CN106875321B - 一种列车线路空间数据实时自动生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种列车线路空间数据实时自动生成方法，包括构建铁路网数据库、构建列车信息数据库、列车线路自动生成和列车线路唯一化确定四个步骤；本发明在列车时刻表发布的同时，能实时自动地解译列车时刻表，自动生成铁路线路空间数据，并基于列车GPS位置信息，对自动生成的线路进行选择和校核，最终生成唯一的准确的列车线路空间数据，服务于依赖铁路线路数据的应用程序，确保应用程序基础信息的准确性和可靠性，同时极大地减少人工线路绘制的成本、提高数据更新的速度。

Description

一种列车线路空间数据实时自动生成方法

技术领域

本发明属于地理信息系统、铁路规划、铁路建设、铁路运行调度技术领域，涉及一种列车线路空间数据实时自动生成方法，具体涉及一种根据列车时刻表实时自动生成列车运行线路的方法。

背景技术

列车运行线路是列车运行状态实时展示、列车到站时间预报、列车晚点评估和列车调度的基础。随着我国铁道建设的不断发展，尤其是春运等出行繁忙的时段内，列车时刻表的调整相对较大。每次列车时刻表的调整都伴随列车线路的重绘。目前，在列车运行调图后，我国除铁道部门外，其余部门和机构很难第一时间掌握准确的列车线路数据。而这使得与列车线路相关的应用中，列车线路的更新不及时，导致信息的错误。如何在列车时刻表发布的短时间内，迅速更新列车线路图，对于列车线路相关的应用，具有重要的意义。

随着地理信息系统的发展，空间数据库技术、空间索引技术和空间分析在铁道、航空、地图导航等领域进行了广泛的应用。地理信息系统，通过将地理对象抽象为空间实体，按照统一的地理坐标编码进行管理和组合，依赖其强大的数据综合、模拟与分析功能，能实现对空间数据的快速定位搜索，开展复杂的查询，实现图形处理和表达。我国铁路建设方兴未艾、铁路线路四通八达，截至2015年底，全国铁路营业里程达到12.1万公里，其中高速铁路1.9万公里，到2020年将建成15万公里的四纵四横客运专线网络。复杂的路网结构和庞大的铁路运维体系，需要强大的空间数据和方法支撑。目前，Geodatabase、空间分析、最短路径查询、最优路径算法等方法在铁道线路空间数据库的构建、铁路运行调整、铁路运行调度中发挥了重要的作用。随着我国铁路路网建设的不断发展，路网的复杂性不断增加、站点到站点之间线路的不断增多。传统人工的线路调图和校核，难度越来越大、工作量越来越多，无法满足铁路快速发展和铁路运行图不断变化下的需要。目前，我国铁路线的绘制上，仍然较多的依赖人工调图、绘图和组图，离铁路线空间数据的自动化生成还有一定的差距。一套基于空间数据库与空间分析技术，能实现铁路线路的实时自动生成，并构建线路数据库，具有重要的意义和现实价值。在时效上，其能解决民间相关应用铁路线路更新滞后的问题；在成本上，能解决依赖人工调线的耗时耗力问题，能为铁路应用程序提供实时准确的线路数据。

发明内容

针对当前铁路线路绘图人工依赖性大且我国民间铁路线路空间数据滞后、更新不及时的问题，本发明提供了一种基于列车时刻表的列车线路数据库实时自动生成方法，该方法基于公开的列车时刻表信息，在地理信息系统技术的支撑下，实现铁路线路实时、快速和自动生成，能确保铁路线路空间数据更新的时效性、经济性和可靠性。

本发明所采用的技术方案是：一种列车线路空间数据实时自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建铁路网数据库

所述铁路网数据库包括点要素数据表和线要素数据表；所述点要素为火车站站点信息，点要素按照是否为铁路枢纽，分为Ⅰ级站点和Ⅱ级站点；所述线要素为铁道线路信息，线要素依据《铁路线路设计规范》分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级铁路线路；

步骤2：构建列车信息数据库

从列车时刻表中采集列车的信息，将采集到每列列车的信息，依据列车线路数据表构建属于每辆列车单独的信息表，形成列车信息数据库；所述列车线路数据表包括列车的车次信息、途经站点信息；

步骤3：列车线路自动生成

依据铁路网数据库和列车信息数据库，自动确定每辆列车所途经的站点和站点间可选的线路单元，获得每辆列车线路单元的所有组成点的坐标集，最终生成每辆列车的可选线路空间数据；

步骤4：列车线路唯一化确定；

基于列车的GPS位置信息，构建列车位置M米范围的缓冲区，M为预设值，判断缓冲区范围内的线路单元是否有多条线路，若是，则判断距离列车位置最近的坐标点所在的列车线路号，确定该线路号为该线路单元的唯一正确线路，进而生成每辆列车的唯一正确线路的坐标点集，构建每辆列车的列车线路空间数据库。

本发明的有益效果是，在列车时刻表发布的同时，实时自动地更新数据库中的铁路线路空间数据，服务于依赖铁路线路数据的应用程序，确保应用程序基础信息的准确性和可靠性，同时极大地减少人工线路绘制的成本、提高数据更新的速度。

附图说明

图1：本发明实施例的方法流程图。

图2：本发明实施例的线路点集自动生成的流程图。

图3：有多条铁路线的线路单元的唯一性确定示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

我国铁道权威部门在铁路运行图调整时，只发布表格文字版的铁路运行图，而并不发布对应的客车线路空间数据，由于我国铁路网复杂，站点到站点之间的可选铁路线路较多，这给以来列车时刻表的应用程序基础数据的更新带来了极大的挑战，每次铁道部门进行列车运行调图，相关应用都需要大量的人力物力来进行客车线路的调整。基于此，本发明提出了一种基于列车时刻表的列车线路数据库实时自动生成方法。在已有全国铁路元数据的基础上，基于铁路运行图，实现对客车线路空间数据的实时自动生成，将有效地解决铁路相关应用程序中基础客车线路数据更新慢、不准确等问题。

一种基于列车时刻表的列车线路数据库实时自动生成方法，通过构建铁路网和列车数据库、进行列车时刻表的解译构建列车信息数据库，在此基础上自动生成列车线路，并基于列车GPS定位信息，进行铁路线路的唯一性确定，进而生成列车运行线路空间数据。

请见图1，本发明提供的一种列车线路空间数据实时自动生成方法，包括以下步骤：

步骤1：构建铁路网数据库；

铁路网数据库包括点要素数据表和线要素数据表；点要素为火车站站点信息，点要素按照是否为铁路枢纽，分为Ⅰ级站点和Ⅱ级站点；线要素为铁道线路信息，线要素依据《铁路线路设计规范》分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级铁路线路；

其中点要素数据表，如表1所示：

表1点要素数据表

其中线要素数据表，如表2所示：

表2线要素数据表

步骤2：构建列车信息数据库；

从列车时刻表中采集列车的信息，将采集到每列列车的信息，依据列车线路数据表构建属于每辆列车单独的信息表，形成列车信息数据库；所述列车线路数据表包括列车的车次信息、途经站点信息；

其中列车线路数据表，如表3所示：

表3列车线路数据表

在列车调整后，铁道部门会发布最新的列车时刻表，列车时刻表中包含列车的车次、列车的发车时间、列车经过的所有站点的名称，在每个站的停留时间等信息。根据这些信息，结合步骤2中列车线路数据表的结构，构建列车信息数据库。具体步骤如下：

步骤2.1：采集列车时刻表中列车的基本信息，包括列车的车次、列车经过的站点的名称；

步骤2.2：将采集到每列列车的车次构建列车单独的信息表，命名为TrainName_DB，其中，TrainName为列车的车次；

步骤2.3：构建每列列车的信息表，根据列车车次，在列车线路数据表中，搜索获得其编号；根据列车经过的站点的名称，在点要素数据表中，将站点名称对应的站点ID填入列车线路数据表的TrainSts中，统计所有TrainSts的个数，填入列车线路数据表的TrainNumsts中；

步骤2.4：根据点要素数据表，搜索每个站点的所在铁路线ID，依次填入TrainLines中；

步骤2.5：将所有列车线路数据表，存入数据库中，构建列车信息数据库。

步骤3：列车线路自动生成；

依据铁路网数据库和列车信息数据库，自动确定每辆列车所途经的站点和线路，获得每辆列车线路的所有组成点的坐标，构建每辆列车的线路数据库。

请见图2，具体实现包括以下子步骤：

步骤3.1：确定列车所途经的站点和线路，从起始站到终点站，依次编号S_1～S_X；

步骤3.2：确定要生成的列车线路的线路单元，以车次为一个完整的计算单元，根据列车线路数据表得到一趟车次需要计算的线路单元和线路单元的起点与终点；搜索起点站和终点站的所在铁路线ID，其所共同的所在铁路线ID，则为线路单元中的所在铁路线ID；由于两个站之间可能有多条铁路线，则一个线路单元可能有多个可选的铁路线ID，其所有可能的线路单元数用NUMIDS表示，每个线路单元铁路线，从1开始编号；

所述列车线路的线路单元为：

步骤3.3：根据线路单元S_N的起点站和终点站，查找其所在的铁路线中的坐标中的序号IDX1和IDX2，从铁路网数据库中挑选出IDX1～IDX2的坐标点集，若S_N有m个坐标点，则线路单元S_N的坐标点集为：

S_N＝[(lon₁,lat₁),(lon₂,lat₂)…(lon_m,lat_m)]

若线路单元S_N有K条可选的铁路线，则S_N的多条线路的坐标点集表示为：

S_N＝{S_N_1,S_N_2,…,S_N_K}

＝{[(lon_{1_1},lat_{1_1}),(lon_{1_2},lat_{1_2})…(lon_{1_m},lat_{1_m})],…,[(lon_{N_1},lat_{N_1}),(lon_{N_2},lat_{N_1})…(lon_{N_m},lat_{N_m})]}

步骤3.4：将1～N-1个线路单元所有的坐标点组合起来，得到的点集则为列车线路的坐标点集L；

L＝{S_1，S_2，…，S_N-1}，其中S_1至S_N-1不全是唯一的。

步骤3.5：将列车信息数据库中的所有列车，按照步骤3.1～步骤3.4的方法，自动生成每个列车的运行线路的坐标点集。

步骤4：列车线路唯一化确定：

基于列车的GPS位置信息，构建列车位置10米范围的缓冲区，判断缓冲区范围内的线路单元是否有多条线路，若是，则判断距离列车位置最近的坐标点所在的列车线路号，确定该线路号为该线路单元的唯一正确线路，进而生成每辆列车的唯一正确线路的坐标点集，构建每辆列车的列车线路空间数据库。

详见图3，生成每辆列车的唯一正确线路的坐标点集具体包括以下步骤：

步骤4.1：确定当前时刻t的列车的GPS位置为P(trant_t)；

P(train_t)＝(lon_t，lat_t)

步骤4.2：构建列车位置10米范围的缓冲区，判断缓冲区范围内的线路单元S_N编号，若线路单元S_N的NUMIDS大于1，则转入步骤4.3，否则转入步骤4.1，直到列车到达终点站，转入步骤4.5；

步骤4.3：搜索该列车线路的坐标点集L中，距离train_t最近的点的坐标p，搜索获得该最近的点所在的线路单元号S_N和该最近的点所在的线路号LineID；

步骤4.4：确定LineID为线路单元S_N的唯一正确线路。

步骤4.5：连接所有线路单元的唯一正确线路的点集，构建列车线路的坐标点集TL；

TL＝{S_1，S_2，…，S_N-1}，其中S_1至S_N-1都是唯一的。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种列车线路空间数据实时自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：构建铁路网数据库；

所述铁路网数据库包括点要素数据表和线要素数据表；所述点要素为火车站站点信息，点要素按照是否为铁路枢纽，分为Ⅰ级站点和Ⅱ级站点；所述线要素为铁道线路信息，线要素依据《铁路线路设计规范》分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级铁路线路；

步骤2：构建列车信息数据库；

从列车时刻表中采集列车的信息，将采集到每列列车的信息，依据列车线路数据表构建属于每辆列车单独的信息表，形成列车信息数据库；所述列车线路数据表包括列车的车次信息、途经站点信息；

步骤3：列车线路自动生成；

依据铁路网数据库和列车信息数据库，自动确定每辆列车所途经的站点和站点间可选的线路单元，获得每辆列车线路单元的所有组成点的坐标集，最终生成每辆列车的可选线路空间数据；

步骤3的具体实现包括以下子步骤：

步骤3.1：确定列车所途经的站点和线路，从起始站到终点站，依次编号S_1～S_X；

步骤3.2：确定要生成的列车线路的线路单元，以车次为一个完整的计算单元，根据列车线路数据表得到一趟车次需要计算的线路单元和线路单元的起点与终点；搜索起点站和终点站的所在铁路线ID，其所共同的所在铁路线ID，则为线路单元中的所在铁路线ID；由于两个站之间可能有多条铁路线，则一个线路单元可能有多个可选的铁路线ID，其所有可能的线路单元数用NUMIDS表示，每个线路单元铁路线，从1开始编号；

所述列车线路的线路单元为：

步骤3.3：根据线路单元S_N的起点站和终点站，查找其所在的铁路线中的坐标中的序号IDX1和IDX2，从铁路网数据库中挑选出IDX1～IDX2的坐标点集，若S_N有m个坐标点，则线路单元S_N的坐标点集为：

S_N＝[(lon₁,lat₁),(lon₂,lat₂)…(lon_m,lat_m)]

若线路单元S_N有K条可选的铁路线，则S_N的多条线路的坐标点集表示为：

S_N＝{S_N_1,S_N_2,…,S_N_K}

＝{[(lon_{1_1},lat_{1_1}),(lon_{1_2},lat_{1_2})…(lon_{1_m},lat_{1_m})],…,[(lon_{N_1},lat_{N_1}),(lon_{N_2},lat_{N_1})…(lon_{N_m},lat_{N_m})]}步骤3.4：将1～N-1个线路单元所有的坐标点组合起来，得到的点集则为列车线路的坐标点集L；

L＝{S_1，S_2，…，S_N-1}，其中S_1至S_N-1不全是唯一的；

步骤3.5：将列车信息数据库中的所有列车，按照步骤3.1～步骤3.4的方法，自动生成每个列车的运行线路的坐标点集；

步骤4：列车线路唯一化确定；

基于列车的GPS位置信息，构建列车位置M米范围的缓冲区，M为预设值，判断缓冲区范围内的线路单元是否有多条线路，若是，则判断距离列车位置最近的坐标点所在的列车线路号，确定该线路号为该线路单元的唯一正确线路，进而生成每辆列车的唯一正确线路的坐标点集，构建每辆列车的列车线路空间数据库。

2.根据权利要求1所述的列车线路数据库实时自动生成方法，其特征在于，步骤1中所述点要素数据表为：

3.根据权利要求1所述的列车线路数据库实时自动生成方法，其特征在于，步骤1中所述线要素数据表为：

4.根据权利要求1所述的列车线路数据库实时自动生成方法，其特征在于，步骤2中所述列车线路数据表为：

5.根据权利要求4所述的列车线路数据库实时自动生成方法，其特征在于，步骤2的具体实现包括以下子步骤：

步骤2.1：采集列车时刻表中列车的基本信息，包括列车的车次、列车经过的站点的名称；

步骤2.2：将采集到每列列车的车次构建列车单独的信息表，命名为TrainName_DB，其中，TrainName为列车的车次；

步骤2.3：构建每列列车的信息表，根据列车车次，在列车线路数据表中，搜索获得其编号；根据列车经过的站点的名称，在点要素数据表中，将站点名称对应的站点ID填入列车线路数据表的TrainSts中，统计所有TrainSts的个数，填入列车线路数据表的TrainNumsts中；

步骤2.4：根据点要素数据表，搜索每个站点的所在铁路线ID，依次填入TrainLines中；

步骤2.5：将所有列车线路数据表，存入数据库中，构建列车信息数据库。

6.根据权利要求1所述的列车线路数据库实时自动生成方法，其特征在于，步骤4的具体实现包括以下子步骤：

步骤4.1：确定当前时刻t的列车的GPS位置为P(trant_t)；

P(train_t)＝(lon_t，lat_t)

步骤4.2：构建列车位置M米范围的缓冲区，判断缓冲区范围内的线路单元S_N编号，若线路单元S_N的NUMIDS大于1，则转入步骤4.3，否则转入步骤4.1，直到列车到达终点站，转入步骤4.5；

步骤4.3：搜索该列车线路的坐标点集L中，距离train_t最近的点的坐标p，搜索获得该最近的点所在的线路单元号S_N和该最近的点所在的线路号LineID；

步骤4.4：确定LineID为线路单元S_N的唯一正确线路；

步骤4.5：连接所有线路单元的唯一正确线路的点集，构建列车线路的坐标点集TL；

TL＝{S_1，S_2，…，S_N-1}，其中S_1至S_N-1都是唯一的。

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