GSM-R網絡數據與CIR-GIS數據的統一管理

韓 蕾

（北京鐵路通信技術中心，北京 100038)

1 概述

龐大的鐵路運輸網中，積累了海量的、結構多樣的GSM-R 網絡和GIS 數據，形成了鐵路通信網的重要數據資產。2006 年大秦鐵路投入運營至今，GSM-R 網絡覆蓋里程達到6 萬km；全路機車綜合無線通信設備地理信息數據庫（簡稱CIR-GIS）系統自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據資產，是實現鐵路通信基礎數據一體化管理的關鍵和基礎。

2 GSM-R網絡數據與CIR-GIS數據管理現狀

2.1 數據定義

GSM-R 網絡數據，是指構成GSM-R 網絡和為實現鐵路調度通信、列控數據業務承載等功能在網絡設備上制作的數據。數據包括GSM-R 核心網數據、GSM-R 無線網數據、GSM-R 業務數據、GSM-R 與其他通信網（或設備）間互聯數據、GSM-R 網絡設備參數等，具體包括：GSM-R 核心網絡設備編號、信令點編碼、互聯地址以及網內路由、基站名稱、基站CGI、調度終端名稱、車站ISDN 號碼、短號碼呼叫、跨局組呼呼叫限制、GPRS 業務范圍數據、檢測、列控等設備接入GSM-R 網絡所需的設備編號、互聯數據、局內組呼等。

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

2.2 數據規模的形成

截至2018 年，GSM-R 網絡數據和CIR-GIS 數據均形成了龐大的數據規模：GSM-R 網絡數據約6萬km 鐵路里程，包含455 條鐵路線，車站值班臺3 301 個。CIR-GIS 數據約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 現有管理系統

GSM-R 網絡數據管理系統是基于計算機、數據庫應用技術的業務管理系統，由總公司GSM-R網絡數據管理（簡稱一級系統）和鐵路局集團公司GSM-R 網絡數據管理（二級系統）構成，分權分角色實現GSM-R 網絡數據編號方案數據的設計生成、審核批復、流程管理和數據的統計分析。

CIR-GIS 系統由總公司數據庫服務器、中國國家鐵路集團有限公司數據庫管理器、局集團公司數據庫管理器、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的鐵路數據。使用采集管理器對采集到的數據進行合并整理，使用局集團公司數據庫管理器整理匯總局集團公司管轄范圍內的數據并通過專網上傳總公司。總公司數據庫服務器接收各局集團公司上傳的數據，在總公司數據庫管理器和管理人員的操作下對數據進行校驗合并批復。

通過對GSM-R 網絡數據和CIR-GIS 數據的管理，GSM-R 網絡管理系統和CIR-GIS 數據管理系統呈現了以下問題：GSM-R 網絡數據管理系統和CIR-GIS 數據管理系統彼此都是獨立的個體，沒有實現系統之間的連接，更不能共享信息，不再滿足智能鐵路、專業融合、數據共享的發展要求。比如：線路名稱在兩個系統中不一致，系統間數據更新不同步，數據批復無法實現彼此制約。

此外，GSM-R 網絡數據管理工作仍停留在抽象的數據表格表單管理層面，缺乏直觀、形象的數據可視化手段：基站經緯度出錯率高、樞紐及交叉并線區域無線覆蓋方案復雜、短號碼分配及調度區域劃分不夠直觀；GIS 數據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 網數據核對復雜等。隨著大數據、云計算等信息技術的迅速發展，GSM-R 網絡數據和CIR-GIS 數據的統一管理變的可行。如何將GSM-R 無線網絡數據與CIR-GIS 數據有機結合，提高GSM-R 數據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 數據挖掘分析

通過分析GSM-R 網絡數據與GIS 數據的內容，可以看到兩類數據中，存在著大量的信息屬性相近或相同的數據。例如線路名稱、線路代碼、基站經緯度、基站公里標、車站經緯度、車站公里標、車站電話號碼、所屬調度區段、通信制式等。對這些共同數據進行分析，可以將其分為3 類。

1）可共享的數據：線路信息、車站設置、車站名稱。

2）批復后填充的數據：車站電話號碼、所屬調度區段。

3）相互校核的數據：基站經緯度與線路上各采集點的經緯度。

對數據進行挖掘分析，可以通過以線路名稱及線路代碼進行關聯的方式，建立在同一線路名稱代碼體系下， GSM-R 網絡數據與CIR-GIS 數據的共同管理與綜合分析，如圖1 所示。

圖1 GSM-R網絡數據與CIR-GIS數據的共同數據分析Fig.1 Analysis of data shared by GSM-R network and CIR-GIS

3 GSM-R網絡數據與鐵路GIS數據統一管理功能設計

3.1 新建線路管理

GSM-R 網絡數據和CIR-GIS 數據統一管理時，路局人員依據總公司線路批復文件，新增線路數據，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據。新增線路統一管理流程如圖2 所示。

圖2 新增線路統一管理流程Fig.2 Unified management procedures of new lines

路局下載線路基礎數據，分別在GSM-R 網絡數據系統中完成GSM-R 網絡數據編號方案的設計、在CIR-GIS 系統中采集線路的手動和自動數據。在總公司完成編號方案批復后，將車站ISDN 號碼、1200 短號碼指向信息發送至CIR-GIS 系統。

CIR-GIS 系統將采集的線路自動數據、手動數據、車站ISDN 號碼、所屬調度區段進行整理合并，總公司批復后形成正式的線路GIS 數據，如圖3 所示。

3.2 既有數據更新

在營運過程中，根據運輸需求，路局調度管界調整、運輸組織形式變化、網絡優化等，線路屬性會發生調整，GSM-R 網絡數據和GIS 數據也會對應調整。最常見的類型為：站名修改、ISDN 號碼變更，以及線路的調度指揮關系發生變化。既有線路更新的統一管理流程如圖4 所示。

GSM-R 網絡數據和CIR-GIS 數據統一管理時，路局人員發起車站名稱修改申請，同時觸發鐵路GSM-R 網絡數據系統和CIR-GIS 系統中的數據更新流程，總公司批復后，形成新版本的GSM-R 網絡數據編號方案和線路GIS 數據。

路局人員發起車站ISDN 號碼修改和調度指揮關系變更時，先在GSM-R 網絡數據管理系統中完成GSM-R 網絡數據編號方案的審核批復后，CIRGIS 系統更新車站ISDN 號碼、所屬調度區段，總公司批復后形成新版本的線路GIS 數據。

3.3 線路G網改造

圖3 線路GIS數據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GSM-R 網絡數據管理系統。完成GSM-R 網絡數據編號方案的審核批復后，CIR-GIS 系統更新通信區段、車站ISDN 號碼、所屬調度區段，總公司批復后形成新版本的線路GIS 數據。

3.4 數據審查

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 線路數據和GSM-R 基站數據直觀的進行互相校核。如圖6 所示，展示經緯度信息錯誤時，GSM-R 網絡數據和CIR-GIS 數據在地圖上可視化呈現后的數據展示形式。

通過地圖呈現，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網絡數據的經緯度信息有誤。

圖4 既有線路更新的統一管理流程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據，屬于新建線路；對于CIR-GIS 而言，則是既有線路更新。更新的內容包括通信制式、車站ISDN 號碼、所屬調度區段。

這種情況下，路局發起G 網改造申請，從CIRGIS 系統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據發送至站附近的GSM-R 網絡數據和GIS 線路數據。在兩類數據中，GIS 數據里存儲了天津南站的GPS 經緯度信息，GSM-R 數據中存儲了天津南站的基站經緯度信息。可以看出，CIR-GIS 地圖中的天津南火車站與GSM-R 網絡數據系統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 數據或GSM-R 數據二者存在錯誤數據。

圖5 線路G網改造的統一管理流程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，還可以根據鐵路GSM-R 網絡數據管理系統中所批復的ISDN 號碼、短號碼數據，對GIS線路里包含的車站站名、車站ISDN 號碼、所屬調度區段等信息進行校核，如圖7 所示。

3.5 數據運用

3.5.1 特殊區段覆蓋方案分析

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

圖8（a）為錦州區段。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）為凌海—溝幫子區段。該區段與秦沈客專并行，由此可測并行區段兩線間的平行間距，最小間距1.02 km，最大間距2 km。可以利用京沈高鐵的基站覆蓋本線，各基站分別增加天線，增強對本線的覆蓋。

3.5.2 樞紐地區業務數據運用

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，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度臺或車站值班臺的錯誤數據發生。短號嗎業務數據應用如圖9 所示。

3.5.3 地圖統計

統計地圖是統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 網絡數據和CIR-GIS 數據中的每個數值都具有路局歸屬。利用統計地圖可以突出說明這些數據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線路數據與GSM-R網絡數據的校核Fig.7 Proofreading of GIS data of train lines and GSM-R network data

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

圖9 短號碼業務數據運用Fig.9 Application of data in short number service

可以用柱狀統計地圖表示全路G 網覆蓋線路里程、基站數目、GIS 線路里程、GIS 車站數、GIS線路數；用餅狀統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據，如2010 年至今G 網線路的開通歷程、無線網絡數據及共用設備數據的建設歷程，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

現有的GSM-R 網絡數據管理系統缺乏可視化管理手段：基站經緯度出錯率高、樞紐及交叉并線區域無線覆蓋方案復雜、短號碼分配及調度區域劃分不夠直觀；CIR-GIS 數據管理系統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，研究建立多種數據關聯關系，實現對GSM-R 網絡數據和CIR-GIS 數據的優化管理。GIS 數據運用于GSM-R 網絡數據的管理中，可以指導編號方案設計及審核人員做出更科學、更合理的數據分配；同樣，GSM-R 網絡數據運用于GIS 數據的管理中，可及時更新數據，減少數據中轉，有效保障灌裝到CIR 設備中的數據的準確性。