通信资源管理GIS技术应用

通信资源管理GIS技术应用
1.资源管理的与GIS结合的必然性
GIS技术是一门空间数据处理技术，能处理大量的空间数据及与其相关的属性数据，这些数据的数据量巨大，具有海量特性。

目前，许多空间数据都是独立的，很少被共享，不仅导致了数据采集和存储的冗余和低效率，而且无法满足人们对于空间数据的需求。

随着GIS技术和通信网络技术的发展，很多部门和普通用户对动态、实时和远距离控制与操作空间数据等方面提出了新的要求，而且随着应用领域的不断扩大，这方面的要求将会越来越高。

而实现动态、实时和远距离控制与操作处理空间数据必须依靠GIS和通信技术的集成。

GIS技术具有全数字化、全自动化和数据标准化等特点，能够实现与各种通信设备之间的接口。

网络和通信技术在近几十年取得了飞速发展，特别是宽带网络技术、IP技术、WAP技术、数字微波、卫星数据中继技术和调频副载波技术的发展为GIS技术与之结合创造了必要的基础。

通信技术的发展趋势具有如下几个方面的特点：
（1）骨干公用通信网向分组化、大容量化发展；
（2）接入技术向数字化、宽带化、综合化和无线化化方向发展；
（3）移动通信向高码速率发展；
（4）通信终端向多媒体方向发展。

GIS技术和通信技术的发展，人们所获得的服务不再仅仅局限于语音和低速数据，而是向高速多媒体的方向发展，人们可以通过GIS技术和通信技术的集成实时传播、发布空间数据以及搜索满足一定要求的空间数据并利用这些数据进行空间分析、决策
1.1. 通信线路资源数据现状
随着电信通信事业的发展，本地通信网络线路建设规模越来越大，依靠人工处理线路资源和实行动态管理，已经越来越不能适应线路设备量大、种类多、变化快、管理复杂等特点。

目前本地网线路的数据管理主要存在以下几个方面的问题:
1.1.1.数据资料格式纷繁复杂，容易造成数据丢失
电信线路资料图纸、卡片种类较多，各类设备数量大，有的是采用纸质材料，有的采用CAD电子文件方式存储。

其管道、渠道、人手孔、杆线、电缆、交接箱、分线设备等信息全部标注在图纸上，
不仅装订或存放不便，而且经过多次翻阅折叠后图纸破损，容易造成数据丢失。

1.1.
2.纸质管理，难以快速查阅和使用
一张图纸上包含了管道、设备、建筑物等各种类型的数据，识图困难，无法根据需要分类快速查阅和进行数据的统计分析。

1.1.3.线路工程管理时效性差，无法保证数据一致性和准确性
电信线路拆除、改建、扩建工程大量增加，由于图纸修改更新难度大，周期长，时效性差，实际工作中往往采取增补新图的方法，虽然在短期内解决了时效性问题，但从长远看造成图纸量激增，增补新图之间、原图与新图之间的比例尺、图形位置及数据等都难以保持一致，无法保证数据的一致性和正确性。

1.1.4.数据的通用性差
由于识图困难，图纸间的关系又十分复杂，各部门难以利用最新的线路资料信息。

且数据的可交换性和通用性差。

1.1.5.日常维护过程，紧急情况下的应变能力差
利用图纸方式显然是难以做到迅速查阅到设备位置。

如发生外力损坏线路时，需要迅速提供因此影响到的管线地段、号线范围，影响到线路的修复和业务的恢复。

在日常维护工作中，电信部门经常要向市政管理部门提供管网占压情况，向土建施工单位提供地下管网的分布状况等。

传统的方法是将大量包含指定区域的图纸集中起来，转绘至一张图上，耗费大量的时间和精力，且难以保证及时准确。

1.2. 通信网络线路管理软件现状
1.2.1.单纯基于GIS的软件系统
GIS的软件系统支持基于城市的地理信息的线路图纸，由于城市
的地理信息管理较差，甚至有的城市没有完整的基础地形图资料，即使能够提供这些资料，买图的费用及将纸图矢量化的费用也不是所有用户能承受得起。

由于通信部门存在大量的没有地理信息的主干缆线图和配线图，它们只表示图形元素之间的逻辑关系，而单纯基于GIS的软件系统不支持
逻辑性的主干缆线图和配线图，并且，GIS的软件系统大都属于单机版软件，不能实现数据的共享，因此，无法使用。

1.2.2.CAD系统
CAD系统可以较好地实现图形的设计和管理，但是无法将数据和图形对象结合在一起，图纸的维护过程中，修改图纸，很难保证数据的准确性，因此CAD技术适合于设计阶段，而不适合于维护阶段的使用。

1.2.3.传统的MIS系统
MIS系统，可以利用数据库管理设备的有关数据，进行查询、统计等，但无法将数据与图形对象关联在一起，同样，很难保证数据的准确性和实用性。

利用Foxbase和CAD的Novell
性，其具体表现在:
1)适合单一服务器对多工作站，对于多服务器对多工作站方式不合适；
2)数据存在foxbase中，图形在CAD中，数据质量低，数据一致性、安全性、可靠性、保
密性差；
3)本模式不适应同城市多营业点的大规模业务技术处理；
4)图形功能简单，号线资料会产生不准确，配线质量差；
5)机线工程、障碍分析、布线系统、经营分析等无法与地理数据结合，无法进行可视化分
析。

1.3. 在通信网络管理中引入GIS是最佳解决问题的出路
通信行业涉及的各种信息，如网络信息、故障信息、客户信息、服务网点信息等等，绝大部分是与空间位置相关的。

相对于市政管网而言，通信管网更为复杂。

按照通信网络的业务划分可分为PSTN网、PSDN网、ISDN网、IP网、CATV网等；从通信网络的基础设施来看，有局所、管道、人井、杆路、缆线、监控/传感器、局端设备、接入设备、基站等等几十种基础设施。

同时通信管线网络的参量描述十分复杂，因此，只能以具有反映空间关系、统计、分析各种空间和属性信息能力特性的GIS为基础，开发相应的专业性软件以实现空间分析和可视化管理。

通信网络的规划和设计工作同样需要GIS的支持，如接入网规划、移动网基站规划、长途核心网规划都需要大量的空间信息和属性信息作为规划依据。

在接入网规划中，按一定的分类标准；它所需要的空间数据就有7类74种。

通信网络的运营也必须借助GIS的空间分析功能分析用户的分
布，预测用户的需求等，从而为运营决策提供依据。

改革开放20多年，特别是近10年来，中国的通信行业得到飞速的发展。

随着中国加入WTO，中国的通信运营商们面对的是越来越大的通信市场，同时也将面对越来越激烈的竞争。

为了在激烈的竞争中获得胜机，国内的运营商一方面继续扩大网络建设规模，同时更加认可网络管理系统建设在整个电信运营中的重要性。

利用计算机和信息技术手段，规范化、标准化，数字化存储、管理本地网线路资料，彻底告别手工处理方式，是解决上述问题的根本出路。

综上所述，在通信网络资源管理、规划和运营中有必要应用GIS技术。

建立一套从规划、设计、建设到日常维护的计算机辅助本地网线路管理信息系统已经成为各通信部门的当务之急。

2.GIS应用在通信网络资源管理的作用
2.1. 电子地图对资源管理的数据支持
网络资源管理系统把所有网络资源数据建立在地理信息系统之上，将网络资源的属性信息和地理位置信息紧密结合，为通信运营对网络资源（管杆、线路、局房、传输设备、移动设备、交换设备以及各类业务资源等）的管理、调度提供可靠的决策支持保证。

维护部门可在GIS资源管理系统和电子地图的支撑下，方便直观地查看各种管道、杆路、光缆、局站及其中设备等在地理位置上的分布情况，结合电子地图丰富地理信息，为线路的规划、工程核算、施工指导、故障判断等业务提供有力的依据。

下面通过资源管理系统功能结合电子地图的特点，介绍其具体作用：
2.1.1.线路规划：
电子地图的现势性直接关系到电子地图的应用，在新建小区的电子地图上，通过GIS资源管理系统直接可以规划出管道的铺设路径，如管道的长度、管井的位置及网络资源的数量等。

若新建小区没有电子地图作支撑，以上线路的规划工作则无法进行。

通过系统的GIS窗口方便查看各种管道，杆路，光缆在地理位置上的分布情况，结合电子地图的信息，为基础网络部的线路建设规划提供有力的依据，节省大量的人力、物力和设备投入，基于GIS的支撑提高了规划的真实性，并极大地提高了信息的共享，使规划、施工、竣工、维护等各个阶段的工程信息保持了连贯性。

2.1.2.工程管理：
电子地图的坐标系统是WGS 84国际经纬度坐标系统，其特点：任意的直线或折线的距离能通过其经纬度坐标换算出来。

通过基于GIS的资源管理系统的两点间的资源统计，按区域资源统计，计算路由长度，按工程名称资源统计等功能，能很方便列出各种工程的资源清单和统计数据，通过输入设备价值、工程总额等信息，能够很方便对施工单位的工程进行核算。

2.1.
3.施工指导：
通过此系统能方便查看线路的占用情况，如管道的穿缆情况，纤芯上的业务情况等，并在地图上直观的进行体现，为线缆的铺设，光缆的割接等施工提供很好的参考价值和依据。

2.1.4.故障定位及故障影响：
电子地图中包含了丰富的地理信息，如桥梁、建筑物、道路等，通过这些地理信息的实际位置，把网络资源故障地点直观的表现出来，维护人员第一时间知道故障发生的地点，便于故障维修。

能快速定位出故障点所处的地理位置，同时在电子地图进行高亮或报警显示，为保障抢修人员能第一时间准确抵达故障现场提供有力的支持。

2.1.5.资源调度：
资源调度包含了管杆通道调度、光纤通道调度、电路调度、动力调度、空间资源调度等多种资源调度功能，并提供多种策略的调度手段，能够保证资源的合理分配和管理，对生产和维护有极大的指导意义，极大地节省不必要的各类资源浪费。

3.GIS技术和通信技术的集成
3.1. 集成方式
GIS技术和通信技术可以根据不同的需要进行集成。

下面分别探讨GIS技术和通信技术集成的四种方式和原理。

3.1.1.基于Client/Server结构的WebGIS
这种结构的GIS是让客户机在其终端调用服务器上的空间数据和相应的应用程序，通信网络形成了允许客户机与服务器通信的中间件链路，是Client/Server结构的GIS的基石。

这种具有共享空间数据处理和交换的系统组成了分布式GIS计算环境。

其原理如图1所示。

这种情况的具体应用方式包括基于WAP技术的无线终端空间信息服务系统以及基于Internet/Intranet 的WebGIS。

3.1.2.GPS+通信系统+GIS
GPS是全球定位系统的简称。

这种集成方式的原理是由GPS获取空间定位信息，通过通信系统传送到GIS中进行处理和分析，它是集无线移动通信技术、计算机通信与网络技术、GPS卫星定位技术和GIS技术等多项现代高新技术为一体的一种集成方式，其目的在于对空间目标实现准确快捷的定位、跟踪和调派。

GIS在这种方式中的角色是信息处理和可视化工具。

3.1.3.RS+通信系统+GIS
RS（Remote Sensing）是遥感的简称。

这种集成方式的原理是由遥感来获取空间信息，通过通信系统传送到GIS中进行信息提取和分析。

遥感系统有星载和机载，地面由GIS对遥感图像进行处理，通过通信系统进行联系，形成机星地一体化的数据传输和应用系统。

这种集成方式的应用包括：土地资源的动态实时监测、机星地一体化应急系统、侦察卫星数据传输和应用系统等。

3.1.
4.RS+GPS+通信系统+GIS
这种集成方式是将GPS、RS、GIS有机地集起来，通过与通信技术的集成，构成整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，从而提高整个系统的自动化、实时化和智能化功效。

这种集成方式的具体应用有数字城市、智能交通和精准农业等。

上述四种集成方式中GIS的作用是进行空间数据处理和可视化，从而为决策提供依据。

通信系统是空间数据进行传输的平台，它是空间数据共享、发布、实时和动态获取的基础。

3.2. GIS技术和通信技术集成的关键问题
通信网络资源管理、规划和运营具有与其它领域不同的规律和特点，要想使GIS在该领域发挥出更大的作用，必须深入研究这些问题的规律和特点，借鉴有关理论，把GIS和其它技术整合运用。

3.2.1.建立通信网络资源GIS空间元数据标准和管理、规划和运营的模型
库和方法库
所谓空间元数据，是关于空间数据和信息资源的描述性信息。

它通过对空间数据的内容、质量、精度、版本、生命周期和其它特征进行描述说明，帮助人们有效地定位、评价、比较、获取和使用空间数据。

建立空间元数据标准，用户根据自己的需要能迅速地搜索到自己需要的空间数据。

模型库和方法库是决策支持系统的重要组成部分，它们是提高决策支持功能的关键。

建立通信网络资源空间数据库并不是最终目的，最终目的是为了应用空间数据进行空间分析，为决策提供依据。

因此有必要建立基于GIS的模型库和方法库以提高系统的决策支持功能。

3.2.2.整合GIS和其它高新技术，以满足对一些非结构化问题的求解需要
所谓非结构化问题，简单地说就是不能通过建立数学模型来解决问题。

现实世界中存在着很多非结构化问题，通信网络资源管理、规划和运营中同样存在这样的问题。

解决这样的问题，领域专家是最合适的。

因此，有必要根据领域专家的知识和经验，建立相应的知识库和推理机制，即整合GIS和专家系统来解决这些非结构化的空间复杂问题。

3.2.3.利用GIS技术，建立开放式的统一接口通信网络基础信息系统和指
挥调度系统
通信网络的管理、规划和运营需要通信网络基础信息，并且对这些信息的准确性和一致性具有较高的要求。

由于这些基础信息是由不同的部门管理，在需要这些信息时，必须分别进行调查，并且所获得的调查数据格式不统一，准确性和一致性都有一定的偏差。

因此，有必要利用GIS技术，建立全国级和区域级的通信网络资源基础信息系统和指挥调度系统，从而更加有效利用这些基础信息。

WebGIS的空间数据库是基于Internet、用于数据更新和存储的集矢量和影像数据为一体的网络数据库，以分布式基础空间数据库和元数据为主要数据源。

Internet上的安全问题一直是网络发展的核心问题之一。

分布式空间数据库必须通过防火墙技术、空间数据加密技术和数字签名技术等来保证对空间数据使用的合法性和安全性。

3.2.
4.空间数据的压缩和解压缩问题
GIS技术、通信技术以及其它技术的集成面临着多源数据的处理问题，空间数据的海量特性必然
带来数据传输和存储问题，庞大的数据量即使是宽带通信网络，也不能使空间数据以多种比例尺任意漫游，因此空间数据的压缩就成为GIS技术和通信网络技术集成的关键问题。

对于空间数据的压缩问题，必须研究压缩和解压缩速度、压缩比和压缩质量最优条件下的压缩技术。

目前，运用小波理论和分形理论对空间数据压缩研究较多。

因为网络资源管理、规划和运营中的很多问题和优化有关系，所以借鉴现代优化中的有关理论和方法，为通信网络资源管理、规划和运营提供优选方案具有非常重要的意义。

3.2.5.基于WAP技术的空间数据浏览
WAP（无线应用协议）是关于移动数据通信的协议，其目的在于实现无线移动用户以交互方式获得Inernet上的信息和服务，并且能适用于各种无线承载网络和终端设备。

由于无线网络的带宽限制、网络环境不稳定，基于WAP的空间数据浏览更为困难。

根据这种情况，技术研究的重点应放在服务器端，以尽量减少客户端的负荷。

因此，服务器端的数据组织模型是WAP浏览的关键技术。

3.3. GIS在通信行业中的主要应用方面和应用层面分析
GIS目前已经应用于通信行业很多领域，其主要应用方面有：拓展市场和销售、客户管理、网络规划、管理和维护、施工决策、资产管理、障碍分析、用户需求预测、配线配号、用户管理、竞争分析、增值服务、场点设计和移动通信管理。

3.3.1.GIS在通信行业中的应用按照功能可以分为三个层次
3.3.1.1. 对多源数据的可视化管理
其特点是按照GIS的空间数据结构来组织通信网络资源数据，构建通信网络资源的空间数据库和属性数据库；
3.3.1.2. 建立专业化的GIS来解决结构化较强的通信网络管理和规划问题。

其特点是通过构建基于GIS的通信网络管理和规划的数学模型，从而为这些问题的管理和规划进行决策；
3.3.1.3. 建立专家GIS全方位解决通信网络管理和规划问题
其特点是专家GIS不仅能够解决管理和规划中的结构化问题，而且也能解决复杂的非结构化问题。

目前， GIS在通信行业中应用的多是集中在第一个层次上，对于第二个层次研究正逐步深入。

综合国内外情况可以看出，GIS在通信行业中的应用已经相当广泛，但是其应用深度还远远不够。

3.3.2.GIS在通信行业应用中能提供的功能主要包括两个方面
一是通信网络资源的可视化管理，二是简单的辅助设计。

网络资源的可视化管理主要包括以下功能：
1)编辑功能：通信网络实体的图形和属性的编辑功能；
2)查询功能：通信网络实体的图形和属性的双向综合查询以及其它查询功能；
3)统计分析功能：对通信网络实体按照指定的方法进行统计、分析，以直观的表格或直方图、
饼状图等方式把结果显示出来；
4)定位功能：包括坐标定位、无极缩放、漫游、属性定位、连续定位和故障点定位的功能；
5)管线资源的出租管理功能。

3.3.3.通信网络的简单辅助规划设计功能主要包括：
1)简单初步的规划设计功能：例如两点之间的最短路径计算等；
2)方案评价：依据一些指标对规划方案的简单分析评价。

从GIS在通信领域中的应用所依托的理论上看，目前还主要是依托数据库理论、计算机制图理论和一些简单最优化理论以及几种常用的空间分析模型，如缓冲区分析、包含分析、邻接分析、叠置分析等。

但仅仅这些，对于通信领域中的很多复杂问题来讲是远远不够的。