基于GIS的通信管网管理系统架构设计

基于GIS的通信管网管理系统架构设计

管网资源监测管理系统充分利用 GIS 平台，将分布范围广泛的管网设施和地理位置有机地结合，不仅提高了企业的管理水平，而且提升了企业的服务能力。因此，该系统研究具有现实意义和广阔的应用前景。

1 设计方案及原则

11 系统设计方案

地理信息系统是对地理环境中的有关问题进行分析和研究的手段，它是一种采集、处理、传输、存储、管理、查询检索、分析、表达和应用地理信息的计算机系统。利用计算机建立地理数据库，将地理环境中的各种要素，包括它们的地理分布状况和所具有的属性数据，进行数字存储，建立有效的'数据管理系统，通过对各个要素的综合分析，方便快速地获取信息，满足应用和研究的需要，并用图形和数字的方式来表现结果。

通信管网资源与地理空间位置有着密切的关系，本系统充分利用GIS的特点，通过Visual Basic60高级语言嵌入 TopMapActiveX组件进行二次开发，设计了地理位置信息与管网资源数据有机融合的监控管理综合系统。Visual Basic能够提供创建图形用户界面(GUI)的方法，可以方便快捷地调用外部控件，具有功能强大的数据库访问特性;TopMap ActiveX地理信息系统开发组件具有完善的地图 *** 作功能。利用成熟的技术和可靠的数据采集硬件设备，以 Windows 2000/NT为网络 *** 作系统，使用MicroSoft的SQL Server2000作为后台数据库系统，利用 ADO技术实现数据库访问，能够满足系统的时实性和可靠性。

12 系统设计原则

(1)规范性。在系统设计中制定资源分类、编码等一系列方案，同时把通信行业标准考虑到方案之中，做到系统规范化。(2)科学性。编码时采用区段码和从属编码结构，利于计算机的直接存贮和数据库的管理，便于系统数据的快速检索和更新。(3)扩展性。建立一个开放的系统，留有充分的扩充空间，以便对系统扩充或移植。(4)实时性。能进行动态数据的管理，并保持数据的一致性和实时性要求。(5)安全性。对用户权限进行分级管理。

2 系统结构

21 系统功能结构

管网资源监控管理系统是对通信站辖区内的通信管网资源(如管道、人井等)进行计算机管理和监控，包括管网资源数据录入、查询、修改、统计分析、打印输出、地理图形显示、监控数据采集和故障报警显示等功能。系统的功能结构如图1所示。

22 系统网络结构

整个系统主要由GIS工作站、GIS服务器、数据服务器和多通道通信服务器组成，采用客户/服务器结构，各通信站点通过原有的内部 10/100 m网络访问。其中：GIS工作站负责本地管网数据的维护管理和监控;多通道数据服务器完成对管网监测数据的采集与通信;GIS 服务器实现对地理属性数据的存储;数据服务器用来存储管网资源数据信息。系统的网络结构如图2所示。

3 监控管理模块设计

31 资源数据管理

管网资源数据管理包括管网数据(地理信息数据和线路资源数据)录入、数据查询、数据统计和打印输出等模块。

(1)管网数据录入

管网数据录入模块用于对基础地理信息和线路资源信息进行录入、修改、删除、存储。数据库服务器完成基础图形与数据存储处理等功能;系统管理员有权修改用户权限、增删用户账号。

(2)数据查询/统计

系统根据工作人员的需求对基础地理信息和通信网络信息进行查询;按照给定的统计条件对各通信站的分布位置及覆盖区域、管道分布、缆线、人井等线路信息进行统计分析。

(3)打印输出

将GIS中的数据经过分析、转换处理，以直观的图表形式输出。

32 监控数据采集

监控数据采集模块通过传感器完成对管网资源状态数据(压力、温度、水位等模拟量)时实采集与通信，实时监测主要监控点的模拟量是否越限，监控数据判别流程如图3所示。

各通信站点通过监测设备从监测现场采样数据，上报数据经过预处理后输入到系统中，通过与监控标准库的数据进行对比分析来判断管网资源是否发生故障。如果检测判断发生管线受损、模拟量越限时发出报警信息，并对故障位置进行准确定位。如果检测判断没有发生故障，系统不报警，同时继续监测现场数据。

33 地理图形/监控报警显示

借助可视化技术，通过图形及其图形变换、声音传递消息等手段，可以实现更为人性化的人机交互。系统的显示包括地理图形显示和监控报警显示两部分。

地理图形显示是建立在对该系统内所有的管网资源实体分类的基础上，一类实体建立一个图层，整个系统是由所有实体相对应的图层叠加而成的。地理图形显示用于电子底图和线路资源符号的显示，具有漫游、无极缩放、分层显示等功能。监控报警显示将实时监控数据和地理图形相结合，在地理图形界面上实时监控网管设备的运行情况。当发生故障时，在GIS 图形界面上用特殊颜色进行标记，对管网设备故障准确定位显示，并进行声光报警，通知维护人员及时抢修。

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（一）ArcGIS

ESRI（SystemsResearchInstitute，Inc，美国环境系统研究所公司）是地理信息系统技术提供商。全球有超过30万个分布于政府部门、测绘部门、国防部门、公安部门、石油部门、交通部门，以及电力、航空航天、商业等各个领域的用户单位使用ESRI提供的GIS技术。

ArcGIS是一个完善的地理信息系统。主要包括3个部分。

1桌面GIS产品——ArcGISDesktop

ArcGIS桌面系统是为GIS专业人士提供的信息制作和使用的工具。它可以作为3个独立的软件产品购买，每个产品提供不同层次的功能水平：

ArcReader是一个免费地图浏览器，可以查看或打印用其他ArcGIS桌面产品生成的所有地图和数据格式。还具有简单的浏览和查询功能。

ArcView提供了复杂的制图、数据使用、分析，以及简单的数据编辑和空间处理工具。

ArcEditor除了包括了ArcView中的所有功能之外，还包括了对Shapefile和geodatabase的高级编辑功能。

ArcInfo是一个全功能的旗舰式GIS桌面产品。它扩展了ArcView和ArcEditor的高级空间处理功能，还包括传统的ArcInfoWorkstation应用程序（Arc，ArcPlot，ArcEdit，AML等）。

2服务器产品——服务器GIS

服务器GIS用于多种类型的集中式的GIS计算。基于服务器的GIS技术目前正快速发展、日趋成熟。GIS软件可以被集中地管理在应用服务器和网络服务器上。企业GIS用户可以使用传统的、高级的GIS桌面软件、网络浏览器、定制的应用、移动计算设备及数字设备等连接到中央GIS服务器，获得GIS服务。

ArcGIS提供了3种服务器软件：ArcSDE，ArcIMS和ArcGISServer。

1）ArcSDE是一个先进的空间数据服务器软件。它为任意的客户端应用，例如ArcIMS或ArcGISDesktop，提供了一个在DBMS中存储、管理和使用空间数据的通道。

2）ArcIMS是一个可伸缩的网络地图服务器软件。它被广泛应用于向大量的网络用户发布网络GIS地图、数据和元数据。例如，ArcIMS提供对GIS目录门户的基于浏览器的访问，使用户能够容易地发布和共享地理知识。

3）ArcGISServer是提供给企业和网络应用开发者的一个具有丰富GIS功能的服务器GIS产品。它用来构建分布式的、多层的企业信息系统配置。

3嵌入式GIS产品

在许多情况下，用户不仅需要通过高端的专业GIS桌面或连接到互联网服务器的浏览器访问GIS，还需要通过介于两者之间的一种中间方式访问GIS，如辅助式应用，面向GIS的应用和移动设备等。

这些软件要求简单、有针对性的用户界面。它们通过高级的GIS逻辑执行一些具体的任务。例如，很多组织只需要简单的数据编辑器而不是一个完整功能的桌面GIS。客户化的GIS应用也要具有高度灵活的可定制性。用户界面是为了给不熟悉GIS的用户使用GIS功能。

因此，软件开发者需要有一个可编程的GIS工具包，在构建应用时提供常规的GIS功能。ArcGISEngine提供的工具可以满足这些需求。它提供了嵌入式的GIS组件，能用来在一个组织内建立应用，为用户提供有针对性的GIS功能。ArcGISEngine是为每个用户的特定需求提供有针对性的GIS功能实现的基础。

（二）MapInfo

美国MapInfo公司作为世界标准桌面地图信息系统领导者，实现了地图与数据的完美结合，以数据可视化的方式，提供一种崭新的决策支持方法。

MapInfo是一套强大的基于Windows平台的地图化解决方案。利用MapInfo，商业分析专家和GIS专家可以方便地将数据和地理信息的关系直观展现。围绕桌面地图信息技术，推出系列MapInfo产品线，包括MapInfo基于独立PC和Client/Server体系结构的MapInfo；基于Internet/Intranet体系结构的地图信息系统应用服务器；基于数据库Serve体系结构的实现在服务器端进行空间分析和数据存储的空间数据服务器Spatialware；第一个基于ActiveX技术的地图控件MapX，为用户提供一整套完整的解决方案。

MapInfo不仅实现了电子地图的显示、管理、建立和修改功能，更重要的是实现了在电子地图上的地图对象与关系数据库中的记录的自动连接。通过MapInfo可实现地图与数据库的双向查询，并能使地图上的对象（如建筑物、道路等）与数据库中的相关数据连接，以数据库中的数据来动态改变地图对象的可视属性，自动生成生动易用的专题地图（线路流量负载图、各分支机构营业收入图、机线设备利用率统计图等），以供管理、分析、决策。对数据库的查询结果，可以直接反映在地图上，也可直接在地图上选择对象，以查询相应数据库信息，可为数据库查询结果自动地建立一张结果地图或为地图上的选择结果自动建立数据表，这就为系统的管理、使用提供了极大的方便，尤其适合管理人员进行宏观查询，综合分析。

ArcGIS Server是提供WebGIS功能的，提供GIS服务的网路服务器端。
目前国内外主要的WebGIS软件有ESRI公司研制的ArcIMS，ArcGISServer，MapInfo公司的MapXtreme，Inter-graph公司的Geo-MediaWebMap ,Autodesk公司的MapGuide, 以及韩国的GeoWeb; 国内主要有北京大学的GuGIS, 武测的Internet GeoStar, 以及中地公司的MapGIS- IMS。

GIS系统即地理信息系统 (GIS, Geographic Information System) 是一种基于计算机的工具，它可以对在地球上存在的东西和发生的事件进行成图和分析。 GIS 技术把地图这种独特的视觉化效果和地理分析功能与一般的数据库 *** 作（例如查询和统计分析等）集成在一起。这种能力使 GIS与其他信息系统相区别，从而使其在广泛的公众和个人企事业单位中解释事件、预测结果、规划战略等中具有实用价值。
地理信息系统是随着地理科学、计算机技术、遥感技术和信息科学的发展而发展起来的一个学科。在计算机发展史上，在计算机发展史上，计算机辅助设计技术（CAD）的出现使人们可以用计算机处理象图形这样的数据，图形数据的标志之一就是图形元素有明确的位置坐标，不同图形之间有各种各样的拓扑关系。简单地说，拓扑关系指图形元素之间的空间位置和连接关系。简单的图形元素如点、线、多边形等；点有坐标（x, y）；线可以看成由无数点组成，线的位置就可以表示为一系列坐标对（x1, y1），（x2, y2），……（xn, yn）；平面上的多边形可以认为是由闭合曲线形成范围。图形元素之间有多种多样的相互关系，如一个点在一条线上或在一个多边形内，一条线穿过一个多边形等等。在实际应用中，一个地理信息系统要管理非常多、非常复杂的数据，可能有几万个多边形，几万条线，上万个点，还要计算和管理它们之间的各种复杂的空间关系……。
地理信息系统是将计算机硬件、软件、地理数据以及系统管理人员组织而成的对任一形式的地理信息进行高效获取、存储、更新、 *** 作、分析及显示的集成。
地理信息系统技术广泛应用于农业、林业、国土资源、地矿、军事、交通、测绘、水利、广播电视、通讯、电力、公安、社区管理、教育、能源等几乎所有的行业，并正在走进人们日常的工作、学习和生活中。
地理信息系统的主要计算机硬件是工作站和微机。 地理信息系统的主要计算机 *** 作系统软件是UNIX、Windows9X、Windows NT、Windows2000、Macintosh等。
地理信息系统的主要计算机应用软件是ARC/INFO、MGE、GeoMedia、GenaMap、MapInfo、AutoDesk Map、ArcView、MapObjects、MapX、Maptitude、MapGIS、GeoStar、MapEngine等。
地理信息系统的主要基础地理数据比例尺为1:400万、1:100万、1:25万、1:5万、1:1万、1:2000、1:1000和1:500等；基础地理数据种类为数字线划图（DLG）、数字栅格图（DRG）、数字正射影象图（DOQ）和数字高程模型（DEM）等。
GIS 地理信息系统相关技术
GIS与其他几种信息系统密切相关，但由于其处理和分析地理数据的能力使其与它们相区别。尽管没有什么硬性的和快速的规则来给这些信息系统分类，但下面的讨论可以帮助区分GIS和桌面制图、计算机辅助设计CAD、遥感、DBMS、以及GPS技术。
桌面制图
桌面制图系统用地图来组织数据和用户交互。这种系统的主要目的是产生地图：地图就是数据库。大多数桌面制图系统只有及其有限的数据管理、空间分析以及个性化能力。桌面制图系统在桌面计算机上进行 *** 作，例如PC机，Macintosh以及小型UNIX工作站。
计算机辅助设计CAD
计算机辅助设计(CAD)系统促进了产生建筑物和基本建设的设计和规划。这种设计需要装配固有特征的组件来产生整个结构。这些系统需要一些规则来指明如何装配这些部件，并具有非常有限的分析能力。CAD系统已经扩展可以支持地图设计，但管理和分析大型的地理数据库的工具很有限。
遥感和GPS
遥感是一门使用传感器对地球进行测量的科学和技术，例如，飞机上的照相机，全球定位系统（GPS）接收器，或其他设备。这些传感器以图象的格式收集数据，并为利用、分析和可视化这些图象提供专门的功能。由于它缺乏强大的地理数据管理和分析作用，所以不能叫作真正的GIS。
DBMS数据库管理系统
数据库管理系统专门研究如何存储和管理所有类型的数据，其中包括地理数据。DBMS使存储和查找数据最优化，许多GIS为此而依靠它。相对于GIS而言，它们没有分析和可视化的工具。

1、GIS内核 Geotools Geotools是一套基于Java平台的开源GIS API中间件，实现了完整的GIS底层功能。
2、空间数据导入/转换地理数据的获取 地理数据来自文件、数据库和WMS/WFS服务器。
文件方式：支持读取的地理数据文件：ESRI Shape、Mapinfo Tab/Mif、Geomedia Access等，建议使用Shape文件格式，Oracle和PostgreSQL提供Shape文件导入数据库的程序。
WMS/WFS服务器：Internet上有很多开放的GIS应用服务器，例如NASA、InterGraph、TerraServer等，通过它们获取各种免费地图资源。
Google Map资源：Google Map没有采用标准的WMS/WFS协议，可以通过调用开放的Google Map API，附加自定义的WMS/WFS图层，实现应用目的。例如：通过Google Map可以免费获取高分辨的Google Map卫星地图。
3、空间数据引擎
开源：PostgreSQL（PostGIS）、MySQL（41以上）
商业：Oracle、DB2、ArcSDE
开源商业空间数据库推荐使用PostgreSQL。
使用商业空间数据库引擎，例如Oracle Spatial、ArcSDE，可以非常方便的处理地理数据，更好的处理海量数据，以及与现有商业软件共享数据。
4、应用服务器 Geoserver Geoserver是一个基于J2EE的开放的GIS应用服务器，实现了OGC(Open Geospatial Consortium)制定的WMS和WFS（WFS-T）规范，Geoserver是整个GIS应用系统的中枢部分，承担大部分业务处理任务。（新版本（133）增加了对Google Earth KML/KMZ的支持。）
需要注意的是，Geoserver不只是WebGIS服务器，它可以为桌面应用程序（Udig、Mapinfo）或移动设备（支持J2ME的PDA、手机）提供地图支持。
5、桌面应用程序（C/S） Udig、GVSig
Udig 是一个使用Eclipse RCP和GeoTools构建的桌面地理信息系统，采用Eclipse SWT图形组件，具有更快的运行速度。Udig可以直接读取Shape文件，访问DB2或Oracle空间数据库，访问OGC WMS/WFS服务器。 Udig提供浏览、查询、编辑、测量等基本的GIS *** 作功能。
6、Web应用程序（B/S） Mapbuilder Mapbuilder是一个采用AJAX(Asynchronous JavaScript and XML)技术开发的WebGIS客户端，它的内部结构基于MVC(Model-View-Controller)，具有良好的可读性和可扩展性，兼容 Firefox 10+, Internet Explorer 60+, Mozilla 13+, Navigator 6+等浏览器。

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