基于信息機房設計系統的可視化研究與實現

李望，史卓（桂林電子科技大學，桂林　541004）

基于信息機房設計系統的可視化研究與實現

李望，史卓
（桂林電子科技大學，桂林541004）

1　信息機房數據可視化研究現狀

現在對于信息機房數據可視化研究主要集中在對已建成機房管理方面，研究一種可以使機房監控系統高效滿足用戶個性化需求的用戶自定制技術已經成為研究熱點［1］，而市場上目前最常見的產品是信息機房監控管理系統，大多側重于信息機房運作時機房環境、機房門禁等方面的監控，個別產品可以做到機房內溫度、濕度、照明等信息實時預警功能。相關管理系統的研究方向主要集中在機房實現遠程集中監控管理，實時動態呈現設備告警信息及設備參數，快速定位出故障設備，目的是使維護和管理從人工被動看守的方式向計算機集中控制和管理的模式轉變［2］。

但是對這類系統進行分析后發現，目前多數相關研究均未對信息機房中各類設備相互之間關系的數據可視化予以太多關注，通常的做法都是將已經建成的信息機房直接轉換成數據模型，根據特定需求不斷添加、更改、刪除機房中信息設備，在這一系列操作過程中不會對設備擺放等方面按照國家規范、標準進行合法性檢查，這樣就容易出現信息機房在設計效果與實際結果不符的情況或設計圖紙與現場實際情況不一致造成施工難度增加等情況。

綜上所述，本文認為可以利用數據可視化技術的特點，建立一種具備信息機房設計工作合法性檢查功能的可視化設計管理系統［3］，或者在現有研究成果基礎上增加相關合法性判斷功能。這樣既能減少信息機房建設前期工作中不必要的需求變更所帶來的不良后果，又能保障在機房設計的過程中不會出現常識性錯誤。而且具備這類功能的相關系統對于剛剛接觸信息機房設計工作，專業能力還不夠高的初學者來說，還可以作為信息機房設計學習平臺。

2　實驗開發平臺介紹

本文中主要采用Unity3D工具作為開發測試平臺，利用Unity3D引擎可以動態生成模型的特點，事先將機房建設所需各類設備建立模型，并將機房建設中可能遇到的設計要求［4］、規范集成到數據模型中。在Unity3D中編寫相應腳本算法進行軟件實現，將機房設計、建設的相關工作轉換成一套可以直觀反映在計算機系統中的3D虛擬現實系統［5］。

3　機房設備關系的數據可視化研究與實現

本文主要以探究機房中各類設備之間的關系的數據可視化為目標，但是信息機房建設中涉及相關內容多，各部分關系復雜，因文章篇幅所限將僅通過舉例信息機房設備的布置相關工作，在國家相關標準要求下，其設備之間關系的合法性處理的數據可視化實現過程來進行說明。

根據 《電子信息系統機房設計規范》（GB50174-2008）中“機房位置與設備布置”一節對于機房設備的數量、外形尺寸和布置方式的相關規定，可以得出以下規則并轉換成算法。

（1）根據《規范》4.2.2條中的計算公式A=KΣS，可以得到確定機房中可添加設備的最大值計算方法，假設建模機房面積A=100，系數K=6，則設備最大數S為16。

（2）根據《規范》4.3.4機房中機柜或機架、機柜與墻體之間距離不宜小于1.2米，因此轉換成可視化模型后，其設備位置信息以此做相應處理。

（3）根據《規范》4.3.4，當機柜成行排列時且長度超過6米時，需要在其兩端設置長度大于1米的通道。據此，我們就需要判斷當機柜數大于2時，機柜是否成行排列。如非成行排列，則兩機柜間距離不得小于1.2米。

根據以上規則，設計機柜放置相關的流程圖如下所示:

圖1　

接下來我們討論如何在Unity3D環境下進行實現。從流程圖中我們可以發現，機柜放置相關規則除添加機柜的最大值外，其他主要依賴機柜位置信息、機柜尺寸信息、機房墻體位置信息三者之間的關系。反映在Unity3D的軟件環境中，則可畫出如圖2進行具體分析。

圖2　

從圖2可以看出設備投影面積實際應等于機柜長度a與寬度b的乘積，這樣我們可以根據相關規定得到機房中可放置最大設備數，即在給定機房大小的情況下，可安放設備的最大值N應如計算公式（1）所示，其中A表示機房面積，K為系數，an、bn分別為機柜邊長。

然后我們設機柜在X、Y軸上的投影中點為On，On在X、Y軸上的坐標為（xn，yn），假設圖2中X、Y軸所在位置有墻體，則容易得到判斷機柜位置與墻體距離是否合法的計算公式（2）。式中的xn、yn如圖2所示，分別表示機柜背面距離墻體距離和機柜側面距離墻體距離，an、bn則為機柜邊長。可以看到根據《電子信息系統機房設計規范》相關規定，當使用公式（2）進行合法性判斷時，，僅當xn、yn均大于（2）時，其返回值為1，其他情況應進行對應的報錯處理。

接下來我們繼續討論機柜成行排列的情況，首先需要對機柜是否成行排列進行判斷，當兩相鄰機柜側面距離小于1.2米時，本系統可以認為其應成行排列，則系統自動將其中點Y軸坐標對其即可。然后，從《電子信息系統機房設計規范》中我們可以看出，當機柜成行排列時，除了上述關于機柜與墻體間距離的規則仍然適用外，這樣就還需要增加一項關于機柜兩端通道的判斷。計算方法如公式（3）所示，設A為機柜組的長度，當機柜正面邊長an之和大于6時系統對通道是否合法進行判斷。Dx為機柜一側墻體X軸方向上的坐標值，Omax（x）為機柜組中最大編號機柜中點的X軸坐標值，兩坐標之間的距離d就是機柜與墻體間通道的寬度。從式子中得到，對于機柜組附近通道寬度的判斷，僅當d大于1，A大于6時，其返回值為1。

至此我們就得到了對于機柜擺放規則的數據可視化工作涉及的一些基本算法，之后的工作是將這些算法轉換成流程圖，通過流程圖再進一步分析程序控制的過程，再利用Unity3D軟件系統予以實現即可。

根據上述流程圖和計算公式，對機房中可安放的機柜最大數量、機柜安放的合法性判斷等代碼實現進行說明。根據機房面積計算公式，機房面積等于設備投影面積乘以相應系數的算法，此處需要先確定對象機房的可使用面積。這個值可以作為系統參數讓軟件使用者在初始時輸入或根據機房模型參數計算得到，為便于說明此處采用參數初始的方法。具體的代碼實現如下：

至此對于機柜擺放合法性的相關關鍵值判斷工作已經完成。當然，在Unity3D開發環境中代碼實現由于涉及各類模型的參數記錄、計算、轉換等處理，實際程序代碼遠比上述要復雜，但限于篇幅僅摘取其中關鍵部分進行闡述、說明。

4　結語

本文在從實際工作時遇到的問題出發，提出希望利用數據可視化技術，對信息機房設計過程進行可視化模擬，通過軟件模擬信息機房設計過程來減少信息機房設計階段可能出現的錯誤。并選取機房設計相關規范中的部分內容進行算法分析，將其轉換成具體算法、流程，最終在Unity3D軟件開發平臺中進行了代碼實現。由于信息機房設計的可視化開發涉及到各個不同的專業內容，對其進行數據可視化轉換工作既需要計算機虛擬設計方面的知識，又要熟悉機房設計施工方面的相關知識，因此本文所述軟件項目最終可利用數據可視化技術使信息機房設計工作全面朝著動態化、準確化、高效化的方向發展和提升。

［1］高軍，陳維斌，孫成柱.通用性機房集中監控系統的設計與實現［J］.計算機工程與設計，2011，32（4）:1499-1502.

［2］朱明武.機房監控系統用戶自定制技術研究與實現［D］.華南理工大學，2013.

［3］Nathan Yau.鮮活的數據:數據可視化指南［M］.人民郵電出版社，2012:134-146.

［4］楊彥波，劉濱，祁明月.信息可視化研究綜述［J］.河北科技大學學報，2014，35（01）:91-102.

［5］王洪源.Unity3D人工智能編程精粹［M］.清華大學出版社，2014:189-234.

Data visualization；Virtual Reality；Information System Construction

Research and Implementation of Information Room Virtual Design System

LI Wang，SHI Zhuo
（Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004）

1007-1423（2016）18-0079-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.18.019

李望（1983-），男，碩士研究生，工程師，研究方向為圖形圖像處理、數字媒體

2016-03-29

2016-05-16

在信息機房建設過程中，機房規劃設計工作的可視化程度較低，對于建設方來說，傳統的設計圖紙的可讀性、可用性不高，要解決這一問題，最直接的手段就是利用數據可視化技術，將信息機房設計的結果以三維數據可視化的方法直觀演示，使用虛擬場景模擬信息機房建設中用戶實施的各種操作，并在國家信息系統建設各項標準的指導下，對用戶添加的各類設備的安放、布局等情況進行監控、檢查。

數據可視化；虛擬現實；信息系統建設

廣西科技開發項目（No.2015BC19022）

史卓（1978-），男，副教授，碩士研究生導師，研究方向為圖形圖像處理、數字媒體、移動軟件開發技術

When people build electronic information system rooms or data centers，they always use blueprints，which is hard to read and comprehended for most non-professionals.We can solve this problem by using virtual visualization information technology.This system simulates the process of electronic information system rooms'design，like add equipment，move equipment.Then by studying in national standard，this system realizes some kind of framework，which can reflect influence between the different equipment.And system will warm the error of electronic information system rooms design works.