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北方交通大学电子信息工程学院
随着铁路部门运输量和速度的大幅度提升，对铁路信号的要求也提出了更高的要求，铁路信息的计算机化、网络化、智能化，日益成为新的挑战。而实现这项转变的关键是数据的存储、处理和交换方法。
基于分布式数据库的铁路信息管理系统的模型
该铁路信息管理系统是利用计算机网络、现场总线和分布式数据库等多种先进技术来实现的专门应用于铁路站场的智能管理系统，稍加改进即可成为适合其它行业的通用信息管理控制系统。本系统中上级路局通过全局数据库管理系统远程查看下级站场的分布式数据库，从而得到下级站场的设备情况；下级站场通过计算机发出控制指令，通过现场总线进行网络传输，实时控制铁路站场设备，如轨道电路、信号机、转辙机、计轴器等等。办理各种铁路事务，如列车的进出站调度等。同时对挂接在现场总线系统上的设备进行实时的状态监控，如果某些设备发生了故障，系统会自动探测到这些故障；同时，在计算机后台进行相关的处理，并且将出错报告给系统管理员。
本系统采用了现场总线系统来作为通信的手段，总线网络控制方式是指通过一个适当的现场总线把系统中的各种设备连接在一起，从而形成一个完整的封闭系统。连接在总线上的设备之间都能直接进行信息交换，以总线为核心形成了一个完整的控制网络。这样的系统具有设备之间信息交换的能力以及设备自调整的能力，同时还具有与Internet和Intranet直接连接的能力。现场总线网络可以被看做是信息系统的直接终端，是一种以信息网络技术为基础的控制系统，它弥补了传统的通信传输速度慢，缺乏安全性等缺点。
分布在各地的工作站拥有分布式的小型数据库，这些数据库能够将现场设备的信息进行存储，并通过客户端程序进行简单的处理，同时，直接面向现场设备操作的正是这些工作站。管理这些分布式数据库的是服务器端的分布式数据库管理系统，它能够查询每一个小的分布式数据库的情况，这些情况也就代表了铁路现场设备的实际情况。这样在服务器上对各个站场的实时情况了如指掌。服务器端分布式数据库管理系统还可以制定详细的调度计划，下发到各个站场的工作站，指挥这些站场的调度工作。
整个系统强调数据和系统的安全性，采用多用户登录操作，每一个用户拥有自己的用户名和密码，只有用户名和密码都正确，才能成功登录该系统，而且每个用户有自己相关的权限，只能够做权限允许的工作。系统管理员为超级用户，它拥有使用系统内一切功能的权力，并且能够增加删除用户，赋予用户特定的权限等等。这些保证了数据在内部企业网的安全性。另外，系统还对数据库实施了多种安全性措施，例如数据库的加密、同步复制、备份等。
在计算机通信方面采用了TCP/IP协议，使用Winsock进行通信程序的编制。整个系统对操作者的每一步重要操作都进行了记录，并通过报表打印存档。
体系结构及功能模块简介
进行数据交换的基础是数据库。通过对数据库的远程访问和操作，实现信息管理的功能。该系统结构如图1所示。
图1：系统结构图
服务器端管理程序采用模块化结构，紧紧围绕站场信号的管理和调度设计了符合实际需要的功能模块。整个系统程序的模块结构如图2所示：
图2：铁路信息管理系统软件功能模块结构图
该程序共分为五大模块：
★系统设置：设置系统最初的状态，这些设置对整个系统来说至关重要。它包括用户管理及权限设置，站场设置、调度计划、站场设备管理、命令设置、数据备份、数据恢复、年初数据初始化这些功能子模块。
★站场电子地图：该模块主要用于访问远程客户机的分布式数据库中的数据，从而得到远程站场的详细信息。它包括站场地图和车次信息浏览两个子模块。
★数据字典：该模块主要用于定义远程分布式数据库的访问路径及定义整个系统中完成一个时间所要用到命令集合。它包括数据字典和组合命令两个子模块。
★通信模块：该模块功能是服务器与分布式的客户机之间的通信，传送命令，发送调度信息等等。它包括服务器端通信程序、客户机端通信程序和呼叫通信工具几个子模块。
★打印模块：该模块能够打印运行操作记录、数据字典信息和车次调度信息等等报表，以便保存和查询。
系统的实现技术
该铁路信息管理系统的实现技术最主要的就是分布式数据库系统。分布式数据环境是同一信息的多份副本驻存在多台服务器上的一种环境。这一类网络环境的主要优点是可以让多个用户获得信息。
在用户同时更新数据和读取数据的环境中，访问数据可能会有不必要的复杂性。在分布式数据环境中，数据的各组成部分是分布在各个节点上（网络的站点），这样可以减少用户请求时的冲突。
分布计算机系统是由多个分散的计算机经过互联网络构成的统一的计算机系统。其中各个物理和逻辑资源元件既相互配合，又高度自治地在全系统范围内实现资源管理和在动态基础上实现任务功能分配，且能并行地运行分布式程序。也就是说，分布计算机系统具有：
模块性
这是指系统的资源分布，即多个分布的物理资源和逻辑资源经过互联网络形成单一系统，它们既相对独立，又互相联系，使系统具备整体控制的条件。
并行性
这是指系统的任务分布和功能分布，即分散的系统元件可以合作起来解决一个公共问题，在一个高级操作系统的控制下，实现资源重复（按任务）或时间重叠（按功能）等不同形式的并行性。
自治性
这是指系统的控制分布，即系统资源的操作和相互作用是高度自治的，即不存在主从控制，又能利用处理的局部化原则以减少各节点之间的数据通信量。
分布数据可以极大地提高整个服务器的性能，具体数值取决于更新和检索活动的数量。然而，你仍然必须为用户提供满足要求的性能、项数据一致性检测、数据并发性和数据库安全性。当存在同一数据的多个副本时（像在分布式环境中那样），主要想获得最近的、精确的信息。
另外，现场总线技术也是最新应用于铁路信息系统中的重要技术。总线化网络控制方式是指通过一个适当的现场总线把系统中的各种设备连接在一起，从而形成一个完整的封闭系统。连接在总线上的设备可以是各种具备智能和通信特点的传感器、控制器，也可以是通信设备和计算机。连接在总线上的设备之间都能直接进行信息交换，由此形成了以总线为核心的控制网络。这样的系统具有设备之间信息交换的能力，具有设备自调整的能力，同时还具有与Intranet和Internet直接连接的能力。因此，现场总线网络可以被看做是信息系统的直接终端，是一种以信息网络技术为基础的网络控制系统。
现场总线首先是一种系统结构，而不只是简单地给出设备连接方式。现场总线的特点是开放、标准、模块和兼容。其次，现场总线提供了各种控制理论和技术的应用框架。
现场总线提供了基本结构部件的通用性标准。因此现场总线具有如下的特征：
1.采用统一标准的智能终端和标准的串行数字网络。
2.总线连接的结构体系，适合于模块式系统连接。
3.系统可以实现分布式管理和控制，
4.设备的控制与管理软件复杂，需要专门的设备描述软件，但用户组成系统方便灵活。
5，系统中传递的信号格式统一，接口简单。
随着INTERNET的高速发展，铁路部门的信息化是一个必然的趋势。应用了多种新的技术的计算机网络管理系统必将取代原来的大部分依赖于人工的铁路信号系统，分布式网络将在铁路交通运输的管理上发挥出越来越重要的作用。
随着铁路部门运输量和速度的大幅度提升，对铁路信号的要求也提出了更高的要求，铁路信息的计算机化、网络化、智能化，日益成为新的挑战。而实现这项转变的关键是数据的存储、处理和交换方法。
基于分布式数据库的铁路信息管理系统的模型
该铁路信息管理系统是利用计算机网络、现场总线和分布式数据库等多种先进技术来实现的专门应用于铁路站场的智能管理系统，稍加改进即可成为适合其它行业的通用信息管理控制系统。本系统中上级路局通过全局数据库管理系统远程查看下级站场的分布式数据库，从而得到下级站场的设备情况；下级站场通过计算机发出控制指令，通过现场总线进行网络传输，实时控制铁路站场设备，如轨道电路、信号机、转辙机、计轴器等等。办理各种铁路事务，如列车的进出站调度等。同时对挂接在现场总线系统上的设备进行实时的状态监控，如果某些设备发生了故障，系统会自动探测到这些故障；同时，在计算机后台进行相关的处理，并且将出错报告给系统管理员。
本系统采用了现场总线系统来作为通信的手段，总线网络控制方式是指通过一个适当的现场总线把系统中的各种设备连接在一起，从而形成一个完整的封闭系统。连接在总线上的设备之间都能直接进行信息交换，以总线为核心形成了一个完整的控制网络。这样的系统具有设备之间信息交换的能力以及设备自调整的能力，同时还具有与Internet和Intranet直接连接的能力。现场总线网络可以被看做是信息系统的直接终端，是一种以信息网络技术为基础的控制系统，它弥补了传统的通信传输速度慢，缺乏安全性等缺点。
分布在各地的工作站拥有分布式的小型数据库，这些数据库能够将现场设备的信息进行存储，并通过客户端程序进行简单的处理，同时，直接面向现场设备操作的正是这些工作站。管理这些分布式数据库的是服务器端的分布式数据库管理系统，它能够查询每一个小的分布式数据库的情况，这些情况也就代表了铁路现场设备的实际情况。这样在服务器上对各个站场的实时情况了如指掌。服务器端分布式数据库管理系统还可以制定详细的调度计划，下发到各个站场的工作站，指挥这些站场的调度工作。
整个系统强调数据和系统的安全性，采用多用户登录操作，每一个用户拥有自己的用户名和密码，只有用户名和密码都正确，才能成功登录该系统，而且每个用户有自己相关的权限，只能够做权限允许的工作。系统管理员为超级用户，它拥有使用系统内一切功能的权力，并且能够增加删除用户，赋予用户特定的权限等等。这些保证了数据在内部企业网的安全性。另外，系统还对数据库实施了多种安全性措施，例如数据库的加密、同步复制、备份等。
在计算机通信方面采用了TCP/IP协议，使用Winsock进行通信程序的编制。整个系统对操作者的每一步重要操作都进行了记录，并通过报表打印存档。
体系结构及功能模块简介
进行数据交换的基础是数据库。通过对数据库的远程访问和操作，实现信息管理的功能。该系统结构如图1所示。
图1：系统结构图
服务器端管理程序采用模块化结构，紧紧围绕站场信号的管理和调度设计了符合实际需要的功能模块。整个系统程序的模块结构如图2所示：
图2：铁路信息管理系统软件功能模块结构图
该程序共分为五大模块：
★系统设置：设置系统最初的状态，这些设置对整个系统来说至关重要。它包括用户管理及权限设置，站场设置、调度计划、站场设备管理、命令设置、数据备份、数据恢复、年初数据初始化这些功能子模块。
★站场电子地图：该模块主要用于访问远程客户机的分布式数据库中的数据，从而得到远程站场的详细信息。它包括站场地图和车次信息浏览两个子模块。
★数据字典：该模块主要用于定义远程分布式数据库的访问路径及定义整个系统中完成一个时间所要用到命令集合。它包括数据字典和组合命令两个子模块。
★通信模块：该模块功能是服务器与分布式的客户机之间的通信，传送命令，发送调度信息等等。它包括服务器端通信程序、客户机端通信程序和呼叫通信工具几个子模块。
★打印模块：该模块能够打印运行操作记录、数据字典信息和车次调度信息等等报表，以便保存和查询。
系统的实现技术
该铁路信息管理系统的实现技术最主要的就是分布式数据库系统。分布式数据环境是同一信息的多份副本驻存在多台服务器上的一种环境。这一类网络环境的主要优点是可以让多个用户获得信息。
在用户同时更新数据和读取数据的环境中，访问数据可能会有不必要的复杂性。在分布式数据环境中，数据的各组成部分是分布在各个节点上（网络的站点），这样可以减少用户请求时的冲突。
分布计算机系统是由多个分散的计算机经过互联网络构成的统一的计算机系统。其中各个物理和逻辑资源元件既相互配合，又高度自治地在全系统范围内实现资源管理和在动态基础上实现任务功能分配，且能并行地运行分布式程序。也就是说，分布计算机系统具有：
模块性
这是指系统的资源分布，即多个分布的物理资源和逻辑资源经过互联网络形成单一系统，它们既相对独立，又互相联系，使系统具备整体控制的条件。
并行性
这是指系统的任务分布和功能分布，即分散的系统元件可以合作起来解决一个公共问题，在一个高级操作系统的控制下，实现资源重复（按任务）或时间重叠（按功能）等不同形式的并行性。
自治性
这是指系统的控制分布，即系统资源的操作和相互作用是高度自治的，即不存在主从控制，又能利用处理的局部化原则以减少各节点之间的数据通信量。
分布数据可以极大地提高整个服务器的性能，具体数值取决于更新和检索活动的数量。然而，你仍然必须为用户提供满足要求的性能、项数据一致性检测、数据并发性和数据库安全性。当存在同一数据的多个副本时（像在分布式环境中那样），主要想获得最近的、精确的信息。
另外，现场总线技术也是最新应用于铁路信息系统中的重要技术。总线化网络控制方式是指通过一个适当的现场总线把系统中的各种设备连接在一起，从而形成一个完整的封闭系统。连接在总线上的设备可以是各种具备智能和通信特点的传感器、控制器，也可以是通信设备和计算机。连接在总线上的设备之间都能直接进行信息交换，由此形成了以总线为核心的控制网络。这样的系统具有设备之间信息交换的能力，具有设备自调整的能力，同时还具有与Intranet和Internet直接连接的能力。因此，现场总线网络可以被看做是信息系统的直接终端，是一种以信息网络技术为基础的网络控制系统。
现场总线首先是一种系统结构，而不只是简单地给出设备连接方式。现场总线的特点是开放、标准、模块和兼容。其次，现场总线提供了各种控制理论和技术的应用框架。
现场总线提供了基本结构部件的通用性标准。因此现场总线具有如下的特征：
1.采用统一标准的智能终端和标准的串行数字网络。
2.总线连接的结构体系，适合于模块式系统连接。
3.系统可以实现分布式管理和控制，
4.设备的控制与管理软件复杂，需要专门的设备描述软件，但用户组成系统方便灵活。
5，系统中传递的信号格式统一，接口简单。
随着INTERNET的高速发展，铁路部门的信息化是一个必然的趋势。应用了多种新的技术的计算机网络管理系统必将取代原来的大部分依赖于人工的铁路信号系统，分布式网络将在铁路交通运输的管理上发挥出越来越重要的作用。