（通信与信息系统专业论文）基于gis的电磁辐射源信息系统.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 电磁辐射源产生的电磁辐射强度严重时可能产生电磁兼容性故障或者危害到人们 的健康，但是由于辐射源的地理位置不同，给电磁辐射源的管理工作带来很多不便，为 了更好的对城市环境中的电磁辐射源进行管理，这就要求能在地图上将不同地理位置的 辐射源显示出来。论文以地理信息系统( g i s ，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 ) 为基础， 设计了电磁辐射源信息系统。 由于g i s 软件自带的数据库在存储辐射源数据时具有一定的局限性，本文以s q l s e r v e r2 0 0 0 为基础建立新的数据库存储辐射源各种数据，在显示该数据库中的辐射源信 息时，根据高斯一克吕格投影将地理坐标转换为高斯平面坐标，从高斯坐标用户域中选 择适当的用户窗口区，经坐标转换后得蓟视图区坐标，视图区坐标再经规格化坐标转换 即得到屏幕坐标，可实现点击辐射源时显示其更多信息；使用v i s u a lb a s i c 作为可视化 开发工具，集成m a p h f o 实现基本功能，以o l e ( o b j e c t sl i n k i n ge m b e d d i n g ，对象链 接与嵌入) 自动化方式启动m a p l n f o 软件，利用回调技术动态获取其返回信息，实现应 用程序与m a p i n f o 问的交流；重父化地图窗口载入新的辐射源地图；利用m a p l n f o 自带 数据库存储辐射源的基本空间数据与属性数据，通过内部标识字项连接空间数据库与属 性数据库，并采用层次结构组织数据；渲染地图对象，制作电磁辐射源相关参数专题图， 实现应用程序中电磁辐射源信息处理分析功能。 系统包含广播电视系统、移动通信系统、高压电力系统、交通运输系统以及工科医 高频设备五大类辐射源的各种数据信息，在辐射源信息的显示、查询、添加等方面均具 有辐射源数据全面、更新方法简单、检索速度快等优点；系统能够显示大部分常见的辐 射源信息，可供环境保护部门与勘察设计院等对某一区域内的电磁环境进行预测使用。 关键词：电磁辐射源：地理信息系统；坐标转换；0 l e 基于g i s 的电磁辐射源信息系统 e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a n tp o i n ti n f o r m a t i o ns y s t e mb a s e do ng i s a b s t r a c t w h e ne l e c t r o m a g n e t i cr a d i a n ti n t e n s i t yb e c o m e ss e r i o u s l y i ti sl i k e l yt og e n e r a t ee m c f a i l u r eo rh a r mt h eh e a t h yo fh u m a n h o w e v e r , i tt a k e sm a n yd i f f i e u l t i e st on l a l l a g et h e r a d i a n td o i n tf o rt h ed i f f e r e n tp o s i t i o no fe l e c t r o m a g n e t i cr a d i a t i o n i tn e e d st os h o wd i f f e r e n t l o e a t i o no fe l e c t r o m a g n e t i ce m i s s i o no nt h em a di no r d e rt 0d ob e s tm a n a g e m e n t 髓e e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a n tp o i n _ ti n f o r m a t i o ns y s t e md e s i g n e di n t h i st h e s i si sb a s e do ng 工s ( 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 ) i nt h i s t h e s i s ，i tt a k e ss q l s e r v e r2 0 0 0f o rt h e b a s i cd a t a b a s et os t o r e m u l t i i n f o r m a t i o nf o rt h el o e a l i z a t i o no fg i ss o f t w a r ed a t a b a s ei ns t o r i n gr a d i a t i o n i n t i n f o r m a t i o n i no r d e rt od i s p l a yt h er a d i a n te m i s s i o ni n f o r m a t i o n , t h ec o o r d i n a t ei sc h a n g e d f r o mg e o g r a p h yc o o r d i n a t ei n t og a u s sp l a n ec o o r d i n a t ea c c o r d i n gt og a u s s k r u g e rp r o j e c t i o n t h ep r o p e ru s e ra r e ai sc h a n g e dt ov i e wa r e ac o o r d i n a t e , t h e nt h es c r e c nc o o r d i n a t ei s a c h i e v e db yn d c ( n o r m a l i z e dd e v i c ec o o r d i n a t e s ) m a dm o r ei n f o r m a t i o nd i s p l a y sw h e ni t c l i c k so nt h er a d i a n tp o i n t i tt a k e sv i s u a lb a s i ca sv i s u a l i z i n gt o o lt oi n t e g r a t em a p l n f ot o a c h i e v ei t sb a s i cf u n c t i o na n du s c s0 l e ( o b j e c t sl i n k i n ge m b e d d i n g ) t os t a r tm a p l n f o 1 1 l e i n t e r c o m m u n i c a t i o nb e t w e e na p p l i c a t i o np r o g r a ma n dm a p l r d oi sa c h i e v e db ye a u - b a e k t e c h n i q u ew h i c hg e t si t sr e t u r n i n gi n f o r m a t i o nb a c k n 圮r a d i a t i o np o i n tm a pi sr e f a t h e r e da n d an e wm a pi sl o a d e d 1 1 地s p a t i a la n da m i b u t i v ed a t ai ss t o r e di nm a p i n f od a t a b a s ew h i c hi s c o n n e c t e db yi n n e ri d e n t i f i e ra n d o r g a n i z e db ya d m i n i s t r a t i v el e v e ls t r u c t m e s 1 1 1 ef u n c t i o no f d e a l i n ga n da n a l y z i n ge l e e t r o r a a g n e t i er a d i a t i o np o i n ti n f o r m a t i o ni ba p p l i c a t i o np r o g r a m m e i sc a r r i e do u tb ym a k i n gs u b j e c tc h a r to f r a d i a n tp o i n tp a r a m e t e r st h r o u g hr o m a n c i n gt h em a p o b j e c t m s y s t e mi n c l u d e sm u c hi n f o r m a t i o no fb r o a d c a s t i n ga n dt e l e v i s i o ns y s t e m m o b i l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m , h i g h - v o l t a g ep o w e rs y s t e m , t r a f 矗ea n dt r a n s p o r ts y s t e m , i s mh i 曲 f r e q u e n c yd e v i c e s i th a sm a n yv i r t u e so ns h o w i n g ，q u e r y i n ga n da d d i n ge l e c t r o m a g n e t i c e m i s s i o ni n f o r m a t i o na n ds o0 1 1w i t hf u l l - s c a l e di n f o r m a t i o nd a t a , s i m p l eu p d a t em e t h o da n d f a s tq u e r ys p e e d 1 1 l es y s t e md i s p l a y sm o s te l e c t r o m a g n e t i cr a d i a n tp o i n ti n f o r m a t i o n , t h e e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o nd e p a r t m e n t , r e c o m l a i s s a n e ed e s i g ni n s t i t u t ea n do t h e r w i s ec a 丑u s ei t t op r e d i c te l e c t r o m a g n e t i ce n v i r o n m e n to f s o m ea r e a k e yw o r d s ：e l e c t r o m a g n e t i cr a d i a n tp o i n t ；g i s ；c o o r d i n a t et r a n s i t i o n ；o l e 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名： 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名：孑彩笔 导师签名 趔年上之月星堑日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 地理信息系统( g i s ，g e o 删ci n f o r m a t i o ns y s t e m 或g e o i n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，是 一种特定的空间信息系统，以采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面( 包 括大气层在内) 与空间和地理分布信息有关的数据的空间信息系鲥“。从实质上来讲， 它是一个数据库管理系统。与别的信息系统不同的是，它管理的是地理信息信息资源 中一种十分重要和广泛的信息。 1 1 地理信息系统及其二次开发模式 地理信息系统技术是一项近代技术。自从2 0 世纪6 0 年代地理信息系统问世以来， 经过近4 0 年的发展，g i s 系统软件、二次开发软件以及应用软件日趋成熟和完善，g i s 技术也得到了越来越广泛的应用。 1 1 1 地理信息与地理信息系统 地理信息是指表征地理系统诸多要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规 律的数字、文字、图像和图形等的总称【2 川。地理信息属于空间信息，其位置的识别是 与数据联系在一起的，这是地理信息区别于其他类型信息的最显著的标志。地理信息的 这种定位特征，是通过经纬网建立的信息坐标来实现空间位置识别的，地理信息还具有 多维结构，即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构。而各个专题之间的联系是 通过属性码进行的，这就为地理系统各图层之间的综合研究提供了可能，也为地理系统 多层次的分析和信息的传输与筛选提供了方便。 在地理信息中，其位置是通过数据进行标识的，这是地理信息区别于其他类型信息 的最显著的标志。地理信息具有区域性、多维结构和动态变化的特性【5 】： ( 1 ) 区域性是通过经纬网等建立的地理坐标来实现空间位置的标识。 ( 2 ) 多维结构特性即在二维空间的基础上实现多专题的第三维结构。 ( 3 ) 地理信息的时序特征十分明显，可以按事件尺度将地理信息划分为超短期的 ( 如台风、地震) 、短期的( 如江河洪水、秋季低温) 、中期的( 如土地利用、作物估 产) 、长期的( 如程式化、水土流失) 、超长期的( 如地壳变动、气候变化) 等。 地理信息系统以地理数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和 动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务。它具有以下三个方面的特征： ( 1 ) 具有采集、管理、分析和输出多种地学空间信息的能力，具有空间性和动态性。 基于g i s 的电磁辐射源信息系统 ( 2 ) 具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力，能产生高层次高质量的 地理信息。 ( 3 ) 由计算机系统支持进行空间数据处理，并由计算机程序模拟常规或专门的地学 分析方法和模型，作用于空间数据，产生有用信息，快速、准确地提供科学决策依据。 地理信息系统的基本功能主要有： ( 1 ) 数据采集与编辑：地理信息系统中数据采集与编辑是通过各种数据采集设备( 如 数字化仪、扫描仪、c c d 相机、键盘等) 把现实中的空间信息和非空间信息变成数字 化数据，并进行质量检查与纠正，得到正确的拓扑关系( t o p o l o g y ) 数据。 ( 2 ) 数据管理：通过数据采集编辑后获得的地学数据进入计算机后，为了快速地查 找和有效地利用，必须利用数据库管理系统进行管理。g i s 中常以分幅的方式组织空间 数据，并通过对用户透明的数据管理功能，实现拓扑结构完整、逻辑上没有图幅限制的 空间数据库。 ( 3 ) 空间查询与分析：空间查询与分析是g i s 中最重要功能，也是g i s 区别于其它 信息系统的本质特征。空间查询可按属性信息的要求查询空间位置，也可按空间位置来 查询相应属性信息；空间分析则通过对数据的操作和分析演绎出新的信息，实现对客观 事物的客观规律的研究。常用的有叠加分析( o v e r l a y ) 、网络分析( n e t w a r e ) 、邻近 分析( p r o x i m a l ) 、影响分析( b u f f e r ) 等等。 ( 4 ) 数据输出：空间数据处理与分析的结果最后都要表示为用户所需要的可以理解 的形式。g i s 在最终的表示和输出方面，显示出极大的灵活性，它能以地图、统计图形、 表格等多种方式输出。 1 1 2 地理信息系统二次开发模式 由于地理信息系统具有强大的空间数据分析功能，它的应用领域越来越广泛，针对 各行各业的需求，开发出具有专业性的g i s 软件的工作越来越重要。6 i s 的二次开发主 要分为三种形式【6 7 】： ( 1 ) 独立开发：独立开发是指o i s 开发者在一定的操作系统平台上，不依赖任何g i s 软件，选取某种编程语言( 如v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 、d e l p h i 等) ，将采集到的空间 数据独立进行编辑、处理、分析以及输出结果，并且在开发过程中使用的算法也是自己 独立完成的一种开发方式。显而易见，这种方法受开发者的能力、财力及时间等的限制。 ( 2 ) 单纯二次开发：单纯二次开发是指使用g i s 软件提供的二次开发语言，按照开 发者的需求进行的开发方式，大部分g i s 软件都提供二次开发语言，如e s r i 公司的 a r c v i e w 提供a v e n u e 语言，m a p i n f o 公司的m a p i n f o p r o f e s s i o n a l 提供m a p b a s i e 语言等。 大连理工大学硕士学位论文 但是，这些二次开发的语言与通用的开发语言相比，功能少，使用不灵活。 ( 3 ) 集成二次开发：集成二次开发是指以通用的软件开发工具尤其是可视化开发工 具( 如v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 、d e l p h i 等) 为开发平台，利用g i s 二次开发组件工具 ( 如m a p o b j e c t s 、a r e v i e w 、m a p l a f o 等) 实现基本功能，将二者进行集成开发。 1 1 3 地理信息系统的发展与应用 我国地理信息系统的起步稍晚，但发展势头相当迅猛，大致可分为以下三个阶段： 从2 0 世纪7 0 年代初期开始g i s 技术才逐渐兴起，我国在1 9 7 4 年开始引进美国地 球资源卫星图像，开展了遥感图像处理和解译工作；1 9 7 6 年召开了第一次遥感技术规划 会议，形成了遥感技术试验和应用蓬勃发展的新局面；1 9 7 7 年诞生了第一张由计算机输 出的全要素地图；1 9 7 8 年，国家计委在黄山召开了全国第一届数据库学术研讨会。所有 这些为g i s 的研制和应用作了技术上的准备。 从8 0 年代之后6 i s 技术开始有一定的发展，进入试验阶段。1 9 8 5 年中国科学院建 立了“资源与环境信息系统国家级重点开放实验室”；1 9 8 8 年和1 9 9 0 年武汉测绘科技 大学先后建立了“信息工程专业”和“测绘遥感信息工程国家级重点开放实验室”。 从8 0 年代末到9 0 年代，我国的g i s 走上了全面发展的阶段。国家测绘局正在全国 范围内建立数字化测绘信息产业；数字摄影测量和遥感应用从典型试验逐步走向运行系 统；进入9 0 年代以来，用于城市规划、土地管理、交通、电力及各种基础设施管理的 城市基础设旌管理的城市信息系统在我国许多城市相继建立。 进入2 1 世纪后，g i s 技术得到了飞速的发展，逐渐呈现出一种专业化的趋势，已 经比较成熟的g i s 技术主要有：网络g i s ( w c bg i s ) 、开放式g i s ( o p e ng i s ) 、组 件式g i s ( c o r n g i s ) 、虚拟g i s ( v g i s ) 、多媒体g i s ( m g i s ) 、三维g i s ( 3 d g i s ) 、 时态g i s ( 1 g i s ) 。g i s 技术在不断发展的同时，也得到了广泛的应用，其主要应用领 域包括：建设领域、规划领域、市政领域、环卫领域、环保领域、交通领域、公安领域、 电力领域、地矿领域、气象领域、农业领域、开发领域、水利领域、教育领域等。 1 2 地理信息系统与电磁环境 如今，住在城市里的人们几乎随时随地都在与电子产品和电磁波接触：看电视听广 播，打电话用电脑，家庭中的电冰箱、洗衣机、微波炉等，还有工作环境中的高频加热 炉、微波手术刀及超短波理疗仪等，无一不与电磁波有关。不仅如此，还有许多天线塔 组成的广播与通信发射天线群。这些有意或无意的电磁辐射现象构成了人类生活的电磁 环境，为了保障人们有一个健康的生活环境，必需采用科学的方法管理电磁辐射源，地 理信息系统作为一种新兴的技术，在管理辐射源信息数据时具有一定的优势。 基于g i s 的电磁辐射源信息系统 1 2 1 电磁环境与电磁辐射源 电磁环境是指存在于给定场所的所有电磁现象的总和。随着科学技术的发展，人们 发现人类和电磁环境的关系是非常密切的，人类不得不生存在一定强度的电磁场中，适 当的电磁环境是人类生存中所必需的一种非生物环境。 电磁辐射删是指以电磁波形式通过空间传播的能量流，且限于非电离辐射。 电磁辐射源【9 l 是指产生电磁波的各种天线、布线、结构件、元件、部件等，按其产 生的原因可分为天然产生和人为产生两大类。天然的电磁辐射源是由某些自然现象所引 起的，如太阳风暴、雷电、火山喷发等。人为产生的电磁辐射源包括了人类制造的所有 电器和电子设备。按其频段的不同可分为工频和射频辐射；按人为制造的系统大致可分 为高压电力类、广播电视类、通信发射类、交通系统类、工科医类五大类【1 0 j 。 ( 1 ) 高压电力系统：由于经济的发展。城市中各种用电设备逐渐增加，用电量也不 断的增加，必然要求增加高压输电线路和高压变电站，它们是城市中电力系统的主要电 磁辐射源。朱林认为电力系统产生的电磁辐射主要有三种： 工频电磁场辐射：主要指高压输电线路和变电站高压电力设备与大地之间存在 一定的电位差，形成了较强的工频( 5 0 h z ) 电磁场。 电气噪声主要有：变电站电器设备( 如变压器) 和辅助机械设备( 如风扇) 运行 产生电气、机械噪声；输电线路的电流运行产生的电气噪声( 嗡嗡声) 。 电晕辐射：主要包括由于高压导线表面电位梯度相对较大，因此会对周围空气 放电产生电晕，放电的形式为几十k h z 的脉冲电磁噪声；输电线路的绝缘子放电可产生 电磁辐射噪声( 无线电干扰) 。 ( 2 ) 广播、电视发射系统：广播、电视发射系纠1 1 】是指：中波广播、短波广播、调 频广播、分米波与米波电视的发射系统，目前还有卫星直播电视( 到达地面电磁波能量 较小) 等。中波沿地表传播，由于波长较长，有一定绕射能力，可绕射山体和地面建筑 ( 一定高度) ：短波通过带有反射网的短波定向天线反射至空中电离层；米波电视的低 频段为4 8 5 m h z 9 2 m h z ，高频段为1 6 7 m h z 2 2 3 m h z 分米波电视的低频段为 7 0 m h z 5 6 6 m h z ，高频段为6 0 6 m h z 9 6 0 m h z ；调频广播的频率范围是8 7 m h z 1 0 8 m h z 。城市中最大的电磁辐射源是广播、电视发射塔，它们大多建在城市的中心区， 很多广播、电视等发射设备被居民区所包围，在局部居民生活区形成强场斟1 2 1 。 ( 3 ) 通信系统：通信包括短波、微波发射台( 含通信和探测) 、地面卫星发射站、 移动通信基站、寻呼通信基站。移动通信基站【1 3 ，1 卅是以不同高度天线组成的能实现手机 用户无线与无线、无线与有线接力通信的基地收发信台站。王毅、徐辉【1 5 】讨论了移动通 信系统电磁辐射源的特点主要有三方面； 大连理工大学硕士学位论文 基站的数目不断在增加，一部分开始进入居民区环境，或建在高层楼电梯间顶 上或在多层楼上立天线框架。 移动通信基站在不断的分裂中，为了防止频率复用电磁波越界带来的同频干扰， 基站天线高度随之降低，基站天线辐射的电磁波在楼群中传送与反射的机遇增多，即照 射到居民楼的机会越来增加。 基站与基站之间的距离逐渐减小。这些基站分布广泛，密度小，距离近，使城 市环境中的电磁辐射水平不断增加。 ( 4 ) 交通运输系统：城市交通运输系统是指运行在闹市周边地区的直流电气牵引系 统，如有轨、无轨电车，电气化铁路，地铁等，郝裕【1 6 l 在“城市轨道运输系统的电磁兼 容e m c 问题”中阐述了城市交通运输系统辐射的形式，他认为辐射源主要以传导、感 应、辐射等形式产生的电磁辐射频谱宽，如牵引回流与轨道电路电流在钢轨上产生电导 性耦合，受电弓产生的电猝发与浪涌成为城市杂波的重要组成部分，而汽车发动机的点 火系统也可以产生很强的宽带电磁噪声，从几m h z 到3 0 0 m h z 以上。 ( 5 ) 工业、科研、医疗高频设备：这些设备是需要利用电磁能量，总有伴生电磁辐 射产生并泄漏出去，有较强的电磁振荡源，且振荡源的频谱质量很差，在工作的时候有 时会出现较宽频率的电磁波辐射，这种辐射为电磁辐射泄漏。工业用电磁辐射设备主要 有高频炉、塑料热合机、高频介质加热器、高频烘干机等。工业高频设备对环境的影响 主要是电磁噪声，医疗高频设备主要有超短波理疗仪、微波治疗仪及高频手术刀、高频 理疗机等【1 7 1 8 1 。工科医高频设备辐射的电磁波不但增加了周围环境的电磁总量，同时也 对周围环境中的电子仪器产生干扰。 当电磁辐射源的辐射强度超过一定限度的时候，就很可能会产生电磁干扰，成为电 磁干扰源。电磁干扰源发出的电磁能经某种传播途径至敏感设备，产生电磁干扰效应。 在人们的日常生活中。电磁干扰效应普遍存在，形式各异，如果干扰效应十分严重，就 会产生电磁兼容性故障。 1 2 2 电磁辐射管理工作进展及现状 电磁辐射对电器设备来说是一种干扰，如果电磁辐射的频率与被干扰设备的频率相 差不大时，干扰的程度就逾严重。总的来说电磁辐射可以使测量仪器性能变低；可以使 电子开关或继电器工作失常；可以使无线电接收设备出现噪声，如电视机图像声音变差， 收音机信号不好等；可以干扰党政军机关的无线电设备；可以使病人心脏起博器停止工 作等等。 基于g i s 的电磁辐射源信息系统 1 8 2 0 年，丹麦科学家奥斯特发现电流的磁效应，第一次揭示了电与磁之间存在本质 联系【1 9 1 。 1 8 3 1 年，英国科学家法拉第发现了电磁感应定律，这是发电机的理论基础。 1 8 6 4 年，英国物理学家麦克斯韦在法拉第发现的基础上，提出了电磁理论，揭示了 光、电、磁本质的统一性，并把电磁运动概括为两组偏微分方程，并预言自然界存在电 磁波。 1 8 8 8 年，德国物理学家赫兹证明了电磁波的存在，其性质与麦克斯韦方程所预见的 完全一致。从此以电力为中心的技术革命开始了。 早在上世纪3 0 年代美国、西德、日本、英国等发达国家，就制定了电磁辐射的安 全卫生标准，并已将电磁辐射的监测与管理纳入了日常的环保管理工作中。在4 5 年以 前，前苏联和美国对此进行了一系列的研究。 我国的电磁辐射环境管理起步较晚。但从1 9 8 8 年以来，先后已发布了电磁辐射 防护规定( g b 8 7 0 2 8 8 ) 、环境电磁波卫生标准( g b 9 1 7 5 8 8 ) 等2 5 项中华人民 共和国国家标准，发布了辐射环境保护导则一电磁辐射环境影响评价方法与标准 ( i - i j t1 0 3 9 6 ) 等3 项中华人民共和国环境保护行业标准，发布了微波辐射生活区 安全限值( g j b 4 7 5 8 8 ) 等2 项中华人民共和国国家军用标准。国务院、中央军委于 1 9 9 3 年9 月发布了中华人民共和国无线电管理条例，该条例的实旌加强了无线电管 理，维护了空中电波秩序。国家环境保护局还分别制定了电磁辐射环境保护管理办法， 辐射环境保护管理导则一电磁辐射监测仪器与方法( 王 】仃1 0 2 - 1 9 9 6 ) ， 辐射环 境保护管理导则一电磁辐射环境影响评价方法与标准( i j 厂rl o 3 1 9 9 6 ) ， 5 0 0 k v 超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范( h j t2 4 - 1 9 9 8 ) 等，使我国的电 磁辐射环境管理有了法规依据 2 0 i ，加强了城市电磁辐射源的管理，有效地保护环境。 我国目前环境中人为电磁辐射正在不断增强，主要原因有： ( 1 ) 广播电视发射设备的增多、功率的增大。 ( 2 ) 通信发射设备的普及和频繁使用。 ( 3 ) 工业、科研、医疗应用中高频用电设备的增加。 ( 4 ) 电力部门高压输电线路的增多。 ( 5 ) 交通运输的电气化。 据统计，目前全国广播电视发射设备有l 万多台，总功率超过1 3 万千瓦；而工业、 科研、医疗等高频设备近1 5 万台，合计功率达2 5 0 万千瓦；移动通信设备的发展更是 迅速，在过去几年的时间里手机用户数量猛增，到2 0 0 5 年1 0 月底，我国移动电话用户 数达到3 8 3 亿，信息产业部预计2 0 0 6 年底，我国移动电话用户数将达到4 5 9 亿。 一6 一 大连理工大学硕士学位论文 1 2 3 应用地理信息系统管理电磁辐射源 在当今社会，电磁技术给人类创造巨大物质文明的同时，也把人们带进一个充满人 造电磁辐射的环境里，电磁波的能量密度不断加大，频谱逐渐增密。早在1 9 7 5 年专家 学者就曾预言【2 l 】，随着城市经济发展和人口增长，电子、通信、计算机、汽车与电气设 备大量进入家庭，城市空间人为电磁能量每年增长7 1 4 ，也就是说2 5 年后环境电 磁能量密度最高可增加2 6 倍，5 0 年后最高可增加7 0 0 倍，2 1 世纪城市电磁环境将更为 复杂与恶化。 由此可见，必须加强电磁辐射源的管理工作，通过科学手段管理辐射源数据。目前， 电磁辐射源管理部门的许多工作都是依赖手工完成的，各专业的资源相对独立，无法及 时共享，而且资料的一致性不能保证，资料不能及时更新，使得现有资料与实际情况不 一致。由于各部门专业资料不能及时的共享对以后的仪器维护、管理以及数据融合等都 会带来很多麻烦，同时，建设、规划、财务、市场部门工作交接时也有很多不便，为此 有必要开发一个基于真实地理背景、用数据库管理数据、对资料进行实时更新，以确保 数据的一致性，并且有综合管理功能的系统。现今计算机技术、网络技术的广泛应用为 电磁辐射源的管理奠定了良好的基础。 g i s 是多学科集成的空间型信息系统，其本身的综合特性与强大的功能，决定了它 具有广泛的用途。可以说，凡是需要考虑空间位置，如地点、距离、方位、分布、相互 关系等相关问题，都可以应用g i s 技术。由于电磁辐射源具有不同的地理位置，各辐射 源之间距离也是影响其辐射状况的因素，应用地理信息系统可以很好的解决与电磁辐射 源相关的空间位置问题。 本文设计的辐射源信息系统就是以g i s 为基础，主要包括辐射源电子地图、广播电 视系统、移动通信系统、高压电力系统、交通运输系统、工科医高频设备等辐射源的位 置及其它基本信息，同时系统还可以对辐射源查询、更新、添加、维护等。通过该系统， 使辐射源的信息能够及时更新，便于相关部门查询分析使用，使辐射源的管理信息化、 高效化以及规范化，对辐射源今后的管理工作具有深远的意义。 基于g i s 的电磁辐射源信息系统 2 基于g i s 的电磁辐射源信息系统的设计 在进行系统的总体设计之前应先对系统进行需求分析，明确设计系统的目的以及预 期要实现的功能，确定系统的总体结构与数据流程后，采用集成开发的技术将地图集成 到系统中，并通过o l e 回调技术实现地图m a p i n f o 与地图应用程序之间信息的传送。 2 1 系统分析与总体方案设计 一般来说，系统分析主要包括的内容有：现行系统的调查；现行系统分析：现行系 统优缺点分析；新系统模型图的建立；新系统计算机软硬件的配置；系统分析报告的撰 写等。系统总体方案的设计是确保系统得以顺利实现的基础。 2 1 1 系统需求分析及实现目标 需求分析是对用户的深入调查的，具体来说，需求分析就是通过对系统潜在用户书 面的或口头的交流与了解，并按系统软件设计的要求归纳整理后，得到对系统概略的描 述和可行性的论证文件。 ( 1 ) 系统用户 电磁辐射源信息系统中辐射源共分为五类，分别是广播电视系统、移动通信系统、 高压电力系统、交通运输系统、工科医高频设备。这五类辐射源所包括的内容基本都是 人们日常生活不可或缺的部分，因此该系统的用户也是及其的广泛，主要包括以下用户： 管理部门：如无线电管理局，环保局、环境辐射研究监测中心、辐射环境管理 所、辐射环境管理处，通信管理局、交通运输管理局、医疗器械监督检验所等。 勘察设计单位：如广播电视局、通信工程局、交通设计院等。 建设施工单位：如移动公司、电信局、电力局、供电局等。 其他：如医院、铁路局、维修人员、资辩管理人员、科学研究人员等。 ( 2 ) 现行系统的分析 综合分析现行系统后，总结其存在的问题主要有以下五方面： 系统不完整：现行的与电磁辐射源有关的系统，基本还没有一个系统将日常生 活中的五大辐射源信息全部包括在内( 即广播电视系统、移动通信系统、高压电力系统、 交通运输系统、工科医高频设备) ，而在工程设计或管理部门的监督工作中，了解各辐 射源周围的其他辐射源的信息是非常必要的，因此系统的不完整性给管理及建设工作带 来了许多不便。 资料容易丢失：虽然现在的科学技术已经比较发达，但各类电磁辐射源的地理 位置及统计分析图表仍采用比较落后的纸质资料的保存方法，这样不但工作量巨大，耗 一b 一 大连理工大学硕士学位论文 费大量的人力资源，工作效率慢，且纸质的资料容易损坏丢失。 数据不全，更新困难：在现行的辐射源管理系统中，数据不全，更新困难已经 成为一个其显著的缺点，数据不全主要是由于各管理部门不能及时的相互交换数据导致 的，各数据更新困难主要原因还在于数据的保存方法，若使用现行的数据库方法保存数 据则比较快捷方便。 查询检索不方便；由于各类辐射源的信息基本都是各相关的部门自己保存，如， 通信基站的相关资料一般都是由通信部门保管，一若需要其他部门的辐射源资料则需要跨 部门借阅，对于那些不涉密的资料完全可以做到数据共享的。 分析方法落后：现行的辐射源系统基本是对辐射源的基本信息作了一个简单的 备份，对各辐射源的自干扰及相互间的干扰缺少分析比较，即便有的时候作了分析，也 只是将分析后的结果在现行系统中做个记录，可以将分析方法设计在系统中，增加系统 的实用性。 根据系统的需求分析以及对现行系统存在问题的分析，电磁辐射源信息系统的主要 实现目标包括以下几点： ( 1 ) 增加系统的完备性与兼容性 关于电磁辐射源的系统已经有很多种，在设计过程中，除了要加强系统的完备性之 外，还要充分利用现有系统的数据，采用连接基础数据，更新历史数据，保留结果数据 的原则与原系统作到兼容性。 ( 2 ) 建立空间数据库与属性数据库保存辐射源信息 空间数据库包含大量的地理信息，通过建立空间数据库，可以明确辐射源的地理位 置，也可以根据地理位置添加及查找辐射源：属性数据库则用来存储辐射源的基本信息， 同时可以通过改变属性数据库中辐射源的信息对辐射源信息进行更新。 ( 3 ) 为用户提供快速便捷的查询方法 在该系统中为用户提供了多种查询方法，在选择查询对象时，可以对单个辐射源进 行查询，也可以查询某一类的辐射源；在查询方式的选择中，可以选择在视图中查询， 也可以选择在表格中查询等。 ( 4 ) 采用专题图分析方法 本系统采用专题图分析方法将辐射源信息明确的显示在电子地图之上，反映的是辐 射源某一特征的分布规律，便于管理人员进行分析。 ( 5 ) 多种方法输出数据 根据用户的需求，本系统采用了方法输出数据，主要包括各类报表、数据、图表、 地图等。 9 一 基于g i s 的电磁辐射源信息系统 2 1 2 电磁辐射源信息系统的总体结构 根据用户需求，辐射源的地理位置通常是人们最关注的信息之一，地理信息系统可 以很好的解决用户对地理位置的要求，同时，由于电磁辐射源的数据量是非常庞大的， 地理信息系统其自带的数据库功能可以更好的为空间数据以及辐射源的属性数据提供 存储的空间1 2 2 1 。因此，系统采用以地理信息系统为基础的开发方式。 基于g i s 电磁辐射源信息系统主要是用来存储辐射源数据并对辐射源的相关数据 进行分析，最终将数据以及分析结果显示出来的系统，因此该系统主要由数据库子系统、 辐射源分析子系统、数据查询子系统、数据输出子系统组成。数据库子系统用于管理空 间数据和属性数据，并负责更新数据；辐射源分析子系统主要是用来制作各类辐射源的 专题图；数据查询子系统用于查询地理信息及辐射源信息；数据输出子系统主要是用来 输出数据。各子系统之间的关系如图2 1 所示。 电磁辐射源 信息系统 广播电视 系统 移动通信 系统 高压电力 系统 交通运输 系统 工科医高 频设备 空f 羼 f 更ji 空 i 属j 更i j 空f | 属j 更lj 空ff 属j 更i 空 属 暑j 萋嚣ll 磊l | 暑倒籍i | 磊ll 暑；萋：嚣i | 器fl 暑裔嚣l 毳l 罂萋篱 息 l 息l 息lj 息ii 息ij 息li 息i | 息ii 息i i 息il 息li 息l i 息il 息 系统 数据库 数 据 显 不 予 蓉 统 数 据 查 询 子 系 统 图2 1 系统总体结构 f i 舀2 im a i ns m m t t u eo f s y s t e m 大连理工大学硕士学位论文 2 1 3 电磁辐射源信息系统的数据流程 电磁辐射源信息系统是处理数据的，既有各种形式的数据进入到该系统中，也有各 种数据通过该系统输出，系统数据输入与输出构成了该系统的数据流图，如图2 2 所示。 数据来源 0 电理信息数据辐射源数据 统计数据 1r i 数据整理l 幸 f 系统备用数据f jjj 高斯坐标变换人机交互编辑生成拓扑关系 、，尘f 一 i 塾塑鏖l 土土 辐 辐 辐 辐 射 射 射 射 源 源 源 源 信 信 数 专 息 息 据 题 图 显 更 图 月 新 弋弋t t 输出结果j 图2 2 数据流图 f i g 2 2c h a r t o f d a t af l o w 基于g i s 的电磁辐射源信息系统 ( 1 ) 采集到的数据通过编辑模块输入到系统中； ( 2 ) 经过人机交换编辑、生成拓扑关系以及坐标变换等完成系统数据变换； ( 3 ) 经变换后的数据按照一定格式输入系统数据库； ( 4 ) 当进行不同的操作时，调用数据库中的不同数据，得到数据子集； ( 5 ) 数据子集通过不同的操作，调用计算机程序进行各种处理分析： ( 6 ) 数据分析及查询得到的结果通过输出模块以文字、图表或者地图的形式输出。 2 2m a p i n f o 与v b 的集成 论文设计的电磁辐射源信息系统即是采用集成二次开发的模式，以v i s u a lb a s i c 作 为开发平台，采用o l e 自动化技术启动地理信息系统二次开发软件m a p i n f o 作为服务 程序，在v i s u a lb a s i c 环境下调用m a p l n f op r o f e s s i o n a l 提供的二次开发语言m a p b a s i c ， 载入辐射源信息地图，集成m a p l n f o 的工具栏按钮与部分菜单，实现应用程序的地理信 息处理功能，完成对辐射源信息进行添加、删除、修改等操作。 2 2 1m a pin f o 的数据组织与数据关联机制 m a p i n f o 产品是由美国m a p i n f o 公司研究开发，是地理信息系统最具有代表性的软 件之一，m a p l n f o 是一个功能强大p 3 、全面而直观的桌面地图信息系统。它提供了数据 库的处理能力，包括强大的s q l 查询，加上图表和统计图而使地图更加直观的能力， 是进行复杂的图文数据处理与分析的有效工具。 m a p i n f o 采用双数据库存储模式1 2 4 1 ，即空间数据与属性数据是分开来存储的。属性 数据存储在关系数据库的若干属性表中，而空间数据则以m a p l n f o 的自定义格式保存于 若于文件中，二者通过一定的索引机制联系起来。为了提高查询和处理效率，m a p l n f o 采用层次结构对空间数据进行组织，即根据不同的专题将地图分层( 图层还可以分成若 于图幅) ，每个图层存储为若干个基本文件，这些文件之间的关系如图2 3 所示。 ( 1 ) 属性数据的表结构文件( + t a b ) 属性数据表结构文件定义了地图属性数据的表结构，包括字段数、字段名称、字段 类型和字段宽度、索引字段及相应图层的一些关键空间信息描述。* t a b 文件实际上是一 个文本文件，可以在写字板中打开察看其内容。 ( 2 ) 属性数据文件( d 砒) 属性数据文件中存放完整的地图属性数据。在文件头之后，为表结构描述且后首 尾相接地紧跟着各条具体的属性数据记录。 ( 3 ) 交叉索引文件( i d ) 大连理工大学硕士学位论文 交叉索引文件记录了地图中每一个空间对象在空间数据文件( m a p ) 中的位置指 针。每四个字节构成一个指针。指针排列的顺序与属性数据文件( d a t ) 中属性数据记 录存放的顺序一致，交叉索引文件实际上是一个空间对象的定位表。 ( 4 ) 空i 可数据文件( m a p ) 包含各地图对象的空间数据，即空间对象的几何类型、坐标信息和颜色信息等。还 描述了与该空间对象对应的属性数据记录在属性数据文件( d a t ) 中的记录号。 属性数据空问数据 文件头 文件头文件头 点，记录号，坐标 字段数 字段定义 交叉索引 面，记