北京交通大学 交通运输学院
王新军摘 要：凝聚力工程
在全国铁路大提速、大规模兴建高速铁路的背景下，“数字铁路”是现代化铁路建设发展的必然趋势。“数字铁路”是一项涉及面广、综合性强、结构复杂的系统工程，包括铁路运输指挥、生产、安全监控、客货营销和经营管理等各个方面的内容。本文首先介绍了数字铁路的基本内容及所涉及到的关键技术，然后结合中国铁路现状阐述了建设数字铁路的重要性，再详细分析了基于GIS的“数字铁路”建设，最后以青藏线为例，说明其实现的可能性，并展望了数字铁路未来的发展前途。 关键词：数字铁路；地理信息系统；信息技术；青藏线
Ideas on the construction of digital railway
Transport 1004 class of the Beijing Jiao tong University
Abstract: In the context of national railway speed-up, massive construction of high-speed r
ail, "digital railway" is the inevitable trend of development of modern railway construction. "Digital railway" is a broad, comprehensive, structured and complex systems engineering, including directing, production, safety monitoring of railway transport, passenger and freight transport marketing and business management and other aspects of the content. This article introduces the basic elements of digital railway and the key technologies involved, and then combined with China's current situation of railway described the importance of building digital railway, and detailed analysis of GIS-based "digital railway" construction, ending with the Qinghai-Tibet Railway as an example, note the possibility of its realization, and forecast the digital railway’s development future.
Key words: Digital railway; GIS; Information technology; Qinghai-Tibet Railway
继1992年美国总统克林顿宣布实施美国“信息高速公路”计划之后，1998年1月31日美国副总统戈尔在加利福尼亚科学中心提出了“数字地球”的设想。“数字地球”是集地球科学、信息科学、计算机科学、空间探测和数字通信等诸多学科的理论技术于一体，以工程建设和产
业化发展为导向的，旨在促进人类社会可持续发展的一个宏伟的科学体系。它是由理论、技术和工程构成的三位一体的庞大的系统工程，也是人类迄今为止最大的信息系统。“数字地球”的提出给很多领域（如城市建设、交通运输等）的发展带来了极大的正向冲击力，铁路运输便是其中的一个主要受益者，且因铁路运输具有明显的地域特征，亦是地理信息科学需要研究的主要范畴之一。
现在，以网络通讯技术和多媒体技术为核心的信息技术迅猛发展，加速了人们走向信息化社会的步伐，面对信息化社会所提供的机遇，我国政府明确提出要信息化、工业化并重，以信息化推进工业化，实现跨越式发展。“数字铁路”作为“数字地球”概念的一个子集，也是“数字地球”这一庞大系统工程之下的一个缩影【1】。在这样的背景下，我国铁路也极力应对信息化的大浪潮，全国铁路大提速，并且正大力兴建高速铁路，截至目前，2011年开通了京沪高铁，2012年开通了京广高铁，显然建设“数字铁路”是当今铁路运输发展的必然趋势。
1 “数字铁路”的概念与关键技术
1.1“数字铁路”的概念
“数字铁路”是建立在铁路信息基础结构上的把铁路机、工、电、检、行政指挥决策、运营管理等各部门的海量的动态和静态的、多分辨率的、三维的数据按统一的地理坐标集成起来，使各级决策层及管理、技术人员无论走到哪里，无论何时，都可以按优先级别得到铁路任何一个地方、任何一个部门的信息，这一信息以动静结合、具有高度沉浸感和临场感、交互方便的特性及表现方式展现在用户面前，使得遍布全国的庞大的铁路系统真实的重现给各级决策者，为决策及生产指挥提供依据。
数字化铁路应该包括数字化铁路体系和数字化铁路体系建设两个方面。数字化铁路体系是基于计算机网络的数字化信息技术建立的智能化信息驱动的体系；数字化铁路体系建设就是在计算机网络的数字化信息空间中建立铁路生产方式的空间结构、时序关系和发展模式，形成数字化铁路技术平台体系、工作模式和运行机制。 1.2 数字铁路的关键技术
数字铁路是基于地理信息系统（GIS）、全球卫星定位系统（GPS）、遥感（RS）、信息系统、物联网、虚拟化、信息集成等技术，研究中国铁路基础设施及铁路环境的数字化，实现铁路服务资源和运力资源的全面管理和直观展示，对内支持运输组织、客货营销、经 营管理等的需要，对外支持旅客出行、货主与查询的直观展示，并综合内外部信息为各级管理者提供可视化综合决策支持的铁路信息系统【2】。数字铁路具有信息化、数字化、智能化、网络化、虚拟化、可视化、自动化的特征，是一个庞大而综合、复杂而艰巨的系统工程。
山东行政学院学报（1）3S技术及其应用技qc工程图术
3S技术是遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）和全球定位系统（GPS）的统称，是空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术。3S技术是数字铁路建设的基础，可以利用存在主义哲学RS技术获得数字铁路所需的铁路勘探数据，利用GPS技术研究铁路移动装备及设备的定位问题，而GIS则是数字铁路研发和应用的基础展示平台。
（2）虚拟化技术及应用
虚拟化是以某种用户和应用程序都可以很容易从中获益的方式来表示计算机资源的过程，
它为数据、 计算能力、存储源以及其他资源提供了一个逻辑视图，是资源的逻辑表示，不受物理限制的约束。虚拟化技术包括网络虚拟化、系统虚拟化、计算机硬件虚拟化、语言虚拟机以及分布式系统虚拟化等。通过虚拟化技术的应用，数字铁路的所有资源将可透明地运行在各种各样的物理平台上，通过虚拟化技术把物理资源转变为逻辑上可以管理的资源，实现资源的自动化分配。因此数字铁路可以利用虚拟化技术在现有的铁路应用系统和平台上构建，而不是重建一套系统。
（3）铁路空间数据建模及数据结构
数据模型是对现实世界部分现象的抽象，它描述了数据的基本结构及其相互之间的关系和在数据上的各种操作，是数据库系统中关于数据内容和数据间联系的逻辑组织的形式表示；以抽象的形式描述和反映一个部门或系统的业务活动和信息流程。铁路地理信息系统要求一种高效的数据组织方式，既尽可能地包含全面信息( 包括对未来潜在有用的信息)，又要能方便快速选取。
（4）铁路空间信息共享技术研究
“数字铁路”的实质就是建立以铁路地理空间信息为核心的铁路信息服务与共享体系，铁路地理信息平台的核心是为铁路各业务信息系统提供基础空间信息和可共享的专业空间信息，因此，必须研究铁路空间信息共享技术，包括铁路基础空间信息同步机制和铁路空间信息服务机制研究，以便能够提供空间数据共享和丰富的空间信息服务功能，提高资源综合利用效率。
（5）物联网技术
物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of things”。铁道部已成功实施的铁路车号自动识别系统（ATIS）就是采用RFID技术实现的。通过把感应器嵌入和装备到铁路的线路、桥梁、隧道、涵洞、通信信号等铁路基础设施，机车、车辆、动车组等移动设备，信息化设备大配件中，利用“物联网”技术，并与现有的铁路信息网整合起来，可以实现对铁路人力、设备和基础设施的实时全面管理，即：实现铁路设备管理数字化，提高铁路资源利用率和生产力水平，推进数字铁路建设。
（6）铁路空间信息安全保障技术
地理空间信息数据涉及国家安全，我国测绘部门对空间信息管理有严格规定，由于数字化地理信息更易复制和传播，必须研究铁路空间信息安全保障技术，从国家空间数据安全的高度，实现对铁路空间数据的统一归口管理， 对涉密路空间数据和可公开的铁路空间数据采取不同的有效措施，在保证数据、信息安全的前提下，最大程度地实现铁路空间数据共享。
（7）数字铁路的标准与规范
研究铁路空间信息标准体系，按照“权威数据来自权威部门、资源共建共享”的原则，制定铁路基础空间数据内容及标准、铁路地理数据质量控制标准、铁路地理空间数据交换标准、铁路GIS共享服务标准，实现“全路同一张底图”的目标。
2 中国建设“数字铁路”的重要性
2.1 中国铁路信息化的现状
随着信息化浪潮，我国铁路系统各业务部门已经建立了一定数量的信息系统，如PMIS、TMIS、DMIS、CMIS等等，其中比较具有代表性的是铁路客票发售和预订系统氯酸钠（PMIS）
和铁路管理信息系统（TMIS）。如，TMIS于1995年开始建设，目前已经大量投入使用。ITMS通过计算机网络从全路6000多个站名中选取的2000多个站段中，实时收集列车、机车、车辆、集装箱以及所运货物的动态信息，对列车、车辆、集装箱和货物进行节点式追踪管理，实现票货、确报、编组站、区段站、货运站、货运营销及调度系统的计算机管理，为全路各级运输管理人员提供及时、准确和完整的运输信息和辅助决策方案，实现紧密运输、均衡运输，提高运输生产效率。
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