基于數據分析技術的無線電監測與管理系統設計

　　摘要：為解決無線電管理工作中存在的軟件安裝繁瑣、監測工作效率低、監測數據量大以及數據分析及整合薄弱等問題，在分析無線電測量與管理業務需求的基礎上，設計基于數據分析技術的無線電監測與管理系統。該系統總體采用B/S架構，React作為前端框架，Java作為后端開發語言，以Openlayers和GeoServer搭建WebGIS平臺，實現無線電日常監測、無線電臺站管理、信號管理與告警以及用戶管理等各模塊功能。系統的數據中心采用分布式框架，以MySQL和HBase相結合的方法，實現無線電管理各環節數據的交換、加工、分析以及管理。系統的實際應用表明，與傳統系統相比，該系統將對無線電監測數據進行分析及計算，對所得結果做了高效整合和共享。整個系統具有易于部署、數據可視化以及信息利用率高等特點，應用價值高。

　　關鍵詞：無線電監測;無線電管理;數據分析;系統設計;WebGIS平臺;數據整合;數據交換

　　0引言

　　無線電行業的飛速發展，使得無線電技術在各行各業中得到廣泛應用。頻譜資源的越發緊張、臺站密度的越發增加，導致無線電臺站的監測工作強度越來越大，無線電監測管理形勢也越發嚴峻。因此，為了提高無線電監測水平和準度，保障頻譜資源的有效管理，建立一套完善且適應無線電發展的無線電管理體系，是實現國家“十三五”期間無線電管理規劃的重要支撐[1]。

　　無線電論文范例： 無線電技術及其在短波通信選頻中的應用研究

　　目前，無線電監測與管理系統一部分是基于C/S架構設計，需要在相關專業人員電腦上安裝軟件包，實施起來比較繁瑣且工作量較大，不利于對無線電進行實時管理。另一部分雖然是基于B/S架構，在系統部署等方面優于基于C/S架構設計的監管系統，但是在數據可視化與整合方面略有薄弱，且系統相對獨立，不能實現信息共享，無法達到信息增值和利用的效果。

　　針對上述問題，本文從無線電監測與管理的實際需求出發，以無線電監測、信息整合與增值為重點，使Internet技術與GIS原理相結合[2]，將功能組件封裝成服務，建立符合國家標準、適用于PC端、開發與運行成本低的無線電管理系統。該系統支持用戶在PC端利用游覽器查看臺站的分布及運行狀況、管理臺站數據、進行無線電日常監測以及信號管理等功能，降低了無線電管理系統的使用門檻。同時，利用數據分析技術，將無線電監測數據進行高效整合和共享，使信息達到增值的效果，提高了無線電資源的管理效率。組件化開發也保證了系統良好的可擴展性和可整合性。

　　1系統設計

　　1.1功能設計

　　本文主要研究無線電監測與管理系統中通過數據分析將處理后的數據信息與無線電監測管理相結合的技術。以地理信息系統WebGIS系統作為無線電管理系統的可視化支撐平臺，以無線電監測數據以及管理工作作為系統的數據來源，通過數據分析與處理，對合法數據進行計算，將數據進行整合與共享，同時在WebGIS應用層面的電子地圖上展示相應數據。此系統主要由無線電臺站管理、無線電日常監測管理、信號管理以及用戶管理共4個模塊組成。

　　各子系統的主要功能包括：

　　1)無線電臺站管理支持對臺站數據庫的訪問，完成在電子地圖上的分布顯示，實現對無線電臺站的基本參數、地理位置、維護日志以及運行狀況等信息的查改操作。2)無線電日常監測管理支持無線電日常監測任務，包括單頻測量、頻段掃描、單頻測向、聯合測向、信號分析、任務調度等[3]。3)信號管理支持地圖顯示信號分布及類型，展示區域信號列表，實現對信號的增刪改查操作，并對異常信號進行告警處理。4)用戶管理支持對系統的操作人員進行人員信息及部門信息等增刪改查操作，實現操作人員權限分級以及角色賦予等管理，確保系統安全。

　　1.2架構設計

　　結合無線電管理業務的要求，系統主要由應用層、應用支撐層以及基礎設施層這三個層次構成。系統采用B/S架構[4]，以Openlayers作為地圖顯示框架，GeoServer作為地圖服務器來搭建WebGIS平臺，選用HBase數據庫結合MySQL來存儲與分析數據。

　　1)應用層由基于基礎類平臺和數據中心的業務應用組成，包括無線電監測、無線電信號管理、告警管理以及臺站管理等業務模塊。通過可視化的用戶界面，為無線電管理人員提供各項服務。

　　2)應用支撐層由基礎類平臺與數據中心兩部分組成。基礎類平臺是介于數據庫和業務應用之間的中間層服務，提供統一身份、服務治理、平臺管理、地理信息、應用安全等服務�；�礎類平臺主要對應用層發送過來的數據請求進行處理和執行，可以說是整個無線電監測系統的核心。系統操作人員通過調用平臺提供的服務，根據角色權限，在應用層更新數據。數據中心主要存放空間數據、屬性數據以及應用數據，同時對這些數據進行交換、加工、分析和處理�？臻g數據庫包括基本地理信息數據(不同比例尺的影像地圖數據和矢量地圖數據、地名地址數據等)，屬性數據庫中 主要是無線電臺站名稱、狀態、類型等數據，應用數據庫中主要是示向度、帶寬、頻點等測量數據[7]。

　　3)基礎設施層基礎設施層是無線電管理系統建設和運行的必備條件。在本系統中，主要由操作系統、數據庫系統、硬件設備、網絡環境以及服務器等組成。

　　2關鍵技術

　　2.1WebGISWebGIS將互聯網與地理信息系統相結合，在實現傳統GIS所具有的功能外，還支持異地使用、多用戶同時使用、跨平臺使用等操作[8]，為數據共享及數據可視化提供了平臺。在本文的無線電監測與管理系統中，以Openlayers作為地圖顯示框架，GeoServer作為地圖服務器，來構建本系統的WebGIS平臺。

　　2.1.1OpenlayersOpenlayers作為一款開源前端開發框架，除了能在網站中接入Web地圖等基礎功能外，還能夠導入各種空間數據。Openlayers可以進行控件擴展，實現地圖的平移、縮放、圖層疊加、標注等功能，在此基礎上進行高級應用程序開發。Openlayers憑借能夠支持地圖無刷新地動態實時更新頁面，在對系統的空間數據和非空間數據的集成管理方面脫穎而出[9]。目前Openlayers最新的大版本是Openlayers5，它將抽象的事物具體化為類，圍繞Map、Layer、Control、Interaction、Source、View等核心類實現地圖加載和各類交互操作控件[10]，使GIS數據能夠在客戶端更好地進行展示與交互。

　　2.1.2GeoServer

　　在本系統中，由于涉及到添加、刪除和更改空間數據等操作，所以在對比目前國內外比較成熟的GIS軟件和技術后，選擇支持WPS，即地理信息處理服務的GeoServer作為地圖服務器。GeoServer對系統的功能擴展和二次開發非常有利。

　　在數據方面，GeoServer除了支持多種矢量數據源和柵格數據源，還支持主流數據庫對其進行擴展。在地圖發布方面，GeoServer支持將數據以圖像的形式輸出[11]，還可以直接發布實際數據的形式，進行空間地理數據查詢。GeoServer強大的地圖編輯功能，使用戶比較容易地進行地理信息共享。本系統中，空間數據一般以圖形的形式進行表示，GeoServer以普通文件的格式，將其存儲在服務器中。MySQL中的數據則一般以ShapeFile格式進行存儲，當進行數據展示時，通過GeoServer對其進行調用。

　　2.2數據中心

　　2.2.1數據中心框架在本系統中，數據中心采用分布式框架，基于Linux系統的Hadoop基礎環境運行。數據中心由數據交換平臺、數據加工平臺、數據分析平臺以及數據管理平臺組成，提供數據的交換、加工、分析以及管理服務。在數據中心中，數據交換平臺接收來自設備、其他數據中心的各類數據，并將本數據中心數據通過接口對外提供數據分享。數據加工平臺清洗數據中心已有的臟數據，對合法數據進行二次加工處理，保障數據的正確性和完整性。數據分析平臺利用分布式計算技術對合法數據進行計算，得到有利于做出決策的數據結果。數據管理平臺對數據中心數據進行數據維護、容災備份、清理垃圾數據、統計各類數據所占資源等。

　　2.2.2數據庫選型數據庫選擇用MySQL和Hbase相結合的方法，主要數據內容存儲在HDFS中，Hbase存儲HDFS文件目錄索引以及小量的結構化數據。MySQL中主要存儲分布式相關的配置信息和基礎信息。

　　2.2.3數據庫體系基本模型無線電管理系統涉及的數據包括地名、經緯度等基礎地理數據，示向度、帶寬、頻點等無線電數據，臺站名稱、狀態、類型等無線電站數據以及相關無線電行政管理機構數據等。根據數據的類型和來源，將數據分為基礎空間數據與業務數據[12]�；�礎空間數據中，主要包括不同比例尺的影像地圖和矢量地圖數據、無線電臺站分布數據、信號分布數據等以圖形化要素存在的數據。業務數據中，主要包括無線電臺站相關數據、系統管理權限相關數據、無線電監測數據、服務管理日志等以二維表格形式存在的數據。這些數據入庫時要以相關標準規范入庫。

　　3系統應用

　　本系統運行的硬件要求為推薦使用8GB內存以上計算機，最低要求4GB內存。軟件環境為Windows操作系統，GoogleChrome瀏覽器，74以及74以上版本。

　　3.1無線電臺站管理

　　本系統以地圖結合列表的形式，對無線電臺站信息進行綜合展示。用戶可以在地圖上查看臺站的分布情況以及位置等基本信息，通過鼠標放置圖標操作，獲取臺站的詳細信息。同時，用戶可以通過列表的操作項，對臺站數據進行添加、刪除、修改等基本操作。除此之外，系統還支持對臺站設備進行開關機和重啟、查看臺站運維日志等功能。

　　3.2無線電日常監測管理在無線電日常監測模塊中，系統在支持單頻測量、頻段掃描、離散掃描、單頻測向、寬帶測向、信號分析等常規監測外，還可以對監測任務進行任務調度。

　　創建計劃任務，支持任務停止、編輯和刪除，根據任 務優先級安排任務執行順序，例如自動執行的頻段掃描任務，可以被高優先級任務搶斷，搶斷結束后，再自動恢復任務。

　　3.3信號管理在本系統的信號管理模塊中，地圖顯示信號分布，鼠標放置后顯示信號詳細信息，展示區域的信號列表實現對信號的增刪改查操作，同時以圖標顏色來區分信號類型，對異常信號進行告警處理。該模塊支持按頻段和區域對信號進行統計的功能，以日報的形式對統計結果進行分析。

　　3.4用戶管理在系統的用戶管理模塊中，通過角色賦予和權限限制，對用戶在系統中的權限進行制約，防止由于用戶權限問題造成失誤，確保系統和數據的安全。同時可以通過人員管理和部門管理，對用戶的基本信息進行查詢、增加、刪除和修改等操作。

　　4結語

　　本文以無線電監管業務為需求，在WebGIS、Java和React等相關技術的基礎上，闡述了系統的總體架構和功能，論述了數據中心的框架及構建，分析了系統的關鍵技術，設計并實現了基于數據分析技術的無線電監管系統。這對提高無線電監管效率具有十分重要的意義[13]：

　　1)將系統功能組件封裝成服務，使系統具有可擴展性和可整合性，為相關工作人員構建一個一體化數據的無線電監管系統，為打破無線電管理中的“信息孤島”現象做出了創新的嘗試。2)從無線電資源管理、無線電臺站管理等多角度出發，對數據進行分析處理，并將數據進行可視化直觀展示。如信號報警等功能，就是對信息的有效增值和利用，提高了無線電監管效率。3)系統界面友好，可操作性強，主體代碼均運行在服務器上，大大降低了無線電管理系統的使用門檻。在山東邊海運行期間，整體系統運行穩定，有不錯的防錯、抗錯能力。

　　參考文獻

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　　[8]肖昕，方朝陽.基于GIS的土地執法監察系統設計與實現[J].計算機應用與軟件，2019，36(7)：117⁃121.

　　[9]白云.基于OpenLayers的礦場人員監控系統的研究與設計[J].計算機光盤軟件與應用，2012(3)：158⁃174.

　　作者：高文逸，龔曉峰，雒瑞森

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