GIS技术在通信领域中的应用及需要解决的问题.doc

GIS技术在通信领域中的应用简析 GIS在通信领域中的应用包括两个方面：一是GIS和通信技术集成作为提供空间数据服务的技术在通信领域的应用；另一个方面是GIS作为通信基础设施的管理、网络规划设计和运营决策的辅助手段在通信领域中的应用。随着通信技术和宽带网络的发展，通信基础设施管理和通信运营等各方面需求的提高，GIS在通信领域会发挥更大的作用，同时会面临一些新问题需要解决。 关键词 GIS 通信领域 空间数据服务 基础设施管理 网络规划1 引言据统计，现实世界中85%的信息都具有空间属性，属于空间信息范畴。地理信息系统（GIS）作为一门空间信息技术，是用来采集、存储、管理、分析、显示与应用空间信息的计算机系统，是分析和处理海量空间数据的通用技术。它在最近30多年内取得了惊人的发展，并广泛应用于各个领域。GIS作为一门信息技术必然与通信领域发生联系。GIS在通信领域中的应用取得了不少令人欢欣鼓舞的成就。GIS在通信领域中的应用可分为两个方面：一是GIS和通信技术集成作为提供空间数据服务的技术在通信领域的应用；另一个方面是GIS作为通信基础设施的管理、网络规划设计和运营决策的辅助手段在通信领域中的应用。本文就这两个方面来探讨GIS在通信领域中的应用和需要研究的问题。2 GIS技术和通信技术的集成2.1 GIS技术和通信技术集成的必要性和可行性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。2.2 GIS技术和通信技术的集成方式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。第一种情况是基于Client/Server结构的GIS或称为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。第二种情况是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。第三种情况是RS+通信系统+GIS。RS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。第四种情况是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。2.3 GIS技术和通信技术集成的关键问题（1）关于GIS空间元数据标准的研究所谓空间元数据，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。（2）分布式空间数据库和网络安全问题研究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）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。（4）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 GIS在通信网络资源管理、规划和运营中的应用3.1 GIS在通信网络资源管理、规划和运营中应用的必要性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。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。3.2 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。GIS在通信行业中的应用按照功能可以分为三个层次：一是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；二是建立专业化的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；三是建立专家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。信息产业部电信规划研究院基于商业GIS平台对于光纤接入网的基础数据管理、预测和规划做了大量的探索。国内众多公司陆续开发了的网络化电信管线资源地理信息系统。国内外的著名的GIS公司和电信公司以及一些学术科研机构也都把GIS在通信领域的应用作为自己的重要研究方向，例如ESRI公司、北京超图软件和武汉中地公司以及许多的电信运营商，它们开发GIS平台或应用GIS平台进二次开发以适应电信行业的应用。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。目前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。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。3.3 GIS在通信网络资源管理、规划和运营中深入应用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。（1）研究通信网络资源管理、规划和运营的模型库和方法库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。（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）借鉴其它领域中的理论和方法因为网络资源管理、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。（4）利用GIS技术，建立全国级和区域级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