統(tǒng)中不一致，系統(tǒng)間數(shù)據(jù)更新不同步，數(shù)據(jù)批復無法實現(xiàn)彼此制約。

此外，GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理工作仍停留在抽象的數(shù)據(jù)表格表單管理層面，缺乏直觀、形象的數(shù)據(jù)可視化手段：基站經(jīng)緯度出錯率高、樞紐及交叉并線區(qū)域無線覆蓋方案復雜、短號碼分配及調(diào)度區(qū)域劃分不夠直觀；GIS 數(shù)據(jù)管理缺乏導入及校驗手段：車站站名及ISDN 號碼修改頻繁、錄入時出錯率高、審批時G 網(wǎng)數(shù)據(jù)核對復雜等。隨著大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術的迅速發(fā)展，GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和CIR-GIS 數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理變的可行。如何將GSM-R 無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)與CIR-GIS 數(shù)據(jù)有機結合，提高GSM-R 數(shù)據(jù)管理工作的科學化水平及管理效率，是一個非常值得研究的問題。

2.4 數(shù)據(jù)挖掘分析

通過分析GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)與GIS 數(shù)據(jù)的內(nèi)容，可以看到兩類數(shù)據(jù)中，存在著大量的信息屬性相近或相同的數(shù)據(jù)。例如線路名稱、線路代碼、基站經(jīng)緯度、基站公里標、車站經(jīng)緯度、車站公里標、車站電話號碼、所屬調(diào)度區(qū)段、通信制式等。對這些共同數(shù)據(jù)進行分析，可以將其分為3 類。

1）可共享的數(shù)據(jù)：線路信息、車站設置、車站名稱。

2）批復后填充的數(shù)據(jù)：車站電話號碼、所屬調(diào)度區(qū)段。

3）相互校核的數(shù)據(jù)：基站經(jīng)緯度與線路上各采集點的經(jīng)緯度。

對數(shù)據(jù)進行挖掘分析，可以通過以線路名稱及線路代碼進行關聯(lián)的方式，建立在同一線路名稱代碼體系下， GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)與CIR-GIS 數(shù)據(jù)的共同管理與綜合分析，如圖1 所示。

圖1 GSM-R網(wǎng)絡數(shù)據(jù)與CIR-GIS數(shù)據(jù)的共同數(shù)據(jù)分析Fig.1 Analysis of data shared by GSM-R network and CIR-GIS

3 GSM-R網(wǎng)絡數(shù)據(jù)與鐵路GIS數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理功能設計

3.1 新建線路管理

GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和CIR-GIS 數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理時，路局人員依據(jù)總公司線路批復文件，新增線路數(shù)據(jù)，包括線路名稱、線路編號、線路類型、覆蓋方式、線路屬性等。再根據(jù)車站命名文件，增加線路的車站信息，總公司批復以后，形成該線路的基礎數(shù)據(jù)。新增線路統(tǒng)一管理流程如圖2 所示。

圖2 新增線路統(tǒng)一管理流程Fig.2 Unified management procedures of new lines

路局下載線路基礎數(shù)據(jù)，分別在GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)系統(tǒng)中完成GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)編號方案的設計、在CIR-GIS 系統(tǒng)中采集線路的手動和自動數(shù)據(jù)。在總公司完成編號方案批復后，將車站ISDN 號碼、1200 短號碼指向信息發(fā)送至CIR-GIS 系統(tǒng)。

CIR-GIS 系統(tǒng)將采集的線路自動數(shù)據(jù)、手動數(shù)據(jù)、車站ISDN 號碼、所屬調(diào)度區(qū)段進行整理合并，總公司批復后形成正式的線路GIS 數(shù)據(jù)，如圖3 所示。

3.2 既有數(shù)據(jù)更新

在營運過程中，根據(jù)運輸需求，路局調(diào)度管界調(diào)整、運輸組織形式變化、網(wǎng)絡優(yōu)化等，線路屬性會發(fā)生調(diào)整，GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和GIS 數(shù)據(jù)也會對應調(diào)整。最常見的類型為：站名修改、ISDN 號碼變更，以及線路的調(diào)度指揮關系發(fā)生變化。既有線路更新的統(tǒng)一管理流程如圖4 所示。

GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和CIR-GIS 數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理時，路局人員發(fā)起車站名稱修改申請，同時觸發(fā)鐵路GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)系統(tǒng)和CIR-GIS 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)更新流程，總公司批復后，形成新版本的GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)編號方案和線路GIS 數(shù)據(jù)。

路局人員發(fā)起車站ISDN 號碼修改和調(diào)度指揮關系變更時，先在GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中完成GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)編號方案的審核批復后，CIRGIS 系統(tǒng)更新車站ISDN 號碼、所屬調(diào)度區(qū)段，總公司批復后形成新版本的線路GIS 數(shù)據(jù)。

3.3 線路G網(wǎng)改造

圖3 線路GIS數(shù)據(jù)Fig.3 GIS data of train lines

如圖5 所示，鐵路線進行通信制式改造時，改由GSM-R 進行線路的通信覆蓋。對于GSM-R 網(wǎng)GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。完成GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)編號方案的審核批復后，CIR-GIS 系統(tǒng)更新通信區(qū)段、車站ISDN 號碼、所屬調(diào)度區(qū)段，總公司批復后形成新版本的線路GIS 數(shù)據(jù)。

3.4 數(shù)據(jù)審查

通過以地圖的方式直觀的顯示線路信息以及沿線的基站位置信息，可以直觀的看到沿線的基站分布情況，對于GIS 線路數(shù)據(jù)和GSM-R 基站數(shù)據(jù)直觀的進行互相校核。如圖6 所示，展示經(jīng)緯度信息錯誤時，GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和CIR-GIS 數(shù)據(jù)在地圖上可視化呈現(xiàn)后的數(shù)據(jù)展示形式。

通過地圖呈現(xiàn)，可以清楚的看到圖6（a）中的基站位置明顯偏離既定鐵路線，所展示的GSM-R網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度信息有誤。

圖4 既有線路更新的統(tǒng)一管理流程Fig.4 Unified management procedures of existing lines (updated)

圖6 （b）是天津鐵路樞紐圖，展示天津南火車絡數(shù)據(jù)，屬于新建線路；對于CIR-GIS 而言，則是既有線路更新。更新的內(nèi)容包括通信制式、車站ISDN 號碼、所屬調(diào)度區(qū)段。

這種情況下，路局發(fā)起G 網(wǎng)改造申請，從CIRGIS 系統(tǒng)中獲取線路的基本信息、車站信息后，修改通信制式，再將修改后的線路基礎數(shù)據(jù)發(fā)送至站附近的GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和GIS 線路數(shù)據(jù)。在兩類數(shù)據(jù)中，GIS 數(shù)據(jù)里存儲了天津南站的GPS 經(jīng)緯度信息，GSM-R 數(shù)據(jù)中存儲了天津南站的基站經(jīng)緯度信息?？梢钥闯?，CIR-GIS 地圖中的天津南火車站與GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)系統(tǒng)給出的天津南基站的地理位置相去甚遠，不合邏輯。從而推斷，GIS 數(shù)據(jù)或GSM-R 數(shù)據(jù)二者存在錯誤數(shù)據(jù)。

圖5 線路G網(wǎng)改造的統(tǒng)一管理流程Fig.5 Unified management procedures of the transformation of Network G

圖6 基站偏離線路Fig.6 Deviation of base station from train line

此外，還可以根據(jù)鐵路GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中所批復的ISDN 號碼、短號碼數(shù)據(jù)，對GIS線路里包含的車站站名、車站ISDN 號碼、所屬調(diào)度區(qū)段等信息進行校核，如圖7 所示。

3.5 數(shù)據(jù)運用

3.5.1 特殊區(qū)段覆蓋方案分析

如圖8 所示，以沈山線的兩個區(qū)段為例，介紹GSM-R 數(shù)據(jù)可視化以后，在特殊區(qū)段（交叉、并線、共線、樞紐區(qū)段等）處無線覆蓋方案設計時的應用。

圖8（a）為錦州區(qū)段。沈山線與錦阜高線在錦州站共站。錦阜高擴能改造工程在錦州站設置基站，覆蓋錦阜高線路方向。利用錦阜高在錦州設置的基站，增加兩幅天線，覆蓋沈山線上、下行方向。

圖8（b）為凌?！獪蠋妥訁^(qū)段。該區(qū)段與秦沈客專并行，由此可測并行區(qū)段兩線間的平行間距，最小間距1.02 km，最大間距2 km?？梢岳镁┥蚋哞F的基站覆蓋本線，各基站分別增加天線，增強對本線的覆蓋。

3.5.2 樞紐地區(qū)業(yè)務數(shù)據(jù)運用

以短號碼為例，在地圖上，可以顯示短號碼所對應的呼叫范圍，也可以在樞紐地區(qū)，顯示各條線的短號碼設置情況，有效分配短號碼，杜絕同一短號碼呼叫不同的調(diào)度臺或車站值班臺的錯誤數(shù)據(jù)發(fā)生。短號嗎業(yè)務數(shù)據(jù)應用如圖9 所示。

3.5.3 地圖統(tǒng)計

統(tǒng)計地圖是統(tǒng)計圖形與地圖的結合，以地圖為底本，用各種幾何圖形、不同線紋、顏色來表明指標的大小及其分布狀況。鐵路管轄范圍以18 個鐵路局為單位，GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和CIR-GIS 數(shù)據(jù)中的每個數(shù)值都具有路局歸屬。利用統(tǒng)計地圖可以突出說明這些數(shù)據(jù)在各路局的分布情況，也可以用來表明設備所處的地理位置等。

圖7 GIS線路數(shù)據(jù)與GSM-R網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的校核Fig.7 Proofreading of GIS data of train lines and GSM-R network data

圖8 特殊區(qū)段覆蓋方案分析Fig.8 Analysis of plans of wireless coverage for special sections

圖9 短號碼業(yè)務數(shù)據(jù)運用Fig.9 Application of data in short number service

可以用柱狀統(tǒng)計地圖表示全路G 網(wǎng)覆蓋線路里程、基站數(shù)目、GIS 線路里程、GIS 車站數(shù)、GIS線路數(shù)；用餅狀統(tǒng)計地圖表示全路各局GIS 采集完成與未完成情況、各局單復線占比、G 網(wǎng)線路與450 M 線路占比；用等級設色（時間序列）來表示跟年份相關的數(shù)據(jù)，如2010 年至今G 網(wǎng)線路的開通歷程、無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)及共用設備數(shù)據(jù)的建設歷程，顯示由少及多的過程；用等級符號地圖在地圖上打點，顯示全國鐵路樞紐分布、路局分布、共用設備分布等。用線路設色來表示線路分類，按年份圖示全路鐵路線、全路各局集團公司管轄范圍等。

4 總結

現(xiàn)有的GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)缺乏可視化管理手段：基站經(jīng)緯度出錯率高、樞紐及交叉并線區(qū)域無線覆蓋方案復雜、短號碼分配及調(diào)度區(qū)域劃分不夠直觀；CIR-GIS 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)缺乏導入及校驗手段：車站站名及ISDN 號碼修改頻繁、錄入時出錯率高、審批時核對復雜。本文針對這些問題，研究建立多種數(shù)據(jù)關聯(lián)關系，實現(xiàn)對GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)和CIR-GIS 數(shù)據(jù)的優(yōu)化管理。GIS 數(shù)據(jù)運用于GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的管理中，可以指導編號方案設計及審核人員做出更科學、更合理的數(shù)據(jù)分配；同樣，GSM-R 網(wǎng)絡數(shù)據(jù)運用于GIS 數(shù)據(jù)的管理中，可及時更新數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，有效保障灌裝到CIR 設備中的數(shù)據(jù)的準確性。