基于GIS 的通信機房動環(huán)搶修調(diào)度平臺的構建研究

邱 帥 佘丹丹 曹基榮 姜 寧 許 軍

1.中國移動通信集團江蘇有限公司南京分公司；2.南京捷鷹數(shù)碼測繪有限公司

0 引言

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS），具有強大的空間分析計算與展示功能，可為通信機房動環(huán)搶修調(diào)度平臺提供支撐，通信機房動環(huán)搶修調(diào)度平臺是集GPS 技術、無線通信技術、地理信息服務技術、計算機技術和移動智能終端技術于一體的系統(tǒng)，它可以通過前端數(shù)據(jù)采集，利用后臺數(shù)據(jù)分析，提供高效的、分布式的、精準的移動地理信息服務。

某通信運營商地市分公司管轄市區(qū)范圍內(nèi)擁有超過20 座核心通信機樓的電源空調(diào)設備，設備總量高、機房分散，給動力維護帶來了極大挑戰(zhàn)。本文研究并實現(xiàn)基于GIS 的動環(huán)調(diào)度搶修平臺構建，當故障發(fā)生時，該平臺可通過獲取某通信機房故障信息自動匹配最佳搶修方案，實現(xiàn)精準關聯(lián)，確保維護人員以最短的時間響應、最快的速度到達故障機房，最大限度縮短MTTR（Mean Time To Repair，平均修復時間），提高通信機房動力設備的可靠性和動環(huán)維護的工作效率。

1 基礎數(shù)據(jù)支撐

1.1 基礎地形底圖

動環(huán)搶修調(diào)度平臺通過選取覆蓋所有通信機樓的基礎地形圖作為系統(tǒng)底圖，并可實時切換至實景影像圖模式（見圖1），地圖數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用WGS-1984 坐標系統(tǒng)。圖層要素至少包含建筑物、道路、水系等相關基礎地理數(shù)據(jù)。系統(tǒng)底圖推送具體實現(xiàn)方式有如下兩種：

圖1 調(diào)度平臺底圖示意

（1）利用動態(tài)地圖服務展現(xiàn)。采用ArcGIS Server 的分布式地圖服務技術，將基礎底圖的切片數(shù)據(jù)發(fā)布在服務器上，可利用Web 數(shù)據(jù)通信并發(fā)式地實時請求系統(tǒng)底圖數(shù)據(jù)。當前在5G 通信技術的加持下可以大幅提高系統(tǒng)底圖的加載效率，實際使用體驗較好。

（2）利用離線底圖數(shù)據(jù)包展現(xiàn)。將系統(tǒng)底圖數(shù)據(jù)線下制作為瓦片緩存數(shù)據(jù)包，并存儲在手機等智能終端里，系統(tǒng)通過讀取瓦片數(shù)據(jù)的級別、ID 號展現(xiàn)底圖。但是這種方式對終端設備的存儲和運算能力要求較高，且需要經(jīng)常更新數(shù)據(jù)包，因此考慮作為備用方式預留接口。

1.2 機房大比例尺地理信息數(shù)據(jù)

獲取市域范圍內(nèi)所有通信機樓的高精度地理信息矢量數(shù)據(jù)，并疊加至調(diào)度平臺系統(tǒng)底圖。數(shù)據(jù)應包含周邊水系、房屋、道路、植被、地貌等地形地物要素，最終形成機房及其周邊范圍的1：500 大比例尺地形圖專題界面（如圖2）。高精度地理信息矢量數(shù)據(jù)分為點狀要素、線狀要素、面狀要素和注記，各類地理信息要素的分層設色和屬性結構應依據(jù)《國家基本比例尺地圖圖式第1 部分1：500 1：1000 1：2000 地形圖圖式》（GB/T 20257.1-2017）來構建，保證數(shù)據(jù)的準確性和合理性。

圖2 通信機房大比例尺地形圖

1.3 屬性結構信息

通過動環(huán)搶修調(diào)度平臺將各通信機房的建筑詳細信息、機樓基礎設施情況、動環(huán)系統(tǒng)維護歷史數(shù)據(jù)、搶修人員信息和車輛以及移動終端設備的相關信息錄入對應的空間要素屬性數(shù)據(jù)庫和動環(huán)屬性數(shù)據(jù)庫中，屬性數(shù)據(jù)和地理空間數(shù)據(jù)通過標識碼的方式進行掛接（如圖3）。在通信機房動環(huán)故障發(fā)生時，方便后臺智能調(diào)用信息以開展分析、計算和派發(fā)搶修工單等操作。

圖3 屬性信息和地理信息交互示意圖

2 系統(tǒng)架構設計

2.1 系統(tǒng)設計原則

（1）實時分布性

系統(tǒng)將搶修維護人員的手機、平板等前端設備，通過5G通信網(wǎng)絡與系統(tǒng)后臺服務器鏈接，借助GPS 定位功能實時反饋位置信息以及故障現(xiàn)場信息，動環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時可實現(xiàn)精準關聯(lián)與調(diào)度。

（2）平臺可靠性

本系統(tǒng)所實現(xiàn)的功能都是基于動環(huán)搶修工作的需求，是集成現(xiàn)有成熟技術研發(fā)的供動力維護工作使用的系統(tǒng)，配合移動設備系統(tǒng)和無線通訊技術能保持長期可靠的安全運行。

（3）系統(tǒng)兼容性

在方便使用的基礎上，依靠先進的網(wǎng)絡通信和移動設備，將WebGIS、Android、IOS 等開發(fā)技術融入系統(tǒng)中，以保證系統(tǒng)的適用性。

（4）可視易操作性

動環(huán)搶修調(diào)研平臺的操作界面應當規(guī)整簡潔，相關功能按鈕應明顯易見，盡量避免功能菜單級數(shù)過多而導致的誤操作。返回及切換專題等場景操作要流暢，GIS 圖形加載無卡頓和明顯延時。

（5）可拓展性

動環(huán)搶修調(diào)度平臺應留有一定預留接口，未來可將通信機房其它設備維護和管理等工作內(nèi)容納入系統(tǒng)。

2.2 動環(huán)搶修調(diào)度平臺系統(tǒng)架構

通信機房動環(huán)搶修調(diào)度平臺系統(tǒng)的組成主要有：基礎地形數(shù)據(jù)庫、動環(huán)設施維護數(shù)據(jù)庫、GIS 服務器、Web 服務器、應用服務器、5G 通信網(wǎng)絡以及移動設備終端等，分別與GIS調(diào)度平臺架構的基礎數(shù)據(jù)層、服務支撐層和應用表示層相對應（如圖4 所示）。

（1）基礎數(shù)據(jù)層。該層主要包含基礎地理信息數(shù)據(jù)庫、動環(huán)基礎設施維護數(shù)據(jù)庫，可以為通信機房動環(huán)搶修調(diào)度平臺系統(tǒng)的故障獲取、搶修調(diào)度、智能派單以及監(jiān)測提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)保障。

（2）服務支撐層。該層主要包含GIS服務器、Web服務器、應用服務器以及5G 通信網(wǎng)絡。各類服務器為通信機房動環(huán)系統(tǒng)故障事件驅動提供應用支撐，可以迅速分析與處理空間數(shù)據(jù)信息并執(zhí)行相應調(diào)度功能；5G 通信網(wǎng)絡可以實時連接用戶和后臺服務器，實現(xiàn)信息高效率反饋與交互。

（3）應用表示層。該層主要為用戶的手機、平板、電腦等前端設備，是用戶使用動環(huán)搶修調(diào)度平臺和實現(xiàn)系統(tǒng)各項功能及各類信息智能交互的載體。

3 關鍵目標功能研究

3.1 通信機房布局可視化展示

搶修調(diào)度平臺通過空間數(shù)據(jù)庫存儲基礎地理信息數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)存儲時按照屬性和空間數(shù)據(jù)進行分類，在展示界面根據(jù)用戶的需求對地理信息數(shù)據(jù)進行分級加載處理，智能匹配相關的地形地物要素并展現(xiàn)，不僅可以確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，而且可以大幅度提升流暢度。

搶修調(diào)度平臺默認采用市域基礎地形底圖及實景柵格影像圖為顯示界面，所有機房用點標記的方式進行顯示。通過點擊各機房的標記進入對應的專題平面圖，可展現(xiàn)各個機房及其周邊地形地物要素的高精度大比例尺地形圖（詳見圖5）。高精度的基礎地理、位置信息數(shù)據(jù)可以為機房動環(huán)搶修調(diào)度平臺中的故障定位、人員車輛智能調(diào)度、故障搶修進度跟蹤等一系列功能提供強有力的空間圖形支撐和后臺分析依據(jù)，可有效避免監(jiān)控人員和管理者由于無法及時獲取故障地點及搶修現(xiàn)場情況，而導致的不合理指揮和盲目調(diào)度資源等問題。

圖5 通信機房專題地形圖和實景影像圖

3.2 故障定位和地圖操作

通信機房動環(huán)搶修調(diào)度平臺掛接機房動環(huán)監(jiān)控故障信息，并實時告警及派發(fā)工單，可在GIS地圖上精確標注故障機房的位置與相關故障信息，為故障定位、故障動環(huán)設備查詢、責任班組及資源的分配提供支撐（如圖6 所示）。維護和搶修人員能夠在手機或其它終端上實時查看發(fā)生故障機房周邊的基礎地形圖，并且可以對系統(tǒng)內(nèi)的GIS底圖進行平移、放大、縮小、獲取坐標、顯示圖層控制以及屬性查詢等操作。

圖6 故障機房定位展示示意圖

3.3 動環(huán)搶修資源圖形化智能調(diào)度

依據(jù)GIS 的網(wǎng)絡分析與計算功能按照最優(yōu)路徑自動推送負責搶修故障的責任小組，由搶修小組分配搶修人員作業(yè)，并根據(jù)故障點的距離就近調(diào)度搶修車輛，可以盡快讓后臺監(jiān)控人員和管理人員調(diào)度相關搶修資源，開展工作。

當遇到大規(guī)模市電停電或極端天氣等情況，維護人員可能會面臨多個機房多個故障的搶修場景，這個時候動環(huán)搶修調(diào)度平臺就會觸發(fā)多任務多搶修資源的優(yōu)化分配模型，及時制定出最優(yōu)搶修策略，即：平臺對各類動環(huán)故障按照輕重緩急進行分級排序，通過GIS 的分析功能計算出每個動環(huán)搶修小組到達各現(xiàn)場的最短時間，并通過后臺應用服務器的數(shù)理分析及排列組合算法智能化匹配出每個故障機房的最優(yōu)搶修小組和搶修路徑，且通過資源限定功能避免系統(tǒng)重復派單與調(diào)度，實現(xiàn)機房動環(huán)故障搶修工作效益與效率的最大化。

3.4 搶修進展實時跟蹤

系統(tǒng)通過終端的GPS 功能將調(diào)度平臺分配的搶修小組的空間位置信息實時同步至GIS 平臺，可實時統(tǒng)計與查看故障響應時間和人員軌跡信息。將搶修人員和搶修車輛的信息提前錄入屬性數(shù)據(jù)庫，在搶修過程中監(jiān)控人員可利用查詢功能實現(xiàn)對系統(tǒng)分配的搶修隊伍及車輛的相關信息查詢和空間位置查詢（如圖7所示）。而對于負責故障調(diào)度的指揮者或管理者而言，實時監(jiān)督故障現(xiàn)場的搶修進度和工作狀態(tài)，可以進一步優(yōu)化相關資源調(diào)配的合理性，確保動環(huán)故障搶修工作的閉環(huán)處置。

圖7 資源調(diào)度狀態(tài)實時跟蹤

3.5 故障搶修信息存儲與挖掘

通信機房動環(huán)故障搶修信息數(shù)據(jù)按照時間維度可分為現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)和歷史故障數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場實時數(shù)據(jù)包括動環(huán)故障搶修人員實時的位置、出發(fā)時間、到達時間、現(xiàn)場反饋信息等。這些數(shù)據(jù)具有時效性，根據(jù)系統(tǒng)設定的監(jiān)督時間間隔周期性地發(fā)送至服務器，及時將搶修過程中車輛、時間、人員、進度等信息推送給相關管理者，方便其進行資源信息的整合調(diào)用。

而歷史故障數(shù)據(jù)可實現(xiàn)自動存檔，包括故障搶修時維護人員的行程路徑、路途用時、處理故障時長、現(xiàn)場處理結果、故障分析報告等。當故障處理完成后，管理者可以按月度、季度、年度研究對比這些信息，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)的二次挖掘，可以更好地了解當前通信機房動力維護的工作狀態(tài)與水平，更好地服務于管理。

4 結束語

研發(fā)具有智能化、精度高、定位迅速等特點的通信機房動環(huán)搶修調(diào)度平臺是運營商動環(huán)專業(yè)管理和維護人員一直追尋的目標，本文基于移動GIS技術在平臺構建方面進行了研究，保證了系統(tǒng)構建的科學性和適用性。主要工作有：

（1）研究了集成GIS、GPS、5G 通信三大技術于一體的動環(huán)故障調(diào)度平臺原型，探索了以多源基礎地理信息空間數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)支持，動環(huán)專業(yè)屬性和地理空間服務器為核心應用，移動通信網(wǎng)絡為傳輸橋梁，移動終端為采集和反饋方式的多層次、多元化系統(tǒng)構建方式。

（2）憑借GIS 平臺的可視化展現(xiàn)和定位，以及良好的移動性、分布性等特點，以通信機房的空間信息服務和典型應用架構為基礎，大幅提高了動環(huán)故障搶修的工作協(xié)同效率和現(xiàn)場指揮能力。

（3）實現(xiàn)了對搶修人員和車輛的最優(yōu)路徑選擇規(guī)劃，并自動生成最佳故障搶修分配策略，進一步提高了通信動環(huán)故障搶修的及時性和集約性，實現(xiàn)了動環(huán)維護調(diào)度方案的最優(yōu)化。

通過移動GIS 技術與通信機房動力維護業(yè)務相結合，調(diào)度平臺可以有效地縮短通信機房故障搶修的時間，提高通信機房動環(huán)維護質(zhì)量，大幅度提高勞動生產(chǎn)率；可為管理人員和作業(yè)人員提供精確有效的工作支持。未來可將調(diào)度平臺系統(tǒng)與通信機房各類設備的資產(chǎn)管理進行掛接，借助BIM 技術對設備進行三維展現(xiàn)，并將機房內(nèi)各動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)與本信息系統(tǒng)進行集成，以實現(xiàn)可視化、實體化、模塊化的動力維護一體化管理新模式。