基于物聯網的弱電管網集約化建設綜合管理系統設計

江蘇金卓能技術有限公司 曹 鵬

隨著信息技術的快速發展，弱電通訊管網扮演著越來越重要的角色，管網總量與內容物的復雜度逐漸升高，弱電管網管理通常采用人工方式進行巡查，這種管理方式無法及時獲取井內狀態、準確獲取光纜數量，同時井內纖芯路由復雜，在進行管理查詢時統計較為困難，這種弱電管網集約化管理方式已無法滿足時代建設的需求，需要優化傳統的弱電管網集約化管理方式，采用信息化手段實現弱電管網集約化的綜合管理[1]。近年來，物聯網與GIS技術在弱電管網集約化管理方面表現出較多優勢，采用物聯網與GIS技術使通訊資源模型化、管網器件聯網化，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、狀態自知、路由可監測的弱電管網管理目標，本文為解決傳統弱電管網管理方式出現的問題，設計了基于物聯網的弱電管網集約化建設綜合管理系統。

1 弱電管網集約化建設綜合管理系統管理需求分析

分析空間要素。弱電管網分布在整個城市中，其與城市中各大建筑物、道路、地下設備、水電氣暖管網等空間要素的分布位置具有密切的聯系，在對弱電管網進行集約化的管理與建設過程中，地下設施、出入口等空間要素會發生變化，這種不確定的變化會對弱電管網產生較大的影響，如城市基礎設施的維護、基建的施工等，對這些地上及地下的城市空間要素進行全面的了解才會掌握弱電管網對其受到的影響，從而有針對性的設計弱電通訊管道資源，發揮弱電管網應該發揮的管理效果[2]。

圖1 弱電管網集約系統架構

確定弱電管網井口運行模式。弱電管網井口在弱電管網建設與管理過程中發揮著重要的作用，是弱電管網系統的入口、決定著弱電管網系統的安全。一旦發生井蓋丟失、損壞或水位超限等情況，不但使通信網絡無法正常運行，還會對弱電管網的安全產生較大的影響，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險，因此要充分、全面、及時的掌握弱電管網井口的運行狀態，確定其運行模式，對弱電管網井口的運行狀態進行全程跟蹤、監測，當弱電管網井口處于危險模式時，需及時對危險情況進行感知并推送告警，提請及時處理，保證弱電管網的安全、穩定運行。

研究弱電管網集約化建設綜合管理路由運行狀態。弱電管網在進行集約化建設與管理過程中，需研究路由的運行狀態，路由的運行狀態與弱電管網中的路由資源具有密切的聯系，路由資源包括光纜資源與弱電通信管網資源，這兩大路由資源數量龐大，可建立三維模型、采用可視化手段對路由資源中的路由節點數量、路由分布情況進行充分了解，以此實現對路由運行狀態的掌握，從而全面管理弱電管網路由通達性與光纜資源的可用性，這對弱電管網集約化建設與綜合管理具有重要的意義[3]。

探索弱電管網管道光纜分布情況。弱電管網管道、光纜是城市信息化的關鍵基礎資源，是實現弱電管網集約化建設與綜合管理的重要部分，為實現弱電管網集約化建設與管理，需全面掌握需電管網管道、光纜的分布情況，確保在發生突發故障時可對其進行快速、有效的應急處置。在分析弱電管網管道光纜分布情況時，利用物聯網技術在線查詢弱電管網管道光纜的具體情況，找到已使用的弱電管網管道光纜的使用位置，通過人工進行一一核實、如果出現不匹配情況，需將實時弱電管網管道光纜使用的實際位置及數量更新到資源管理數據庫，以確保使用資源的實時性、準確性，為弱電管網管道光纜的建設、規劃提供科學依據。

實現資源管理一體化。傳統弱電管網資源綜合管理通常分為室外管網主干管理與室內布線接入管理，為實現這兩大弱電管網資源的一體化，傳統上在進行室外管網主干管理時通常將室外管網埋于地下，室內布線接入管理是將弱電管網路由的光纜線布設在室內，室外與室內屬于分開管理，這種傳統的路由管理方式使網絡業務無法持續進行，室外管網主干與室內布線無法形成一個持續的、完整的弱電管網路由網絡，無法實現弱電管網的綜合管理，為此本文提出了一個端到端的路由管理方式，即室外管網主干與室內布線同時接入到一個路由管網中、同時進行管理，以此實現資源管理的一體化[4]。

建立有效的資源數據庫。以往在進行城市信息化資源管理時，通常采用CAD文件對弱電管網管道路由、光纜等基礎資源進行保存，這樣的保存方式可能會出現介質丟失或損壞的情況，并且在對弱電管網管道路由數據、光纜使用數據進行檢索時，檢索過程較為復雜，因此需要建立一個有效的、標準的資源數據庫，實現資源據的共享與更新，簡化檢索的環節與步驟，自動對各類弱電管網數據進行定時備份，從而實現弱電管網集約化建設與綜合管理。

2 基于物聯網的弱電管網集約化建設綜合管理系統設計

2.1 系統設計目標

本文設計的基于物聯網的弱電管網集約化建設與綜合管理系統的設計目標如下：建立具有標準結構的地理空間要素數據庫、弱電管網數據庫與弱電管網井口運行狀態數據庫，制定弱電管網數據標準，加快弱電管網信息化建設；將城市空間要素與弱電管網資源信息進行結合，使弱電管網各類資源間存在密切聯系，實現基于物聯網技術的弱電管網綜合管理；將物聯網技術與GIS技術相結合，對弱電管網井口、管道、光纜、分布線、分光等弱電資源進行全面的監測與管理；建立科學合理、標準合規的城市弱電管網集約化建設與綜合管理流程，以此提高城市弱電綜合管理的水平。

2.2 支撐技術

2.2.1 物聯網技術

弱電管網井口通常位于城市室外，在分布上集中性較差，為了對弱電管網井口的運行狀態進行綜合管理與監測，需采用物聯網技術在弱電管網井蓋上安裝物聯網監測設備，通過物聯網技術傳輸各類通信資源數據，物聯網技術在弱電管網集約化建設與綜合管理方面具有較多的優勢。物聯網采用3GPP國際標準，在中國運營商中處于主導地位，通過物聯網技術組成的弱電管網終端網絡包括智能井蓋、基站、弱電核心網、資源存儲平臺、數據傳輸服務器與弱電管網管理平臺。其中弱電核心網由廠商進行建設，弱電管網管理平臺與數據傳輸服務器由運營商建設運維，通過這種建設運維方式可加強弱電管網井口數據的監測力度，集中精力建設資源數據庫，通過物聯網技術可實現弱電管網資源數據的安全、穩定傳輸。本文系統可全程監測弱電管網井口的運行狀態及井內水位的變化，同時通過物聯網技術還可遠程監測弱電管網管道、光纜，在弱電管網的綜合管理中發揮看重要作用。

NB-IoT網絡利用弱電管網監控管理系統實現信息管理，基于現場實際情況即時推送各類通知。圖2中相關設備如下。終端：UE（User Equipment），通過空口連接到基站（eNodeB（evolved Node B,E-UTRAN基 站））；無 線 網側：包括兩種組網方式，一種是整體式無線接入網（Singel RAN），其中包括2G/3G/4G以及NBIoT無線網，另一種是NB-IoT新建。主要承擔空口接入處理，小區管理等相關功能，并通過S1-lite接口與IoT核心網進行連接，將非接入層數據轉發給高層網元處理；核心網：EPC（Evolved Packet Core），承擔與終端非接入層交互的功能，并將IoT業務相關數據轉發到IoT平臺進行處理；平臺：弱電管網監控管理平臺；應用服務器：以電信平臺為例，應用server通過http/https協議和平臺通訊，通過調用平臺的開放API來控制設備，平臺把設備上報的數據推送給應用服務器。平臺支持對設備數據進行協議解析，轉換成標準的json格式數據。

圖2 NB-IoT網絡流程圖

2.2.2 GIS技術

GIS技術通過分析地理模型可提供多種空間要素信息與動態數據，是一種基于位置服務的計算機圖形技術，在弱電管網集約化建設與管理過程中可將地下管網與位置進行結合。本系統通過GIS技術可視化特點建立了覆蓋整個城市的電子地圖，將城市弱電管網資源數據與空間地理位置信息聯系起來并與物聯網技木進行結合，使弱電管網中的資源信息可以在電子地圖中顯示出來，以便對弱電管網管道、井口、智能井蓋進行定位與統計。GIS技術除了可提高弱電管網管道走向、實現弱電管網的綜合管理外，還可分析路由運行狀態、查詢管道使用程度，提高常規操作的精確性，此外還可結合物聯網水位感知分析井下水位的變化、掌握道路開挖進度，從而了解整個城市弱電管網的建設與管理情況，非常高效的對道路施工及弱電管網的建設進行預估，極大提高了弱電管網的建設與管理水平。

2.3 系統相關內容

系統結構分析。基于物聯網的弱電管網集約化建設與綜合管理系統除包括以部分外，還需建設系統預警模塊、決策模塊，并在資源數據的基礎上對弱電管網管道進行調度，監控智能井下水位變化，統計某一段時間的水位變化量，通過物聯網技術，按照多種傳輸途徑傳輸獲取的信息數據，確保服務器與監測終端都能準確接收資源數據；系統功能設計。本文系統的功能主要包括弱電管網基礎設備信息管理與操作電子地圖。根據弱電管網的業務需求，建立相應的管理平臺，制定合理的弱電管網集約化建設計劃，完成各類弱電管網資源數據的管理與建設工作。第二完成系統地圖參考圖層的增加，按照制定好的工作流程，完成弱電管網資源數據信息的導入與維護。

系統預警模塊。當弱電管井井口周界管理弱電管網井下水位超過標準水位后，本文系統的預警設備會發出預警信號，根據井下水位的數據信息獲取發生超限水位的井蓋位置，通過電子地圖進行定位，并統計出現異常水位的井蓋數量，及時對其進行處理，并通過視頻進行監督；系統決策模塊。為把預警與調度體現在同一張地圖上，需建立系統決策模塊，利用計算機實現預警與調度的整合流程，利用物聯網與GIS技術傳輸調度數據與預警數據。

3 應用效果分析

狀態分析。通過物聯網與GIS技術對管井的狀態進行監測與分析，監測井下水位變化、周圍環境、井蓋開啟等狀態信息；資源查詢。對弱電管網管道的連接狀態，管孔使用率與光纜的使用情況進行在線查詢，管理交接箱熔接狀態，以及各類終端數據的傳輸情況；數據管理。對弱電管網井口運行數據、管道、管孔、井下水位變化數據、光纜使用量等數據進行管理，按照管孔密度、光纜的使用量進行道路的開挖模擬，對周邊的施工環境進行預估；三維一體化管理。從室內到室外實現三維一體化管理，全方位的觀察弱電管網的綜合管理情況。