Přístup iniciativ RailTopoModel a railML 3 k datovému popisu železniční infrastruktury – díl I.

• Foto

1 ÚVOD

1.1 Železnice a datová komunikace

Rozvoj informačních technologií na přelomu 20. a 21. století vedl ke vzniku celé řady softwarových aplikací také na poli železničního odvětví. Pro potřeby různých společností zabývajících se provozováním železniční dopravy, infrastruktury, resp. související projekční činnosti bylo vyvinuto nepřeberné množství různě koncipovaných informačních systémů. Jedná se o systémy různého rozsahu a zaměření, určené k archivaci a sdílení dat popisujících různé skutečnosti od aktuální podoby jízdního řádu až po variantní výhledový stav železniční infrastruktury. Globální charakter železnice jako dopravního systému má za následek potřebu sdílení informací mezi jednotlivými zúčastněnými subjekty, včetně orgánů státní správy, ať již z důvodu naplnit povinnosti plynoucí z legislativních požadavků, nebo z principiální nutnosti zajistit koordinaci a úspěšnou realizaci technických a technologických procesů na železnici probíhajících. Leckdy je přitom potřeba umožnit datovou komunikaci mezi systémy, které vznikaly zcela odděleně v odlišných národních prostředích, anebo i v rámci jedné železniční správy, avšak orientované účelově na konkrétní úkoly, s cílem uspokojit potřeby různých odborností železničního odvětví. Takováto situace vedla v minulosti ke vzniku četných datových rozhraní umožňujících komunikaci jednotlivých drážních aplikací, bez nichž by byla datová komunikace zcela znemožněna.

1.2 Standardy de iure a de facto

Obtížná propojitelnost drážních aplikací mnohdy znamená nutnost duplicitně evidovat tytéž skutečnosti pro potřeby různých systémů a účelových pohledů. Tato a další úskalí spojená např. s nezbytností data manuálně zpracovávat se stala se značnou překážkou v zajišťování digitální kontinuity (tj. úplnosti, dostupnosti a tím pádem využitelnosti dat) [1]. Částečným řešením uvedeného nepříznivého stavu je využívání standardizovaných datových formátů, neboť je tímto způsobem možné výrazně redukovat počet datových rozhraní nutných pro úspěšnou datovou komunikaci.

Nemusí se však vždy nutně jednat o standard zaváděný de iure na centrální úrovni (v oblasti železniční telematiky např. TAF a TAP TSI, k jejichž implementaci v členských státech dochází na základě nařízení Komise EU), nýbrž může jít také o standardy de facto, které vznikají na základě úmluvy jejich uživatelů a následného širokého využití v rámci odvětví. Standard ustálený de facto může mít oproti de iure zaváděnému standardu tu výhodu, že lépe reflektuje konkrétní požadavky ze strany uživatelů a je schopen na ně flexibilněji reagovat. To jej nicméně může činit do jisté míry nestabilním. Příkladem standardu de facto pro potřeby datové komunikace v rámci železniční dopravy, k jehož vzniku vedl právě výše popsaný neuspokojivý stav v oblasti drážních IT aplikací, je formát railML.

2 VÝMĚNNÝ FORMÁT RAILML

2.1 RailML jako otevřený standard

Jazyk railML (Railway Markup Language) je otevřený de facto standard založený na formátu XML (Extensible Markup Language), vyvíjený od roku 2001. Jeho specifikace je udržována konsorciem railML.org, které bylo založeno 24. dubna 2002. Jedná se o nezávislé sdružení partnerů z řad železničních společností, IT firem a poradenských a akademických institucí, které má v současnosti již přes stovku členů z celé řady zemí, [2] jejichž zájmem je účastnit se na datové komunikaci v rámci železničního odvětví. Kromě sdílení zkušeností a názorů prostřednictvím internetu probíhají pravidelně setkání jednotlivých pracovních skupin railML a dvakrát ročně se (zpravidla v Paříži v sídle UIC) koná konference railML (počínaje rokem 2013 doplňovaná též o související konferenci UIC RailTopoModel, viz obrázek 1 – Společná konference RailTopoModelu a railML) [3].

Formát railML vznikl původně pro potřeby výměny dat o jízdním řádu, avšak z důvodu nutnosti popsat související skutečnosti týkající se např. vozidel a železniční infrastruktury, začala postupně vznikat další schémata [4]. V průběhu vývoje definovali jeho uživatelé základní specifikace týkající se výměny dat v oblasti jízdního řádu, železničních vozidel a infrastruktury a dále je vyvíjeno schéma, které by umožnilo popsat vztahy týkající se funkce zabezpečovacího zařízení. Uvedenému členění je poplatné také organizační rozdělení vývojářů do jednotlivých pracovních skupin [5]. Specifikace railML se v průběhu uplynulých let staly východiskem pro řadu železničních společnosti a IT dodavatelů. Jsou na základě iniciativy zúčastněných partnerů konsorcia railML nadále rozvíjeny a zůstávají otevřené a přizpůsobitelné uživatelským požadavkům.

2.2 Přípustná struktura, validace a certifikace rozhraní railML

Přípustná datová struktura souborů XML je pro každé schéma popsána pomocí souborů xsd. V rámci každého schématu je definována hierarchická struktura elementů a seznam povinných a volitelných atributů, které mohou reprezentovat i další vzájemné vazby mezi elementy, a to včetně referencí mezi různými schématy navzájem. Obecně může uživatel využívat takové komponenty z definované struktury, které pro konkrétní účel přenosu dat potřebuje, a případně si strukturu doplnit o vlastní elementy a atributy. Schémata xsd formátu railML je možné využít také k operacím nad jednotlivými datovými railML soubory, např. k jejich validaci s využitím softwarových aplikací [4].

Jediným softwarovým nástrojem, pracujícím s raiML, vyvíjeným přímo konsorciem, je railVIVID, [6] který umožňuje soubory validovat (čímž je zajištěna jejich syntaktická správnost) a vizualizovat (a tím je díky jejich grafické reprezentaci zpřístupnit také uživatelům, kteří se neorientují ve zdrojovém kódu, resp. pomoci odhalit jejich případnou sémantickou nekorektnost). Další aplikace, které navenek poskytují data ve formátu railML, mohou být vyvíjeny výhradně partnery railML. Před prvním produktivním využitím musí být příslušné datové rozhraní (ať již výstupní nebo vstupní) podrobeno certifikačnímu procesu [7]. Certifikace rozhraní je platná v závislosti na příslušné verzi formátu railML pro předem definovaný účel (případ užití) a soubor datových položek (zejména platí pro railML 3). V rámci příslušné řady railML (trvání jejíhož životního cyklu lze na základě zkušeností s railML 1 a rail- ML 2 odhadovat na cca 10 let) by však měla být zajištěna schopnost komunikace napříč jednotlivými dílčími verzemi formátu [8].

2.3 Stávající stav vývoje railML

Zatímco schémata verzí 1.x již nejsou v současnosti podporována, většina stávajících aplikací pro výměnu dat ve formátu railML využívá některou z verzí 2.x. Jako reakce na iniciativu UIC RailTopoModel začal být v nedávné době vyvíjen formát railML verze 3, doznávající oproti předcházejícím verzím zásadních změn zejména ve schématu infrastruktura, které je počínaje touto verzí na principech RailTopo-Modeu přímo založeno. V roce 2016 byla pro testovací účely uvolněna verze 3.0.is4 a v průběhu roku 2017 následovaly další vývojové mezistupně alpha verze railML 3 (konkrétně 3.0.5 až 3.0.9), [9] které byly průběžně připomínkovány komunitou raných uživatelů railML (mimo jiné také Dopravní sál při Fakultě dopravní ČVUT v Praze), a to zejména s ohledem na příslušný use case, pro jehož účely uživatelé hodlají novou verzi railML využívat. Dne 31. 10. 2017 byla pak uvolněna veřejná beta verze railML 3.1, aktuálně podporující dva projekty s nejvyšší prioritou. Představení schématu infrastruktura railML 3.1 se stalo jedním ze stěžejních témat 32. konference railML, která se konala dne 14. 11. 2017 v Bruselu.

U tohoto schématu došlo oproti verzi railML 2 k poměrně rozsáhlým změnám struktury, díky nimž má být zajištěna kompatibilita s RailTopoModelem verze 1.1. Stav schématu infrastruktura verze railML 3.1 z hlediska základních modulů reprezentujících kontejnerové XML elementy nejvyšší úrovně (včetně připravovaného modulu hmotného majetku) je uveden na obrázku 2 Modulární struktura schématu infrastruktura railML 3.1. Nově bylo mimo jiné také zavedeno schéma GML pro railML a RailTopoModel pro railML, které principy RailTopoModelu přímo reflektuje a jehož třídy (datové typy) navazující schéma infrastruktury konkretizuje tak, aby byly prakticky využitelné [9]. U schémat jízdního řádu a vozidel se žádné výraznější změny s příchodem railML verze 3 nepředpokládají [8].

3 RAILTOPOMODEL

3.1 Iniciativa RailTopoModel

RailTopoModel je konceptuální systémový model, který představuje jeden ze základních pilířů pro standardizaci datové reprezentace železniční sítě a datové výměny [10]. Model je navržen natolik obecně, že jeho aplikace není nutně omezena jen na takto vymezenou oblast. Představuje jednotnou společnou základnu, která definuje, jak mají být jednotlivé objekty a vztahy mezi nimi modelovány, věcně popisovány, a to včetně jejich agregace a vizualizace na různých rozlišovacích úrovních.

Za účelem stanovení základních požadavků, které by měl tento přístup naplňovat, byla v roce 2013 na UIC, jakožto jeden z projektů ERIM (European Rail Infrastructure Masterplan) zpracována studie proveditelnosti [11] [12]. V rámci této studie bylo porovnáno několik stávajících modelů týkajících se popisu infrastruktury, vytvořených ať už pro potřeby jednotlivých provozovatelů napříč západoevropskými zeměmi, nebo jako součást různých souvisejících projektů EU, pracujících s prostorovým popisem (např. RINF a Inspire).

3.2 Závěry studie proveditelnosti RailTopoModelu

Bylo zjištěno, že topologický popis sítě je ve všech posuzovaných případech řešen obdobným způsobem a že naprostá většina rysů národních topologických modelů je (vzhledem k v zásadě podobným vlastnostem železniční sítě napříč různými zeměmi) vzájemně slučitelná. Nicméně různé topologické modely často vznikaly pro různé specifické účely. Bylo proto třeba zvolit systémový přístup a utvořit jednotný základní model železniční sítě. Vzhledem k tomu, že utvořit jeden společný model, jenž by vystihoval veškeré aspekty, by nebylo reálné, je RailTopoModel navrhován včetně mechanismu pro společná předem definovaná i uživatelsky specifická rozšíření, spravovaná jednotně předdefinovaným koordinovaným způsobem. Interoperability v oblasti dat by mělo být dosaženo právě na základě standardizace modelu a souvisejícího datového formátu (tak aby nebyla nezbytně nutná centrální databáze).

Z hlediska výměnného formátu, který by měl mimo jiné zajišťovat i tuto funkcionalitu, se stal východiskem v době zpracování studie proveditelnosti RailTopoModelu již hojně využívaný jazyk railML. Byla zde však identifikována některá úskalí, plynoucí ze skutečnosti, že tento formát byl vyvíjen zcela otevřeným způsobem na dobrovolnické bázi bez jasně popsaného modelu a že řešení popisu infrastruktury bylo poplatné zejména potřebám aplikací týkajících se jízdních řádů. Na základě analýzy stávajících modelů a zkušeností s railML byly definovány různé obsahové, funkční, strukturní a organizační požadavky, které byly následně konfrontovány s dosavadní podobou formátu railML. Ukázalo se, že dosavadní specifikace railML je třeba doplnit a předefinovat tak, aby byl formát s navrhovaným modelem slučitelný [12]. V souvislosti s tím byl iniciován vznik již zmíněné verze 3 formátu railML, který se ve své podstatě stává prvním případem užití obecného RailTopoModelu [13] [14].

3.3 RailTopoModel jako IRS 30100

Ačkoliv je RailTopoModel neustále vyvíjen, jeho stávající podoba je již standardizována, a to prostřednictvím dokumentu IRS (International Railway Solution) 30100, [15] jehož první vydání bylo publikováno v roce 2016 a jehož předpokládané každoroční aktualizace by měly být doplňovány průběžnými online aktualizacemi. Tento dokument, utvářející společný základ pro vlastní návrh RailTopoModelu (jeho dílčí zpřesnění a rozšíření), dále konkretizovaný jednotlivými požadavky a praktickou implementací ze strany uživatelů, [13] s využitím schémat UML popisuje třídy modelu a jejich vzájemné relace a vysvětluje principy, na jejichž základě model funguje. Ve stávající podobě zahrnuje RailTopoModel čtyři moduly, a sice bázi, topologii, souřadné systémy a síťové entity (např. funkční zařízení infrastruktury a zabezpečovacího zařízení) [13] [15]. Chystají se ovšem další rozšíření, např. doplnění modelu o dimenze časovosti a projektů (např. pro účely vyjádření alternativních výhledových stavů infrastruktury), matematický popis geometrie a dimenzi hmotného majetku (inventární položky fyzických zařízení, která v určitém čase reprezentují dané funkční zařízení v železniční síti). Výhledově by měl RailTopoModel podporovat kompletní popis systému železnice, a to včetně životního cyklu a provozu. Sledována je také kooperace s iniciativami typu BIM [13] [14].

POUŽITÉ ZDROJE:
[1] GOV.uk. What is Digital Continuity? [online]. [cit. 2017-04-14]. Dostupné z: http://www.nationalarchives.gov.uk/information-management/manage-information/policy-process/digital-continuity/what-is-digital-continuity/
[2] railML.org. The railML.org Initiative [online]. ©2002–2017 [cit. 2017-04-14]. Dostupné z: https://www.railml.org/en/introduction/background.html
[3] railML.org. All Previous Events [online]. ©2002–2017 [cit. 2017-04-14]. Dostupné z: http://www.railml.org/en/public-relations/previous-events.html
[4] railML.org. The railML Subschemas [online]. ©2002–2017 [cit. 2017-04-14]. Dostupné z: https://www.railml.org/en/user/subschemes.html
[5] railML.org. Organisation [online]. ©2002–2017 [cit. 2017-04-14]. Dostupné z: https://www.railml.org/en/organisation.html
[6] railML.org. railVIVID: The railML Viewer & Validator – powered by UIC [online]. ©2002–2017 [cit. 2017-04-14]. Dostupné z: https://www.railml.org/en/user/railvivid.html
[7] railML.org. Certification of your railML® interface [online]. ©2002–2017 [cit. 2017-04-14]. Dostupné z: https://www.railml.org/en/user/certification.html
[8] KOLMORGEN, V. P; RAHMIG, C. a kol. railML/RTM Explanation Session. Praha: SŽDC, 9. 3. 2017 – 10. 3. 2017
[9] railML.org. railML 3 Schema – Alpha Versions [online]. 2017 [cit. 2017-11-10]. Dostupné po přihlášení z: https://svn.railml.org/railML3/trunk/xsd/
[10] RailTopoModel. RailTopoModel [online]. ©2017 [cit. 2017-04-14]. Dostupné z: http://www.railtopomodel.org/
[11] UIC. ERIM-Project: Publication of the UIC Railway Topology Model [online]. 2014 [cit. 2017-04-14]. Dostupné z: http://www.uic.org/com/uic-e-news/382/article/erim-project-publication-of--the?page=thickbox_enews
[12] UIC. Feasibility study UIC RailTopoModel and Data Exchange Format [soubor pdf]. 2013. Dostupné také z:
http://www.railtopomodel.org/files/download/RailTopoModel/270913_trafIT_Final-ReportFeasibilityStudyRailTopoModel.pdf
[13] KOLMORGEN, V. P; RAHMIG, C. a kol. 7th RailTopoModel and 30th railML Conference. Paris: UIC, railML.org, 2. 11. 2016
[14] KOLMORGEN, V. P. a kol. 8th RailTopoModel Conference. Paris: UIC, 4. 5. 2017
[15] UIC. UIC International Railway Standard IRS 30100 RailTopoModel [soubor pdf]. 2016.

The Attitude of the RailTopoModel and railML 3 initiatives Towards the Data Description of the Railway Infrastructure – Part I.
At present, the requirements for efficient data storage and sharing are growing together with development of software applications across various sectors including transport, as well as with increasing tendencies to apply intelligent transport systems in practice. In the railway sector, besides the timetable and rolling stocks related data, the description of infrastructure plays an essential role. As regards the data modelling of railway infrastructure, the UIC RailTopoModel initiative was introduced in 2013. A feasibility study defining requirements on uniform model of railway infrastructure description was processed on this occasion. Development of this generic model in turn influences also the form of the railML exchange format, which has been being developed as an open specification for rail data sharing since 2001. The infrastructure schema content, as regards the upcoming railML 3 version, based on the RailTopoModel principles, especially depends on specific needs of potential users. In order to achieve broadly usable structure of railML 3, it is appropriate to support these initiatives. The first part of the article is focused on the basic fact related to the RailTopoModel and railML 3 initiatives.

Autor

• Ing. Hlubuček Adam