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

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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

1.1 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 Basic6.0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操作功能。利用成熟的技术和可靠的数据采集硬件设备，以 Windows 2000/NT为网络操作系统，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。

1.2 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

2.1 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。

2.2 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

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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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怎么做GIS系统？

GIS里面的东西很多！软件也很多~我以前学过ArcGIS，这个软件是国内用的最多的，也是空间分析最厉害的，一般作图都可以，还有ArcVIEW这个比ArcGIS简单，侧重作图。还有就是ILWIS这个国内用的很少，教材也是英文的，我最近在学！！你们公司用的肯定是ArcGIS，所以你想了解我大概给你讲一下！！

主要有2种数据，一个是矢量数据，侧重做规划什么的，就是和规划类关系比较大，也可以与系统开发相集成。另外一个是栅格数据，侧重空间分析的，就是和学者写论文，研究用的比较多，他也可以与系统开发集尘，系统开发！！你要学习的话线看看公司是做系统的还是做什么的，然后从一个数据的操作入手，先学习一中数据的使用！！

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一般基础的《ArcGIS地理信息系统空间分析试验教程》汤国安的！

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GIS—T面临的问题和解决方案？

一、背景

20世纪80年代以来，交通运输部门采用现代技术改善工作效率和质量。同时，环境保护、经济可持续发展等影响人类生活质量和生存空间等重大问题日趋严重，而由交通所引起的环境污染、交通堵塞等问题也被人们逐渐认识，跨学科多层次的合作研究成为解决交通运输及其相关问题的基本途径。

随着社会的进步，社会经济水平不断提高，人民生活也越来越富裕，由道路、水运、铁路、航空和管道构成交通系统也越来越复杂。在交通的规划、设计和管理中遇到许多前所未有的难题。而交通地理信息系统（Geographic Information System for Transportation，GIS-T）的出现给新时期的交通提供了崭新的技术平台和手段。

GIS-T是以现代计算机科学、地理学、信息科学、管理科学和测绘科学为基础，并与传统的交通信息分析和处理技术紧密结合，采用数据库、计算机图形学、多媒体等最新技术，对交通地理信息进行数据处理，能够实时准确地采集、修改和更新地理空间数据和属性信息，为决策者提供可视化的支持。GIS-T为新时期的交通行业发展提供了新的思维模式。

国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020年）》中指出，交通运输业发展思路之一是“以提供顺畅、便捷的人性化交通运输服务为核心，加强统筹规划，发展交通系统信息化和智能化技术，安全高速的交通运输技术，提高运网能力和运输效率，实现交通信息共享和各种交通方式的有效衔接，提升交通运营管理的技术水平，发展综合交通运输”。而智能化和信息化的基础之一就是GIS-T。

交通部颁布的《公路水路交通中长期科技发展规划纲要（2006-2020年）》中给出公路水路交通科技发展目标之一“到2010年，数字交通技术实用化程度和行业管理信息化水平明显提升，集装箱多式联运和一体化运输技术明显突破，交通决策技术明显提高。到2020年，智能化数字交通管理技术、一体化运输技术、决策支持技术整体达到国际先进水平，交通运输管理技术能够适应交通现代化的要求，全面实现决策的数字化与科学化”。

国务院颁布的《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》指出，要“推进工业结构优化升级”，并“坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，提高经济社会信息化水平”。而GIS-T的研究、开发和应用正是促进交通行业信息化的必要手段和途径，进而改善交通行业的发展模式，保证交通行业的科学发展和可持续发展。

二、国外发展状况

美国是较早利用计算机技术建立交通运输和规划数据库的国家之一。在20世纪80年代中期，美国联邦公路署开始公路综合数据库的开发研制，并在1988年建立了实用的GIS-T。该系统包含45，000条道路，总长595，456公里覆盖全美国的公路网，并且有与每条公路关联的属性信息，如公路等级、归属、编号、长度、路幅形式、中央分隔带、交叉口类型、车道数、路面类型、桥梁、州交通量、州界等。1995年第20届PLARC会议上，美国联邦公路署向与会的各国代表提供了一张综合公路数据库V2.0光盘，该数据库是适合于交通运输网络规划、分析建模的综合数据库，是当时世界上最大的公路数据库之一。

在美国公路署的倡导下，各州运输局相继展开一系列的GIS-T的研究，包括适合于GIS-T的交通运输建模问题、GIS-T的数据存储方式、数据格式转换、GIS-T应用范围、软件平台选择、GIS-T项目可行性研究等。其中Wisconsin 运输局是GIS-T的开发与数据集成的先驱，开发的基于地理信息系统的路面管理系统已投入运营之中，同时还开发了桥梁管理和维护地理信息系统、交通标志和道路设施管理系统、基于地理信息系统的交通事故分析等系统。为减少数据建库费用，实现资源共享，各州运输局与测绘部门紧密合作，采取分工负责数据采集，同时将GPS技术引入数据采集中并建立了进行空间信息采集和集成的参考框架和标准。美国运输组织成立了GIS-T工作组，从事GIS-T与ITS的数据模型、线性参考系设计、数据质量控制、线性参考系中的误差传播等研究。

随着GIS-T的广泛研究和展开，美国从1992年以来先后召开多次学术研讨会并出版了相应的论文集。美国开展GIS-T研究的特点是紧密结合交通运输发展的实际，解决在交通运输中急需解决的关键技术和策略问题。

德国是较早将GIS-T用于公路选线实际工作中的国家之一。在兴建勃兰登堡的Oranienburg市的绕城公路时，通过GIS-T技术进行了该项目的环境协调性研究及路线方案的规划。日本东京煤气公司研制了基于GIS-T的车载导航系统，该系统由CD-ROM数据库和实时通信系统组成，用于事故抢修、车辆调度和野外作业指挥。加拿大的艾伯塔省建立了全省的公路维护系统，实现了GIS-T对道路养护的决策支持。美国印第安纳州交通局采用GIS-T管理全州的公路、上千座桥梁以及铁路、航道、民航机场等交通信息。

在发达国家，GIS-T几乎已渗透于交通的各个领域。在交通规划中应用于：交通需求分析与预测、路网方案评估、项目选择及优化、交通工程设施规划、危险品运输路径规划、紧急情况下的疏散规划、公交线路规划、公共汽车站站址选择等；在道路设计中应用于：道路走廊选择、路权取得、道路线形仿真等；在交通管理与服务中的应用有：日程养护管理、路面管理系统、桥梁管理系统、辅助决策系统、交通控制、交通事故分析、交通动态模拟、汽车运输调度、交通灾害防治、超限卡车路径选择、车辆导航系统等；在港口应用于：港口基础设施管理、船舶自动识别技术、装卸管理等；在航道中应用于：航道疏浚、航标管理等。这些应用的技术手段是以GIS-T为中心，集成全球定位系统、遥感、网络和多媒体等技术。

三、国内发展与现状分析

我国是一个发展中国家，经济上还处于发展阶段。我国的现状使交通规划与管理就显得十分重要。为从根本上解决交通问题，吸取西方发达国家在交通管理规划方面的经验教训，增强规划决策和管理的科学性、合理性，逐步展开GIS-T技术在交通规划与管理中的推广和应用，进行GIS-T的理论和应用研究，具有重要的理论意义和现实价值。

从20世纪80年代起，我国公路管理部门采用各种数据库系统建立了一些公路路况数据库，交通部组织组织了一系列旨在提高公路规划和管理水平的应用系统开发研制，包括路面管理系统CPMS、桥梁管理系统CBMS，这些系统具有查询简单快速的特点，但只有公路属性数据，并未建立各级道路的空间数据库，无法满足空间分析的需要，难以胜任对公路信息的全方位动态管理和进行公路规划、建设和养护的分析和决策支持。为从总体上改善我国公路信息的管理水平，缩短与发达国家之间的差距，交通部决定建立我国自己的公路数据库系统，并于1991年将省市两级的公路数据库建设任务下达，开发完成了地市级公路数据库Trans-GIS的研制开发。1995年交通部科技司申报国家重点科技项目“GIS在公路信息系统中的应用研究与开发”中，着手研究将GIS-T技术用于公路建设和管理，建成基于公路交通地理信息系统。1998年中国城市规划研究院承担的863项目“GIS支持下的城市交通需求分析系统软件开发”，将城市地理信息系统和交通需求模型结合为一体进行研究开发，在交通需求分析中引入地理信息系统空间数据分析模型和空间技术分析，从交通数据采集、管理、交通分析过程以及结果的表现等方面对交通需求分析进行支持。GIS-T的研究在中国蓬勃发展起来。

GIS-T蓬勃发展的主要原因分析如下：一是信息技术的发展，使得相关信息技术的性能价格比急剧提高，开发相关系统的经费门槛大幅度降低，系统开发费用从几百万降低到几十万人民币。二是目前在软件开发领域，组件技术以前所未有的方式提高了软件的生产效率，近二十年来兴起的面向对象技术进入到成熟的实用化阶段。为了适应组件式软件技术潮流，地理信息系统软件像其他软件一样，由过去厂家提供全部系统或者具有二次开发功能的软件，过渡到提供组件由用户自己再开发的方向上来，从而使开发相关系统的技术门槛大幅度降低。三是我国公路大建设，以及因特网和电子商务引发的对物流的关注，形成了对以GIS-T为核心的3S（卫星定位系统GPS、地理信息系统GIS和遥感系统RS）技术研究和应用的强大的需求。

在此条件下，GIS-T呈现如下特点：

（1）交通系统应用3S技术，体现出集成和综合的特点，交通部提出了“数字交通”的概念，加强以GIS-T为核心的信息技术在交通领域的综合研发和应用。

（2）以省、部级有关单位为示范，以地市级单位为推广，以大型的运输企业为综合应用，广泛推广实施GIS-T技术的应用，提高了交通行业发展的技术含量。

（3）不仅在基础设施管理单位开发相关系统，而且逐渐向物流和电子商务等交通服务领域转移，建立以GIS-T为平台的物流核心关键技术。

（4）随着我国智能运输系统应用逐步开展，一些成功的智能运输系统把GIS-T作为系统的信息平台，通过地理信息系统整合各种其他交通信息。

根据目前GIS-T在交通行业的很多领域都有比较好的应用和发展前景。

在宏观决策和规划中的应用。我国交通在今后相当长时期内将处于快速发展时期，交通管理和建设的投资规模大、项目多、战线长，是一个规模巨大、耦合度高、透明度低、动态而且开放的系统，需求预测、发展战略、政策策略、资金投入等方面将面临着大量的复杂决策问题，如建设项目的宏观决策、建设和养护项目的选择与优化排序、建设管理与工程的控制等。而目前这些决策，如规划（计划）、投资项目优化、公路建设和管理的宏观决策和管理工作仍多处于手工操作阶段，计算机仅仅用作文字和表格处理的工具。大量建设信息仍以纸张为存放介质且较为零散，查询效率低，信息处理重复工作量大、耗时多，更无法实时、全面地为领导或上级部门提供综合信息报告。利用地理信息系统等信息技术，可以提供直观、明了的集点、线、面信息为一体的多媒体方式的各种公路专题图，实现交通决策和管理的科学化，提高决策的效率和质量。

在公路建设中的应用。在公路建设中，可以充分利用交通地理信息技术为公路勘测和设计服务。在道路选线过程中，利用GPS和RS和其他测量手段，获得外业的勘测数据，然后通过测量数据产生数字地面模型，作为内业数据处理的基础，以选择公路走向。在构建数字地面模型中，一般采用地形图数字化或扫描矢量化，随着数字地球概念和技术的广泛应用，现在则以卫星图像和航空照片为基础，通过地理信息系统软件可以快速精确地生成数字地面模型。在此基础上，输入有关的技术，环境及社会等数据，并且考虑各种限制条件，如曲率半径、最大纵坡、多层地质构造及边坡、已有线形物（公路，河流，铁路等）、特别区域（沼泽地，城镇，环境保护区等）等，优化道路的选择。利用卫星图像技术或航空摄影测量技术，可以准确获得地形高程及图像，大大减少繁琐、艰巨的实地测量等前期工作。地理信息系统软件等技术在计算机上的运算和虚拟，可以节省期资金及设计时间。通过确定路线最佳方案，可以大幅度减少并平衡工程的土石方量。通过在路线优化过程中处理、保存大量的数据，并计算各条优化路线的分项建设费用，为项目提供财务分析及运营费用控制。

在公路养护中的应用。路网的养护和建设业务范围比较大，养护管理业务非常复杂和繁多，但从业务流程上讲，有养护决策所需要信息的采集、养护方案决策、养护项目进度管理、竣工管理等环节。养护的不同职责也分散在不同的业务部门。我们可以通过GIS-T技术，进行整体的决策和调度，在路网级根据交通量、交通类型、路面状态等决定养护的规模和次序，根据交通分配决定养护的时间以避免交通堵塞等，并且直接进行养护项目的管理，合理配备养护的人力和物力，有效安排养护资金，跟踪、评价养护项目的完成情况，实现公路养护项目计划管理、进度管理、成本管理、质量管理的计算机化。

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