一種軌道交通線路地理信息的描述方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種軌道交通線路地理信息的描述方法，包括：構建用于描述軌道交通線路地理信息的數(shù)據(jù)模型，所述數(shù)據(jù)模型采用實體關系圖表示；將所述數(shù)據(jù)模型轉化為關系模式，所述關系模式滿足第三范式。本發(fā)明提供的描述方法運用關系數(shù)據(jù)理論，對軌道交通線路地理信息進行建模，得到地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，將數(shù)據(jù)模型轉化為關系模式，根據(jù)關系模式的完整性規(guī)則定義數(shù)據(jù)的完整性。運用關系模式的規(guī)范化理論，得到滿足第三范式的關系模式。該方法去除了關系模式中的冗余，使數(shù)據(jù)的插入、修改、刪除異常得以避免，進一步保證了數(shù)據(jù)的完整性。
【專利說明】一種軌道交通線路地理信息的描述方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及軌道交通【技術領域】，特別涉及一種軌道交通線路地理信息的描述方 法。

【背景技術】
[0002] 近年來，在軌道交通運行控制系統(tǒng)領域，基于通信的列車控制系統(tǒng) (Communication Based Train Control System，簡稱 CBTC系統(tǒng)）發(fā)展迅速，在 CBTC 系統(tǒng)中，行車許可（Movement Authority,簡稱MA)的計算通常依賴于地理信息系統(tǒng) (Geographic Information System,簡稱GIS)。應用于CBTC系統(tǒng)的GIS，通常包含線路拓 撲信息、軌旁設備坐標信息、線路永久限速、臨時限速和坡度等地理信息。
[0003] 目前在GIS中通?；谕負淅碚?，將軌道交通線路抽象為無向圖或者有向圖，以 線路上的分歧點（如道岔岔心或岔尖）和區(qū)段分隔設備（如計軸器或絕緣節(jié)）作為圖的結 點，結點之間的線路作為邊。以抽象的有向圖或者無向圖作為基礎建立坐標系統(tǒng)，對軌旁設 備和相關地理信息進行標定，并以數(shù)據(jù)的形式存儲，供CBTC系統(tǒng)查詢。
[0004] GIS提供的地理信息是CBTC系統(tǒng)計算MA的基礎依據(jù)，錯誤的地理信息可能導致非 預期的MA產(chǎn)生，因此GIS數(shù)據(jù)的完整性將直接影響CBTC系統(tǒng)的安全性。目前應用于CBTC 系統(tǒng)的GIS中采用的理信息描述方法，僅考慮對線路拓撲的描述，對數(shù)據(jù)完整性的保證尚 無系統(tǒng)性方法，為系統(tǒng)安全性埋下隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決應用于現(xiàn)有CBTC系統(tǒng)中的GIS在地理信息數(shù)據(jù)的完整性保證方面的缺 陷導致的潛在安全性問題。
[0006] -方面，本發(fā)明提供了一種軌道交通線路地理信息的描述方法，包括：
[0007] 構建用于描述軌道交通線路地理信息的數(shù)據(jù)模型，所述數(shù)據(jù)模型采用實體關系圖 表不；
[0008] 將所述數(shù)據(jù)模型轉化為關系模式，所述關系模式滿足第三范式。
[0009] 可選的，所述構建用于描述軌道交通線路地理信息數(shù)據(jù)模型的步驟，包括：
[0010] 將所述軌道交通線路抽象成有向圖；
[0011]以所述軌道交通線路的道岔岔尖或岔心和線路終端作為所述有向圖的軌道結點， 連接兩軌道結點的邊作為有向圖中的軌道有向區(qū)段；
[0012] 所述軌道有向區(qū)段關聯(lián)兩個軌道結點，分別為始端結點與終端結點；
[0013] 所述軌道有向區(qū)段關聯(lián)兩個軌道結點，所述軌道結點與所述軌道有向區(qū)段分別對 應所述實體關系圖中的實體結點與實體有向區(qū)段；
[0014] 所述實體結點與所述實體有向區(qū)段之間的對應關系為多對多；
[0015] 所述實體結點與所述實體有向區(qū)段均具有編號屬性。
[0016] 可選的，所述軌道有向區(qū)段關聯(lián)兩個軌道結點具體包括：
[0017] 所述軌道有向區(qū)段以所關聯(lián)的兩個軌道結點中公里標較小的一個作為始端結點， 以所關聯(lián)的兩個軌道結點中公里標較大的一個作為終端結點，且所述軌道有向區(qū)段的方向 由始端結點指向終端結點。
[0018] 可選的，所述地理信息中包括軌道點式信息，所述軌道點式信息對應所述實體關 系圖中的實體點式信息。
[0019] 可選的，所述軌道點式信息包含在軌道有向區(qū)段中，用所述實體有向區(qū)段的編號 與公里標相結合來表示所示實體點式信息，所述實體有向區(qū)段與所述實體點式信息之間的 對應關系為一對多；
[0020] 所述實體點式信息具有編號屬性。
[0021] 可選的，所述軌道點式信息與所述軌道交通線路中的軌旁設備相對應，所述軌旁 設備僅用單一線路坐標進行描述，包括計軸器、絕緣節(jié)、應答器、信標或者信號機。
[0022] 可選的，所述地理信息中還包括軌道段式信息，所述軌道段式信息為兩個線路坐 標之間且具有唯一路徑的線路區(qū)域，包括所述軌道交通線路中的坡段、曲線以及線路區(qū)段， 所述軌道段式信息用起點坐標位置和終點坐標位置表示；所述軌道段式信息對應所述實體 關系圖中的實體段式信息；
[0023] 所述實體段式信息與所述實體點式信息之間的對應關系為多對多；
[0024] 所述實體段式信息具有編號屬性。
[0025] 可選的，所述關系模式中描述的對象包括實體有向區(qū)段、實體結點、實體點式信息 和實體段式信息。
[0026] 可選的，所述實體有向區(qū)段、實體結點、實體點式信息和實體段式信息均具有主 碼，所述實體有向區(qū)段、實體點式信息和實體段式信息還具有外碼。
[0027] 可選的，所述關系模式具有實體完整性、參照完整性、域完整性和用戶自定義完整 性約束。
[0028] 本發(fā)明提供的軌道交通線路地理信息的描述方法，運用關系模式的規(guī)范化理論， 得到滿足第三范式的關系模式最小系統(tǒng)。該方法去除了關系模式中的冗余，使數(shù)據(jù)的插入、 修改、刪除異常得以避免，進一步保證了數(shù)據(jù)的完整性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明提供的一種軌道交通線路地理信息的描述方法的步驟流程圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明中將實際軌道交通線路抽象為有向圖的方法說明；
[0031] 圖3為按照本發(fā)明提供的軌道交通線路地理信息的描述方法構建的地理信息數(shù) 據(jù)模型；
[0032] 圖4為實施例一中實際軌道交通線路圖；
[0033] 圖5為實施例一中根據(jù)實際軌道交通線路圖抽象后的有向圖；
[0034] 圖6為實施例一按照本發(fā)明優(yōu)選方案構建得到的地理信息數(shù)據(jù)模型。

【具體實施方式】
[0035] 下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0036] 實施例一
[0037] 本實施例提供了一種軌道交通線路地理信息的描述方法，步驟流程圖如圖1所 示，包括以下步驟：
[0038] 步驟S1、構建用于描述軌道交通線路地理信息的數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型采用實體關 系圖（Entity-Relationship Diagram，簡稱 E-R 圖）表不。
[0039] 步驟S2、將數(shù)據(jù)模型轉化為關系模式，關系模式滿足第三范式。
[0040] 其中第三范式表示每個非主碼屬性都是原子的，并完全依賴于主碼，且不存在非 主碼屬性對主碼的傳遞函數(shù)依賴。
[0041] 可選的，步驟Sl中構建用于描述軌道交通線路地理信息數(shù)據(jù)模型包括：
[0042] 將軌道交通線路抽象成有向圖，其中軌道結點與軌道有向區(qū)段分別對應實體關系 圖中的實體結點與實體有向區(qū)段；
[0043]以軌道交通線路的道岔岔尖或岔心和線路終端作為有向圖的軌道結點，連接兩軌 道結點的邊作為有向圖中的軌道有向區(qū)段；
[0044] 軌道有向區(qū)段關聯(lián)兩個軌道結點，軌道結點與軌道有向區(qū)段分別對應實體關系圖 中的實體結點與實體有向區(qū)段。
[0045] 需要說明的是，實體結點與實體有向區(qū)段之間的對應關系為多對多（N:M)。，實體 結點與實體有向區(qū)段均具有編號屬性。
[0046] 可選的，實體有向區(qū)段以關聯(lián)的兩個實體結點分別作為始端結點和終端節(jié)點，具 體包括：
[0047] 軌道有向區(qū)段以所關聯(lián)的兩個軌道結點中公里標公里標較小的一端作為始端結 點，以所關聯(lián)的兩個軌道結點中公里標中公里標較大的一端作為終端結點終點，且軌道有 向區(qū)段的方向由始端結點指向終端結點，如圖2所示。
[0048] 可選的，本實施例中地理信息中包括軌道點式信息，軌道點式信息對應實體關系 圖（E-R圖）中的實體點式信息。軌道點式信息包含在軌道有向區(qū)段中，軌道有向區(qū)段與軌 道點式信息之間的對應關系為一對多，用實體有向區(qū)段的編號與公里標相結合來表不實體 點式信息。需要說明的是，實體點式信息也具有編號屬性。一個軌道有向區(qū)段中包含多個 軌道點式信息，一個軌道點式信息僅可被一個軌道有向區(qū)段包含。
[0049] 可選的，本實施例中軌道點式信息與軌道交通線路中的軌旁設備相對應，軌旁設 備僅用單一線路坐標進行描述，即軌旁設備是僅用單一線路描述的裝置，包括但不限于計 軸器、絕緣節(jié)、應答器、信標或者信號機。需要說明的是，本實施中的軌旁設備可以是上述裝 置，但是不限于上述裝置。
[0050] 可選的，本實施例中地理信息中還包括軌道段式信息，軌道段式信息為兩個線路 坐標之間且具有唯一路徑的線路區(qū)域，包括軌道交通線路中的坡段、曲線以及線路區(qū)段，軌 道段式信息用起點坐標位置和終點坐標位置表示。需要說明的是，本實施例中的軌道段式 信息包括上述坡段、曲線以及線路區(qū)段，但是不限于坡段、曲線以及線路區(qū)段。
[0051] 可選的，本實施例中的軌道段式信息對應實體關系圖（E-R圖）中的實體段式信 息。另外，實體段式信息與實體點式信息之間的對應關系為多對多（即N:M)，一般一個實體 段式信息關聯(lián)兩個實體點式信息，一個實體點式信息可被多個實體段式信息關聯(lián)。需要說 明的是，實體段式信息也具有編號屬性。
[0052] 可選的，關系模式中描述的對象包括實體有向區(qū)段、實體結點、實體點式信息和實 體段式信息。
[0053] 可選的，本實施例中的實體有向區(qū)段、實體結點、實體點式信息和實體段式信息均 具有主碼，實體有向區(qū)段、實體點式信息和實體段式信息還具有外碼。本實施例中的關系模 式具有實體完整性、參照完整性、域完整性和用戶自定義完整性約束。
[0054] 本發(fā)明描述的GIS包括拓撲層和設備層兩個邏輯層次，其中拓撲層用于描述線路 結構，包括線路終點和分歧點（通常為道岔岔心或岔尖點）以及各點之間的連接關系，并建 立用于描述軌旁設備位置和相關地理信息的坐標系統(tǒng)。拓撲層能夠將軌道交通線路抽象為 有向圖，以線路上的分歧點和線路終點為圖的結點，也就是軌道結點。軌道結點間的線路為 邊，也就是軌道有向區(qū)段。軌道有向區(qū)段以兩端軌道結點中公里標較小的一點為始端結點， 公里標較大的一點為終端結點，軌道有向區(qū)段的方向為由始端結點指向終端結點，實際的 軌道交通線路中可包括多個線路終點以及線路終點之間的線路，線路中還存在具有支路的 道岔。為描述方便，同時避免與軌道交通領域中經(jīng)常使用的術語"區(qū)段"相混淆，將圖2中 有向圖的邊稱為軌道有向區(qū)段。任何位于有向區(qū)段上的點的坐標，均采用"該點所在的有向 區(qū)段編號"和"該點的公里標"表示。
[0055] 與拓撲層不同，設備層用于描述軌旁設備位置和相關地理信息。在軌道交通線路 中，需要描述的地理信息分為軌道點式信息和軌道段式信息兩類。其中軌道點式信息采用 其坐標位置，即軌道有向區(qū)段編號和公里標表示。軌道點式信息通常與軌旁設備，如計軸 器、絕緣節(jié)、信號機等相對應。軌道段式信息采用起點和終點坐標位置表示，軌道段式信息 通常與某些地理信息，如坡道、曲線、區(qū)段等相對應。
[0056] 按照上述軌道交通線路地理信息表示方法，構建得到的地理信息數(shù)據(jù)模型如圖3 所示。圖3中，矩形框表示實體，矩形框內(nèi)第一行文字表示實體名，""內(nèi)文字表示實體屬 性，表示主屬性，也稱主碼，"#"表示外碼。關系模式中某關系的非主碼或候選碼屬性， 當該屬性引用其他關系中主碼或候選碼時，稱為外碼。菱形框表示關系，菱形框內(nèi)的文字表 不關系名稱。
[0057] 圖3中，實體與關系之間的連線上1表不唯一對應，N、M表不對應多個。例如一 個實體點式信息只對應一個實體有向區(qū)段，但是一個實體有向區(qū)段可包含多個實體點式信 肩、。
[0058] 根據(jù)圖3所示的關系模型，得到如表1所示的關系模式：
[0059]

【權利要求】
1. 一種軌道交通線路地理信息的描述方法，其特征在于，包括： 構建用于描述軌道交通線路地理信息的數(shù)據(jù)模型，所述數(shù)據(jù)模型采用實體關系圖表 示； 將所述數(shù)據(jù)模型轉化為關系模式，所述關系模式滿足第三范式。
2. 根據(jù)權利要求1所述的描述方法，其特征在于，所述構建用于描述軌道交通線路地 理信息數(shù)據(jù)模型的步驟，包括： 將所述軌道交通線路抽象成有向圖； 以所述軌道交通線路的道岔岔尖或岔心和線路終端作為所述有向圖的軌道結點，連接 兩軌道結點的邊作為有向圖中的軌道有向區(qū)段； 所述軌道有向區(qū)段關聯(lián)兩個軌道結點，所述軌道結點與所述軌道有向區(qū)段分別對應所 述實體關系圖中的實體結點與實體有向區(qū)段； 所述實體結點與所述實體有向區(qū)段之間的對應關系為多對多； 所述實體結點與所述實體有向區(qū)段均具有編號屬性。
3. 根據(jù)權利要求2所述的描述方法，其特征在于，所述軌道有向區(qū)段關聯(lián)兩個軌道結 點具體包括： 所述軌道有向區(qū)段以所關聯(lián)的兩個軌道結點中公里標較小的一個作為始端結點，以所 關聯(lián)的兩個軌道結點中公里標較大的一個作為終端結點，且所述軌道有向區(qū)段的方向由始 端結點指向終端結點。
4. 根據(jù)權利要求1所述的描述方法，其特征在于，所述地理信息中包括軌道點式信息， 所述軌道點式信息對應所述實體關系圖中的實體點式信息。
5. 根據(jù)權利要求4所述的描述方法，其特征在于，所述軌道點式信息包含在軌道有向 區(qū)段中，用所述實體有向區(qū)段的編號與公里標相結合來表示所述實體點式信息，所述實體 有向區(qū)段與所述實體點式信息之間的對應關系為一對多； 所述實體點式信息具有編號屬性。
6. 根據(jù)權利要求4所述的描述方法，其特征在于，所述軌道點式信息與所述軌道交通 線路中的軌旁設備相對應，所述軌旁設備僅用單一線路坐標進行描述，包括計軸器、絕緣 節(jié)、應答器、信標或者信號機。
7. 根據(jù)權利要求4所述的描述方法，其特征在于，所述地理信息中還包括軌道段式信 息，所述軌道段式信息為兩個線路坐標之間且具有唯一路徑的線路區(qū)域，包括所述軌道交 通線路中的坡段、曲線以及線路區(qū)段，所述軌道段式信息用起點坐標位置和終點坐標位置 表不； 所述軌道段式信息對應所述實體關系圖中的實體段式信息； 所述實體段式信息與所述實體點式信息之間的對應關系為多對多； 所述實體段式信息具有編號屬性。
8. 根據(jù)權利要求1所述的描述方法，其特征在于，所述關系模式中描述的對象包括實 體有向區(qū)段、實體結點、實體點式信息和實體段式信息。
9. 根據(jù)權利要求8所述的描述方法，其特征在于，所述實體有向區(qū)段、實體結點、實體 點式信息和實體段式信息均具有主碼，所述實體有向區(qū)段、實體點式信息和實體段式信息 還具有外碼。
10.根據(jù)權利要求8所述的描述方法，其特征在于，所述關系模式具有實體完整性、參 照完整性、域完整性和用戶自定義完整性約束。
【文檔編號】B61L25/06GK104386098SQ201410645437
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權日:2014年11月10日
【發(fā)明者】殷江寧, 周軍利 申請人:北京交控科技有限公司