基于Entity Framework建模的列控數據管理研究

陳 姣，李湘宜，鐘遠寧

（卡斯柯信號有限公司，北京 100160）

國內高鐵采用CTCS-2、CTCS-3級列控系統，列控數據是列控系統中各個子系統及其設備的數據源，包括信號數據、線路坡度、線路速度、應答器信息、車站進路數據表等，這些基礎數據的正確性與否，直接關系到行車的安全性。隨著國內高鐵線路的不斷延伸，各列控系統對列控數據管理的要求進一步提高。

Entity Framework技術是新一代微軟.NET平臺中數據存取技術，是一種對象/關系映射（Object/Relational Map-ping,ORM）技術，實現了采用關系模型來組織數據與實體業務對象間的一一映射，解決數據持久化問題，不但可以提高開發效率，還可以進一步提高列控數據管理的有效性。

1 列控數據組成

列控工程數據主要包括正線信號數據表、線路速度/坡度表、橋梁隧道信息表、分相數據表、線路里程斷鏈明細表、車站信息表、應答器位置表、進路信息表、RBC信息表、線路坡度表、道岔信息表、大號碼道岔數據包發送條件檢查范圍表、里程系信息表、異物侵限表、車站表、站內軌道區段信息表和接觸網分相數據表。

2 Entity Framework技術介紹

2.1 傳統方法

一般而言，開發人員利用傳統技術進行系統開發時，需要和數據庫進行數據交換，在.NET平臺中，數據存儲交換技術通常有ODBC、DAO、ADO、ADO.NET等幾種數據層訪問技術，其中，開發者最常用的是手寫SQL語句，然后通過ADO.NET連接類與數據庫進行交互，這是較為常見的數據庫開發技術。雖然這種技術接近底層，可以直接操作數據庫，但也存在SQL操作失誤風險，并且當業務發生細小改變時也需要對數據庫訪問的SQL語言進行大量的修改，因此傳統方法需要耗費大量的時間和精力。

針對這種現狀，Entity Framework技術能夠極大改善傳統技術的缺點。

2.2 Entity Framework技術概述

Entity Framework技術的核心是實體數據模型（Entity Data Model,EDM）。基于實體數據訪問的模型如圖1所示。

圖1 Entity Framework訪問模型Fig.1 Entity Framework access model

Entity Framework技術遵守對象/關系映射（ORM）的思想，抽象化數據結構，將每個數據庫對象都抽象成為應用程序對象(entity)，而數據的字段都轉換為屬性(property)，關系轉換為結合屬性(association)。實體數據模型用于在實體框架基礎上生成應用程序和數據的應用，包括概念模型、存儲模型以及映射3大部分。概念模型主要負責訪問對象與屬性；存儲模型主要描述數據庫中的數據結構體，比如表、主鍵、列、索引等，與Provider一起，負責實際對數據庫的訪問；映射將上方的概念模型層和下方的儲存模型層的數據結構對應。

傳統方法與Entity Framework方法對比情況，如表1所示。

表1 傳統方法與Entity Framework對比Tab.1 Comparison of traditional method with Entity Framework

2.3 3種數據建模方式

Entity Framework提供3種數據建模方式。

1）Code-First模式

該模式可以先構建業務模型，然后通過映射XML文件，完成模型到數據庫的映射，生成數據庫表。與傳統的先建表再編碼的方式相比，更加符合以業務數據流為中心的設計思想，而不是以數據庫為中心進行開發驅動。

2）Database-First模式

該模式是比較傳統的數據建模方式，先完成數據庫模型設計，再生成實體層的實體類，當系統中僅存在一個數據庫時，這種方法就比較簡單，只需做好原數據庫與實體間的映射關系，EF可以自動生成數據模型，且包含一一對應的類及其屬性變量。

3）Model-First模式

該模式是利用Visual Studio設計出業務模型及它們之間的映射關系，然后再根據這些模型和映射關系生成數據庫表及代碼文件。

3 列控數據管理應用實例

列控系統中的關鍵設備及其仿真軟件：無線閉塞中心、列控中心、計算機聯鎖、臨時限速服務器等設備，均需按照列控數據表進行配置。通過Entity Framework技術，可以對列控數據表進行建模。

3.1 創建實體模型

根據信號數據表，對于每個室外信號設備，如：應答器、信號機、軌道區段等實體建立模型，本文對每個設備均創建了一個類。

3.1.1 創建主鍵

為保證數據庫中表的完整性，每個表中都須包含一個主鍵，需要在表中某列或多個列的組合上定義一個主鍵（PRIMARY KEY）進行約束。

Code-First 模式下，通過類的屬性變量名稱來定義主鍵：聲明實體模型類時若將某屬性變量命名為ID 或<類名>ID，則該屬性將被定義為主鍵代碼如圖2所示。

圖2 創建主鍵Fig.2 Creating a primary key

3.1.2 創建主外鍵關系

在Code-First模式下，通過在相關聯的類中添加虛屬性來實現主外鍵關系。例如，本文中的SignalEntity類 和StationEntity類 分 別 表示信號機和車站類別，兩者間存在關聯，可在SignalEntity類中添加StationEntity虛屬性，從而完成兩者的關系關聯，同時在編譯過程中，程序后臺延遲加載數據，代碼如圖3所示。

圖3 創建主外鍵關系Fig.3 Creating a relationship of the primary and foreign key

3.2 創建數據上下文

為將實體模型映射到數據庫中，還需要創建數據上下文類：派生自System.Data.Entity.DbContext；本文創建了一個名稱為LineDataModel的數據上下文類，并定義了實體集屬性，代碼如圖4所示。

圖4 創建數據上下文Fig.4 Creating a data context

3.3 配置數據庫連接

使用Code-First開發模式時，將會在SQL Server Express實例中創建一個與DbContext名稱相同的數據庫，并且可以自動連接到這個數據庫。

關系映射就是數據庫字段和C#對象屬性的中間橋梁，這種實體框架的核心工作就是通過這個映射生成操作數據庫的SQL語句，并調用ADO.NET，至此，就完成了列控數據的EF建模。

4 應用前景

基于Entity Framework建模的列控數據管理可以應用于仿真測試系統、數據測試系統、維護終端、計算機聯鎖、列控中心、無線閉塞中心的配置數據生成，按照結構體導出的方式生產嵌入式系統所需的數據文件。

同時，也可作為列控數據管理技術平臺的數據核心處理，可以依據相關規范，進行數據驗證工作。

5 結束語

基于Entity Framework方法的列控數據建模，更加注重業務層面，加強了系統開發邏輯性和可維護性，與先建立數據庫再進行編碼的傳統方法相比，在業務改變時，不需要對數據庫訪問的SQL語言進行大量修改，有效提高了開發效率。