1 問題的提出

　　隨著城市現(xiàn)代化建設的高速發(fā)展，市政設施的自動化控制和管理越來越重要。本文提出基于GIS的城市路燈自動化控制管理系統(tǒng)關鍵技術的設計和實施策略。

　　傳統(tǒng)的路燈控制方法是由人工或定時時鐘來控制開關。由于各路段實行分段獨立控制，且各定時器之間存在誤差，導致路燈開啟和關閉不統(tǒng)一，且由于缺乏相應的檢測手段，不能監(jiān)控其工作狀態(tài)。為改變這一落后現(xiàn)狀，實現(xiàn)城市路燈自動化控制管理就提上了議事日程。

　　2 系統(tǒng)設計目標

　　2. 1 終端控制器的智能化

　　我們把控制一個路段燈開關的控制設備稱為終端控制器。要實現(xiàn)路燈的控制和管理，必須首先對現(xiàn)有控制器實施智能化改造。

　　2. 2 對分散的終端智能控制器實施遠程控制

　　為實現(xiàn)路燈整齊劃一的開啟和關斷，需有一套中央控制機制，負責統(tǒng)一的控制和管理。由于終端控制器分散在各個街區(qū)，因此需要建立遠程控制系統(tǒng)。

　　2. 3 建立基于GIS 的控制和管理系統(tǒng)

　　為了使系統(tǒng)成為一套集控制和管理功能為一體的綜合性系統(tǒng)，同時也為了便于直觀地操作、檢測、顯示和查詢有關路燈的各種信息，需建立一套基于GIS 的控制和管理系統(tǒng)。

　　3 系統(tǒng)的功能設計及實施策略

　　3. 1 終端控制器的功能設計

　　終端控制器要實現(xiàn)的主要功能有如下三個方面：根據(jù)指令實行路燈開關控制；完成路燈的燈況檢測；實現(xiàn)與中央控制管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。如圖1所示：

　　圖1 終端控制器功能圖

　　3. 1. 1 根據(jù)指令實行路燈開關控制

　　路燈的開關由控制單元控制。其控制依據(jù)主要取決兩個方面，一是通過遠程數(shù)據(jù)通訊接收從中央控制系統(tǒng)發(fā)來的控制指令，二是在控制單元測定超過預期設定值后，自動開啟或關閉路燈。后者主要用于中央控制系統(tǒng)或通訊出故障時，控制單元自動強制實現(xiàn)路燈的開關。此外，它同時對工作狀況的異常情況作出相應判斷和處理。

　　3. 1. 2 完成路燈的燈況檢測

　　燈況檢測的主要目的在于測試路燈的工作狀況。

　　3. 1. 3 終端控制器的遠程通訊

　　遠程通訊是與中央控制管理系統(tǒng)對各個終端控制器實施統(tǒng)一集中控制的信息傳輸手段，是實現(xiàn)本系統(tǒng)的技術關鍵之一。有關遠程通訊將在后面的“系統(tǒng)遠程通訊設計與實施策略”中詳細討論。

　　3. 2 中央控制管理系統(tǒng)的功能設計

　　構造GIS 可視化城市路燈自動化地理信息系統(tǒng)，內(nèi)容包括創(chuàng)建城市基礎地理信息、街區(qū)、路燈分布等可視化失量圖形，為路燈控制管理提供可視化查詢、動態(tài)顯示以及監(jiān)控的支撐平臺。

　　構造路燈資料數(shù)據(jù)庫。路燈資料數(shù)據(jù)庫包括兩個方面，一是靜態(tài)資料數(shù)據(jù)庫，二是動態(tài)資料數(shù)據(jù)庫。靜態(tài)資料數(shù)據(jù)庫的主要內(nèi)容有：路燈安裝的地理位置、架設日期、改造日期，所用材料規(guī)格（燈桿、燈罩、燈泡等） 、功率大小、額定光照度指標等有關數(shù)據(jù)，動態(tài)資料數(shù)據(jù)庫主要內(nèi)容有：路燈工作狀況、路燈參數(shù)、額定值、報警值、當前工作電流和工作電壓等。

　　圖2 中央控制管理系統(tǒng)

　　構造中央控制管理模塊。中央控制管理模塊是基于GIS 可視化和LAN 操作平臺的一套控制管理功能模塊。其主要功能包括：系統(tǒng)初始化工作參數(shù)的設定；數(shù)據(jù)庫管理和網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的共享管理；中央通訊設備的管理和數(shù)據(jù)通訊（關于數(shù)據(jù)通訊將在后面的“系統(tǒng)遠程通訊設計與實施策略”中詳細討論） ;通過中央通訊設備與終端路燈控制器的數(shù)據(jù)通訊，實現(xiàn)終端控制器的參數(shù)設定、時鐘校正、開關指令的下達、工作狀況的檢測等功能；照度檢測。如圖2。

　　4 系統(tǒng)遠程通訊設計與實施策略

　　系統(tǒng)的遠程通訊是實現(xiàn)遠程控制的手段。可采用有線和無線兩種方式，前者由于涉及長距離線路鋪設、信號中繼等諸多問題，實際操作中有一定難度。本文著重介紹無線方式，采用一個主站對多個從站的主站呼叫方式。主站和從站采用帶數(shù)據(jù)通訊接口的數(shù)字調(diào)制電臺，主站電臺由中央計算機控制，從站電臺由終端控制器控制，電臺功率的大小需視控制的最大半徑的長短和地理環(huán)境而定。由于主站具有較大的發(fā)射功率和較高的接收靈敏度，從站功率通常設定為主站功率的四分之一到三分之一。

　　4. 1 通訊方式

　　通訊方式需有兩種，一是主站廣播方式，二是主-從點對點方式。第一種方式主要用于公共控制指令發(fā)展發(fā)送，如開關燈、公共參數(shù)，時鐘校正等。第二種方式主要用于主站與特定從站的數(shù)據(jù)傳輸。從站采用地址編碼來唯一標識。從站發(fā)送數(shù)據(jù)是被動握手方式，需主站呼叫某從站后，該從站在終端控制器的控制下，向主站發(fā)送數(shù)據(jù)。其數(shù)據(jù)內(nèi)容主要為燈況信息、系統(tǒng)測試等。在中央計算機控制下，主站通過與從站的的輪流通訊傳輸，從而實現(xiàn)各段路燈的燈況數(shù)據(jù)實時采集。

　　4. 2 通訊的數(shù)據(jù)格式定義

　　任何數(shù)據(jù)通訊都必須定義數(shù)據(jù)的格式。因此一般意義下的數(shù)據(jù)格式在此就不作過多描述，但要指出的是，在這種通訊方式中，主站一旦發(fā)出信息，所有從站都同時接收，邏輯上是否接收是通過廣播標識或地址編碼來確定的。為提高系統(tǒng)效率，地址編碼段的長度應是動態(tài)的，可以包括多個地址編碼，這樣可以實現(xiàn)在非廣播方式下的主-多從站。

　　5 軟件設計策略

　　本系統(tǒng)的軟件分為兩個部分，一是中央控制管理，二是終端控制器控制檢測。

　　5. 1 終端控制檢測軟件

　　終端控制檢測軟件是一套基于單片機上的軟件包?？刂坪蜋z測部分并無多少技術難度。其重點主要是與從站數(shù)字調(diào)制電臺的數(shù)據(jù)通訊以及與中央控制管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊上。其主要流程如圖3。

　　圖3 流程圖

　　5. 2 中央控制管理部分

　　中央控制管理除需完成對系統(tǒng)的控制、檢測等主要前臺功能外，另一個重要功能就是提供一套基于GIS 的可視化路燈工作狀況的動態(tài)顯示功能。動態(tài)數(shù)據(jù)庫的刷新依據(jù)的是實時燈光信息的檢測，便于通過圖形直觀地監(jiān)控燈況動態(tài)信息，同時也提供基于GIS 的燈況數(shù)據(jù)庫的可視化查詢和數(shù)據(jù)庫管理。如果使用單位已建立內(nèi)部LAN ，則可以通過數(shù)據(jù)共享，向其它相關部門提供可視化燈況信息查詢，從而大大提高了路燈管理的效率和水平。實現(xiàn)上述功能的主要技術關鍵：

　　GIS、DBMS 和應用控制模塊的無縫集成；動態(tài)數(shù)據(jù)的實時可視化刷新；多任務并發(fā)的系統(tǒng)效率以及系統(tǒng)資源較低占用。

　　5. 2. 1 GIS、DBMS 和應用控制模塊的無縫集成。

　　由于GIS、DBMS 和應用控制模塊面向三個不同的應用環(huán)境，如果分別構造，勢必造成整個系統(tǒng)不能在同一界面上協(xié)同工作，從而使系統(tǒng)不能成為一個統(tǒng)一體。為解決這一問題，必須尋求平臺支持。

　　·GIS 的選擇。

　　GIS 的開發(fā)與否對于系統(tǒng)集成是至關重要的。

　　經(jīng)過比較，選擇了Maplnfo - Proserver.它是工作在Windows 9X 或Windows NT 上的GIS 平臺， 它支持OLE 和DDE ，所有Maplnfo 環(huán)境中可以使用的命令都可以作為OLE 動詞發(fā)送，使其它宿主語言（如VB、VC 等） 可以直接啟動Maplnfo 命令，從而實現(xiàn)了其它開發(fā)工具與Maplnfo 之間的完美結合。如圖4 所示。

　　圖4

　　·關于GIS 與DBMS 的接口。

　　作為一個引入了MIS 概念的控制系統(tǒng)， 沒有DBMS 的支持，就無法完成眾多的數(shù)據(jù)管理。Maplnfo支持Client/ Server 體系結構，且具有多種DBMS 的訪問接口，幾乎包括了目前常用的DBMS （如Oracle、Sybase、Microsoft Access、Informix、SQL Srver 等） 。

　　Maplnfo 提供了DDE 和DLL ，為實現(xiàn)這些功能提供了強有力的工具。

　　5. 3 動態(tài)數(shù)據(jù)的實時可視化刷新

　　應用控制模塊采集的動態(tài)數(shù)據(jù)，需要以可視化方式實時顯示，Maplnfo 提供了功能豐富的DLL ，應用控制模塊可以通過調(diào)用DLL 來激活Maplnfo 的相應功能，動態(tài)數(shù)據(jù)經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換在已構成城市Map上，在相應位置以圖形顏色、閃爍變換等方式來直觀動態(tài)地顯示出來，從而達到GIS 可視化動態(tài)刷新。

　　5. 4 多任務并發(fā)的系統(tǒng)效率及系統(tǒng)資源較低占用

　　雖然Windows 9X支持多任務并發(fā)，但實際應用中不難發(fā)現(xiàn)，當多個應用進程同時請求系統(tǒng)資源時，系統(tǒng)效率將急劇下降。本系統(tǒng)中，當應用控制模塊把控制權轉(zhuǎn)交給 Maplnfo 后，由于數(shù)據(jù)采集和控制的實時性要求，因此應用控制模塊不能處于掛起狀態(tài)，但如果應用控制模塊處于完全激活狀態(tài)時，系統(tǒng)在響應其它請求（如用戶激活的 Maplnfo 應用等） ，其響應速度將難以讓人接受，所以，既保證應用控制模塊的實時性要求，同時又不能讓應用控制模塊無謂占用過多的系統(tǒng)資源。解決這一問題的有效方法是：

　　在設計應用控制模塊時，對所有具有實時性要求的部分，由時間控件激活。其狀態(tài)如圖5 ：

　　采用這種技術后，當應用控制模塊出于休眠狀態(tài)時，其系統(tǒng)資源占用相對較低。這樣可以加快系統(tǒng)對其它任務的響應速度。

　　圖5

　　6 結束語

　　本文描述了一套較為完整的基于GIS 的城市路燈控制管理系統(tǒng)，旨在提供一些復合系統(tǒng)集成設計中關鍵技術的實施策略。這些技術不僅適用于本系統(tǒng)的應用，對于一些具有多平臺環(huán)境下的系統(tǒng)集成，如 GIS 和GPS 全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)下的動態(tài)定位跟蹤系統(tǒng)、基于GIS 的火災報警定位系統(tǒng)等，也有一定參考作用。鑒于時間倉促，且筆者水平有限，敬請多多指正。