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东北大学硕士学位论文摘要 基于w e b g i s 钢铁企业设备管理系统的研究与开发 摘要 在当今信息科学技术迅速发展的时代，信息化、数字化已成为社会发展的 趋势。“数字地球”战略己成为国家级乃至全球性公众关注的问题，g i s ( 地理信 息系统) 作为“数字地球”的依托和载体，已越来越受到人们的关注，我国也相 继提出了“数字中国”的战略。毫无疑问，地理信息系统将发展成为现代社会 最基本的服务系统，二十一世纪g i s 技术将像i n t e r n e t 一样得到极大发展，并 渗透到社会生活的各个领域。在钢铁冶金行业中，企业信息化的脚步也在不断 加快，各种新兴的信息技术也不断出现在钢铁企业信息化的管理中。 本论文针对数字地球、数字中国的战略，以及钢铁企业现阶段设备管理状 况，对g i s 在钢铁企业设备管理系统中的应用做了初步探讨，并在工程中做了 初步尝试，研究并开发了基于w e b g i s 的钢铁企业设备管理系统。论文把 w e b g i s 服务体系架构引入到钢铁企业的设备管理中来，建立其基于企业内部 网络的分布式应用模型。模型融合了网络技术、数据库技术以及g i s 技术的优 势，使系统具有集成化、信息多媒体化和结构分布化的特点。 系统的开发过程中应用了m a p l 曲组件g i s 技术、j s p 和p h p 等w e b 开发 语言开发了电子地图，设计并搭建了a p a c h e 和t o m c a t 整合的w e b 服务器技术， 采用三层网络体系结构，提出了一套适用于钢铁企业的分布式设备管理的解决 方案。系统引入了空间数据的概念，并通过对空间数据和属性数据关联方式的 设计，实现基于地理信息的设备管理。 通过对钢铁企业设备管理需求的分析，系统设计包括了电子地图管理子系 统、设备综合管理子系统、设备实时监控子系统、设备维修管理子系统等。文 中对体现g i s 优势的电子地图管理子系统和设备实时监控予系统进行了较详细 的描述。另外，鉴于系统体系的可扩展性，论文还在系统的其它辅助功能方面 进行了初步的研究。 关键词：钢铁企业地理信息系统w e b g i s设备管理 设备监控a r a c h e t o m c a tj s p 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ff a c i l i t i e sm a n a g e m e n ts y s t e m b a s e do nw e b g i si ni r o n s t e e le n t e r p r i s e a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t hr a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o na n di n t e r a c tt e c h n o l o g y , i n f o r m a t i o ni n d u s t r y a n dd i g i t i z i n gh a v eb e e nd e v e l o p e dv i g o r o u s l yi nt h ew o r l d m o s tc o u n t r i e si nt h ew o r l dc o n c e m “d i g i t a le a r t h b ya n a l y z i n gt h en a t i o n a l i n t e r e s t so fc h i n a ，i ti sc o n c l u d e dt h a tt od e v e l o pt h e d i g i t a lc h i n a ”w i l lb e b e n e f i c i a lt ot h es o c i e t y a sg i s ( g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m ) i sad i r e c t a p p r o a c ht or e a l i z i n gd i g i t a le a r t h ，i ti sp o i n t e do u tt h a tg i sw i l ld e v e l o pi n t oab a s i c s e r v i c es y s t e mf o rm o d e ms o c i e t y i nt h e21s tc e n t u r y , an e we r ao f d i g i t a le a r t h ” i sc o m i n g ，s og i sw i l lg e tah u g ed e v e l o p m e n tj u s tl i k ei n t e r n e tt e c h n o l o g y , a n di t w i l lb ea p p l i e di nm o s tk i n d so fi n d u s t r i e s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yi nm e t a l l u r g yi n d u s t r y , v a r i o u sn e wt e c h n o l o g i e sw i l lb eu s e di nt h e i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to fi r o n & s t e e le n t e r p r i s e s ，i n c l u d i n gg i s a c c o r d i n gt ot h es t r a t e g yo f d i g i t a le a r t h ” d i g i t a lc h i n a a n dc u r r e n ts t a t u s o ff a c i l i t i e sm a n a g e m e n ti nd o m e s t i ci r o n s t e e le n t e r p r i s e s ，t h er e s e a r c hh a sb e e n d o n ei n t h i sp a p e ro na p p l y i n gg i st ot h ef a c i l i t i e sm a n a g e m e n t ，a n daf a c i l i t i e s m a n a g e m e n ts y s t e mo fi r o n & s t e e le n t e r p r i s eb a s e do nw e b g i si sd e v e l o p e d t h i s p a p e ra p p l i e sa d v a n c e dw e b g i ss e r v i c ea r c h i t e c t u r et ot h ef a c i l i t i e sm a n a g e m e n to f i r o n & s t e e le n t e r p r i s e a n db u i l d st h ed i s t r i b u t e da p p l i c a t i o nm o d e lb a s e do n i n t r a n e t e s p e c i a l l yt h ew e b g i sm o d e lc o m b i n e st h ea d v a n t a g e so fn e t w o r k t e c h n o l o g y , d a t a b a s et e c h n o l o g ya n dg i st e c h n o l o g y , w h i c hi m p r o v e st h el e v e lo f f a c i l i t i e sm a n a g e m e n to fi r o n s t e e le n t e r p r i s e t h es y s t e ms h o w st h et r e n do f m o d e mi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，a n dh a st h e s p e c i a l t i e s o fs y s t e m i n t e g r a t i o n ，m u l t i m e d i ai n f o r m a t i o na n dd i s t r i b u t e ds t r u c t u r e t h es y s t e mi n v o l v e st h ea d v a n c e dt e c h n o l o g i e si ni n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t f i e l d ，i n c l u d i n gg i st e c h n o l o g yo fm a p l a bc o m p o n e n t ，w e bl a n g u a g e so fj s pa n d p h p a n di n t e g r a t i n gw e bs e r v e r so fa p a c h ea n dt o m c a t t h es y s t e ma d o p t s t h r e e t i e rn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，a n dp r o p o s e st h es o l u t i o nt od i s t r i b u t e df a c i l i t i e s m a n a g e m e n to fi r o n & s t e e le n t e r p r i s e i na d d i t i o n s p a t i a li n f o r m a t i o ni sc o n c e m e d 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t i n t h i ss y s t e m ，t h e ns p a t i a li 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 na r ed e s i g n e d i n c o r p o r a t e d s oa st or e a l i z ef a c i l i t i e s m a n a g e m e n tb a s e d o n g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n t h r o u g ht h ep a p e ra n a l y z i n gt h er e q u i r e m e n t so fi r o n s t e e le n t e r p r i s e t h e s y s t e mw a sd e s i g n e di ns e v e r a la s p e c t si n c l u d i n ge - m a pm a n a g e m e n ts u b s y s t e m ， f a c i l i t i e si n t e g r a t i v em a n a g e m e n ts u b s y s t e m ，f a c i l i t i e sm o n i t o r i n gs u b s y s t e m ，a n d c h e c k i n g & r e p a i r i n gs u b s y s t e m s h o w i n g t h e a d v a n t a g e s o fg i s e - m a p m a n a g e m e n ts u b s y s t e ma n df a c i l i t i e si n t e g r a t i v em a n a g e m e n ta r ed e s i g n e da n d d e s c r i b e dp a r t i c u l a r l y m o r e o v e r , d u et ot h ee x p a n s i b i l i t yo ft h es y s t e m ，t h ep a p e r a l s od o e ss o m er e s e a r c h e si na c c e s s o r i a 】f u n c t i o n s k e yw o r d ：i r o n & s t e e l ，g i s ，w e b g i s ，f a c i l i t i e sm a n a g e m e n t ，f a c i l i t i e sm o n i t o r , a p a c h e ，t o m c a t ，j s p i v - 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着信息科学技术的迅速发展和全球经济一体化进程的加快，市场竞争曰益 加剧，导致信息技术越来越广泛地被应用于社会和经济的各个领域，信息网络化 已成为当今社会发展的重要而基础的手段，企业管理信息化也越来越受到领导层 的重视。中共十六大提出了“中国经济建设要走新型工业化道路，以信息化带动 工业化，以工业化促进信息化”。实现工业化是我国现代化进程中艰巨的历史性 任务，这段话为我国工业化发展指明了方向，信息化是我国加快实现工业化和现 代化的必然选择。 时间追溯至1 9 9 8 年1 月，美国副总统戈尔在美国加利福尼亚科学中心发表 了一篇题为“数字地球：2 l 世纪认识地球的方式”( t h e d i g i t a l e a r t h ：u n d e r s t a n d i n g o u r p l a n e t i n t h e2 1 s tc e n t u r y ) 的演讲，提出了“数字地球”的概念，揭开了人类历 史发展的新纪元“地球村”时代“。数字地球实际上就是将地球数字化， 它将地球上每一点的所有信息根据地理坐标加以整理，构成一个地球的信息模 型。这样世界上任何人都可以快速，形象地了解他们关心的任何地方的信息。时 空集成化、网络化、虚拟现实是“数字地球”的三个突出特点。1 。它勾绘出了信 息时代人类在地球上生存、工作、学习和生活的时代特征。从1 9 9 8 年下半年开 始，数字地球引起我国政府和科技界，尤其是地学界和信息技术领域的广泛关注。 我国也提出了“数字中国”的战略0 1 ，并开始着手实施一系列的示范工程，如数 字农业，数字海洋，数字交通，数字长江，数字城市，数字钢铁等。2 0 0 1 年3 月5 日在第九届全国人民代表大会第四次会议上，我国发布的关于国民经济和 社会发展第十个五年计划纲要的报告“3 中，也明确提出要加快国民经济和社会 信息化的步伐。 作为“数字地球”的主要技术依托和载体，g i s ( 地理信息系统) 因此也快速 升温。g i s 是“数字地球”的核心技术之一“，它的应用大大提高了人类处理 和分析大量有关地球资源、环境、社会与经济数据的能力。g i s 是一种融合计算 机图形学和数据库管理于一体，储存和处理空间信息的技术，它把地理空间位置 和相关属性信息有机地结合在一起，根据实际需要图文并茂地输出绘用户，并借 助其独有的空间分析功能和可视化表达方式，提供各种辅助决策功能。g i s 系统 可以应用于一切与地理位置有关的领域”1 。目前，在国内外g i s 系统已广泛应用 东北大学硕士学位论文第一章绪论 于城建规划、公安消防、邮电通讯、水利电力、国土资源、政府管理等各个领域。 由于g i s 系统对空间信息和属性信息有很强的管理和分析功能，因而被认为是 最先进的计算机应用技术之一。 随着工业信息化的浪潮，钢铁企业信息化已经引起了我国政府部门和冶金行 业的高度重视和支持。据统计，2 0 0 1 年共有7 家大型钢铁企业的信息化工程被列 入国家经贸委国家重点技术改造项目，共获得银行贷款1 7 亿多元，总投资超过 2 7 亿元”1 。企业信息化正在成为我国钢铁企业管理和技术创新的重要课题。俗语 说“工欲善其事，必先利其器”，开发生产先进产品，必须建立在企业的先进设 备及良好的管理水平之上。企业要在激烈的市场竞争中求得生存与发展，必须具 有良好的综合素质和管理水平8 3 ，这里面就包括装备素质及设备管理水平。江泽 民同志就曾为设备管理工作做了“加强企业设备管理，提高企业装备素质”的题 词，这充分说明了设备管理工作的重要性。将g i s 应用在钢铁企业设备管理系 统上，将为从事钢铁企业设备管理的工作人员提供极大的方便，g i s 技术的应用 为钢铁企业信息化发展指出了新的方向。 1 2g i s 的引入 1 2 1g i s 的概念 g i s 是地理信息系统的简称，即是g e o g r a p h i c a l i n f o r m a t i o n s y s t e m 的缩写。3 ， 是集计算机科学、地理学、测绘学、地图学、环境科学、城市科学、空间科学、 信息科学、管理科学等多门学科为一体的新兴科学，是多学科集成并应用于各个 领域的基础平台“”。它与其它学科的关系如图1 1 所示。地理信息系统中“地理” 的概念并非指地理学，而是广义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、空间数据 以及由此而演义出来的知识“。它把相互联系的各种地理相关的信息抽象为计算 机可以表示和描述的数据存储起来，利用计算机强大的数据处理功能对其进行再 加工，提出地理系统所关心的各种空间属性以及与之相联系的数据属性，并在此 基础上提供实时控制、自动决策与智能分析等功能。所以g i s 的本质就是通过 研究和分析计算机化的地理信息，在一定空间和时间范围内对地理系统的各种要 素进行控制和操作。这种集成是对各种信息的加工、处理、应用、融合和交叉渗 透，并且实现各种信息的数字化过程。 g i s 是为多学科、多目的而发展的计算机硬件、软件及方法组成的系统，可 用于地理相关信息的搜集、存储、管理和分析，与传统的分析方法相比较，它将 过去的手工、单一、静态、以定性为主的分析技术推进到多时相、多数据源、h 寸 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 于城建规划、公安消防、邮电通讯、水利电力、国士资源、政府管理等各个领域。 山于g i s 系统对空间信息利属性信息有很强的管理和分析功能，因而被认为是 鼹先进的计算机应用技术之一。 随着工业信息化的浪潮，钢铁企业信息化已经引起了我国政府部门和冶金行 、i k 的高度重视和支持。据统计，2 0 0 年共有7 家大型钢铁企业的信息化工程被列 入国家经贸委国家重点技术改造项目，共获得银行贷款1 7 亿多元，总投资超过 2 7 亿元”1 。企业信息化币在成为我国钢铁企业管理和技术创新的重要课题。俗谱 说“工欲善其事，必先利其器”，开发生产先进产品，必须建立在企业的先进设 备及良好的管理水平之上。企业要在激烈的市场竞争中求得生存与发展，必须具 有良好的综合素质和管理水平。3 ，这里面就包括装备素质及设备管理水平。江泽 民同志就曾为设备管理工作做了“加强企业设备管理，提高企业装各素质”的题 词，这充分说明了设备管理工作的重要性。将g i s 应用在钢铁企业设备管理系 统上，将为从事钢铁企业设备管理的工作人员提供极大的方便，g i s 技术的应用 为钢铁企业信息化发展指出了新的方向。 1 2g i s 的引入 1 2 1g i s 的概念 g i s 是地理信息系统的简称，即是g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m 的缩写”。， 是集计算机科学、地理学、测绘学、地图学、环境科学、城市科学、空间科学、 信息科学、管理科学等多门学科为一体的新兴科学，是多学科集成并应用于各个 领域的基础平台“。它与其它学科的关系如图1 1 所示。地理信息系统中“地理” 的概念并非指地理学，而是广义地指地理坐标参照系统中的坐标数据、空问数据 以及由此而演义出来的知识“。它把相互联系的各种地理相关的信息抽象为计算 机可以表示和描述的数据存储起来，利用计算机强大的数据处理功能对其进行再 加工，提出地理系统所关心的各种空间属性以及与之相联系的数据属性，并在此 基础上提供实时控制、自动决策与智能分析等功能。所以g i s 的本质就是通过 研究和分析计算机化的地理信息，在一定空间和时间范围内对地理系统的各种要 素进行控制和操作。这种集成是对各种信息的加工、处理、应用、融台和交叉渗 透，并且实现各种信息的数字化过程。 g i s 是为多学科、多目的而发展的计算机硬件、软件及方法组成的系统，可 用于地理相关信息的搜集、存储、管理和分析，与传统的分析方法相比较，它将 过去的手工、单一、静态、阻定性为主的分析技术推进到多时相、多数据源、时 过去的手工、单一、静态、阻定性为主的分析技术推进到多时相、多数据源、时 2 - 查苎垄堂堡主主堡堡查篷二主堕笙 空结合“、定性与定量相结合的综合分析技术。它已逐渐成为资源管理、环境管 理和政府部门决策的重要技术手段之一。 图1 1 与g i s 相关的学科 f i g 1 1s u b j e c t st h a ta r er e l a t i v et og i s 虽然g i s 是一门多学科综合的边缘学科，但其核心是计算机科学，基本技 术是数据库、地图可视化及空间分析。地理信息系统的组成见图1 2 所示。 幽1 2 地理信息系统的组成 f i g 1 2c o m p o s i t i o no f g i s 要给出g i s 的准确定义是困难的，因为g i s 涉及的面太广，由于g i s 的定义 途径不同，所以最近十几年来依时间顺序产生了如下列出的一些g i s 定义： ( 1 ) b u r r o u g h ( 1 9 8 6 ) “”：g i s 有3 个部分：计算机硬件、应用软件模块、 适当的组织环境。该定义将组织环境作为g i s 的重要组成部分，强调了组织环 东北大学硕士学位论文第一章绪论 境凼素。 ( 2 ) c o w e n ( 1 9 8 8 ) 1 ：g i s 是一个决策支持系统，它将空间参照数据集成 到一个解决问题的环境中。本定义突出g i s 使用地理空间数据解决实际问题的 能力。 ( 3 ) j o r d a ng a 和t a e r d l e ( 1 9 8 9 ) “：g i s 是以计算机为基础的技术， 由特定的硬件与软件组成，能够进行数字化空间数据的即时存储、处理与显示。 本定义从计算机的硬件和软件应用方面强调了g i s 的即时存储功能。 ( 4 ) m a g u i r e ( 1 9 9 1 ) “：g i s 包含4 项基本要素：硬件、软件、数据和人员， 它们运行于一定的组织背景中。m a g u i r e 既注熏从系统的概念考察g s ，又考虑 到组织背景的重要性。将数据和人员纳入g i s 中，也反映了作者对当时g i s 系 统的重新思考，意识到数据、人员和组织对于g i s 应用成功的重要性。 ( 5 ) u c g i s ( 2 0 0 3 ) 1 7 j g i s 是在计算环境中解决地理问题的概念和方法。 该定义简明扼要，包容性很强。u c g i s 将g i s 划分为地理信息技术、地理信息 科学和地理信息应用，并致力于发展一套适合于大学g i s 教育的教程。 笔者认为g i s 就是以地理信息为基础，以计算机软硬件系统为操作手段， 来宛成特定的管理操作功能。 1 2 。2g i s 的研究内容 随着g i s 技术应用领域的不断扩大，人们对g i s 的研究热情也越来越高 涨。从技术上看，对地理信息系统的研究主要从以下几个方面开展： ( 1 ) 数据的获取 数据的获取包括数据的采集与输入，即将系统外部的原始数据导入到系统内 部，并将它们从外部格式转换为系统能够识别的内部格式，存储于系统的地理数 据库中。g i s 所需的原始数据分为空间数据和属性数据两类。空间数据是指图形 实体数据，常采用的输入方式有键盘输入、数字化仪数字化和扫描仪进行扫描等。 属性数据是指空间实体的特征数据，一般采用键盘输入法。现在，人们正试图将 遥感( r s ) 、全球定位技术( g p s ) 和地理信息系统( g i s ) 相结合，这就为g 1 s 的数据获取提供了更先进更丰富的手段，遥感数据和图像己成为g i s 重要的数 据来源，而g p s 可同时测定空间实体的三维坐标，并可在不同处理方法的支持 下达到各种要求的精度，这将推动g i s 数据获取技术的发展。 ( 2 ) 数据的存储与管理 g i s 的数据可分为栅格数据和矢量数据两类。数据的存储，即把这些数据以 某种形式记录在计算机的内部或外部存储器上，以使计算机能够高效快速地访问 东北大学硕士学位论文第一章绪论 并处理这些数据，其关键就在于如何建立记录的逻辑顺序以确定存储的地址。一 般而言，g i s 系统都采用了分层技术，即根据地图的某些特征，把它分为若干层， 整张地图正是所有这些层的叠加。这样用户操作时就只涉及到一些特定的层，而 不是整幅地图，系统能对用户的要求做出较迅速的反应。 ( 3 ) 数据的处理与分析 数据的处理包括两方面的工作：一是对输入数据进行质量检查与纠正，包括 图形数据与属性数据的编辑、图形数据与属性数据之间对应关系的校验、空间数 据的误差校正等；二是对输入的图形数据进行处理，使其满足地理信息系统的各 种应用要求，如对矢量数据的压缩与光滑处理、拓扑关系的建立、矢量与栅格数 据的相互转化、地图裁减及拼接等。 空间分析是地理信息系统的核心研究内容之一，也是它与计算机辅助设计、 计算机辅助绘图系统的主要区别。空间分析是指根据确定的分析模型，通过对空 间图形数据的拓扑运算及空间和非空间属性数据的联合运算等各种操作来分析 一定区域的各种现象，以获得更有效的数据或某一特定问题的解决方案。通过空 间分析，g i s 从已知的地理数据中发现隐含的重要结论，从而回答用户提出的问 题。从宏观上看，空间分析主要包括拓扑分析、属性分析、拓扑与属性的联合分 析三方面，主要表现在数据检索及表格分析、叠加分析、缓冲分析和网络分析上。 ( 4 ) 数据的显示与输出 将用户所需的经g i s 分析处理过的图形、数据报表、文字报告、数学数据 以用户能够识别的形式灵活地显示出来，这是g s 系统与用户交互的关键所在， 直接影响到系统开发的最后效果。目前可以采用的输出设备有计算机显示器、打 印机、绘图仪等。在输出之前一般还应进行数据校正，误差调整，平面排版及不 同系统之间的数据转换等操作。 1 2 3g i s 的研究状况及发展方向 1 ) 国际研究状况 g 1 s 萌芽于二十世纪6 0 年代初，加拿大的r o g e rf t o m l i n s o n 和美国的 d u a n ef m a r b l e 在不同地方，从不同角度提出了地理信息系统。，1 9 7 2 年，世 界上第一个用于处理和分析土地利用数据的地理信息系统在加拿大运行成功。后 来，美国环境与资源研究所( e s r i ) 推出了商用地理信息系统a r c i n f o ，宣告g i s 正式成为一门产业。 作为信息技术( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g i e s ，i t ) 的重要组成部分，g i s 已经开 始被越来越多的人所关注。用户的需要、技术的进步、应用方法论的提高以及有 东北大学硕士学位论文第一辛绪论 关组织机构的建立等因素都深深地影响着地理信息系统的发展。经过近四十年的 发展，可将地理信息系统发展分为以下几个阶段： ( 1 ) 6 0 年代为地理信息系统g i s 的开拓期，注重于空间数据的地学处理。 ( 2 ) 7 0 年代为地理信息系统的巩固发展期，注重空间地理信息的管理。由 于资源开发、计算机技术迅速发展等原因，在此期间地理信息系统有了真正的发 展。 ( 3 ) 8 0 年代为地理信息系统大发展时期，注重于空间决策支持分析。地理 信息系统的应用领域迅速扩大。从资源管理、环境规划到应急反应，从商业服务 区域划分到政治选举分区等，涉及到了许多的学科与领域。 ( 4 ) 9 0 年代为地理信息系统的用户时代。一方面，地理信息系统已成为许 多机构必备的工作系统，尤其是政府决策部门在一定程度上由于受地理信息系统 影响而改变了现有机构的运行方式、设置与工作计划等。另一方面，社会对地理 信息系统认识普遍提高，需求大幅度增加，从而导致地理信息系统应用的扩大与 深化，国家级乃至全球性的地理信息系统已成为公众关注的问题。 与此同时，g i s 软件技术体系( g ss o f t w a r et e c h n o l o g y ) 也得到很大发展。 从发展历程看g i s 软件技术体系可以划分为六个阶段，如图1 3 所示。组件式 g i s 有效地提高了软件的可重用性、鲁棒性( r o b u s t ) ，并降低了g i s 开发的成 图1 3g i s 软件技术体系的发展 f i g 1 , 3d e v e l o p m e n to f g i ss o g a t et e c l m o l o g y 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 本“。通过使用组件，g i s 能够和其它系统无缝地集成在一起。 在美国等发达国家，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3 。西班牙电力通用公司 ( e r z ) ，使用g i s 技术建成监控和数据查询系统s c a d a ( s u p e r v i s o r yc o n t r o l a n dd a t a a c q u i s i t i o n ) ，该系统集自动绘图、设施管理和地理信息系统g i s 功能 于一身，为西班牙北部4 5 0 0 0 0 多平方公里的面积提供电力服务，客户超过6 0 万。 2 ) 国内研究状况 我国g i s 方面的工作自8 0 年代初开始“，以1 9 8 0 年中国科学院遥感应用 研究所成立全国第一个地理信息系统研究室为标志，在几年的起步发展阶段中， 我国地理信息系统在理论探索、硬件配制、软件研制、规范制订、区域试验研究、 局部系统建立、初步应用试验和技术队伍培养等方面都取得了进步，积累了经验， 为在全国范围内展开地理信息系统的研究和应用奠定了基础。 g i s 进入发展阶段的标志是第七个五年计划开始的，g i s 研究作为政府行 为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、 应用实验和工程建设工作。 自9 0 年代起，g i s 步入快速发展阶段，执行地理信息系统和遥感联合科技攻 关计划，强调g i s 的实用化、集成化和工程化。力图使g i s 从初步发展时期 的研究实验，局部实用走向实用化和生产化，为国民经济重大问题提供分析和决 策依据。努力实现基础环境数据库的建设，推进国产软件系统的实用化，遥感和 地理信息系统技术一体化。这期间开展的主要研究的领域有重大自然灾害监测与 评估系统的建设和应用、重点产粮区主要农作物估产、城市地理信息系统的建设 与应用、建立数字化测绘技术体系、国家基础地理信息系统建设与应用、专业信 息系统与数据库的建设和应用、基础通用软件的研制与建立等。如北京某测绘部 门以北京市大比例尺地形图为基础图形数据，在此摹础上综合叠加地下及地面的 八大类管线( 包括上水、污水、通讯、燃气、工程管线) 以及测量控制网、规划 路等基础测绘信息，形成一个测绘数据的城市地下管线信息系统。从而实现了对 地下管线信息的全面的现代化管理，为城市规划设计与管理部门、市政工程设计 与管理部门、城市交通部门与道路建设部门等提供地下管线及其它测绘部门的查 询服务。又如，上海市于1 9 9 5 年建成的综合地理信息系统，不仅为市政府领导进 行宏观分析决策提供多要素、多层次、多时态的空间信息，同时也为办公管理提 供了先进、科学的分析、预测、规划、决策等技术手段。再如，国家电力公司华 中公司2 0 0 0 年利用地理信息系统完成第一步规划的高电压输变电计算机管理系 统“华中主网管理信息系统”，涵盖了华中四省的5 0 0 千伏输电线路、变电站 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 和2 2 0 千伏省问联络线，使得华中数字化电网初具雏形。 3 ) g i s 技术的发展方向 随着计算机软硬件水平的提高和社会信息化程度的加深，g i s 技术一直在持 续发展。”，以下是g i s 技术发展的几个主要方向： w 曲g i s 目前多数g i s 系统都是基于文件共享的低级分布式结构。采用这种模式存 在许多问题，如效率低下、易造成网络瓶颈、成本高等。而采用基于 i n t e m e t i n t r a n e t 的g i s 能够充分利用现有资源，大规模降低成本，用浏览器页 面取代窗口，使系统简单易用，降低了专业操作的难度。 g i s 中面向对象( o b j e c to r i e n t e d ) 技术研究 面向对象的g i s 较之传统g i s 有下列优点：所有的地物以对象形式封 装，而不是以复杂的关系形式存储，使系统组织结构良好、清晰。以对象为基 础，消除了分层的概念。面向对象的分类结构和组装结构使g i s 可以直接定 义和处理复杂的地物类型。根据面向对象l a t eb i n d i n g ( 后编译) 的思想，用 户可以在现有抽象数据类型和空间操作箱上定义自己所需的数据类型和空间操 作方法，增强系统的开发性和可扩充性。基于i c o n 的面向对象的用户界面， 便于用户操作和使用。 时空系统( s p a f i o _ t e m p o r a ls y s t e m ) 传统的地理信息系统只考虑地物的空间特性，忽略了其时间特性，在许多应 用领域中，如环境监测、地震救援、天气预报等空间对象是随时间变化的，而这 种动态变化的规律在应用过程中起着十分重要的作用。时空系统主要研究时空模 型，时空数据的表示、存储、操作、查询和时空分析。 地理信息建模系统( g o g r a p h i ci n f o r m a t i o nm o d e l l i n gs y s t e m ，g i m s ) 通用g i s 的空间分析功能对于大多数的应用问题是远远不够的，因为这些 领域都有自己独特的专用模型，目前通用的g i s 大多通过提供进行二次开发的 工具和环境来解决这一问题。如a r c i n f 0 提供的进行二次开发的宏语言 a m l 。二次开发工具的一个主要问题是它对于普通用户而言过于困难，而g i s 成功应用于专门领域的关键在于支持建立该领域特有的空间分析模型g i s 。应当 支持面向用户的空间分析模型定义来生成和检验环境，支持与用户交互式的基于 g i s 的分析、建模和决策。这种g i s 系统又称为地理信息建模系统g i m s 是 目前g i s 研究的热点问题之一。 三维g i s 三维g i s 是许多应用领域对g i s 的基本要求，目前的g i s 大多提供了一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 些较为简单的三维显示和操作功能。但这与真三维表示和分析还有很大差距。真 j 下的三维g i s 必须支持真三维的矢量和栅格数据模型及以此为基础的三维空间 数据库。要解决三维空间操作和分析问题，主要研究的方向包括：三维数据结 构的研究，包括数据的有效存储、数据状态的表示和数据的可视化；三维数据 的生成和管理；地理数据的三维显示，主要包括三维数据的操作、表面处理、 栅格图象、全息图象显示、层次处理等。 1 i2 4g i s 的应用领域及其应用前景 g i s 针对特定的应用任务，存储事物的空间数据和属性数据，记录事物之间 的关系和演变过程。它可根据事物的地理坐标对其进行管理、检索、评价、分析、 结果输出等处理，提供决策支持、动态模拟、统计分析、预测预报等服务。其应 用覆盖工业、农业、交通运输、环保、国防、公安等诸多领域，特别是g i s 与m i s 相结合，其应用几乎涉及人类生活的各个方面。 它在各行业所起的作用可谓不简单。例如，银行发展起越来越多的自动柜员 机( a t m ) ，利用映射软件，可从中得知a t m 的分布，并更清楚地知道新的a t m 应开设于什么地方，才可达到更多过账。流动电话公司可以利用它来绘出其网络 覆盖面以及接收讯号经常出现不稳的地区，从而勾划出传输故障的黑点，以便改 善网络，并用作日后分配传输服务、无线频率及工程等资源时的重要参考。在g i s 中，信息处理的方式主要是图形方式。它直观醒目，各地理要素的分布态势及彼 此之间的拓扑关系一目了然，往往是“一幅图胜过千言万语”，使人能从宏观上 迅速把握全局。 g i s 从外部来看，表现为计算机软硬件系统，而其内涵是由计算机程序和地 理数据组织而成的地理空间信息模型，是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系 统。主要可以从如下几个方面进行应用： ( 1 ) 进行空间查询和分析：g i s 有着强大的空间数据处理能力，能够对空间 数据进行快速搜索和复杂查询的能力，如钢铁企业设备故障寻找和设备信息的定 位查询等。 ( 2 ) 提高系统集成能力：采用g i s 可最大限度地对机构的信息资源加以利 用，g i s 通过地理相关性将各种不同数据集成在一起，使部门间、个人和企业之 间实现数据共享和交流，从而提高数据的利用价值、降低成本、共享成果。 ( 3 ) 辅助分析决策：数据集成、空间分析、可视化表达，g i s 堪称是最佳的 分析决策支持系统，广泛应用于区域综合治理、宏观规划及其辅助分析决策等。 g i s 以快速有效的信息获取和加工处理手段，使足不出户也可运筹帷握。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 ( 4 ) 地图制图：地图在g i s 中占有异乎寻常的地位，利用g i s 建立起地 图数据库，生成电子地图是g i s 的重要应用。通过g i s 系统可方便地制作出 过去只有制图专业人员才能作出的高品质地图，地图的要素将随着数据库内容的 变化而变化。 任何技术的应用前景都是基于其使用的效果，即技术的使用是否真的可以带 来实际的效益。那么从g i s 的应用效果来看，g i s 的使用是否真的提高了计划 组织的效力了呢? 早在1 9 9 4 年b u d i c 就提出了一个潜在的研究结果，表明持续 稳固的使用g i s 系统可以提高计划管理的效力。“。而在1 9 9 5 年c a m p b e l l 和 m a s s e r 也给出了同样的结论。b u d i c 对美国东南部的4 个州进行了调查，结果 大多数回答者都认为g i s 在一些领域的应用中，确实能够提高效力，在一些操 作领域，数据能够更方便的获得，通过使用g i s 系统能够生产出精确的产品。 在1 9 8 7 年，一个英国政府的委员会，受到了政府g i s 系统扩散的影响，声称自 从地图发明以来，g i s 在处理地理信息上跨出了最有意义的一步。 随着g i s 技术越来越容易使用，以及使用g i s 群体的数量在不断增加， g i s 潜在的巨大价值会越来越明显。统计表明，人类社会文化经济活动所涉及的 信息中，有8 0 左右的数据属于空间数据。目前，g i s 不但广泛应用于国土资源 调查、自然资源管理和天气预报等传统领域，而且其范围扩大到工农业生产、地 下资源开采、城市规划、公共设施管理、能源、电力和电信等与国民经济相关的 重要部门。另外，g i s 除了对国家宏观经济建设起着重大影响作用外，正逐渐影 响和改变着民众的生活方式。 从g i s 的应用范围看，所有生产、运营和管理活动涉及到地理位置的行业 在信息化过程中都需要g i s 作为基础平台，这些行业包括农业、林业、水利、 环境保护、规划、统计、工商、税务、教育、计划生育、民政、国土资源、地矿、 卫生、公安、消防、地震、给水、电力、电信、供电、供热、房地产、房屋管理、 旅游和交通等。目前，从g i s 的应用程度看，g i s 在经济效益较好的行业应用 程度较高，如能源、电力和电信等部门，而在其它一些行业中的应用程度较低； g i s 在大城市和较大城市建设中应用程度较高，而在中小城市和县镇乡建设中的 应用程度较低；g i s 在发达地区的应用程度较高，而在落后地区的应用程度较低。 当前我国正在实施推动社会信息化建设的三部曲，包括推动政府机关信息 化、推动企业信息化和推动家庭信息化。另外，随着城市信息化、数字化建设的 推进，数字城市也已经被政府提到工作日程上。这一切无疑会加大我国信息化建 设的力度和加快信息化建设的速度，作为基础平台之一的g i s 将在国家信息化 建设中起着非常重要的作用。 东北大学硕士学位论文第一辛绪论 综上所述，地理信息系统作为一门新兴边缘学科正在世界范围内日益广泛地 得到应用并且正在或已经形成为一个独特的行业而倍受用户的欢迎。可以说， g i s 不仅是进行资源普蠢、区域开发规划、国土管理规划、环境保护、灾害预测 与防治以及城市规划和调度决策管理的根本基础，也是政府、企业、公司进行现 代化管理及决策的强有力手段，因而具有广阔的应用前景。 1 - 3 设备管理状况 企业要在激烈的市场竞争中求得生存与发展，必须具有良好的软硬件条件， 也就是说要具有先进的技术和设备支持及较高的管理水平，高水平的管理可以使 先进的技术和设备发挥出加倍的效力，所以技术管理和设备管理作为企业软硬件 的结合，对于企业的发展至关重要。“九五”全国设备管理工作纲要1