江蘇金卓能技術(shù)有限公司 曹 鵬

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，弱電通訊管網(wǎng)扮演著越來越重要的角色，管網(wǎng)總量與內(nèi)容物的復(fù)雜度逐漸升高，弱電管網(wǎng)管理通常采用人工方式進(jìn)行巡查，這種管理方式無法及時獲取井內(nèi)狀態(tài)、準(zhǔn)確獲取光纜數(shù)量，同時井內(nèi)纖芯路由復(fù)雜，在進(jìn)行管理查詢時統(tǒng)計較為困難，這種弱電管網(wǎng)集約化管理方式已無法滿足時代建設(shè)的需求，需要優(yōu)化傳統(tǒng)的弱電管網(wǎng)集約化管理方式，采用信息化手段實(shí)現(xiàn)弱電管網(wǎng)集約化的綜合管理[1]。近年來，物聯(lián)網(wǎng)與GIS 技術(shù)在弱電管網(wǎng)集約化管理方面表現(xiàn)出較多優(yōu)勢，采用物聯(lián)網(wǎng)與GIS技術(shù)使通訊資源模型化、管網(wǎng)器件聯(lián)網(wǎng)化，提高地理空間的信息化水平，以此提升管理水平，完成及時報警、狀態(tài)自知、路由可監(jiān)測的弱電管網(wǎng)管理目標(biāo)，本文為解決傳統(tǒng)弱電管網(wǎng)管理方式出現(xiàn)的問題，設(shè)計了基于物聯(lián)網(wǎng)的弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)綜合管理系統(tǒng)。

1 弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)綜合管理系統(tǒng)管理需求分析

分析空間要素。弱電管網(wǎng)分布在整個城市中，其與城市中各大建筑物、道路、地下設(shè)備、水電氣暖管網(wǎng)等空間要素的分布位置具有密切的聯(lián)系，在對弱電管網(wǎng)進(jìn)行集約化的管理與建設(shè)過程中，地下設(shè)施、出入口等空間要素會發(fā)生變化，這種不確定的變化會對弱電管網(wǎng)產(chǎn)生較大的影響，如城市基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)、基建的施工等，對這些地上及地下的城市空間要素進(jìn)行全面的了解才會掌握弱電管網(wǎng)對其受到的影響，從而有針對性的設(shè)計弱電通訊管道資源，發(fā)揮弱電管網(wǎng)應(yīng)該發(fā)揮的管理效果[2]。

圖1 弱電管網(wǎng)集約系統(tǒng)架構(gòu)

確定弱電管網(wǎng)井口運(yùn)行模式。弱電管網(wǎng)井口在弱電管網(wǎng)建設(shè)與管理過程中發(fā)揮著重要的作用，是弱電管網(wǎng)系統(tǒng)的入口、決定著弱電管網(wǎng)系統(tǒng)的安全。一旦發(fā)生井蓋丟失、損壞或水位超限等情況，不但使通信網(wǎng)絡(luò)無法正常運(yùn)行，還會對弱電管網(wǎng)的安全產(chǎn)生較大的影響，井蓋丟失或者移動后會給道路上的車輛及行人帶來安全風(fēng)險，因此要充分、全面、及時的掌握弱電管網(wǎng)井口的運(yùn)行狀態(tài)，確定其運(yùn)行模式，對弱電管網(wǎng)井口的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全程跟蹤、監(jiān)測，當(dāng)弱電管網(wǎng)井口處于危險模式時，需及時對危險情況進(jìn)行感知并推送告警，提請及時處理，保證弱電管網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

研究弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)綜合管理路由運(yùn)行狀態(tài)。弱電管網(wǎng)在進(jìn)行集約化建設(shè)與管理過程中，需研究路由的運(yùn)行狀態(tài)，路由的運(yùn)行狀態(tài)與弱電管網(wǎng)中的路由資源具有密切的聯(lián)系，路由資源包括光纜資源與弱電通信管網(wǎng)資源，這兩大路由資源數(shù)量龐大，可建立三維模型、采用可視化手段對路由資源中的路由節(jié)點(diǎn)數(shù)量、路由分布情況進(jìn)行充分了解，以此實(shí)現(xiàn)對路由運(yùn)行狀態(tài)的掌握，從而全面管理弱電管網(wǎng)路由通達(dá)性與光纜資源的可用性，這對弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)與綜合管理具有重要的意義[3]。

探索弱電管網(wǎng)管道光纜分布情況。弱電管網(wǎng)管道、光纜是城市信息化的關(guān)鍵基礎(chǔ)資源，是實(shí)現(xiàn)弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)與綜合管理的重要部分，為實(shí)現(xiàn)弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)與管理，需全面掌握需電管網(wǎng)管道、光纜的分布情況，確保在發(fā)生突發(fā)故障時可對其進(jìn)行快速、有效的應(yīng)急處置。在分析弱電管網(wǎng)管道光纜分布情況時，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在線查詢?nèi)蹼姽芫W(wǎng)管道光纜的具體情況，找到已使用的弱電管網(wǎng)管道光纜的使用位置，通過人工進(jìn)行一一核實(shí)、如果出現(xiàn)不匹配情況，需將實(shí)時弱電管網(wǎng)管道光纜使用的實(shí)際位置及數(shù)量更新到資源管理數(shù)據(jù)庫，以確保使用資源的實(shí)時性、準(zhǔn)確性，為弱電管網(wǎng)管道光纜的建設(shè)、規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

實(shí)現(xiàn)資源管理一體化。傳統(tǒng)弱電管網(wǎng)資源綜合管理通常分為室外管網(wǎng)主干管理與室內(nèi)布線接入管理，為實(shí)現(xiàn)這兩大弱電管網(wǎng)資源的一體化，傳統(tǒng)上在進(jìn)行室外管網(wǎng)主干管理時通常將室外管網(wǎng)埋于地下，室內(nèi)布線接入管理是將弱電管網(wǎng)路由的光纜線布設(shè)在室內(nèi)，室外與室內(nèi)屬于分開管理，這種傳統(tǒng)的路由管理方式使網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)無法持續(xù)進(jìn)行，室外管網(wǎng)主干與室內(nèi)布線無法形成一個持續(xù)的、完整的弱電管網(wǎng)路由網(wǎng)絡(luò)，無法實(shí)現(xiàn)弱電管網(wǎng)的綜合管理，為此本文提出了一個端到端的路由管理方式，即室外管網(wǎng)主干與室內(nèi)布線同時接入到一個路由管網(wǎng)中、同時進(jìn)行管理，以此實(shí)現(xiàn)資源管理的一體化[4]。

建立有效的資源數(shù)據(jù)庫。以往在進(jìn)行城市信息化資源管理時，通常采用CAD 文件對弱電管網(wǎng)管道路由、光纜等基礎(chǔ)資源進(jìn)行保存，這樣的保存方式可能會出現(xiàn)介質(zhì)丟失或損壞的情況，并且在對弱電管網(wǎng)管道路由數(shù)據(jù)、光纜使用數(shù)據(jù)進(jìn)行檢索時，檢索過程較為復(fù)雜，因此需要建立一個有效的、標(biāo)準(zhǔn)的資源數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)資源據(jù)的共享與更新，簡化檢索的環(huán)節(jié)與步驟，自動對各類弱電管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行定時備份，從而實(shí)現(xiàn)弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)與綜合管理。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)綜合管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

本文設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)的弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)與綜合管理系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)如下：建立具有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的地理空間要素數(shù)據(jù)庫、弱電管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫與弱電管網(wǎng)井口運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，制定弱電管網(wǎng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，加快弱電管網(wǎng)信息化建設(shè)；將城市空間要素與弱電管網(wǎng)資源信息進(jìn)行結(jié)合，使弱電管網(wǎng)各類資源間存在密切聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的弱電管網(wǎng)綜合管理；將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與GIS 技術(shù)相結(jié)合，對弱電管網(wǎng)井口、管道、光纜、分布線、分光等弱電資源進(jìn)行全面的監(jiān)測與管理；建立科學(xué)合理、標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)的城市弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)與綜合管理流程，以此提高城市弱電綜合管理的水平。

2.2 支撐技術(shù)

2.2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

弱電管網(wǎng)井口通常位于城市室外，在分布上集中性較差，為了對弱電管網(wǎng)井口的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合管理與監(jiān)測，需采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在弱電管網(wǎng)井蓋上安裝物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸各類通信資源數(shù)據(jù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)與綜合管理方面具有較多的優(yōu)勢。物聯(lián)網(wǎng)采用3GPP國際標(biāo)準(zhǔn)，在中國運(yùn)營商中處于主導(dǎo)地位，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成的弱電管網(wǎng)終端網(wǎng)絡(luò)包括智能井蓋、基站、弱電核心網(wǎng)、資源存儲平臺、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器與弱電管網(wǎng)管理平臺。其中弱電核心網(wǎng)由廠商進(jìn)行建設(shè)，弱電管網(wǎng)管理平臺與數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器由運(yùn)營商建設(shè)運(yùn)維，通過這種建設(shè)運(yùn)維方式可加強(qiáng)弱電管網(wǎng)井口數(shù)據(jù)的監(jiān)測力度，集中精力建設(shè)資源數(shù)據(jù)庫，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)弱電管網(wǎng)資源數(shù)據(jù)的安全、穩(wěn)定傳輸。本文系統(tǒng)可全程監(jiān)測弱電管網(wǎng)井口的運(yùn)行狀態(tài)及井內(nèi)水位的變化，同時通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可遠(yuǎn)程監(jiān)測弱電管網(wǎng)管道、光纜，在弱電管網(wǎng)的綜合管理中發(fā)揮看重要作用。

NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)利用弱電管網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息管理，基于現(xiàn)場實(shí)際情況即時推送各類通知。圖2中相關(guān)設(shè)備如下。終端：UE（User Equipment），通過空口連接到基站（eNodeB（evolved Node B,E-UTRAN 基站））；無線網(wǎng)側(cè)：包括兩種組網(wǎng)方式，一種是整體式無線接入網(wǎng)（Singel RAN），其中包括2G/3G/4G 以及NBIoT 無線網(wǎng)，另一種是NB-IoT 新建。主要承擔(dān)空口接入處理，小區(qū)管理等相關(guān)功能，并通過S1-lite 接口與IoT 核心網(wǎng)進(jìn)行連接，將非接入層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給高層網(wǎng)元處理；核心網(wǎng)：EPC（Evolved Packet Core），承擔(dān)與終端非接入層交互的功能，并將IoT 業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到IoT 平臺進(jìn)行處理；平臺：弱電管網(wǎng)監(jiān)控管理平臺；應(yīng)用服務(wù)器：以電信平臺為例，應(yīng)用server 通過http/https 協(xié)議和平臺通訊，通過調(diào)用平臺的開放API 來控制設(shè)備，平臺把設(shè)備上報的數(shù)據(jù)推送給應(yīng)用服務(wù)器。平臺支持對設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)議解析，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的json 格式數(shù)據(jù)。

圖2 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)流程圖

2.2.2 GIS 技術(shù)

GIS 技術(shù)通過分析地理模型可提供多種空間要素信息與動態(tài)數(shù)據(jù)，是一種基于位置服務(wù)的計算機(jī)圖形技術(shù)，在弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)與管理過程中可將地下管網(wǎng)與位置進(jìn)行結(jié)合。本系統(tǒng)通過GIS 技術(shù)可視化特點(diǎn)建立了覆蓋整個城市的電子地圖，將城市弱電管網(wǎng)資源數(shù)據(jù)與空間地理位置信息聯(lián)系起來并與物聯(lián)網(wǎng)技木進(jìn)行結(jié)合，使弱電管網(wǎng)中的資源信息可以在電子地圖中顯示出來，以便對弱電管網(wǎng)管道、井口、智能井蓋進(jìn)行定位與統(tǒng)計。GIS 技術(shù)除了可提高弱電管網(wǎng)管道走向、實(shí)現(xiàn)弱電管網(wǎng)的綜合管理外，還可分析路由運(yùn)行狀態(tài)、查詢管道使用程度，提高常規(guī)操作的精確性，此外還可結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)水位感知分析井下水位的變化、掌握道路開挖進(jìn)度，從而了解整個城市弱電管網(wǎng)的建設(shè)與管理情況，非常高效的對道路施工及弱電管網(wǎng)的建設(shè)進(jìn)行預(yù)估，極大提高了弱電管網(wǎng)的建設(shè)與管理水平。

2.3 系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析?；谖锫?lián)網(wǎng)的弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)與綜合管理系統(tǒng)除包括以部分外，還需建設(shè)系統(tǒng)預(yù)警模塊、決策模塊，并在資源數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對弱電管網(wǎng)管道進(jìn)行調(diào)度，監(jiān)控智能井下水位變化，統(tǒng)計某一段時間的水位變化量，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，按照多種傳輸途徑傳輸獲取的信息數(shù)據(jù)，確保服務(wù)器與監(jiān)測終端都能準(zhǔn)確接收資源數(shù)據(jù)；系統(tǒng)功能設(shè)計。本文系統(tǒng)的功能主要包括弱電管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)備信息管理與操作電子地圖。根據(jù)弱電管網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，建立相應(yīng)的管理平臺，制定合理的弱電管網(wǎng)集約化建設(shè)計劃，完成各類弱電管網(wǎng)資源數(shù)據(jù)的管理與建設(shè)工作。第二完成系統(tǒng)地圖參考圖層的增加，按照制定好的工作流程，完成弱電管網(wǎng)資源數(shù)據(jù)信息的導(dǎo)入與維護(hù)。

系統(tǒng)預(yù)警模塊。當(dāng)弱電管井井口周界管理弱電管網(wǎng)井下水位超過標(biāo)準(zhǔn)水位后，本文系統(tǒng)的預(yù)警設(shè)備會發(fā)出預(yù)警信號，根據(jù)井下水位的數(shù)據(jù)信息獲取發(fā)生超限水位的井蓋位置，通過電子地圖進(jìn)行定位，并統(tǒng)計出現(xiàn)異常水位的井蓋數(shù)量，及時對其進(jìn)行處理，并通過視頻進(jìn)行監(jiān)督；系統(tǒng)決策模塊。為把預(yù)警與調(diào)度體現(xiàn)在同一張地圖上，需建立系統(tǒng)決策模塊，利用計算機(jī)實(shí)現(xiàn)預(yù)警與調(diào)度的整合流程，利用物聯(lián)網(wǎng)與GIS 技術(shù)傳輸調(diào)度數(shù)據(jù)與預(yù)警數(shù)據(jù)。

3 應(yīng)用效果分析

狀態(tài)分析。通過物聯(lián)網(wǎng)與GIS 技術(shù)對管井的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測與分析，監(jiān)測井下水位變化、周圍環(huán)境、井蓋開啟等狀態(tài)信息；資源查詢。對弱電管網(wǎng)管道的連接狀態(tài)，管孔使用率與光纜的使用情況進(jìn)行在線查詢，管理交接箱熔接狀態(tài)，以及各類終端數(shù)據(jù)的傳輸情況；數(shù)據(jù)管理。對弱電管網(wǎng)井口運(yùn)行數(shù)據(jù)、管道、管孔、井下水位變化數(shù)據(jù)、光纜使用量等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，按照管孔密度、光纜的使用量進(jìn)行道路的開挖模擬，對周邊的施工環(huán)境進(jìn)行預(yù)估；三維一體化管理。從室內(nèi)到室外實(shí)現(xiàn)三維一體化管理，全方位的觀察弱電管網(wǎng)的綜合管理情況。