1 引言

城市照明中的路灯是城市基础设施的重要组成部分和重要环节，随着城市化进程的加快，电能消耗和电费日益高涨，我国能源问题越趋紧张。节约能源、提高利用效率是国内能源发展的主要任务之一。通过对现有技术的集成实现节能效果和提高路灯系统的管理水平，达到节能、舒适、环保效果。这对缓解能源供给的紧张局面和保护环境具有非常重要的意义。

而目前国内大部分城市路灯监控系统发展不是很完善，GIS在其应用更是少而又少，针对此，本文重点介绍GIS在路灯节能监控系统中的应用和关键技术，利用GIS技术建立城市路灯地理信息子系统，它将路灯地理空间信息与文字信息相结合，用户可在地图界面上直接对路灯对象进行操作(如查询和分析)，可以实时掌握照明系统运行状况，管理工作路灯监控设备，远程遥控路灯亮度情况，改变落后的人工巡视方式，做到无人值守，快速发现路灯故障、盗窃等并能主动报警，控制中心站可及时通知工作人员处理故障，具有更高的直观性，做到全市路灯“尽在掌握”之中。

2 地理信息系统和Supermap Objects概述

地理信息系统是最近发展起来的一门新兴边缘学科，集计算机科学、地理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学、信息科学和管理科学为一体^[1]。它是利用现代计算机图形和数据库技术来处理空间及其相关数据的计算机系统，其最大特点在于能将自然过程和人类社会活动的各种信息与空间位置、空间分布及其空间关系通过数字化有机地结合在一起，并通过屏幕形象、直观地显示出来，这一特点使得GIS具有更加广泛的用途。本文就是GIS在城市设施中的典型应用。

GIS技术的发展，在软件模式上经历了功能模块、包式软件、核心式软件，从而发展到组件式GIS的过程。组件式GIS是指基于组件对象平台，具有标准的接口，允许跨语言应用，因而使GIS软件的可配置性、可扩展性和开放性更强，使用更灵活，二次开发更方便^[2]。

国产GIS软件Supermap Objects是一个面向二次开发的开放性组件式基础平台，由一系列的ActiveX组件构成，包括核心组件、布局组件、三维组件等多个可分拆的组件库。此组件易于集成和扩展，伸缩性强，可以方便地与办公自动化、管理信息系统和其他的专业软件技术一体化集成，使GIS技术融入通用的信息技术中^[3] 。

3 GIS在路灯节能监控系统应用中的系统设计

3.1设计思路

把GIS子系统作为主监控程序中的一部分，利用Supmap Objects5中的GIS组件、Delphi7.0和数据库SQL Server2000来作为开发工具，其功能是将路灯设备信息与其位置相结合，使图形与数据库合为一体，实现在监控子系统中的各种功能。

3.2数据实现

3.2.1数据组织和建立

数据主要是指电子地图对应的若干图层信息，包括属性信息和空间信息。因为城市有若干路灯，数据量大，为了处理大量数据，同时跟其他模块共享数据，本子系统采用SQL Server 关系数据库来存储和管理所有数据，包括空间数据、属性数据以及元数据，完全脱离了文件系统，也摆脱了文件系统管理模式所带来的限制。

图1.SDX+空间数据引擎

3.2.2数据访问

见图1所示，采用SDX+空间数据库引擎直接访问SQL Server空间数据库，此访问方式有如下优点：其一，保证了数据的安全性；其二，做到了长事务管理模式，采取此模式，既有普通事务的所有优势，又避免了普通事务的局限性；其三，具备联机并发操作能力，多个模块间共享数据，可以同时浏览、编辑数据，及时地相互地传送数据，不仅大大提高了工作效率，而且使数据的完整性有了更好的保障。                                

3.2.3数据修改

图2.子系统模块图

直接在电子地图中操作路灯或控制器对象，更改其对应属性或空间信息，就会自动修改数据库的内容，实现数据的修改。

3.3模块图(见图2)

3.4功能描述

子系统作为主监控系统的重要组成部分，除实现GIS的基本功能外，更着重于将GIS技术与环保节能业务(这里主要是针对路灯节能和监控)相结合，实现了鹰眼全图浏览功能，多种信息整合功能以及数据库和图形之间的双向查询的功能，SMS短消息服务、故障报警、快速定位、缓冲区分析、空间统计分析等功能，具体描述如下：

(1) 地图操作：完成电子地图的放大、缩小、漫游、全图、鹰眼图、选择和编辑等功能。

图3.子系统界面图

(2) 查询：属性查图和图查属性，通过检索空间数据可以查询到相应的属性信息；同样检索属性数据可以查询到相应的空间信息。

(3) 属性：路灯和终端控制器的属性数据，可查看和修改，点击某一项会在地图中定位显示。

(4) 工具：缓冲区分析和距离量算，缓冲区分析可以显示选中对象附近地区的路灯信息，给使用者一个参考；而距离量算则表明当前选中两点间的距离。

(5) 报警处理：有SMS功能和快速定位两个功能，SMS又即短消息服务功能，以SMS方式通知工作人员故障类型、信息等；而快速定位是电子地图中准确显示出故障信息所在地。

(6) 统计打印：GIS可以提供各种统计数据，通过故障地理图形及其属性分析，可以直观地显示故障的发生类型、具体内容和所在地，使工作人员及时了解设备的运行情况。

子系统运行主界面(见图3)。

4关键技术

4.1数据共享技术

图4.视图(LampView)

本子系统只是路灯节能监控系统中的一个子模块，还有数据采集等其他模块，这就存在数据共享问题。数据都存在Sql Server数据库中，如何实现本系统和其他子系统间的数据共享和实时通信技术等问题，是本子系统的一个关键技术问题。

为此，采取视图方法(图4)，建立一个视图，此视图把电压、电流等几个表的主要字段和路灯图层表（（通过ID号唯一）关联起来，如图4所示，在路灯图层表中选取LightID,地点等，而在电流表中选取Curren，在电压表中选取Voltage和time，同时，过滤时间字段，选择最新数据，select top 1* from 表名 where id=xyz order by date desc，在路灯图层中的SmTableName表名取为LampView     (视图名），这样，关联了电流电压表中的数据，在电子地图中查看路灯属性数据时，就能看到这些数据。

因为采取视图方法，则任何一个模块修改了数据，都会地在表中及时地体现出来，即在电流电压表作了改动，则LampView中数据会及时得到更新；反过来，电子地图中修改了路灯属性值，它也能立即把改后的数据存于电流电压表中，这样，双方保持了数据实时通信。

4.2短消息服务(SMS)技术

目前手机短信息的应用越来越广泛，本子系统的特色之一就是把此技术运用于手机短消息报警功能中。只要将手机与电脑通过红外端口或用手机数据线连接串行口，就可以通过自行编制的短信息发送软件，实现短消息的发送。

设计思路：采用线程来收发短信，把要发送的短信，以链表方式保存，由线程取出要发的短信，调用收发短信类，此类把短信组织成pdu格式的短信，用AT命令与GSM设备通信，控制GSM设备发送和读取短信。此类关键在于参照GSM标准对短信进行编码和解码，以及负责对GSM设备的通信。

GSM AT指令简介：该指令是由诺基亚、爱立信、摩托罗拉和HP等厂家共同为GSM系统研制的一套指令集，其中包含了对SMS（Short Message Service）的控制。对SMS的控制有三种途径：Block Mode;基于AT命令的Text Mode;基于AT命令的PDU Mode。目前PDU已取代Block Mode,本文主要探讨PDU模式，AT+CMGF=0表示设置为PDU模式^[4]。

PDU简介：PDU模式是发送或接收手机SMS消息的一种方法。消息正文经过十六进制编码后进行传送。PDU命令有AT+CMGR,AT+CMGL,AT+CMGS。如读取电话上全部未读过的SMS消息，是AT+CMGL=0；而用AT+CMGL=4则表示读取全部SMS消息。

编码：要发送的内容一般为“中文短信息”，而中文字符以Unicode码来表示，在发送中文短消息之前须将中文字符转换为Unicode码。在Delphi 7.0中，可以通过WideString类型，巧妙地实现GB2312到Unicode的编码转换，由函数gsmEncodeUcs2( )来完成。

解码：相对于编码而言，解码就是将接收到的Unicode码转换成中文字符，由函数gsmDecodeUcs2( )来完成。

       串口通信：在Delphi中，可以用串口控件“mscomm”来实现给手机modem发AT命令，此控件关键有几点，首先要设置短讯中心号码，comm.output:=‘AT+CSCA=+8613800xxxx00’

+cnReturn；然后检查是否支持SMS服务，comm.output:=‘AT+CSMS=0’+cnReturn；再设置modem为PDU模式，comm.output:=‘AT+CMGF=0’+cnReturn；最后再设置字符集，并发送命令cmd:=‘AT+CSCS=GSM’+cnReturn；comm.output:=‘AT+CMGS=长度’+cnReturn。

5结束语

本子系统充分利用了GIS技术来实现路灯及线路的时时监控、远程开关、故障定位、自动报警等功能，通过远程开关，可以达到节能的目的。它的特点是运行成本低，只须在一台电脑上运行即可；易于维护和扩展，如果领导出差在外，想查看路灯运行状况，则可把现有的单机版本扩展为Internet网络版本。

本子系统可应用于各城市的路灯管理处，可根据实际用户的需求进行修改。其解决方案适应于更多领域，如电力电信部门的设备管理，道路交通、供水等的工程设计、应急抢修、日常维护等，借助GIS来完成，可以大大提高工作效率。

本文作者创新点：无人值守、故障定位、SMS短消息自动报警。

参考文献：

[1]陈述彭、鲁学军、周成虎，地理信息系统导论(M)，北京科学出版社，2000。

[2]吴信才，地理信息系统设计与实现，北京；电子工业出版社，2002.

[3]宋关福，王康弘，钟耳顺.SuperMap融入IT主流的GIS技术[J],地理信息世界，2003

[4]王婍犇，刘锦高 基于GPS无线定位/GSM短信收发的空间信息查询系统，微计算机信息 2006年第2-3期，页码184-186