【毕业学位论文】数字化城市管理信息系统的设计与实现-软件工程

中文摘要 中图分类号： 学校代码： 10055 密级： 公开 硕 士 学 位 论 文 数字化城市管理信息系统的设计与实现 文作者 邵长鸣 指导教师 孙凤池 教授 申请学位 硕士学位 培养单位 软件学院 学科专业 软件工程 研究方向 答辩委员会主席 评 阅 人 南开大学研究生院 二一三年四月 中文摘要 中文摘要 随着社会的进步、科技的发展，我国城市化发展面貌日新月异，城市辐射规模愈发广博。与此同时，城市管理也面临着新的课题、新的挑战，应运而生的数字化城市管理模式，有利于解决城市管理中存在的诸多问题。 本文首先从数字化城市管理建设的重要意义入手，概括描述了国内数字化城市管理的现状，分析了建立数字化城市管理信息系统所涉及的各方面内容；随后详细介绍了数字化城市管理信息系统建设的相关技术，分析了其特性和优势所在；接着根据系统建设的总体目标、需求特点，以及遵循的有关规定和标准，设计了数字化城市管理信息系统的总体框架结构和无线数据采集、地理编码等子系统模块功能；其次分析了系统数据建设所涉及的内容，进而详细地设计了系统的数据库；再次对数字化城市管理信息系统中无线数据采集、地理编码等主要功能模块的实现过程进行了阐述，并以具体事例为例，通过某市数字化城市管理信息系统应用，介绍了系统实现的过程。最后指出了数字化城市发展面临的机遇与挑战，有效地推动了城市管理工作更高效、更精细、更快捷的健康发展。 关键字：城市管理 信息系统 无线数据采集 地理编码 of in of in a of in At of of in is on of of of on of as as of in of of so of an of of a it to it is to of 录 中文摘要. .I.录. . 1 章绪论 .研究背景. 1 研究现状. 3 研究中存在的问题. 4 研究内容. 4 本文的组织结构. 5 第 2章相关技术. .6.6动 . 7 . 7 术. .7术 .8虚拟现实技术. .8地理编码技术. .9数据库技术. .9网格及网格计算技术. .9宽带网络通讯技术. .10中间件技术. .10网络信息安全技术. .10录 点登录. 11 据加密. 11 第 3 章 系统的需求分析 .总体目标. .系统用户对象. .12系统的业务流程. .13息收集. 13 卷建立. 13 务派遣. 13 务处理. 14 果反馈. 14 查结案. 14 合评价. 14 系统功能需求. .16线数据采集子系统. . 16 叫中心受理子系统. . 16 同工作子系统. . 16 屏幕监督指挥子系统. . 18 合评价子系统. . 18 理编码子系统. . 18 据交互子系统. . 19 用维护子系统. . 19 息公开子系统. . 19 展系统. 20 系统性能需求. 21 统稳定性需求. . 21 统运行需求. . 21 统可扩展性需求. . 21 V 目录 面良好性需求. . 22 统安全性需求. . 22 统可维护性需求. . 22 第 4章 系统的设计.总体设计原则. .23系统总体构架设计. .23应用系统设计. .25线数据采集子系统. . 25 叫中心受理子系统. . 26 同工作子系统. . 27 屏幕监督指挥子系统. . 28 合评价子系统. . 29 理编码子系统. . 30 据交互子系统. . 31 用维护子系统. . 32 息公开子系统. . 32 展系统. 32 系统数据库设计. .36统的数据处理流程和 设计. . 36 理空间数据库. . 38 件数据库. . 41 件数据库. . 43 理数据库. . 45 运行环境设计. .47理信息软件. . 47 据库软件. . 47 作系统. 48 络. 48 录 安全平台. 49 第 5 章 系统的实现 .系统主要功能模块的实现 .51线数据采集子系统的实现. . 51 调工作子系统的实现. . 51 理编码子系统的实现. . 52 合评价子系统的实现. . 52 屏幕监督指挥子系统的实现. . 52 系统界面与应用实例. .54统登录界面. . 54 字化城市管理的应用实例. . 55 第 6 章 总结与展望.总结. 64 展望. 64 参考文献. .谢. .人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果.第 1 章 绪论 第 1 章 绪论 城市管理是一项复杂的社会系统工程，它涉及到市民生活的各个方面，范围之广，责任之大，是市民切身利益的重要保障。城市管理工作的水平决定着城市的形象，代表了城市发展的水平。近年来，伴随着经济的快速发展，城市化进程日益加快，一些城市规模也急剧扩大，传统城市管理模式已不能满足城市发展和市民需求。因此，如何积极稳妥地推进城市化进程，促进城市持续和谐发展，成为当今城市急待解决的重大课题之一。数字化城市管理作为一种新的城市管理模式，为解决当前城市管理中的突出问题提供了新的思路和方法。研究背景 近年来，城市建设快速发展，城市人口急剧增加，基础设施承载能力亟待提高，城市功能亟需完善，旧有的城市管理体制和工作模式已明显不适应当前的发展趋势。在新形势下如何做好城市管理工作，进一步提升城市管理水平，提高城市品味，增强城市竞争力，是摆在我们面前的一个十分重要的现实问题。因此，克服城市发展瓶颈，提升城市运行水平，积极探索城市管理的新模式和新思路，成为了十分紧迫的必然要求。 各个国家和地区已经认识到在今后相当长的一段时间内，城市的发展和建设还将高速进行，而开拓新型管理手段、全方位地为市民提供优质的城市管理服务，都离不开现代化的技术手段和迅速快捷的服务通道。随着信息化技术的日趋成熟，特别是计算机网络技术和地理信息系统的通讯技术的发展，为实现数字化城市管理提供了可能与机会。 数字化城市管理是现代信息技术在城市管理领域的应用推广，是在多年城市管理工作实践的基础上，运用计算机、多媒体和大规模存储等现代科技手段将城市管理资源进行重新整合，建立城市管理的长效机制，创新城市管理流程，通过实行新的科学管理方法，对城市基础设施等进行自动采集、动态监测，实现管理对象数字化、管理的过程数字化、管理监控手段数字化、管理绩效评估数字化，为现代城市管理决策服务提供技术支持1。 1 第 1 章 绪论 随着数字城市这一概念的不断推广，数字化城市管理作为一种新的城市管理模式已经开始飞速发展并逐步取代旧有的落后的城市管理方式。数字化城市管理新模式的主要内容，一是精细划分城市管理空间，对城市管理对象进行数字化改革并精确定位；二是利用“城管通”这一信息采集工具，全方位、全时段地采集传输城市管理的信息；三是依托先进的信息技术工具，对城市部件、事件进行快速、准确的全覆盖管理；四是整合政府的城市管理职能，创新城市管理工作流程，构造“两个轴心”的管理体制；五是实现城市管理效率和水平的提升，采用内评价和外评价相结合的综合评价体系，并注重评价结果的使用。 （1）“城管通”。是一种基于无线通讯网作为信息交换手段的城市管理移动执法的高科技产品，它包括移动终端、后台处理平台以及相应的网络安全机制，同时融合了无线通讯、数字对讲、全球定位等多种移动通讯和信息处理的先进技术，具备地图浏览、图片采集、定位录音、数据上报等主要功能，是城市管理信息采集员采集与传输信息的专用工具。问题一经发现，信息采集员便可及时使用“城管通”上的地图进行定位，然后选择问题的具体项目，再拍下所发现问题的实景照片，这样指挥中心就能清晰地看到该信息采集员所发送信息的具体位置，以便及时将问题信息转到各相关单位，处理结束后，指挥中心会及时给信息采集员发短信，接到短信后，信息采集员重返问题地点进行核查，是否处理完善都会进行拍照，并将照片再次发回指挥中心。 （2）单元网格管理法。运用网格地图的技术，依托统一的城市管理数字化平台，将管理辖区按照属地管理、地理布局、现状管理、方便管理等原则划分为单元网格，并在单元格内设置城市管理信息采集员，对责任区域内的城市管理问题进行全天候巡查，实现管理工作的精确、敏捷。 （3）城市部件、事件管理法。就是将市容、园林、环卫、综合执法等部门的管理职能细化、分类，运用新的科技方法，使管理部件的内容数字化，管理事件的处置精细化，实现城市管理的统一指挥、调度和处置。 （4）“两个轴心”。对旧有体制进行革命性变革，创新城市管理体制，分别建立城市管理监督受理中心和指挥调度中心，形成监督与指挥相互制约的有机体制。其中监督受理中心负责城市管理问题的受理、立案、核查、结案、评价等工作；指挥调度中心负责对立案的部件、事件问题进行任务派遣，并协调各相关专业部门解决城市管理中出现的疑难问题。城市管理由“一个轴心”变成“两个轴心”，紧紧围绕政府工作的服务流程和业务流程，实现了跨部门的2 第 1 章 绪论 协同，使城市管理系统的结构更加科学合理。 （5）内外结合的管理体系。内评价系统指系统生成的运行数据；外评价系统指“12319”城管服务投诉热线等公众评价和专业监督队伍监督结果形成的数据。对内外评价系统的评价数据进行综合分析后，对城市管理由问题发现到处理完结过程中的各个责任主体进行综合评价，获得客观公正的绩效评价结果。 研究现状 数字化城市管理，从世界范围来讲，并非新生事物。西方发达国家的大小城市都已普遍实施，而且数字化程度也非常高。在国内，北京市东城区于 2004年 10 月在全国首创了万米单元网格化城市管理模式，拉开了我国城市管理数字化的序幕。该模式实施后，立即迎来了社会各界的广泛关注，得到了各方的好评。2006 年 12 月，“网格化城市管理新模式”获“中国人居环境范例奖”。2007年 2 月，国务院副总理曾培炎在视察北京东城区城管新模式时指出：东城区通过运用现代化信息技术，优化管理流程，探索“数字化城市管理模式”，使城市管理效率和政府管理水平有了显著提高，城市运行中的多发问题也得到了较好的解决，取得了明显成效，经验值得总结，做法值得推广。建设部于 2005 年7 月、2006 年 11 月、2007 年 7 月在北京市、扬州市、成都市召开了现场会，先后公布了三批 51 个试点城市，为全面推广数字化城管模式奠定了基础。2007 年9月， 天津市小白楼街崇仁里社区作为首个试点建立的社区网格化管理服务中心正式投入使用。2008 年 4 月，天津开发区正式启动建设网格化数字城市管理系统。此后，建设部于 2009 年印发了数字化城市管理模式建设导则（试行），进一步规范了数字化城市管理的建设工作。目前，全国已有数十个城市（城区）开展了数字化城市管理建设工作，建设部也将数字化管理模式列入国家“十五”科技攻关计划的示范工程。在试点城市的带动下，我国已呈现全面建设数字化城市管理新模式的良好态势。 数字化城市管理新模式在城市管理方面迈出了一大步，具有广阔的拓展空间。目前，国内数字化城市管理模式中包含城市管理所涉及的部件和事件等主要内容，能够对现有城市基础设施等资源管理提供高效、精细的管理平台，同时依赖于它与生俱来的技术背景和科学的管理模式、管理流程，不但可以对现有的城市管理内容和范围进行创新和延伸，更可以拓展到城市公共管理、服务3 第 1 章 绪论 的其他方面，如社会治安综合治理、行政审批、专项整治、文化宣传等等，成为政府管理城市的有效工具和平台。已运行数字化城市管理的城市实践证明，数字化城市管理实现了城市管理运行的“科学、严格、精细、长效”，它作为一种新的城市管理模式，对城市管理流程进行再造和制度重构，使城市管理中的各种问题得到及时发现并且能够高效解决，形成“大城市”的城市管理格局，进一步提高城市管理水平和管理效率。 研究中存在的问题 近几年在政府的大力推动下，虽然我国在数字化城市管理工作方面取得了可喜的成绩，但是一些深层次的问题目前并没有得到很好的解决，影响数字化城市管理的瓶颈仍然存在，主要表现在： （1）信息资源问题。数字化城市管理需要各类准确、可靠的基础数据，并且数量庞大，它涉及众多行业部门，需要各部门之间沟通配合、资源共享，而我国现行体制缺乏统一的行政框架和有效的组织规划，往往表现为各行业、各部门各自为政，标准各不相同，信息化水平参差不齐，一方面造成资源浪费，重复投资；另一方面由于信息网络之间缺乏互联，形成了大量的闲置信息。 （2）人才技术问题。当前，数据存储、传输、处理等方面的技术发展滞后，缺乏统一的标准规范，是数字化城市管理存在的主要难题。与此同时，各类专业信息技术人员的相对匮乏以及人员配置的不合理不均衡也给数字化城市管理工作增加了新的难度。 研究内容 本文对数字化城市管理模式的概念、特征及理论背景进行了深入分析，就数字化城市管理信息系统设计的理论基础和依据展开探讨。使国内数字化城市管理信息系统设计中出现的功能不清、流程不畅和边界不分等问题得到了有效解决，使系统的运行、管理符合科学理论和技术规范，确保系统功能设计的完善和统一。首先，在对数字化城市管理现状调研分析的基础上，按照软件工程的思想，对系统进行功能性需求和性能性需求两方面的分析，指出系统开发的必要性。4 第 1 章 绪论 5 其次，在需求分析的基础上，依据系统的总体设计目标，对系统进行详细的应用系统的设计、数据库的设计以及运行环境的设计。再次，描述了几个重要功能模块的实现过程，并介绍了数字化城市管理信息系统在某市的实际使用情况。最后，对系统的开发工作进行总结和展望。本文的组织结构 本文第一章是绪论部分，就本课题的背景与意义、国内外研究现状等进行阐述。第二章是相关技术部分，详细介绍了实现系统所涉及的相关技术支撑。第三章描述系统的需求分析，通过数字化城市管理信息系统总体描述对系统进行功能划分及分析等。第四章是系统的设计部分，介绍数字化城市管理信息系统的总体设计原则、总体架构的设计、总体的功能结构等相关内容。第五章为系统的实现部分，对数字化城市管理信息系统中主要功能模块的实现过程及应用实例进行了阐述。第六章是结论部分，对本文进行总结与前景展望。第 2 章 相关技术 第 2 章 相关技术 参照数字化城市信息系统目前的建设情况，并结合数字化城市建设涉及的软件和硬件等各个方面的特点，明确系统开发所需的网络、宽带、航空航天遥感技术、卫星定位技术、虚拟现实技术等技术作为支撑。 理信息系统（称 在计算机硬件、软件系统的支持下将地图信息加以描述并存储到计算机中，制成电子地图，使人们通过计算机迅速查询到目标，用于地理研究和地理决策服务的空间信息系统2。 硬件、软件、数据、人员和 方法五个主要部分构成，并且具备数据输入、数据编辑、数据存储与管理、空间查询与空间分析以及可视化表达与输出五个基本功能。它把地理位置和相关属性有机地结合起来，在区域规划、市政管理、交通监测等方面发挥了重要作用，满足了政府管理、企业经营、居民生活对空间信息的需要。 术的主要特性： （1）空间数据和属性数据的综合体，它将计算机图形和数据库有机地结合起来，使每一个数据都按照统一的地理坐标进行编码 ，实现对其定位、定性和定量的描述，提供丰富和实时准确的信息源。 （2）对空间构成进行描述和分析，来获取和认知空间数据，具有空间过程模拟和动态预测的功能，借助地理模型的方法手段可视化表达，被广泛应用于数字城管、公安应急、水利、交通、环保、国土资源等生产生活的各个领域，提供各种决策支持信息及其他高层地理信息，用以解决各种不同问题。 （3）够有效、快速、准确、系统地对各种类型的地理对象进行空间坐标定位和过程动态跟踪解释。 近年来， 术发展的速度令人意想不到，其主要原因之一是许多应用领域对地理信息系统的要求在不断提高。与此同时，信息领域也在飞速发展，其中移动通信和 为两支支柱产业而异军突起。而具有地理空间分析、6 第 2 章 相关技术 快速空间定位搜索、查询和强大的图形处理及表达能力的 综合性发展趋势也体现在与移动通信和 技术的集成。 移动动 指人们通过移动终端设备随时随地获取有关地理信息的服务。移动终端设备、网络、地理信息系统、各类地理信息服务及其供应商是移动 必备要素，它的最终目标是把复杂的地理信息变成能够充分利用和享受的信息，它具备移动性、客户端多样性、服务实时性、数据资源分散性和信息载体多样性等特点3。 指利用广域网向各类用户提供地理空间信息服务的地理信息系统，是 合的产物4。利用 术对传统 改变了传统 运行模式，使用户可以借助 ，通过浏览器这一统一的图形用户界面，访问位于不同地区、不同类型的空间信息资源5。它是充分利用网络技术与地理信息技术相结合的方法，把 术推向了一个更方便、更实用、更大众化的发展领域。 球卫星定位系统（称 有海、陆、空全方位实时三维导航与定位能力的系统6，由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成。它通过卫星不间断地发送自身的参数和时间信息，用户接收到这些信息后经过计算得出接收机的三维位置、方向、运动速度以及时间信息。 由于 术所具有的全天候、高精度和自动测量等特点，作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入了国民经济建设、国防建设和社会发展的各个应用领域。 （1）定位精确。位技术能够达到毫米级的静态定位精度和厘米级的动态定位精度。 （2）多功能。统不仅可以用于测量、导航，还可以用于测速、测时。 7 第 2 章 相关技术 （3）操作简便。统具有极高的自动化测量水平。 （4）全球全天候作业。星较多，且分布均匀，保证了全球地面的连续覆盖，能够保证地球上任何地点、任何时间段的观测工作。 感（称 一门使用传感器对地球进行测量的科学和技术，一般指利用遥感器对物体进行非接触的、远距离的探测，并进行提取、分析和处理来获取信息，收集数据，从而识别物体性质和运动状态的地理空间复合技术系统7。遥感技术系统由遥感平台、传感器、信息传输装置、数字或图像处理设备以及相关技术组成，它的主要特点如下： （1）可获取大范围数据资料。 （2）信息采集速度快，周期短。 （3）信息采集受限条件少。 （4）信息采集的手段多、信息量大。 （5）信息采集连续性好，可全天候观测。 虚拟现实技术 虚拟现实技术是利用计算机生成一个逼真的三维虚拟环境，并通过传感设备与之相互作用的新技术。虚拟现实技术能够通过航空或地面拍摄照片来构造立体模型并可以从不同位置、不同角度、不同时间观察城市，给人一种身临其境的感觉。它由检测、反馈、传感器、控制和建模五个模块组成，具有多感知性、存在感强和交互性好等特点。 应用虚拟现实技术，可以将三维地面模型、正射影像和城市街道、建筑物和市政设施的三维立体模型融合在一起，再现城市建筑及街区景观，用户在显示屏上可以很直观地看到生动逼真的城市街道景观，可以进行诸如查询、测量、飞行浏览等一系列操作，满足数字化城市技术由二维 三维虚拟现实的可视化发展需要，为城建规划、社区服务、消防安全、旅游交通等提供可视化空间地理信息服务。 8 第 2 章 相关技术 地理编码技术 地理编码又称地址匹配，是根据要素的地址信息，如路名、门牌号、邮政编码等，得到空间坐标信息，简单地说就是指在地图上找到并标注每个地址所对应的位置的过程8。地理编码的实现具备地理对象、参 考系统、编码规则等要素9。它给每个数据赋予 X、Y 值，将数据进行分类并标注到空间坐标系中，建立空间信息与非空间信息之间的联系，使数据的地理特征能够显示到地图上或运用到地理信息系统中10。数据库技术 数据库是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库。在日常工作中，常常需要把某些相关数据放进这样的“仓库”，并根据管理的需要进行相应的处理，从而转变成用户所需要的各种数据管理方式。数据库技术通过对数据进行统一的组织和管理，最终实现对数据的处理、分析和理解。数据库管理系统具备数据定义、数据操纵、数据查询、数据控制等功能，为构建各部门共享的城市管理信息平台，充分利用分布在各个部门的大量数据提供了技术上的支持。 网格及网格计算技术 网格是一种在动态的、多机构的虚拟组织中进行协同资源共享和问题解决的技术，包括计算网格、数据网格和信息服务网格三类，主要具有耦合各种资源的基础结构、跨越局域网、广域网边界、统一集成单一资源三种特性11。网格可以把互联网中的不同组织和机构的资源虚拟化，使用户能像使用一台计算机那样使用互联网中的各种资源。网格计算又叫分布式计算，就是在两个或多个软件互相共享信息，这些软件既可以在同一台计算机上运行，也可以在通过网络连接起来的多台计算机上运行。在数字化城市管理中，网格和网格计算技术可以将分散在各个部门的信息化资源加以整合和管理，实现政府各部门之间信息资源共享与协同工作，提高政府的工作效率。 9 第 2 章 相关技术 宽带网络通讯技术 宽带是指在同一个传输介质上，可以利用不同的频道进行多重传输，并且传输速度在 特/秒以上的接入技术。与传统的互联网接入技术相比，宽带接入技术的最大优势就是接入的带宽大大拓展，一般是普通拔号上网的 30 倍。宽带通讯是在网格计算环境中，提供高性能通信的必备手段，它以综合化、数字化、智能化、多样化的强大通讯网络为依托，向用户提供语音、数字、图像、视频的交互式多媒体信息服务。通信能力的好坏对网格计算提供的性能影响非常大，用户要获得“即连即用”的计算能力和延迟小、可靠性高的通信服务，离不开高质量的宽带网络技术的服务和支持。 中间件技术 中间件是一种独立的系统软件或服务程序，它位于操作系统、网络和数据库之上，应用软件的下层，管 理计算机资源和网络通讯12。中间件运行于多种硬件和平台，支持分布式计算、标准协议和标准接口，提供跨网络、硬件和平台的透明性的应用或服务的交互功能，满足大量应用的需要。中间件技术具有良好的可扩充性、易管理性、高可用性和可移植性的特点不仅缩短了开发周期，减少了费用的投入，也减少了系统维护、运行和管理的工作量，为应用程序提供了一个相对稳定的高层应用环境。 网络信息安全技术 随着网络技术的日益普及，以及人们对网络安全意识的增强，许多用于网络安全的技术得到广泛应用并不断强化。一般来说，信息安全的要求可归纳为以下几个方面： （1）真实性：用户的身份信息、传输的信息应真实可靠。 （2）完整性：防止信息在传递和存储过程中发生不被确认的改变或破坏。 （3）可控性：通过对权限的设置控制不同身份的用户信息资源的访问。 （4）机密性：防止信息被非授权泄露，包括存储机密性和传输机密性。 10 第 2 章 相关技术 11 （5）确认性：建立责任机制，使任何实体为其对信息所进行的任何操作承担责任。 网络信息系统是一个服务开放、信息共享的系统，因此网络信息安全技术对正常的网络运行和信息服务是极为重要的。 单点登录 单点登录模式是指在多个应用系统中，用户只需要登录一次，就可以访问所有相互信任的应用系统。它是一种可以将这次主要的登录映射到其它应用中，用于同一个用户的登录机制。 数据加密 数据加密就是以加密格式存储和传输敏感数据，在数据加密中，明文指的是原始的或未加密的数据，通过加密算法对其进行加密，加密算法的输入信息为明文和密钥，密文指的是明文加密后的格式，是加密算法的输出信息。加密算法是公开的，而密钥则是不公开的。无密钥的用户可以存储和传输加密数据，但不能理解密文。 第 3 章 系统的需求分析 第 3 章 系统的需求分析 总体目标 本文的总体目标是依托电子政务专用网络和无线通讯网络，通过对数字化城市管理信息系统的设计开发，对经济、社会和人文信息进行空间统计分析并提供决策支持，使城市管理和服务空间化、可视化、精细化、动态化，通过信息技术提升城市的竞争力。包括对部件、事件的管理，实现粗放管理到精确管理，被动管理到主动管理，事后管理到事前管理。同时，通过浏览信息服务网络，社会公众可以全方位全时段了解城市的发展状况，方便快捷地查询到与日常生活密切相关的衣食住行等方面的信息，加强了政务服务提供者与使用者之间的沟通和互动，为政府相关部门通过网络为广大市民和企业服务提供了新的途径。 系统用户对象 系统的用户主要有五类，分别是监督中心、指挥中心、处置部门、信息采集监督员和社会公众13。 （1）监督中心是按照城市市政监管需求，实现问题信息收集、问题处置情况监督及处置结果评价等功能的组织机构。 （2）指挥中心是按照城市市政监管要求，实现指挥和协调专业部门、派遣问题处理任务、反馈问题处理结果等功能的组织机构。 （3）处置部门是部件和事件问题的