（机械设计及理论专业论文）通信线路巡检的关键技术研究及系统实现.pdf

摘要 浙江大学硕士学位论文 摘要 开发通信线路巡检系统对提高线路巡捡的管理水平和效率具有重要的意义。 本文建立了面向对象的巡检数据模型，提出了基于知识的巡检计划的自动生成方 法，解决了统计数据与空间地理信息及属性信息的可视化，实现了巡检系统分布 式网络数据库的集成及w e b 与g i s 的集成。怖文的研究成果得到了实际应用。 j 第一章，介绍了巡检系统相关技术的研究现状，分析了通信线路巡检系统中 存在的问题与不足，阐述了本文的研究内容与总体框架。 第二章，在对已有巡检数据模型分析的基础上，运用面向对象基本思想和建 模技术，提出了面向对象的巡检数据模型，建立了巡检概念模型，定义了抽象数 据类型，对巡检基本对象、关联对象用类的方式进行了描述，并用巡检类图表示 类之间的关系，分析了面向对象巡检数据模型的特点。 第三章，给出了巡检知识三层表示及b n f 表示，通过获取巡检知识，并对 知识实施有效的组织和管理，建立了巡检知识库；给出了巡检计划的推理机制、 层次推理方法、推理规则、推理流程：在已建立的巡检知识库的基础上，运用巡 检知识的推理实现了巡检计划自动生成。 第四章，分析线路巡检管理对可视化的需求，给出了巡检可视化的内容，分 别从统计数据可视化、空间地理信息可视化及属性数据查询可视化三个方面对巡 检可视化进行了实现。 第五章，从线路巡检对系统集成的需要出发，对系统集成中的分布式网络数 据库的集成和w e b 与g i s 的集成进行了研究，实现了基于b s 模式的系统集成， 并给出了系统的应用实例。 、 j最后，对本文的研究工作进行总结与展望。k 关键词：线路巡检i 面向对象? 巡检计划j 视化，e b ，g i s 浙江大学硕。l 学位论文 a b s t r a c t d e v e l o p i n gt h el o c ( 1 i n eo fc o m m u n i c a t i o n ) p a t r o ls y s t e mc a ng r e a t l yi m p r o v e t h e m a n a g e m e n t a n d e f f i c i e n c y o f p a t r o l l i n g l o c t h i s p a p e r c o n s t r u c t st h e o b j e c t o r i e n t e dp a t r o ld a t am o d e l ，p r e s e n t st h ek n o w l e d g e - b a s e dm e t h o do fm a k i n g p a t r o l s c h e m ea u t o m a t i c a l l y , r e s o l v e st h ev i s u a l i z a t i o ni ns t a t i s t i cd a t aa n ds p a t i a l g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o na n da t t r i b u t ei n f o r m a t i o n ，r e a l i z e st h ei n t e g r a t i o na m o n g d i s t r i b u t e dn e t w o r kd a t a b a s e so f p a t r o li n f o r m a t i o na n dt h ei n t e g r a t i o nb e t w e e nw e b a n dg i s t h er e s e a r c hr e s u l t sh a v eb e e n a p p l i e d t op r a c t i c e c h a p e ri t h er e s e a r c hs t a t u so fr e l a t i v e t e c h n o l o g i e so ft h ep a t r o ls y s t e mi s f i r s t l yi n t r o d u c e d ，t h e nt h ep r o b l e m sa n ds h o r t c o m i n g se x i s t e di nt h ep a t r o ls y s t e m o f l o ca r ea n a l y s e d ，f i n a l l yt h er e s e a r c hc o n t e n t sa r ee x p e n d e d ，w i t hw h i c hf o l l o w e da b r i e fi n t r o d u c t i o nt ot h ed i s s e r t a t i o n sa r c h i t e c t u r e c h a p t e ri i b a s e do nt h ea n a l y s i so fa v a i l a b l ep a t r o ld a t am o d e l s ，t h ep r i m a r y o b j e c t o r i e n t e dt h o u g h t sa n dm o d e l i n gt e c h n i q u e sa r eu s e dt ob u i l dt h ep a t r o l d a t a m o d e l a c o n c e p t u a lm o d e li np a t r o l l i n g1 0 ci sc o n s t r u c t e d a b s t r a c tc l a s si sd e f i n e d b a s i co b j e c t sa n da s s o c i a t eo b j e c t si nl o c p a t r o la r ei l l u s t r a t e di nt h ef o r mo f c l a s s r e l a t i o n so ft h e s eo b j e c t sa r ef i g u r e do u ti nc l a s sd i a g r a m t h ec h a r a c t e r i s t i co f o b j e c t o r i e n t e dp a t r o ld a t am o d e l i ss u m m a r i z e d c h a p t e ri i ic l a s s i f yt h ep a t r o lk n o w l e d g ei n t ot h r e el e v e l s a n dr e p r e s e n tt h e m i n b n fm o d e c o n s t r u c tt h eb a s eo fp a t r o l k n o w l e d g ew i t h t h e a c q u i r e dp a t r o l k n o w l e d g ea n d e f f e c t i v em a n a g e m e n ta n do r g a n i z a t i o nf o rt h ek n o w l e d g e r e a s o n i n g m e c h a n i s m ，r u l e s ，l e v e lr e a s o nm e t h o d ，r e a s o np r o c e s s ，a r ea 1 1d i s c u s s e di nd e t a i l b a s e do nt h ec o n s t r u c t e dp a t r o lk n o w l e d g eb a s e 。u s et h er e a s o n i n gm e c h a n i s mo f p a t r o lk n o w l e d g e t or e a l i z et h ea u t og e n e r a t i o no f p a t r o ls c h e m e c h a p t e ri v a f t e ra n a l y s et h er e q u i r e m e n to fv i s u a l i z a t i o ni np a t r o lm a n a g e m e n t ， g e ta l l t h r e ec o n t e n t so fv i s u a l i z a t i o ni np a t r 0 1 t h e nd i s c u s st h ev i s u a l i z a t i o ni n s t a t i s t i cd a t a ，s p a t i a lg e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o na n dt h eq u e r yo f a t t r i b u t ed a t a c h a p t e rv t h e i n t e g r a t i o na m o n g d i s t r i b u t e dn e t w o r kd a t a b a s ea n db e t w e e nw e b a n dg i sa r er e s e a r c h e db e c a u s eo ft h er e q u i r e m e n t ，t h eb s b a s e di n t e g r a t e ds y s t e m i sr e a l i z e da n dt h ea p p l i c a t i o ne x a m p l e so f t h i ss y s t e ma r eg i v e n t h er e m a i n d e ro ft h i sd i s s e r t a t i o ns u m m a r i z e st h er e s e a r c hw o r ka n dg i v e st h e f u t u r ew o r ko ft h i sr e s e a r c h k e y w o r d s ：l o cp a t r o l ，o b j e c t o r i e n t e d ，p a t r o ls c h e m e ，v i s u a l i z a t i o n ，w e b ，g i s 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 【本章摘要】本章首先给出了课题的研究背景和意义；对巡检系统相关 技术的研究现状进行了介绍；分析了通信线路巡检系统中存在的一些问题和 不足；阐述了本文的研究内容与总体结构。 1 1 课题的提出 近年来，我国的通信事业得到了突飞猛进的发展，通信网络也越来越庞大 复杂，长途电信传输作为整个网络的基础支撑，是通信中必不可少的重要一环。 随着通信建设的飞速发展，光纤通信已经成为通信传输尤其是长途通信传 输的主要手段。近1 0 年来，我国光通信工程建设异常迅速，且其发展势头仍有 增强的趋势。仅浙江省而言，这几年已建成光纤线路达数万公里，其行业分布 也十分广泛。系统开放也从早期的1 4 0 m b 发展到目前的1 0 g b 甚至更高的速率。 在通信迅速发展、网络容量日益扩大的同时，光纤线路安全稳定的问题受 到人们格外的重视。由于光纤光缆的先天脆弱性，极易遭受外力侵害而造成通 信阻断。一旦光缆发生阻断，就会造成重大的经济损失，甚至引起重大政治影 响。据电信部门统计，外力造成的线路阻断占整个通信阻断的8 5 以上，可见 保护光缆线路安全，减少线障发生乃是保障通信安全与畅通的主要任务。 光缆线路的安全和畅通与否，在一定意义上讲，主要取决于线路日常维护 管理和线障预防水平。而传统的线路日常维护及管理，主要靠派驻员对线路进 行巡回检查，发现问题即用书信或电话进行； v t l ，并根据上级的电话或书信进 行处理。维护工作明显缺乏时效性，管理工作缺乏真实感。往往容易造成处理 时间上的延误，上下职责难以明确，关系产生矛盾，工作效率低下，线障及损 失就可能增加。因此采用科学有效的管理方法，促进巡检制度的落实，在巡检 中及时发现问题，预防各类阻断是长途通信网维护管理工作中的重中之重。 因此，摆在我们面前一个非常迫切的问题，就是如何利用计算机技术来管 理和维护我们的基础网，实现对长途电信传输线路的合理分配及运行维护的管 理，进一步提高长途传输线路的管理能力和管理层次。 信息与计算机技术结合在线路维护管理中的应用，欧、美国家已经比较广 泛。在国内该项应用正是起步阶段，在线路信息钮的安装、维护等方面的问题 没有很好解决，增大了系统投资和维护工作量。特别是，应用管理软件的开发 滞后，对采集的数据只用于进行简单的查询功能，没有为管理层的科学、量化 管理提供辅助功能。因此，面向已经来临的二十一世纪，信息传输无处不在、 无时不在，通信线路的巡检管理将具有特别重要的意义。 “通信线路巡检系统”是浙江省科技发展计划项目( 项目编号0 0 1 1 0 1 0 6 3 ) 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 该项目由浙江大学工程及计算机图学研究所承担。项目内容包括硬件与软件两 部分，硬件部分由信息钮、采集器、通信座组成；软件部分又分c i s 模式与b s 模式两部分。2 0 0 2 年3 月完成了基于c s 模式的“通信线路巡检集成系统”项 目鉴定。本文在此基础上，进一步对软件系统中b s 模式下的巡检计划生成、 巡检可视化及系统集成工作进行了研究。 1 2 巡检系统及相关技术的研究现状 巡检系统方丽的研究与应用在国内虽然起步较晚，但i i ：l 于线路巡检工作 对线路巡检系统的迫切需要，目前，结合已有技术及应用环境，已经研制并开 发了一些线路巡检管理系统并在具体的应用中发挥了一定的作用。巡检系统的 建立主要考虑数据采集、数据传输、数据处理等几个办而，综合采用各种先进 的软、硬件技术完成系统的设计、集成与运用。 目前已经丌发使用的线路巡检管理系统中，具代表忡的丰要有：由天津市 长途电信线务局和天津先达条码公司共同研i t i i l j l ：发的“t l i m - 1 长途线路巡检 管理系统”。由天津市长宇通信开发公司研制的“长途线路巡检计算机管 理系统” 9 2 1 。由天津邮电设计院设计的“长途线路巡检管理系统” 9 3 j 。由 广西长途电信线务局刘雪山提出建立的“长途光缆线路综合维护管理系统” j 蚓。山东光科光纤通信科技开发中心研制丌发的“p f i | 光缆线路巡检系统” 1 9 7 1 以上巡检系统。采用不同的硬件、软件或系统集成技术。分别在只读信息 钮、信息钮识读器、通信座的研制与开发，系统的组成以及管理软件的主要 功能模块的实现等方面，各具特色，都表现出了一定的适用性，在各自的应用 环境中取得了较好的应用效果。 纵观巡检系统的研制、开发与应用，我们不难发现，巡检系统的实用性、 通用化、可行性，在很大程度上受当时各种软、硬件= j l ：发技术的制约，其中， 尤以巡检信息采集技术的发展、计算机通信技术的发展表现得最为明显。 线路巡检中的信息采集，目前国内外主要采用的技术有条码技术、g p s 技 术、信息钮技术和射频技术等【】。条码技术需将包线员途经光缆的重要之处安 装上具有不同编码的条码标识巡检时用手持激光条鹏数据采集器对条码进行 识读，并用条码采集器内的应用软件记录时间；g p s 技术应用于长途线路巡检 系统时。每个包线员需配置手持g p s 接收机，处理c | 心的g p s 接收装置实时 接收各包线员位置信息进行存储、分析及处理；信息钮技术应用于长途线路巡 检系统时，将具有不同编号的信息钮沿光缆重要地段安放包线员在巡检时， 将所携带的信息钮识读器对信息钮中的数据进行读取，然后再将数据传送至计 算机中进行分析处理：射频技术利用逻辑芯片和接收线圈采用非接触方式读 写数据，其工作性能与信息钮基本相同，同属自动识刖技术。上述线路巡检的 信息采集技术由于在安装、精度、可靠性、易操作性、r 常维护、存储量、安 全性等方面存在着差异，决定了巡检所采用的信息采鬃技术，目前，采用信息 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 钮技术是光缆巡检的最佳解决方案。 从现有的文献资料来看。通信线路巡检管理具有较强的领域性、行业性。巡 检管理系统的研究与开发所涉及的相关技术相当广泛，目f j ，它们各自的发展与 应用研究也在不断地深入，主要包括g i s 技术、专家系统技术、可视化技术、 数据库技术等等。把这些先进的技术应用到通信线路巡检t 作中，不仅拓宽了这 些技术的应用领域，更重要的是能够极大地提高线路巡捡工作的效率和管理水 平。 1 2 1 巡检系统与g i s 技术的结合 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m 简称g i s ) 是一项以计算机为 基础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了- - f - j 交叉性、边 缘性的学科1 2 9 i 【4 5 1 。在计算机软硬件支持下，它可以对审问数据按地理坐标或空 间位置进行各种处理，对数据进行有效管理，研究各种空间实体及相互关系。 通过对多因素的综合分析，它可以迅速地获取满足应用需要的信息，并能以地 图、图形或数据的形式表示处理的结果。 尽管现存的地理信息系统软件很多，但对于它的研究应用，归纳起来有二 种：一是利用g i s 系统来处理用户的数据：二是存g i s 的基础上，利用它的开 发函数库二次开发出用户的专用的地理信息系统软件i j 。hf ； 己成功地应用到 了包括资源管理、自动制图、设施管理、城市和区域的舰划、人口和商业管理、 交通运输、石油和天然气、教育、军事等九大类别的一百多个领域。在美国及 发达国家，地理信息系统的应用遍及环境保护、资源保护、灾害预测、投资评 价、城市规划建设、政府管理等众多领域。近年来随我圈经济建设的迅速发 展，加速了地理信息系统应用的进程，在城市规划管理、交通运输、测绘、环 保、农业、制图等领域发挥了重要的作用，取得了良好的经济效益和社会效益。 运用g i s 系统，可以建立起专题信息系统和区域信息系统。专题信息系统 如水资源管理信息系统、矿产资源信息系统、草场资源信息系统、水土流失信 息系统和上海长途电信局g i s 系统等等。这类信息系统具有有限目标和专业特 点，系统数据项的选择和操作功能是为特定的专门目的服务。区域信息系统如 加拿大国家信息系统、美国o a k r i d g e 地区模式信息系统等等。这类信息系统主 要以区域综合研究和全面的信息服务为目标，可以仃f i 同的规模，其特点是数 据项多，功能齐全通常具有较强的开放性。 g i s 的核心是地理数据库，地理数据库需要存储、管理、查询那些具有空 间定位特征、属性特征、空间关系和时间特征的地理数据。地理数据的空间特 征，使得地理数据模型错综复杂，也是区别于通用数据j 牟系统的主要标志。 地理数据模型是地理实体及其关系的形式化拙象和数学描述，其目的是揭 示地理实体或地理空间的本质属性，并对它进行抽象化，使之转化为计算机能 识别、处理和存储的数据。一个地理数据模型可能由多种数据结构来实现。 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 目前，研究的重点放在对地理空间概念的认知和表达以及应用通用数据库 对地理空间数据进行组织、存储和管理两个方面。在表达地理空间概念方面， 提出了栅格数据模型、矢量数据模型、矢量一栅格- 体化模型1 3 d 2 1 1 4 9 5 4 】【5 9 】【6 1 1 。 在应用通用数据库方面，形成了混合数据模型、集成数抛模型、面向对象数据 模型。对数据模型的研究经历了相当长的时间，但由于现实世界事物存在的多 样性、复杂性和动态性等特点，很难用某种或某几种数据模型来完全表达，只 能针对具体的应用构造适合的模型。根据地理空间数掘结构的发展和o i s 应用 领域的不断扩展，相继提出了许多新的数据模型如基于特征的数据模型、超 图空间数据模型、时空一体化数据模型和四维时空数据模型等佯。 文献【5 6 1 根据传统g i s 的不足，结合g i s 发展的趋势，沧证了用o o 技术开 发g i s 、建立o o g i s 数据模型的意义和方法，探讨了o o 技术在g i s 中的一些 应用问题。 文献【5 9 1 通过对特征概念的描述，探讨了特征g i s 空问数据模型的特征语义 和应用，并初步研究了利用面向对象方法对特征g i s 数据模型的实现，认为特 征g i s 模型相对于传统的基于图层的地理关系模型，具有更好的完备性和适应 性。 文献1 6 0 l 通过分析交通网络特性，提 | j 了一种适合城1 1 t 交通网络数据表达与 操作、基于完整交通特征的g i s 数据模型，以弥补传统肚于弧段一节点的g i s 数据模型在城市交通网络建模中的不足，并存此基础h 辱传统的交通网络平面 图表达模式升华到非平面模式，设计了基于特征的交通网络非平面数据模型的 概念建模与逻辑建模方法，为相应的数据结构与数据库。史现奠定了基础。 文献【6 。i 认为复杂地物是地理信息系统中经常涉及剑的“种地物类型。传统 的关系数据模型在处理这类数据时存在着许多不足。重点介绍如何利用面向对 象的基本工具和技术建立一个有效的面向对象的空间数据模型，以便于对复杂 地物进行指定、组织和管理。 目前，g i s 系统的专业开发方法有以下几个类别：a ) 集成式o i s ；b ) 模 块化g i s ；c ) 组件式g i s ；d ) w e b o l s 。尤其是随着组什技术和i n t e r n e t 网络 技术的兴起，使组件式g i s 和w 曲g i s 的开发与成羽研究得到前所未有的发展 1 3 6 1 1 3 8 1 。 文献”1 对g i s 技术体系的发展、传统g i s 二次丌发平台的缺陷、c o m g i s 的特点、基于c o m g i s 集成开发电子地图应用系统等方面进行了探讨，介绍了 c o m g i s 软件所依赖的技术基础组件技术。指j | ；c o m o i s 是g i s 软件发展 的潮流，为发展我国的g i s 软件产业带来了新的机遇。 文献f 2 8 j 认为随着空间信息技术和网络技术融合。形成了一个基于i n t e m e t 的w e b g i s 热门研究课题。分析了互联网信息时代的w e b g i s 的几种实现方案， 比较了其优缺点；提出了在微软公司的w i n d o w sd n a ( d i s t r i b u t e di n t e r a c t a p p l i c a t i o n ) 环境下的基于d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 技术 第一章绪论 浙江大学顽士学位论文 的三层结构的w e b g i s 的系统设计与实现方案。 文献嘲在讨论w e b g i s 技术特点的基础上，提出了种基于a e t i v e x 的 w e b g i s 技术方案。该方案是一种组件化的g i s 系统方案，利用a d o r d s 通 过h t t p 协议进行空间数据访问，系统建立在单的h t t p 【办议上，较好地实 现了w w w 与g i s 的集成。 通过以上对g i s 数据模型的深入研究使得g i s 在客观描述和表达现实世界 空间地理信息方面的能力不断增强，尤其是面向对象思想的引入。使它对地理 空间信息的描述更加接近人们对现实地理空间的认知和表达。同时，组件式开 发技术和w e b g i s 的发展使g i s 的应用不断拓展，应用的丌发更加方便、高效。 目前，把g i s 技术结合到巡检系统中进行应用在文献一中已有论述，但总体来 说，g i s 对空间地理信息处理方面的优势还远未得到充分发挥。 1 2 2 巡检系统与专家系统技术的结合 专家系统是人丁二智能领域的一个重要分支，是一个具有大量专门知识的程 序系统，它应用人工智能技术，根据一个或多个人类专家提供的特殊领域知识， 模拟人类专家的推理来解决那些需要人类专家解决的复杂问题旧1 。专家系统的 出现和它的迅速发展使人工智能的理论和技术渗透到了社会的许多领域。 一个专家系统的组成，通常可以分为两个部分：知识库、推理机。知识库 要以便于使用的方式存储为完成任务所需要的各种知u 集合，包括常识的、书 本的和经验的。推理机是一个控制机构，根据待处理的对象来决定用哪些知识， 并运用知识进行推理，解决用户对系统提出的特定问题。专家系统的性能取决 于知识库中的知识质量( 结构、完备性、有效性、一致性) 以及使用知识的方 式( 推理等) 。 目前，对专家系统的应用研究主要集中在适于特定应用的知识库和推理机 的构建上。在知识库系统中，知识表示、知识结构、知以获取和知识利用是四 个主要的关键问题 推理机推理规则的研究有正向推倒、反向推理、混合推理、 模糊推理、人工神经网络等等，需要根据具体的专家知以来选择合适、高效的 推理规则。 文献i 删在分析了传统的知识表示方法基础上，着重探讨了面向对象的知识 表示的方法、特点、推理及程序实现问题。 文献【舶l 介绍了地理专家系统的知识表示和知识库组织的基本原理和方法。 并以水土保持专家系统为例，阐述了水土保持专家知以的分类分级方法，以及 在水土保持专家系统中知识表示的基本规划和知识库| _ i 家知识的组织方式。 在知识获取机构中，系统提供了以辅助编辑手段为主自然语言理解为辅的人 机交互界面，从而简化了专家知识的录入过程，提高了系统的工作效率。 文献【6 川以在m m 系列微机上用宏l i s p 语苦研制f 内“叉车整机稳定性专家 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 系统研究”为基础，阐述了专家系统中如何进行知识表达和知识库管理的问题， 它以产生式规则和框架结构来进行专家知识的表达和系统基本数据知识的存 取，并建立几个基本函数，进行框架结构的访问和知谚 库模块的管理。 从文献中介绍的专家系统在多种领域的应用可以看 | ；，利用建立的专家知 识库模拟人类专家的思维进行推理并作出正确的决策，在现实中的应用异常活 跃。目前，把专家系统与巡检系统结合用以指导巡检系统作出正确决策方面的 研究还不多，但如何评定巡检系统中存在的许多非结构性因素在制订巡检计划 中所起的作用的大小，是迫切需要解决的问题，从而使专家系统在解决此类问 题中的优势得以凸现。因此，值得在巡检系统与专家系统技术的结合方面作些 有益的探索。 1 2 3 巡检系统与可视化技术的结合 可视化( v i s u a l i z a t i o n i ns c i e n t i f i cc o m p u t i n g ) ，最早足1 9 8 7 年在美国自然科 学基金会发表的一份报告中提出的。该报告给科学计算可视化下了这样一个定 义，即“可视化是一种计算方法它将符号或数抛转换为直观的几何图形，便 于研究人员观察其模拟和计算过程” 6 5 1 1 9 8 1 。可视化包括了图像综合，这就是 说，可视化是用来解释输入到计算机中的图像数据，并从复杂的多维数据中生 成图像的一种工具。可见，可视化的最初出现是侧重于复杂数据的计算机图形 处理与表达的。 近年来，国内外各大学、研究机构都对科学计算可视化技术作了深入的研 究，其核心是三维空间数据场的可视化，其成果已应月j 到多个领域。当前，可 视化技术发展的一个重要趋势是由科学计算可视化扩展到信息可视化。由于计 算机在各个领域的广泛使用，每日每时都在产生希大量的数据和信息，计算机 网络技术的发展( 特别是i n t e m e t 的发展) ，又为人们提供了通过网络快速查询、 检索数据和信息的可能性。但是。与科学计算可视化处理的三维空间数据场不 同，信息可视化面对的是非空间数据，具有维数高、数据量人、动态变化的特 点，难以用科学计算可视化的技术来显示非空间的信息。信息可视化研究的目 的不仅是如何显示高级、大量及动态变化的数据及其相互之问的关系，而且要 采用可视化技术来改善人机交互界面以利于信息检索过程的进行。 随着可视化技术研究及应用的深入，可视化所包含的含义也越来越广泛， 远远超出了原来科学计算可视化的范围。其中有几个主要的应用研究方向，包 括：界面可视化、数据可视化、信息可视化等等，可视化模型、可视化的实现 技术也得到了巨大发展。 文献【删认为：在管理信息系统中，如何将复杂的管理信息用直观、形象的 方式显示出来，足当前可视化技术应用的重要领域。初步尝试用不同形状的实 体表示各种相互问有信息流动的数值的大小、类别以及相互问的数据流动关系， 并已实现了管道模型和板条模型，可以用来表示诸如! i ! = j 务计划中资金或资源调 6 第一章绪论浙江大学硕士学位论文 度中资源的流动和变化等情况。介绍了这两个可视化模型的具体设计方案及系 统结构等。 文献 6 i 认为可视化技术是计界机科学和技术的结晶，是一个新兴的研究领 域。简单介绍了可视化技术的发展背景，阐述了程序可视化、数据可视化、操 作环境可视化等研究内容及其应用。 文献【6 6 】提到可视化是在数字化的背景中产生的，其作用是在人机交互的情 况下发挥人脑的形象思维功能。地图本身就是可视化的产品，并在发展过程中 形成了一系列的理论与方法。这些都自然地会成为地理空间数据可视化技术的 基础，地图学也因可视化方法的提出而获得新的动力，g i s 也因可视化的支持 而为研究者提供了促使逻辑思维与形象思维相结合的认知工具。 文献【67 j 通过对w e b 开发技术和a c t i v e x 技术的分析，结合个具体的应用 实例提供了一种快速直观地实现w e b 服务中的统计图形动态生成的方法。 文献介绍了空间o l e a c t i v e x 控件的意义及基本概念。探讨了该类控件 的实现方法，建立了基于m a p l n f o 软件的空间控件。并在其他应用软件环境中 成功地实现了对该控件的调用与图形操作。 可视化技术优越性的不断体现，使得它与巡检系统的结合异常紧密，可视 化的实现和开发技术也越来越丰富多样。目前，界面可视化、数据可视化等可 视化技术在巡检系统中得到了广泛应用。 1 2 4 巡检系统与数据库技术的结合 数据库是数据管理的最新技术，具有强大的数据存储和管理能力，并且能 动态地进行数据输入和输出。数据库已由第一代的层次型、网络型数据库，第 二代的关系型数据库发展到今天以面向对象为主要模型的数据库，即第三代数 据库。数据库技术和网络通信技术、面向对象编程技术、并行计算机技术、人 工智能技术相互融合、相互渗透，促进了数据库技术的广泛应用。 传统的集中式数据库将数据存储于单个计算机上，而分布式数据库则是数 据库技术与计算机网络技术相结合的产物，它是将数据分布于一个计算机网络 的各个计算机内，网络的每个节点具有独立的处理能力，并且具有执行局部应 用的能力。它具有以下特点：既能对数据进行全局管理，又能使各节点自主管 理本节点数据；数据具有独立性且分布透明；增大了数据的容量：提高了数据 的可靠性与可用度；改善了系统的性能和并行处理能力。s y s b a s e 数据库是当前 应用最广泛的分布式系统之一。 关系数据库管理系统具有坚实的理论基础，可满足许多应用。由于c a d 、 c a m 、c a p p 、c i m s 等领域存在复杂对象的定义，新的数据类型的定义和处理， 系统模式的定义和修改，对大型对象的存储和操作，定义新的存储方法等诸多 问题。这些并不是依靠传统数据库技术所能解决的，因而人们将面向对象的方 第一章绪论浙江大学硕士学位论文 法引入数据库领域而形成了面向对象数据库管理系统( o o d b m s ) 。它的总目标 是把数据库技术和面向对象技术集成在同一个系统h 使0 0 d b m s 首先是一 个数据库系统，即系统具备数据库系统的处理能力，其次义是一个面向对象的 系统，即包含对象的概念、方法和技术。与传统的数据库相比，0 0 d b m s 在复 杂系统的模拟、表达和处理能力等方面具有优势，不足之处是理论技术还相当 不成熟、不够完善。但随着数据库技术和面向埘象技术的不断发展和完善， 0 0 d b m s 必将得到广泛应用。 多媒体技术是计算机技术、影像技术和通信技术桐结合的产物，多媒体数 据具有类型复杂、信息量大、实时性、分布性和交互性等待点。随着i n t e m e t 的发展，人们越来越依赖于从网上获取多媒体信息作为自己的数据源。因此出 现了将多媒体技术与数据库技术有机结合而形成的多媒体数据库管理系统。多 媒体数据库需要将数据对象表示的固有特性映射成相应的表示形式，应能处理 数据对象的各种表达形式，它包括数据对象、数据对象的说明以及与对象相关 联的方法3 个基本成分。 随着i n t e m e t 的兴起，电子文档、图片、视频、空信息、i n t e m e t w e b 等的应用如潮水般涌入i t 行业。使人们可以通过网络获得大量信息，这些信息 来自各种数据库。w e b 与现有数据库的结合技术关键魁_ = fw e b 浏览器界面存取 数据库内部的数据，接口为其关键技术。w e b 网与数据库技术的统一成为一个 新的研究课题。 文献【6 别分析了网络数据库应用技术，讨论了w e b 数掘庠数据存取的各种模 式，提出了一种基于b s 结构的w e b 数据库技术。 文献【7 叫在w w w 上存取w 曲数据库的三种典型的办法：j a v a a p p l e t 、c g i 、 a s p 方法，及它们相应的程序示例，并阐述了各种方法的特点。 文献【7 1 1 分析比较了j d b c 、c g i 、 s a p i 等w e b 数据库开发方案的优缺点， 针对几种方法存在的问题提出了一种基于a s p 的新的w e b 数据库开发方案， 并实现了一个基于a s p 和w e b 数据库技术的服务器应用程序。 文献【72 j 针对传统w 曲数据库三层体系结构不足，综合b w 系统与c s 系 统的优点，提出了一种新的w e b 数据库系统的b w d c 四层体系结构，并给 出了对于四层体系结构在物理上的精简实现。 数据库技术与网络技术、多媒体技术等的相玎渗透与融合，为数据库解决 各类型的应用提供了基础，各种数据库体系结构、访问技术以出不穷，为巡检 系统数据的存储、管理和访问提供了高效的解决方法。可以说，没有数据库的 支持，巡检系统根本无法发挥它在巡检管理中的作用。 1 3 巡检系统分析 随着巡检相关技术的不断发展和应用研究的f i 断深入以及计算机技术的 快速发展，推动了通信线路巡检系统向着更加通用化、智能化、可视化、集成 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 化的方向发展。目前巡检系统的研究与应用正在进行弗取得了一定的进展，一 些实用的线路巡检管理系统的研制、开发和使用，使得通信线路巡检管理工作 逐步摆脱了落后的传统方式，在很大程度上提高了线路巡检工作及管理的质量 和效率。线路巡检系统的开发涉及的问题比较复杂，不仅受已有硬件开发技术 的制约，跟软件技术的发展和应用也息息相关。h j 已有的线路巡检管理系统， 还远远不能满足线路巡检工作科学、高效管理的需要，对现有的巡检系统还存 在诸多有待进一步研究和解决的问题。 1 。3 1 巡检空间数据与属性数据的一体化描述问题 模型是对客观事物的简化反映和抽象，是为了发现和了解客观事物的本质 属性和基本规律，但与被模仿对象完全相同的模型是没有的，假设做到毫无差 别，模型也就失去了意义。因此，我们不能期望模型的结果能描述对象的一切 方面。但是模型可以反复使用，可以改变建模参数拙述择种可能的情况，特别 是给使用者提供一个排除各种“噪音”的理想的形式结构以便更快地理清思 路，获得知识。这些优点使得利用模型柬研究对象的模型法成为科学研究的一 种基本方法。 模型是对系统抽象的一种书面描述，由于模型忽略了系统非本质的属性 所以易于理解和操纵，模型可以用某种数学公式表示，也可以使用图形甚至文 字来表示。模型在系统用户与计算机系统之间建立了沟通的渠道。 巡检系统功能的实现涉及到对大量复杂可变的巡榆数据信息的处理，一方 面巡检数据包含信息种类多，有空间信息、属性信息、时念信息等1 另一方面 对巡检数据的处理也多样，不仅包括增、删、改操作，还有信息的关联查询等。 因此，设计线路巡检管理系统的一个关键问题是要对需要进行管理的数据 信息进行有效组织、存储、管理，即建立描述线路巡枪管理问题的可靠的数据 模型。巡检数据模型建立的好坏，直接决定了整个巡检系统的成败。近年来， 计算机性能的大幅提高为高效、快速地处理大量数据信息提供了强有力的支持。 但现实系统巡检数据不仅量大，而且包含的数据信息类型丰富多样，对数据可 扩展性、可维护性有更高的要求。因此，对巡检数据进行分析并探讨适于巡检 系统功能实现和巡检数据描述的数据模型，这是首先需要解决的问题。 传统数据模型表达和处理的是结构化的数据，如字符、数值等，使用关系 数据模型技术就很容易进行建模。巡检数据的一个很讴要的特点是数据的空间 特征，包括空间地理位置特征和空间关系特征，也就是山于数据的空间特性的 复杂性，使得传统的层次、网状、关系数据模型在巡榆数据抽象和巡检语义表 达方面存在不可避免的缺陷。对巡检系统数据模型的研究在如何更好、更客观 地描述现实巡检数据信息以利于计算机描述、表达和实现等方面还难以达到令 人满意的地步。 9 第一章绪论浙江大学硕士学位论文 1 3 2 巡检计划的制订与管理问题 巡检计划的制订、发布和实施是线路巡检工作的重点内容。由于线路巡检 计划的制订过程中，要考虑的因素繁多，不但要结合巡检的实际，而且往往还 要运用已经掌握的巡检经验来辅助决定巡检计划的生成。对每一线路、段落、 单位的巡检计划的制订和生成，不但工作量大，有许多时候重复性也比较高。 因此，现实巡检中，对巡检计划的自动生成提出了相当迫切的要求。 人工智能的出现，使得计算机模拟人的智能行为成为可能，即从人工智能、 专家系统的角度出发，按照其研究问题的方法建立有关巡检计划自动生成的知 识库、推理机来模拟人类解决巡检计划自动生成问题的方式。 因此，分析巡检计划自动生成中的各种条件、因素，结合专家系统建设的 理论与方法，建立适合巡检计划自动生成实际的巡检知识库及推理机制，从而 实现巡检计划的自动生成是有待深入研究的问题。 1 3 3 巡检与巡检结果的可视化问题 造成巡检管理工作复杂困难的原因，除了本身需要管理的数据复杂多样外， 很重要的一个因素是：目前使用的管理信息系统均不能做到直观、快捷地为巡 检管理和科学决策提供强有力的支持。一般系统所表现的信息，要么通过大量 文字的形式描述，要么最多用表格的形式表现。在利用已有信息进行评估、管 理、决策时，重要的规律和讯息往往会被如此大量、繁杂的数据信息所淹没。 人们对图形的理解，相对于语言文字，是更接近自然、更具直观性的一种 表现形式。目前，可视化技术及其应用的飞速发展，为人们更加直观、快捷地 处理信息提供了基础。随着多媒体技术、网络技术不断成熟及应用，相继出现 了图形化的管理信息系统、地理信息系统等，使得人们对图形、图像的表现和 理解更加接近于人们的思维。 线路巡检不仅跟线路所处的地理空间位置有密切联系，而且，线路或单位 的巡检综合评估工作也需要有更直观的表现形式。因此，把可视化技术运用到 巡检系统中，可有效地提高巡检评估的直观性。 1 4 本文的主要研究内容与总体结构 1 4 1 本文的主要研究内容 本文针对通信线路巡检工作的实际和巡检信息管理的需求，对通信线路巡 检的关键技术进行了研究。主要研究内容包括： 0 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 ( 1 ) 面向对象的巡检数据模型 对系统巡检数据的有效组织、存储和管理是建立巡检管理系统的基础。从 功能的角度剖析传统巡检数据模型的不足与缺陷。分析了线路巡检数据的组成、 类型及特点，通过把面向对象理论和方法运用到对巡检对象和巡检事件的描述 和表达上，提出了面向对象的巡检数据模型。抽象出七个抽象数据类型，用类、 属性、方法对巡检基本对象和关联对象进行了完整表述，并建立巡检类图表征 对象之间的关系。总结了面向对象数据模型在充分表示地理空间概念、模型的 一致表示方法、系统开放性等方面的特点。 ( 2 ) 基于知识的巡检计划自动生成 讨论了巡检计划生成的框架结构：把巡检计划制订中的巡检知识用分类、 分层的方法分三级进行表示，给出了巡检知识的b n f ( 巴喀斯范式) 表示，用链 表结构分别对三级知识进行组织，通过直接或间接法获取巡检知识，建立巡检 知识库；确定推理规则，综合正向、反向、正反向混合链接的推理机制，运用 层次推理的方法进行巡检计划生成推理，给出了推理的流程；在建立巡检知识 库的基础上，运用推理机进行推理，实现巡检计划的自动生成。 ( 3 ) 基于g i s 的巡检可视化 给出了巡检可视化的内容，包括数据可视化与信息可视化；采用可视化的 图形控件技术实现统计数据的可视化；用矢量一栅格图形法制作电子地图对模 型中包含空间地理信息的巡检对象( 如巡检线路、中继段等) 进行可视化；利 用g i s 系统空间地理实体与属性数据的关联实现属性数据查询的可视化。 ( 4 ) 基于b s 模式的巡检系统的集成与实现 提出了巡检系统立足省局，集中与分布相结合，设立省、市两级管理中心 系统的网络集成环境；给出了系统软件的功能结构：分析了b s 模式体系结构 模型，探讨了基于b s 的分布式网络数据库的集成访问和w e b 与g i s 集成的解 决方法与实现：结合浙江省科技发展计划项目，介绍了系统开发、运行环境， 从系统软件的主要功能的实现方面给出- f i g 检系统关键技术研究的应用实例。 1 4 2 本文的体系结构 本论文共分六章，总体结构如图l l 所示。 第一章绪论 浙江大学硕士学位论文 图1 一i 本文的总体体系结构 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