GSM-R网络数据与CIR-GIS数据的统一管理

韩 蕾

（北京铁路通信技术中心，北京 100038)

1 概述

庞大的铁路运输网中，积累了海量的、结构多样的GSM-R 网络和GIS 数据，形成了铁路通信网的重要数据资产。2006 年大秦铁路投入运营至今，GSM-R 网络覆盖里程达到6 万km；全路机车综合无线通信设备地理信息数据库（简称CIR-GIS）系统自2008 年建成至今，存储了全路一千多条铁路线，合计铁路里程约12 万km。如何有效应用这些数据资产，是实现铁路通信基础数据一体化管理的关键和基础。

2 GSM-R网络数据与CIR-GIS数据管理现状

2.1 数据定义

GSM-R 网络数据，是指构成GSM-R 网络和为实现铁路调度通信、列控数据业务承载等功能在网络设备上制作的数据。数据包括GSM-R 核心网数据、GSM-R 无线网数据、GSM-R 业务数据、GSM-R 与其他通信网（或设备）间互联数据、GSM-R 网络设备参数等，具体包括：GSM-R 核心网络设备编号、信令点编码、互联地址以及网内路由、基站名称、基站CGI、调度终端名称、车站ISDN 号码、短号码呼叫、跨局组呼呼叫限制、GPRS 业务范围数据、检测、列控等设备接入GSM-R 网络所需的设备编号、互联数据、局内组呼等。

CIR-GIS 数据，是路局管理人员每100 m 一个点，对其管辖范围内的铁路数据进行采集、合并整理、汇总上传至中国铁路总公司（简称总公司）数据库，经总公司管理人员校验合并、审核批复后生成的数据。CIR-GIS 系统支持29 种信息点数据的采集，数据内容包括信息点名称、信息点代码、信息点属性、工作模式、经纬度、公里标、所属路局、线路名称、线路代码、线路类型、所属调度区段名称、车站名称、车站代码、车站电话号码、曲径、海拔、采集类型和所属区段等。

2.2 数据规模的形成

截至2018 年，GSM-R 网络数据和CIR-GIS 数据均形成了庞大的数据规模：GSM-R 网络数据约6万km 铁路里程，包含455 条铁路线，车站值班台3 301 个。CIR-GIS 数据约12 万km 铁路里程，包含1 386 条铁路线，铁路车站GIS 信息7 475 个。

2.3 现有管理系统

GSM-R 网络数据管理系统是基于计算机、数据库应用技术的业务管理系统，由总公司GSM-R网络数据管理（简称一级系统）和铁路局集团公司GSM-R 网络数据管理（二级系统）构成，分权分角色实现GSM-R 网络数据编号方案数据的设计生成、审核批复、流程管理和数据的统计分析。

CIR-GIS 系统由总公司数据库服务器、中国国家铁路集团有限公司数据库管理器、局集团公司数据库管理器、采集管理器、自动采集终端、手持采集终端和连接总公司与局集团公司的2 M 专用网络组成。局集团公司用户使用自动和手持采集终端采集其管辖范围内的铁路数据。使用采集管理器对采集到的数据进行合并整理，使用局集团公司数据库管理器整理汇总局集团公司管辖范围内的数据并通过专网上传总公司。总公司数据库服务器接收各局集团公司上传的数据，在总公司数据库管理器和管理人员的操作下对数据进行校验合并批复。

通过对GSM-R 网络数据和CIR-GIS 数据的管理，GSM-R 网络管理系统和CIR-GIS 数据管理系统呈现了以下问题：GSM-R 网络数据管理系统和CIR-GIS 数据管理系统彼此都是独立的个体，没有实现系统之间的连接，更不能共享信息，不再满足智能铁路、专业融合、数据共享的发展要求。比如：线路名称在两个系统中不一致，系统间数据更新不同步，数据批复无法实现彼此制约。

此外，GSM-R 网络数据管理工作仍停留在抽象的数据表格表单管理层面，缺乏直观、形象的数据可视化手段：基站经纬度出错率高、枢纽及交叉并线区域无线覆盖方案复杂、短号码分配及调度区域划分不够直观；GIS 数据管理缺乏导入及校验手段：车站站名及ISDN 号码修改频繁、录入时出错率高、审批时G 网数据核对复杂等。随着大数据、云计算等信息技术的迅速发展，GSM-R 网络数据和CIR-GIS 数据的统一管理变的可行。如何将GSM-R 无线网络数据与CIR-GIS 数据有机结合，提高GSM-R 数据管理工作的科学化水平及管理效率，是一个非常值得研究的问题。

2.4 数据挖掘分析

通过分析GSM-R 网络数据与GIS 数据的内容，可以看到两类数据中，存在着大量的信息属性相近或相同的数据。例如线路名称、线路代码、基站经纬度、基站公里标、车站经纬度、车站公里标、车站电话号码、所属调度区段、通信制式等。对这些共同数据进行分析，可以将其分为3 类。

1）可共享的数据：线路信息、车站设置、车站名称。

2）批复后填充的数据：车站电话号码、所属调度区段。

3）相互校核的数据：基站经纬度与线路上各采集点的经纬度。

对数据进行挖掘分析，可以通过以线路名称及线路代码进行关联的方式，建立在同一线路名称代码体系下， GSM-R 网络数据与CIR-GIS 数据的共同管理与综合分析，如图1 所示。

图1 GSM-R网络数据与CIR-GIS数据的共同数据分析Fig.1 Analysis of data shared by GSM-R network and CIR-GIS

3 GSM-R网络数据与铁路GIS数据统一管理功能设计

3.1 新建线路管理

GSM-R 网络数据和CIR-GIS 数据统一管理时，路局人员依据总公司线路批复文件，新增线路数据，包括线路名称、线路编号、线路类型、覆盖方式、线路属性等。再根据车站命名文件，增加线路的车站信息，总公司批复以后，形成该线路的基础数据。新增线路统一管理流程如图2 所示。

图2 新增线路统一管理流程Fig.2 Unified management procedures of new lines

路局下载线路基础数据，分别在GSM-R 网络数据系统中完成GSM-R 网络数据编号方案的设计、在CIR-GIS 系统中采集线路的手动和自动数据。在总公司完成编号方案批复后，将车站ISDN 号码、1200 短号码指向信息发送至CIR-GIS 系统。

CIR-GIS 系统将采集的线路自动数据、手动数据、车站ISDN 号码、所属调度区段进行整理合并，总公司批复后形成正式的线路GIS 数据，如图3 所示。

3.2 既有数据更新

在营运过程中，根据运输需求，路局调度管界调整、运输组织形式变化、网络优化等，线路属性会发生调整，GSM-R 网络数据和GIS 数据也会对应调整。最常见的类型为：站名修改、ISDN 号码变更，以及线路的调度指挥关系发生变化。既有线路更新的统一管理流程如图4 所示。

GSM-R 网络数据和CIR-GIS 数据统一管理时，路局人员发起车站名称修改申请，同时触发铁路GSM-R 网络数据系统和CIR-GIS 系统中的数据更新流程，总公司批复后，形成新版本的GSM-R 网络数据编号方案和线路GIS 数据。

路局人员发起车站ISDN 号码修改和调度指挥关系变更时，先在GSM-R 网络数据管理系统中完成GSM-R 网络数据编号方案的审核批复后，CIRGIS 系统更新车站ISDN 号码、所属调度区段，总公司批复后形成新版本的线路GIS 数据。

3.3 线路G网改造

图3 线路GIS数据Fig.3 GIS data of train lines

如图5 所示，铁路线进行通信制式改造时，改由GSM-R 进行线路的通信覆盖。对于GSM-R 网GSM-R 网络数据管理系统。完成GSM-R 网络数据编号方案的审核批复后，CIR-GIS 系统更新通信区段、车站ISDN 号码、所属调度区段，总公司批复后形成新版本的线路GIS 数据。

3.4 数据审查

通过以地图的方式直观的显示线路信息以及沿线的基站位置信息，可以直观的看到沿线的基站分布情况，对于GIS 线路数据和GSM-R 基站数据直观的进行互相校核。如图6 所示，展示经纬度信息错误时，GSM-R 网络数据和CIR-GIS 数据在地图上可视化呈现后的数据展示形式。

通过地图呈现，可以清楚的看到图6（a）中的基站位置明显偏离既定铁路线，所展示的GSM-R网络数据的经纬度信息有误。

图4 既有线路更新的统一管理流程Fig.4 Unified management procedures of existing lines (updated)

图6 （b）是天津铁路枢纽图，展示天津南火车络数据，属于新建线路；对于CIR-GIS 而言，则是既有线路更新。更新的内容包括通信制式、车站ISDN 号码、所属调度区段。

这种情况下，路局发起G 网改造申请，从CIRGIS 系统中获取线路的基本信息、车站信息后，修改通信制式，再将修改后的线路基础数据发送至站附近的GSM-R 网络数据和GIS 线路数据。在两类数据中，GIS 数据里存储了天津南站的GPS 经纬度信息，GSM-R 数据中存储了天津南站的基站经纬度信息。可以看出，CIR-GIS 地图中的天津南火车站与GSM-R 网络数据系统给出的天津南基站的地理位置相去甚远，不合逻辑。从而推断，GIS 数据或GSM-R 数据二者存在错误数据。

图5 线路G网改造的统一管理流程Fig.5 Unified management procedures of the transformation of Network G

图6 基站偏离线路Fig.6 Deviation of base station from train line

此外，还可以根据铁路GSM-R 网络数据管理系统中所批复的ISDN 号码、短号码数据，对GIS线路里包含的车站站名、车站ISDN 号码、所属调度区段等信息进行校核，如图7 所示。

3.5 数据运用

3.5.1 特殊区段覆盖方案分析

如图8 所示，以沈山线的两个区段为例，介绍GSM-R 数据可视化以后，在特殊区段（交叉、并线、共线、枢纽区段等）处无线覆盖方案设计时的应用。

图8（a）为锦州区段。沈山线与锦阜高线在锦州站共站。锦阜高扩能改造工程在锦州站设置基站，覆盖锦阜高线路方向。利用锦阜高在锦州设置的基站，增加两幅天线，覆盖沈山线上、下行方向。

图8（b）为凌海—沟帮子区段。该区段与秦沈客专并行，由此可测并行区段两线间的平行间距，最小间距1.02 km，最大间距2 km。可以利用京沈高铁的基站覆盖本线，各基站分别增加天线，增强对本线的覆盖。

3.5.2 枢纽地区业务数据运用

以短号码为例，在地图上，可以显示短号码所对应的呼叫范围，也可以在枢纽地区，显示各条线的短号码设置情况，有效分配短号码，杜绝同一短号码呼叫不同的调度台或车站值班台的错误数据发生。短号吗业务数据应用如图9 所示。

3.5.3 地图统计

统计地图是统计图形与地图的结合，以地图为底本，用各种几何图形、不同线纹、颜色来表明指标的大小及其分布状况。铁路管辖范围以18 个铁路局为单位，GSM-R 网络数据和CIR-GIS 数据中的每个数值都具有路局归属。利用统计地图可以突出说明这些数据在各路局的分布情况，也可以用来表明设备所处的地理位置等。

图7 GIS线路数据与GSM-R网络数据的校核Fig.7 Proofreading of GIS data of train lines and GSM-R network data

图8 特殊区段覆盖方案分析Fig.8 Analysis of plans of wireless coverage for special sections

图9 短号码业务数据运用Fig.9 Application of data in short number service

可以用柱状统计地图表示全路G 网覆盖线路里程、基站数目、GIS 线路里程、GIS 车站数、GIS线路数；用饼状统计地图表示全路各局GIS 采集完成与未完成情况、各局单复线占比、G 网线路与450 M 线路占比；用等级设色（时间序列）来表示跟年份相关的数据，如2010 年至今G 网线路的开通历程、无线网络数据及共用设备数据的建设历程，显示由少及多的过程；用等级符号地图在地图上打点，显示全国铁路枢纽分布、路局分布、共用设备分布等。用线路设色来表示线路分类，按年份图示全路铁路线、全路各局集团公司管辖范围等。

4 总结

现有的GSM-R 网络数据管理系统缺乏可视化管理手段：基站经纬度出错率高、枢纽及交叉并线区域无线覆盖方案复杂、短号码分配及调度区域划分不够直观；CIR-GIS 数据管理系统缺乏导入及校验手段：车站站名及ISDN 号码修改频繁、录入时出错率高、审批时核对复杂。本文针对这些问题，研究建立多种数据关联关系，实现对GSM-R 网络数据和CIR-GIS 数据的优化管理。GIS 数据运用于GSM-R 网络数据的管理中，可以指导编号方案设计及审核人员做出更科学、更合理的数据分配；同样，GSM-R 网络数据运用于GIS 数据的管理中，可及时更新数据，减少数据中转，有效保障灌装到CIR 设备中的数据的准确性。