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1、基于基于 GIS 的电信资源管理系统分析与设计的电信资源管理系统分析与设计 杨立法 西安邮电大学计算机学院，陕西西安 710061 Email： Tel：18991850698 摘要：摘要：立足于电信资源的智能化图形维护，分析了电信资源成图特点、图形维护的难点，设计出基于智能图形操作的资源空间数据模型、存储方式和并发访问控制机制，以及资源管理所需的主要图形操作及其实现方法，并给出MapInfo 平台下 MapBasic 程序组织方式及实现结果。该设计是实现电信资源管理可视化的一种有效途径。关键词：关键词：地理信息系统,电信资源管理,电信资源管理系统,空间数据模型 1 系统分析系统分析 随着社会
2、的进步和发展，通信事业得到了突飞猛进的发展，电信网络也越来越庞大、复杂。要使这套网络有效地发挥作用，必须改进传统的电信网络资源管理的方式方法，按照电信运营商的要求，就是要建立相应的计算机管理系统电信资源管理系统1。就概念而言，从电信存在的那天起，就有了电信资源管理系统，只不过信息记录在纸上，大量的信息处理靠人工完成，工作效率较低、数据质量没有保障2。而今天要建设的电信资源管理系统，除了使用先进的运算工具和存储介质，最主要的任务应是改进资源信息处理的方式方法，提高处理和交流速度，增强表现力。如果简单照搬传统的管理方法，不仅无助于问题的解决，同时由于计算机技术的引入，提高了对使用者的要求，会使问题
3、更复杂。近几年，各地电信部门陆续新上了一些电信资源管理系统，但普遍感到录入、维护数据困难3-7，与系统设计方法不无关系。笔者根据实地调查和与业务部门的交流探讨、分析现有系统取得的成果及使用中暴露的问题，结合自身数年来基于 MapInfo 平台的开发实践，就电信资源管理系统的设计归纳出以下几点认识：1)实时、准确、一致的资源数据（即资源状态信息）是电信资源管理的核心内容，至于是手工、半自动还是自动管理，用图纸还是电子图纸或电子表格存放数据，存放在本地还是网络，管理、维护者是线维、传输部门还是其他部门，都是数据管理手段。而至于谁使用以及如何使用，那是不同系统间的接口问题，不是电信资源管理系统的根本
4、问题。2)以图形方式辅以表格，记录资源数据，是电信企业多年来形成的习惯，也是一种最直观、最有效的表达方式，如局站图、管道图、杆路图、电缆&光缆图、交接&配线设备图等资源分布图，及管道剖面图、管道高程图、人井展开图、杆面形式图、楼房立面图、机房平面图、MDF&ODF 及交接&配线设备面板图等资源属性图。但是，传统的具有一定尺寸的图纸（包括电子图纸）是工程设计的结果，并不是电信管理理想的数据记录方式。管理部门需要一种边界不受限制、管线连续不断、比例任意伸缩、资源任意叠置、图文并茂、内容动态变化、与地图精确配合的记录方式和操作平台，而分离的图纸不仅破坏了资源数据的完整性，也抑制了许多基于地图的资源数
5、据操作。况且，图纸只记录与本次施工相关的资源数据和生产活动，是施工和预决算的依据，虽可作为资源数据采集和变更的依据，但图纸内容并不完全是资源数据，因出版需要，也很少依地图绘制。所以，许多现有系统采用的图件管理模式更适合工程管理，而非资源管理。3）基于图形的资源数据更新（包括采集、录入、变更、删除等）是资源维护的理想方式，也是资源管理的难点。表格数据虽然量大，还容易处理。资源图形（如电缆&光缆图、管道剖面图、MDF&ODF 等），不仅量大，还要构图美观、易读、符合规范，非专业人员很难达到。即便是专业人员在计算机上用 AutoCAD 或其他制图工具维护资料，如果没有智能的专业化辅助工具，频繁的更新
6、也是难以忍受的。所以，相关部门采取的对策是拖或者直接在旧图上加注记，直到上级部门明令要求时才全面更新资料。这是造成数据实时性差的主要原因，也是多年来困扰电信企业资源管理的核心问题。而许多现有系统同样也存在图形维护困难的问题。4）维持资源数据的一致性是资源管理的另一个难点。大多数资源数据需要图形和属性表格两种记录方式，且在不同比例尺或不同视图有不同的表现形式，在维护资源数据时，需要保持资源、1 图形与属性的同步变化；否则，就会产生资源信息的不一致。如人井在管道总图、详图及人井展开图就表现为不同的形式。各种电信资源之间存在着复杂的关联，一类资源发生异动，相关类的资源应该同步变动。例如，一条电缆跨越
7、多个管段，当删除这根电缆时，不仅要删除电缆本身，还要逐段地从原来的管孔中清除该电缆信息，并修改管孔状态。任何遗漏，都会造成数据的不一致。即使改用计算机管理，如果不考虑资源关联、不用程序自动处理资源关联，也很难解决资源数据的一致性问题。5）地形图维护应列入电信资源管理系统的基本任务。虽然地形图不属于电信资源，但它提供了电信资源的地址属性和方位属性，是重要的参照系统。添加资源时，如果直接从地图窗口自动提取地址信息或方位信息，而非人为地输入，不仅能大大提高信息处理速度，也能更好地保证信息的准确性。在日新月异的城市发展变化中，地形图几乎天天在变，不及时更新地形图，就会影响电信规划，妨碍电信业的发展。许
8、多现有系统把地形图作为静态（或准静态）数据下载到用户端，而地名库存放在服务器端，限制用户维护地形图数据，显然不利于资源的动态管理。总之，确立资源数据的核心地位，树立以图形为主、属性图形同步、关联资源同步的观念，提供简捷、快速、高效、直观的资源维护手段，确保资源数据的实时性、准确性和一致性，是电信资源管理系统的中心任务，围绕这个中心进行设计和开发，才能更好地解决电信企业的资源管理问题。MapInfo Professional 是当前一个成熟的桌面 GIS 平台，可以很好地完成地理信息的采集、存储、显示、处理、共享等基本功能，它所提供的二次开发工具 MapBasic 简单、易用，能充分发挥 Map
9、Info的地理运算功能，有利于解决电信资源图形维护难的问题，成为系统开发的自然选择。2 系统数据模型系统数据模型 2.1 资源分类及其成图特点资源分类及其成图特点8 电信资源数据种类很多，且具有严格的隶属关系和依附关系。端局是资源数据的根，所有其他资源都隶属于端局；端局之间又通过局间中继电缆/光缆互联（通过长市中继与长话局相连），形成网状拓扑结构，即中继网。支局、模块局、ONU、PBX 虽然隶属于端局，但就其用户网而言，也是根，可以通过中继电缆/光缆或用户电缆/光缆与端局相连，所以也视为顶级局站，并与端局统称为局站。在小比例尺的局站分布图上，以点符号表示局站；而在大比例尺的电缆图上，局站则以“
10、凹”形多边形出现，且大小方向可调以便于表达出局电缆、光缆与局站的连接关系。机房平面图依附于局站，但独立于分布图，其中的传输设备(PDH、SDH、DWDM)、连接设备(MDF、ODF、DDF)、动力设备、交换设备、数据设备、同步设备、计算机网络设备等均以投影表示。与外部电缆、光缆连接的设备 MDF、ODF 以端子图出现时，独立于分布图和机房平面图，而依附于局站。管道、杆路分布于大街小巷，是电缆&光缆和接续配线设备的支撑设备，隶属于局站，是通信线路资料中图形维护工作量最大最难的一类资源数据。管道、杆路不仅需要准确定位，还具有严格的方向，必须与地图精确配合。管道包含所有地下路由，如由管块构成的管道、
11、通道或隧道、漕道、以及直埋路由、水下路由、过桥管道等；而杆路除包含由电杆组成的路由，还包含墙壁路由，但不包含楼房立面管路。管道剖面图、高程图依附于管道，与管道方向保持一致，并置于管道图上；人井展开图依附于人井（或人孔、手孔），但其管块图依附于对应的管道，并与管道方向一致，该图独立于管道分布图；杆面形式图依附于杆路，与杆路方向保持一致，并置于杆路图。为了保持图面清晰，这些属性图必须能自由的加入和移除（或打开和关闭）。根据比例尺，管道、杆路又区分为总图（小比例尺）和详图（大比例尺），人井、电杆使用的符号不同，而所有属性图均依附于详图。楼房立面管路图（简称立面图）依附于建筑物，描述电信资源在各建筑单
12、元沿高度方向的分布。它独立于平面图，但分布其上的电信资源与平面图的资源是统一的，路由是连续的。在工程设计中，立面图有时放在平面图的空闲位置，有时单独成图，用注记说明与平面路由的衔接。随着高层建筑密度的加大，立面图必须单独成图，且需自动成图，以提高制图效率，保证构图美观；与平面路由的衔接，则通过公共路由节点来实现，以保证路由的连续性。2 电缆&光缆是局站之间（中继）、局站-交接箱之间（馈线或主干）、交接箱与分线盒之间（配线）的连线，隶属于局站或交接区，依附于管道、杆路等路由，并具有严格的方向性，是通信线路资料中图形维护工作量最大的另一类资源数据。沿路由段平行展开电缆、光缆，形如 以方便读图，是资
13、料管理惯用的形式；为此而移动并保持电缆&光缆的连续性，则是电缆&光缆图形维护的难点。电缆、光缆芯线与接续配线设备的连接关系通过设备端子图（或面板图）予以表现。电缆、光缆占用的管孔、吊线，则在管道剖面图、人井展开图、杆面形式图中予以表现。电&光交接箱、电&光分线盒隶属于局站、交接区，依附于管道、杆路等路由。如果这些设备按其实际地理位置摆放，则可能与路由节点（电杆、人井）重叠，且无法清楚表达与电缆、光缆的连接关系。在工程设计和资料管理中，为防止与路由图形重叠，通常将电缆-设备单独成图，而依附的路由则通过旁边加注予以说明。这不仅造成了信息的重复描述，此时的设备位置仍然具有较大的随意性。为了既表示与路
14、由节点的依附关系又不与路由节点重叠，可从设备所在路由节点引出一段虚拟路由，路由的末端放置设备，而这段路由专门放置成端电缆/光缆或尾巴电缆/光缆。在小比例尺的交接箱分布图上，交接箱表现为点符号；而在大比例尺的电缆、光缆图上，交接箱表现为封闭的折线串，形如 ，且大小可调以便于表达与电缆、光缆的连接关系。交接箱展开图依附于交接箱，独立成图；分线盒面板图依附于分线盒，独立成图。地形图包含的内容非常丰富，建立电信资源管理系统时只能考虑那些与电信资源关系密切的要素，如行政区、村镇/居民区或企事业单位区域、道路、河流、桥涵、建筑物、植被、堤坝、地下管线等地形要素，且以大比例尺地形图为主，并采用城市规划惯用的
15、独立坐标系。2.2 资源地理模型资源地理模型 电信资源地理模型是电信资源的具体描述，是整个应用系统的灵魂。构造模型时，必须同时考虑三方面的因素：对应某类资源；属性满足业务需要，图形效果符合出版要求；便于识别和操作。图 1 电信资源地理模型(部分)地形图 道路图 建筑图行政区 居民区 植被 局站图 分布图 外线 MDF 内线 MDF ODF 机房平面图 管道图 管道详图 管道剖面图 人井展开图 高程图 杆路图 杆路总图 杆路详图 立面图 电交接箱 分布图 展开图 分线盒 分布图 面板图 单元 路由图 电信资源 路面 中线 边线 架 直列 模块 端子 管道总图 人井 管段 墙面 管块轮廓 管孔 井
16、内电缆 电杆附件图 杆面形式图 杆线 吊线楼层 管路 管路节点 电缆图 中继电缆 用户电缆 物理电缆 电缆缆段 电缆接头 电缆连接线 光缆图 中继光缆 用户光缆 物理光缆 光缆缆段 光缆接头 光缆连接线 面 直列 模块 端子 光交接箱 分布图 展开图 面 直列 模块 端子 终端设备 3 图 2.电信网络资源层次模型 地形图 局站图 管线图 中继电&光缆网 用户电&光缆网 电&光交接箱 电&光分线盒 终端设备 根据这些要求，每类资源需要分解为多个子类，每个子类又需要进一步分解为多个要素，每个要素可能就是一个图层，对应一个 MapInfo 表；如果需要，要素可以进一步分解为子要素，每个子要素对应一
17、个 MapInfo 表，如图 1 所示。各种资源按规定的顺序叠置在一起，就构成所需的电信资源图。图 2 示出电信资源分布图的叠置顺序。图 3 示出 MDF 外线配线架的图层顺序。在构造电信资源地理模型时，通过分层以达到期望的视觉效果是该设计惯用的技术，如道路分成中线、路面、边线等多个图层就可以解决多方面的需要，像确定道路方向、道路平交时边线的消隐、比例尺变化时保持道路基本形状等，详见文献9。在属性设置中需要设置附加字段以便通过程序自动处理资源之间的关联或要素之间的依赖关系。例如，在电缆缆段表中，需要记录所在的路由类型以及该段路由的管线 ID（详见文献10）；同样，在管道中，也有一个表记录每段管
18、道的每个管孔经过的电缆类别，其电缆 ID 和缆段 ID，以及电缆编号信息等，详见文献11。在多要素复合资源模型中，下级要素需要记录上级要素的 ID。例如，在图 3 所示的 MDF外线配线架模型中，要素“架”包含隶属局的 ID，而“直列”包含隶属局和架的 ID，等等，以实现上下级要素的联动，详见文献12。2.3 存储方式与并发控制存储方式与并发控制 分类集中存储、分布计算是解决电信资源数据共享的一种可行的策略。鉴于 MapInfo 支持多用户操作13，可以通过文件共享的方式使每个用户对存于文件服务器的 MapInfo 表实施并发访问。分类集中存储是指在文件服务器上将每一类资源的所有数据（即 Ma
19、pInfo 表）分别存于一个特定的分类目录中，再将所有分类目录以及公用数据集中存于“xxx 资料”目录中。“资料”就是一个完整的电信资源数据库。服务器上所有上述目录及每个目录下的所有表的结构均由客户端程序（即电信资源管理系统）在“新建资料”时自动生成。服务器可以是一台独立的设备，也可以与某个客户端合设，只要将资料目录设置为共享目录即可。客户需要访问服务器上的资料时，首先在网络环境下建立与该资料的链接，然后“打开资料”（实际是以可读写方式打开资料中的所有 MapInfo 表），即可进行阅览和数据维护。系统运行中因地图窗口漫游、缩放等引起的数据变化由 MapInfo 自动完成数据上载和下载，无须应
20、用程序控制。资源分布图的并发访问通过“令牌”加以控制。为每一类资源设置一个令牌，取得令牌的用户才能更新 MapInfo 表。对资源属性图的并发访问则通过其依附对象的两个控制字段加以控制，一是“访问状态”（无；有，无人访问；有，有人访问），二是“访问者 ID”。当用户需要访问某个资源的属性图时，首先在服务器上该类资源的目录下用访问者 ID 创建一个子目录，然后从其属性图总表中提取指定资源的属性图置于这个子目录，并打开它，即可进行数据维护。此时需要修改控制字段，阻止其他用户的访问。由于排他性，客户端可以不受干扰地维护属性图，就像本地单机运行一样。维护结束时，必须再将更新的属性图上载至总表，并删除刚
21、才的子目录，最后恢复控制字段。当用户维护属性图出现故障没有上载时，管理员可以根据访问者 ID 找到数据位置并自动完成上载，从而保证数据的完整性。3 系统功能模型及程序组织系统功能模型及程序组织 3.1 功能功能模型模型 电信资源管理和维护需要的功能很多，有两种组织方式可以选择：一、按操作类型分组和配置菜单，形如“文件”、“编辑”、“插入”、“查询”、“表维护”、等；架图 直列图 模块图 端子图 图 3.MDF 外线 配线架层次模型 4 二、按资源类别分组和配置菜单，用资源类别的名称作为菜单名。考虑到用户操作的方便性，本文采用第二种形式，并设计出如下主菜单：资料 地图 局站 管道 杆路 立面图
22、中继 电缆网 用户 电缆网 交接箱 分线盒 中继 光缆网 接入 光缆网 光交接箱 光分线盒 终端设备 窗口 帮助 表 1 给出最前面几个菜单的功能列表。表表 1.电信资源管理系统功能一览表电信资源管理系统功能一览表 菜单菜单 功能列表功能列表 资料 新建，打开，关闭，关闭并清理；建立与资料的链接，断开与资料的链接；资源查找与定位，资源统计，调整资料地理范围；用户管理，日志管理，系统恢复；页面设置，打印；MapInfo 参数设置；退出 地图 查找；测量控制点、栅格背景图、行政区、机构居民区、道路、桥涵、城墙围墙、河流湖塘、地势、植被、建筑、公用管线的编辑；调整地图比例尺，显示网格，关闭网格；局站
23、 查找，查询使用情况；添加局站，变换局站图形，删除局站；新建或打开 MDF，添加架，安装模块，添加局向与号码，删除局向与号码，删除模块，删除架，删除 MDF，关闭 MDF；新建或打开机房平面图，添加机房或设备平面图，删除设备，删除机房平面图，关闭机房平面图；管道 显示/隐藏管道图；查找，统计；添加人井，连接人井成管道，在管道上增补人井，查询、变更人井管段属性，删除管段、人井，删除管道；显示管道剖面图，新增或显示管段剖面图，向前复制管段剖面图，平移剖面图，查看、布置管孔电缆，删除管段剖面图，关闭剖面图；打开人井展开图，添加管块或托架，平移管块，旋转管块，删除管块或托架、管群，调整墙面和井内电缆，
24、关闭人井展开图；新建或显示高程图，添加障碍，删除障碍，删除高程图，关闭高程图；主菜单中“用户电缆网”涵盖了主干电缆、配线电缆、局间联络电缆、箱间联络电缆、二交主干电缆，因为在配线时这些电缆常常组合在一起，难以独立。用户电缆的线序也可用作中继。类似地，接入光缆网也涵盖了主干光缆、配线光缆等，用户光缆的芯线也可用作中继。从表 1 中可以看出图形维护功能所占的比例以及系统的专业化特点。其中某些功能可能同时出现在工具条上或快捷菜单中，以提高系统的易用性。资源维护不外乎添加、查询、变更、删除等几种基本类型。但随类别不同，需要的基本信息及协同完成的工作有很大差别，采取的操作方式也不同，如：添加人井、添加管
25、道、添加电缆的操作方式迥然不同。添加人井：假如利用 GPS 已经获得人井的中心位置并标注在地形图上，就可以点击该测量点添加人井。过程为：首先自动取出测量点所处的地理位置，并随后弹出对话框让用户选择输入人井标识、类别信息和几何结构信息，完成人井的添加。但是人井有三种不同的形态分别用于管道总图、详图、展开图，必须在添加人井的过程中同时完成三种形态信息及其附带信息的生成。添加管道：在管道详图上首先点击某个人井并自动取出其基本信息，然后再点击下一个人井并自动取出其基本信息，判断两个人井是否为同一个人井，若否，再判断两个人井之间是否已有管道，若否，则弹出对话框让用户输入该管段的标识、类别信息和几何信息，
26、完成管段的生成。添加电缆：该操作分为两个阶段，路由选择和电缆信息的输入，并在一个对话框上进行工作。1）根据电缆竣工图纸，首先由用户在地形图上选择路由起始点（电杆、人井或立面管路节点），系统随即搜索相连的所有可能的后续路由，并提供给用户进行选择；用户一旦做出选择，系统立即根据路由的终点再搜索相连的后续路由，并重复刚才的选路过程，直至到达指定的终点；路由类型可以是单一的，也可以是不同的。2）若是全新编号的电缆，系统根据路由起始位置自动确定所属局站或交接区；若是接续电缆，系统根据路由起始位置自动搜索可能的上游电缆并提供给用户选择。用户最后再输入线序及电缆的型号规格、建设日期等。系统确认后即自动沿选择
27、的路由生成新的电缆，同时把电缆信息写入相关路由的电缆表中。若是全新电缆，还要生成线序表；若是接续电缆，还要生成与上游电缆的连接线和接头。为了读图方便，后面尚需向路由两侧平移该电缆。从所举的例子可以看出，在资源管理中用户要做的工作非常简单、直接，而大量复杂的计算是5 由系统自动完成的。在计算过程中，大量地从地图提取已有信息，尽可能减少用户的信息输入量，这种做法不仅可以提高信息处理速度，也提高了信息的准确性。作者在文献9,10,11,12描述了部分功能的实现过程和操作特点，这里不再重复。3.2 程序组织程序组织 MapInfo 二次开发有多种方法13，如用 MapBasic 开发；采用集成地图方式
28、在 VB 等环境下开发；在 VB 等环境下使用 MapX（即 MapInfo 控件）开发；等。考虑电信资源管理的复杂性和各种开发方法的实现难度，本文采用 MapBasic 进行开发。整个应用系统采用积木式模型构造方法，某些类可以根据需要自由地加入系统模型或从系统模型中去除。为便于软件维护，应用系统采用独立 MapBasic Application 完成每一大类资源数据的维护，并用总控程序执行各模块的启动、终止和善后处理。资源之间的关联或消息传送则在模块内部通过共享MapInfo 环境来实现，详见文献14。4 4 系统应用系统应用 4.1 4.1 数据采集数据采集 电信资源分布地域广，数据量大，
29、采集工作非常困难。如果请专业人员全面测绘，可能费用和时间都是难以忍受的。但是，可以利用过去的测绘成果，如公开发行的方里图或其他大比例尺街区图、规划部门批准的工程图等，并不断补充、细化来建立资料库。1)地图数字化 扫描现有的方里图或 1:500、1:1000、1:2000 等大比例尺地形图并进行配准，然后利用本系统“地形图”模块提供的功能进行矢量化处理，是快速获取大范围数字地形图的重要手段。像行政区、街道、河流等地物均可通过该方式获得。对于新增地物或小范围地物（如建筑物、小区及院内道路等），可以利用 GPS 测量一些特征点，然后利用系统提供的功能进行数字化即可。对于现行的分片管理体制，可以由每个
30、线维中心负责本辖区地形图的数据采集、维护。2)管线数据采集 对于管道、杆路而言，只需定位人井、电杆，其他基本信息需从竣工资料提取或实地调查。电杆数量很大。对于地势较平坦地区的直线杆路，可以用 GPS 只测第一个和最后一个电杆的位置，然后根据竣工资料提供的杆距等信息利用本系统“先划线后定杆”的功能快速生成杆路数据。设备定位信息取自管线。设备属性图取自竣工资料或调查结果，利用系统功能可以快速生成和维护。电缆、光缆的定位信息取自所经路由，并可自由移动。4.2 显示控制显示控制 系统运行时，资源分布图窗口叠置很多类型的资源，必须进行显示控制以突出感兴趣的资源。所以在每一类资源的菜单下，都有一个显示控制
31、功能以隐藏（非关闭）那些暂时不需要的资源。当比例尺变化时，资源形态可能发生变化，显示的内容的详细程度也会变化，并呈现出动态显示效果，均通过设置资源图层及其标注图 4 某市本地网资源分布示意图(1:3000)6 的显示视野来实现。图 4 示出某市本地网资源分布图的局部构成。5.结束语结束语 本文设计的“电信资源管理系统”(Telecom Data System,TDS)是基于 GIS 的市话电信资源可视化综合管理系统，其设计目标是在符合电信工程技术规范的前提下既能提供电信资源分布的整体信息，也能在任意需要的级别上提供各类资源的细节，并且使普通用户无须培训就能轻松完成单个或批量管线资源数据的维护工作。经过数年的研究与开发，已经取得许多重要的阶段性成果，得到电信部门的充分肯定，特别是以图形为主的操作方式，使用户倍感亲切和自如，有效地解决了图形维护难的问题。今后将继续丰富和完善系统功能，使其达到商用水平。7