1 問題的提出

　　隨著城市現代化建設的高速發展，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關鍵技術的設計和實施策略。

　　傳統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一，且由于缺乏相應的檢測手段，不能監控其工作狀態。為改變這一落后現狀，實現城市路燈自動化控制管理就提上了議事日程。

　　2 系統設計目標

　　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。要實現路燈的控制和管理，必須首先對現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，負責統一的控制和管理。由于終端控制器分散在各個街區，因此需要建立遠程控制系統。

　　2. 3 建立基于GIS 的控制和管理系統

　　為了使系統成為一套集控制和管理功能為一體的綜合性系統，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。

　　3 系統的功能設計及實施策略

　　3. 1 終端控制器的功能設計

　　終端控制器要實現的主要功能有如下三個方面：根據指令實行路燈開關控制；完成路燈的燈況檢測；實現與中央控制管理系統的數據通訊。如圖1所示：

　　圖1 終端控制器功能圖

　　3. 1. 1 根據指令實行路燈開關控制

　　路燈的開關由控制單元控制。其控制依據主要取決兩個方面，一是通過遠程數據通訊接收從中央控制系統發來的控制指令，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或通訊出故障時，控制單元自動強制實現路燈的開關。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對各個終端控制器實施統一集中控制的信息傳輸手段，是實現本系統的技術關鍵之一。有關遠程通訊將在后面的“系統遠程通訊設計與實施策略”中詳細討論。

　　3. 2 中央控制管理系統的功能設計

　　構造GIS 可視化城市路燈自動化地理信息系統，內容包括創建城市基礎地理信息、街區、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、動態顯示以及監控的支撐平臺。

　　構造路燈資料數據庫。路燈資料數據庫包括兩個方面，一是靜態資料數據庫，二是動態資料數據庫。靜態資料數據庫的主要內容有：路燈安裝的地理位置、架設日期、改造日期，所用材料規格（燈桿、燈罩、燈泡等） 、功率大小、額定光照度指標等有關數據，動態資料數據庫主要內容有：路燈工作狀況、路燈參數、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

　　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：系統初始化工作參數的設定；數據庫管理和網絡數據庫的共享管理；中央通訊設備的管理和數據通訊（關于數據通訊將在后面的“系統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據通訊，實現終端控制器的參數設定、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 系統遠程通訊設計與實施策略

　　系統的遠程通訊是實現遠程控制的手段。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據通訊接口的數字調制電臺，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境而定。由于主站具有較大的發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展發送，如開關燈、公共參數，時鐘校正等。第二種方式主要用于主站與特定從站的數據傳輸。從站采用地址編碼來唯一標識。從站發送數據是被動握手方式，需主站呼叫某從站后，該從站在終端控制器的控制下，向主站發送數據。其數據內容主要為燈況信息、系統測試等。在中央計算機控制下，主站通過與從站的的輪流通訊傳輸，從而實現各段路燈的燈況數據實時采集。

　　4. 2 通訊的數據格式定義

　　任何數據通訊都必須定義數據的格式。因此一般意義下的數據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。為提高系統效率，地址編碼段的長度應是動態的，可以包括多個地址編碼，這樣可以實現在非廣播方式下的主-多從站。

　　5 軟件設計策略

　　本系統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。控制和檢測部分并無多少技術難度。其重點主要是與從站數字調制電臺的數據通訊以及與中央控制管理系統的數據通訊上。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顯示功能。動態數據庫的刷新依據的是實時燈光信息的檢測，便于通過圖形直觀地監控燈況動態信息，同時也提供基于GIS 的燈況數據庫的可視化查詢和數據庫管理。如果使用單位已建立內部LAN ，則可以通過數據共享，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；動態數據的實時可視化刷新；多任務并發的系統效率以及系統資源較低占用。

　　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境，如果分別構造，勢必造成整個系統不能在同一界面上協同工作，從而使系統不能成為一個統一體。為解決這一問題，必須尋求平臺支持。

　　·GIS 的選擇。

　　GIS 的開發與否對于系統集成是至關重要的。

　　經過比較，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 環境中可以使用的命令都可以作為OLE 動詞發送，使其它宿主語言（如VB、VC 等） 可以直接啟動Maplnfo 命令，從而實現了其它開發工具與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， 沒有DBMS 的支持，就無法完成眾多的數據管理。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 ，為實現這些功能提供了強有力的工具。

　　5. 3 動態數據的實時可視化刷新

　　應用控制模塊采集的動態數據，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用DLL 來激活Maplnfo 的相應功能，動態數據經過格式轉換在已構成城市Map上，在相應位置以圖形顏色、閃爍變換等方式來直觀動態地顯示出來，從而達到GIS 可視化動態刷新。

　　5. 4 多任務并發的系統效率及系統資源較低占用

　　雖然Windows 9X支持多任務并發，但實際應用中不難發現，當多個應用進程同時請求系統資源時，系統效率將急劇下降。本系統中，當應用控制模塊把控制權轉交給 Maplnfo 后，由于數據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，但如果應用控制模塊處于完全激活狀態時，系統在響應其它請求（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。其狀態如圖5 ：

　　采用這種技術后，當應用控制模塊出于休眠狀態時，其系統資源占用相對較低。這樣可以加快系統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，旨在提供一些復合系統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的應用，對于一些具有多平臺環境下的系統集成，如 GIS 和GPS 全球衛星定位系統下的動態定位跟蹤系統、基于GIS 的火災報警定位系統等，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。