基于ArcSDE的海纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

袁艷會+高紅武+安博文

摘 要： 采用SQL Server 2005 配合ArcSDE作為后臺數(shù)據(jù)庫來管理地理信息數(shù)據(jù)和海纜的各種屬性信息；系統(tǒng)選用Visual C#平臺以及ArcGIS Engine組件作為前臺開發(fā)工具開發(fā)海纜監(jiān)測系統(tǒng)。通過對ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎存儲模式的理解與運用，系統(tǒng)實現(xiàn)了海纜溫度數(shù)據(jù)導入，加載顯示以及溫度數(shù)據(jù)的入庫等功能。按照ArcSDE中空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的管理規(guī)則設計數(shù)據(jù)庫，利用了組件開發(fā)技術(shù)，進行了桌面平臺系統(tǒng)的總體設計與實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： ArcSDE； 地理信息系統(tǒng)； 海纜； 溫度數(shù)據(jù)導入

中圖分類號： TN911?34； TP311.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）07?0105?02

Undersea cable temperature monitoring system based on ArcSDE

YUAN Yan?hui1， GAO Hong?wu1， AN Bo?wen2

（1. Electric & Instrument Service Center， CNOOC Energy Technology & Services?Oilfield Construction Engineering Division， Tianjin 300000， China；

2. College of Information Engineering， Shanghai Maritime Univeristy， Shanghai 201306， China）

Abstract： SQL Server 2005 with the support of ArcSDE is used in the system as its backend database to manage the geographic information data and the information with various attributes of the undersea cable. The undersea cable monitoring system is developed by desktop platform Visual C# and ArcGIS Engine as development tools. The system functions of temperature data importing， loading display and storing of undersea cable were realized with the help of ArcSDE spatial data engine storage mode. According to the administrative rules of the spatial data and attribute data in ArcSDE， the database was designed and initialized. The overall design of the desktop platform system was fulfilled with the component development technology.

Keywords： ArcSDE； geographic information system； undersea cable； temperature data importing

0 引 言

自光纖分布式測溫技術(shù)[1?2]引入海底電纜監(jiān)測以來，海纜溫度數(shù)據(jù)的存儲就變的越發(fā)重要。海底電纜的溫度數(shù)據(jù)具有大容量、實時性等特點。地理信息系統(tǒng)（GIS）具有強大的海量數(shù)據(jù)處理能力和空間數(shù)據(jù)分析功能以及豐富多樣的可視化效果，這些特性為海纜監(jiān)測數(shù)據(jù)處理的難題找到合理的解決方案。本文主要研究內(nèi)容是對基于ArcSDE的海纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)進行探討，最終編程實現(xiàn)海纜溫度信息更新，存儲，壓縮等主要功能模塊。

1 關(guān)鍵技術(shù)——ArcSDE技術(shù)

ArcSDE（Spatial Data Engine）是ArcGIS軟件體系中的空間數(shù)據(jù)引擎，屬于一種應用于空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫中間件技術(shù)[3]。其主要特點如下：搭起了空間數(shù)據(jù)與普通關(guān)系數(shù)據(jù)庫的橋梁，適應性強，封裝性強。

2 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)采用SQL Server 2005作為后臺數(shù)據(jù)庫，通過空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE訪問并操作存儲在數(shù)據(jù)庫中的空間和屬性數(shù)據(jù)。前端采用Visual Studio 2008嵌入ArcGIS Engine組件[4]編程完成GIS功能及各個模塊。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

海纜監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫涵蓋數(shù)據(jù)廣泛，根據(jù)所獲得到數(shù)據(jù)和資料，相關(guān)數(shù)據(jù)歸為以下幾類：

（1） 基礎空間數(shù)據(jù)：包括海纜所在海域信息，位置信息，船舶航道信息。

（2） 海纜固有數(shù)據(jù)：包括海纜的生產(chǎn)廠家，導熱系數(shù)，彈性模量等。

（3） 海纜監(jiān)測點數(shù)據(jù)：包括監(jiān)測點的位置信息，溫度信息等。

（4） 海纜故障維護數(shù)據(jù)：包括海纜故障點信息，故障類型等。

上述數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，通過ArcGIS自帶的制圖軟件，將上述空間要素數(shù)字化，存入后臺關(guān)系數(shù)據(jù)庫中；按照數(shù)據(jù)庫設計原則將屬性數(shù)據(jù)與相應的空間數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，方便后期查詢和統(tǒng)計分析。

2.3 系統(tǒng)功能設計實現(xiàn)

溫度數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的框架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

海纜溫度數(shù)據(jù)是本系統(tǒng)的焦點，其中數(shù)據(jù)更新和存貯是系統(tǒng)兩大主要功能。

2.3.1 溫度數(shù)據(jù)的更新

從圖1中可以看出布里淵光時域分析儀（Bullion Optical Time Domain Analysis，BOTDA）獲取海纜在某一時刻的光纖溫度數(shù)據(jù)，通過監(jiān)測溫度處理主程序分析處理后，得到海底電纜各個監(jiān)測點的銅芯溫度信息，再將溫度信息通過GIS平臺的溫度監(jiān)測程序?qū)ΡO(jiān)測點的溫度進行更新。

監(jiān)測溫度處理主程序（A）生成txt與GIS平臺的溫度監(jiān)測程序（B）讀取txt之間可能發(fā)生沖突，需要采取同步技術(shù)。設定一個文件通信協(xié)議，此文件通信協(xié)議約定如下：A在寫完txt文件后，生成一個相應的同步文件（*.syn）； B監(jiān)控文件夾中新生成的*.syn文件，新*.syn文件生成時，程序B就會去讀相應的*.txt文件，讀完后，刪除相應的同步文件；并繼續(xù)監(jiān)控文件夾中有無新*.syn文件生成。文件通信協(xié)議的確定，避免了對同一txt文件讀寫操作的沖突，保證了程序的實時性。

2.3.2 溫度數(shù)據(jù)的存儲

對監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)進行合理的存儲，保證項目后期研究的擴展性和數(shù)據(jù)分析。在系統(tǒng)中，分布式光纖測溫儀器的分辨率為每0.2 m一個監(jiān)測點，考慮一條10 km的海纜，若每60 s產(chǎn)生一個txt文件，該設備運行24 h所產(chǎn)生的文件大小約為1 G，存儲空間浪費的同時其存儲形式也不利于后期對歷史數(shù)據(jù)進行分析。為解決上述問題只需針對監(jiān)測點的溫度進行存儲和壓縮。方法為：將一個txt的溫度數(shù)據(jù)壓縮成數(shù)據(jù)庫中的一條記錄，首先將txt中的每個監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)單獨提取存到一個動態(tài)數(shù)組中；然后利用字符串拼接技術(shù)將所有溫度數(shù)據(jù)拼接后存入數(shù)據(jù)庫相應的表中。在對歷史數(shù)據(jù)進行查詢時只需提供溫度采集的時間，然后再對溫度信息的長字符串分割，還原成一個數(shù)組，得到各個監(jiān)測點的具體溫度。這樣處理后節(jié)約了資源空間，提高了歷史數(shù)據(jù)的查詢效率。歷史數(shù)據(jù)表tb_history如圖2所示。

圖2 歷史數(shù)據(jù)表tb_history

3 結(jié) 論

本文通過分析海底電纜監(jiān)測中數(shù)據(jù)的特點，介紹符合數(shù)據(jù)管理的GIS技術(shù)，采取基于GIS平臺上設計開發(fā)管理系統(tǒng)，并采用ArcSDE技術(shù)和SQL Server 2005進行數(shù)據(jù)管理；采用Visual C#作為前臺開發(fā)語言，開發(fā)的桌面應用系統(tǒng)實現(xiàn)了海纜溫度數(shù)據(jù)的更新、存儲和分析。

參考文獻

[1] 蔣奇，徐于超，康彥森，等.基于分布式布里淵光纖散射傳感的海底動力電纜監(jiān)測技術(shù)研究[J].檢測與儀表，2009，36（4）：41?43.

[2] 彭超，趙健康，苗付貴，等.分布式光纖測溫技術(shù)在線監(jiān)測電纜溫度[J].高電壓技術(shù)，2006，32（8）：43?45.

[3] 王重陽，張韶華.ArcSDE在數(shù)據(jù)連庫接加載中的應用[J].北京測繪，2009（2）：54?56.

[4] 邱洪鋼，張青蓮，陸紹強.ArcGIS Engine開發(fā)從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[5] 桂潤堂，鐘霞，薛重生，等.基于ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎技術(shù)的應用研究[J].微機發(fā)展，2003，13（z1）：50?51.

[6] 余莉，何隆華.基于ArcSDE的礦產(chǎn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)[J].計算機應用，2009，29（z2）：155?157.

圖1 系統(tǒng)框架圖

海纜溫度數(shù)據(jù)是本系統(tǒng)的焦點，其中數(shù)據(jù)更新和存貯是系統(tǒng)兩大主要功能。

2.3.1 溫度數(shù)據(jù)的更新

從圖1中可以看出布里淵光時域分析儀（Bullion Optical Time Domain Analysis，BOTDA）獲取海纜在某一時刻的光纖溫度數(shù)據(jù)，通過監(jiān)測溫度處理主程序分析處理后，得到海底電纜各個監(jiān)測點的銅芯溫度信息，再將溫度信息通過GIS平臺的溫度監(jiān)測程序?qū)ΡO(jiān)測點的溫度進行更新。

監(jiān)測溫度處理主程序（A）生成txt與GIS平臺的溫度監(jiān)測程序（B）讀取txt之間可能發(fā)生沖突，需要采取同步技術(shù)。設定一個文件通信協(xié)議，此文件通信協(xié)議約定如下：A在寫完txt文件后，生成一個相應的同步文件（*.syn）； B監(jiān)控文件夾中新生成的*.syn文件，新*.syn文件生成時，程序B就會去讀相應的*.txt文件，讀完后，刪除相應的同步文件；并繼續(xù)監(jiān)控文件夾中有無新*.syn文件生成。文件通信協(xié)議的確定，避免了對同一txt文件讀寫操作的沖突，保證了程序的實時性。

2.3.2 溫度數(shù)據(jù)的存儲

對監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)進行合理的存儲，保證項目后期研究的擴展性和數(shù)據(jù)分析。在系統(tǒng)中，分布式光纖測溫儀器的分辨率為每0.2 m一個監(jiān)測點，考慮一條10 km的海纜，若每60 s產(chǎn)生一個txt文件，該設備運行24 h所產(chǎn)生的文件大小約為1 G，存儲空間浪費的同時其存儲形式也不利于后期對歷史數(shù)據(jù)進行分析。為解決上述問題只需針對監(jiān)測點的溫度進行存儲和壓縮。方法為：將一個txt的溫度數(shù)據(jù)壓縮成數(shù)據(jù)庫中的一條記錄，首先將txt中的每個監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)單獨提取存到一個動態(tài)數(shù)組中；然后利用字符串拼接技術(shù)將所有溫度數(shù)據(jù)拼接后存入數(shù)據(jù)庫相應的表中。在對歷史數(shù)據(jù)進行查詢時只需提供溫度采集的時間，然后再對溫度信息的長字符串分割，還原成一個數(shù)組，得到各個監(jiān)測點的具體溫度。這樣處理后節(jié)約了資源空間，提高了歷史數(shù)據(jù)的查詢效率。歷史數(shù)據(jù)表tb_history如圖2所示。

圖2 歷史數(shù)據(jù)表tb_history

3 結(jié) 論

本文通過分析海底電纜監(jiān)測中數(shù)據(jù)的特點，介紹符合數(shù)據(jù)管理的GIS技術(shù)，采取基于GIS平臺上設計開發(fā)管理系統(tǒng)，并采用ArcSDE技術(shù)和SQL Server 2005進行數(shù)據(jù)管理；采用Visual C#作為前臺開發(fā)語言，開發(fā)的桌面應用系統(tǒng)實現(xiàn)了海纜溫度數(shù)據(jù)的更新、存儲和分析。

參考文獻

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[2] 彭超，趙健康，苗付貴，等.分布式光纖測溫技術(shù)在線監(jiān)測電纜溫度[J].高電壓技術(shù)，2006，32（8）：43?45.

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[6] 余莉，何隆華.基于ArcSDE的礦產(chǎn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)[J].計算機應用，2009，29（z2）：155?157.

圖1 系統(tǒng)框架圖

海纜溫度數(shù)據(jù)是本系統(tǒng)的焦點，其中數(shù)據(jù)更新和存貯是系統(tǒng)兩大主要功能。

2.3.1 溫度數(shù)據(jù)的更新

從圖1中可以看出布里淵光時域分析儀（Bullion Optical Time Domain Analysis，BOTDA）獲取海纜在某一時刻的光纖溫度數(shù)據(jù)，通過監(jiān)測溫度處理主程序分析處理后，得到海底電纜各個監(jiān)測點的銅芯溫度信息，再將溫度信息通過GIS平臺的溫度監(jiān)測程序?qū)ΡO(jiān)測點的溫度進行更新。

監(jiān)測溫度處理主程序（A）生成txt與GIS平臺的溫度監(jiān)測程序（B）讀取txt之間可能發(fā)生沖突，需要采取同步技術(shù)。設定一個文件通信協(xié)議，此文件通信協(xié)議約定如下：A在寫完txt文件后，生成一個相應的同步文件（*.syn）； B監(jiān)控文件夾中新生成的*.syn文件，新*.syn文件生成時，程序B就會去讀相應的*.txt文件，讀完后，刪除相應的同步文件；并繼續(xù)監(jiān)控文件夾中有無新*.syn文件生成。文件通信協(xié)議的確定，避免了對同一txt文件讀寫操作的沖突，保證了程序的實時性。

2.3.2 溫度數(shù)據(jù)的存儲

對監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)進行合理的存儲，保證項目后期研究的擴展性和數(shù)據(jù)分析。在系統(tǒng)中，分布式光纖測溫儀器的分辨率為每0.2 m一個監(jiān)測點，考慮一條10 km的海纜，若每60 s產(chǎn)生一個txt文件，該設備運行24 h所產(chǎn)生的文件大小約為1 G，存儲空間浪費的同時其存儲形式也不利于后期對歷史數(shù)據(jù)進行分析。為解決上述問題只需針對監(jiān)測點的溫度進行存儲和壓縮。方法為：將一個txt的溫度數(shù)據(jù)壓縮成數(shù)據(jù)庫中的一條記錄，首先將txt中的每個監(jiān)測點的溫度數(shù)據(jù)單獨提取存到一個動態(tài)數(shù)組中；然后利用字符串拼接技術(shù)將所有溫度數(shù)據(jù)拼接后存入數(shù)據(jù)庫相應的表中。在對歷史數(shù)據(jù)進行查詢時只需提供溫度采集的時間，然后再對溫度信息的長字符串分割，還原成一個數(shù)組，得到各個監(jiān)測點的具體溫度。這樣處理后節(jié)約了資源空間，提高了歷史數(shù)據(jù)的查詢效率。歷史數(shù)據(jù)表tb_history如圖2所示。

圖2 歷史數(shù)據(jù)表tb_history

3 結(jié) 論

本文通過分析海底電纜監(jiān)測中數(shù)據(jù)的特點，介紹符合數(shù)據(jù)管理的GIS技術(shù)，采取基于GIS平臺上設計開發(fā)管理系統(tǒng)，并采用ArcSDE技術(shù)和SQL Server 2005進行數(shù)據(jù)管理；采用Visual C#作為前臺開發(fā)語言，開發(fā)的桌面應用系統(tǒng)實現(xiàn)了海纜溫度數(shù)據(jù)的更新、存儲和分析。

參考文獻

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[2] 彭超，趙健康，苗付貴，等.分布式光纖測溫技術(shù)在線監(jiān)測電纜溫度[J].高電壓技術(shù)，2006，32（8）：43?45.

[3] 王重陽，張韶華.ArcSDE在數(shù)據(jù)連庫接加載中的應用[J].北京測繪，2009（2）：54?56.

[4] 邱洪鋼，張青蓮，陸紹強.ArcGIS Engine開發(fā)從入門到精通[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[5] 桂潤堂，鐘霞，薛重生，等.基于ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎技術(shù)的應用研究[J].微機發(fā)展，2003，13（z1）：50?51.

[6] 余莉，何隆華.基于ArcSDE的礦產(chǎn)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)開發(fā)[J].計算機應用，2009，29（z2）：155?157.