三維場(chǎng)景信息通信運(yùn)行監(jiān)視管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、與實(shí)現(xiàn)作者：呂磊，吳紅，張慶，徐智，朱敏來源：科技傳播2015年第19期呂磊，吳紅，張慶，徐智，朱敏國網(wǎng)眉山供電公司，四川眉山620010摘要基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的展示方式，在三維環(huán)境中以虛擬現(xiàn)實(shí)的方式來展示傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，提供一個(gè)更加貼近現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的操作環(huán)境，進(jìn)一步提升操作體驗(yàn)，從而極大的提高機(jī)房監(jiān)控管理的人性化、真實(shí)化。關(guān)鍵詞虛擬現(xiàn)實(shí)；三維環(huán)境；機(jī)房監(jiān)控管理中圖分類號(hào)TP3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1674-6708（2015）148-0136-03研究背景和目標(biāo)背景隨著信息化的建設(shè)的快速發(fā)展，信息設(shè)備的大量投入，信息中心對(duì)機(jī)房管理采用值班制度每天要不時(shí)對(duì)機(jī)房、UPS等重要環(huán)境進(jìn)行巡視，不僅加重了管

2、理的負(fù)擔(dān)，而且對(duì)夜間及突發(fā)事故往往無法進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)事故發(fā)生時(shí)間及責(zé)任也沒有科學(xué)的管理；更缺乏對(duì)已發(fā)生的故障做全面的分析數(shù)據(jù)。自2012年以來，按照國家電網(wǎng)公司“三集五大”建設(shè)工作要求，公司本部及所屬各單位組織機(jī)構(gòu)及人員進(jìn)行了較大的調(diào)整。公司在企業(yè)文化、工作業(yè)績(jī)、工作情況方面進(jìn)行總結(jié)、宣傳的內(nèi)容變化較大，調(diào)整的頻率加快，而現(xiàn)有展示系統(tǒng)中的展示內(nèi)容、展示方式還有待提高，未能跟上現(xiàn)有建設(shè)步伐，因此考慮進(jìn)行國網(wǎng)眉山供電公司信息展示系統(tǒng)維護(hù)項(xiàng)目實(shí)施，一方面對(duì)展示系統(tǒng)展示內(nèi)容、展示方式進(jìn)行補(bǔ)充、更新，同時(shí)提出基于三維虛擬現(xiàn)實(shí)的展示方式，在三維環(huán)境中以虛擬現(xiàn)實(shí)的方式來展示傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，提供一個(gè)更加貼近現(xiàn)

3、實(shí)場(chǎng)景的操作環(huán)境，進(jìn)一步提升操作體驗(yàn)，從而極大的提高機(jī)房監(jiān)控管理的人性化、真實(shí)化。目標(biāo)采用away3d3D、Robotlegs、3Dmax2013、MAYA2013、PhotoshopCC、AdobeAir、PHP等成熟可靠的三維建模與WEB技術(shù)為基礎(chǔ)，按照信息展示系統(tǒng)的特點(diǎn)劃分模塊和層次，既符合機(jī)房監(jiān)控管理業(yè)務(wù)的要求，同時(shí)保證在軟件功能方面是易實(shí)現(xiàn)易維護(hù)、易擴(kuò)充性，提供一個(gè)更加貼近現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的操作環(huán)境，進(jìn)一步提升操作體驗(yàn)，從而極大的提高機(jī)房監(jiān)控管理的人性化、真實(shí)化。研究方法和內(nèi)容系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)邏輯架構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)劃分為3D應(yīng)用場(chǎng)景、系統(tǒng)管理平臺(tái)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。3D場(chǎng)景系統(tǒng)是根據(jù)真實(shí)場(chǎng)景試試呈現(xiàn)的

4、系統(tǒng)，其中的3D模型場(chǎng)景貼圖等數(shù)據(jù)是真實(shí)場(chǎng)景的對(duì)象；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前機(jī)房的真實(shí)數(shù)據(jù)的狀態(tài)采集；系統(tǒng)管理平臺(tái)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的錄入和管理。3D應(yīng)用場(chǎng)景框架采用了AS3、XML、HTTP、Away3d、AwayBuild、PHP等成熟可靠的AIR與WEB技術(shù)為基礎(chǔ)，按照系統(tǒng)的特點(diǎn)劃分模塊和層次，既符合機(jī)房的實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求，同時(shí)保證在軟件功能方面是易實(shí)現(xiàn)、易維護(hù)、易擴(kuò)充的。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過與第三方網(wǎng)管系統(tǒng)、環(huán)控管理平臺(tái)等系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，在設(shè)計(jì)上充分考慮了可擴(kuò)展性及簡(jiǎn)單性。同時(shí)，對(duì)顯示界面和后臺(tái)層使用統(tǒng)一的接口，大大提高了系統(tǒng)維護(hù)的容易度。系統(tǒng)技術(shù)體系架構(gòu)系統(tǒng)采用了away3d3D引擎以及robotle

5、gs依賴注入框架完善而成的標(biāo)準(zhǔn)MVC框架技術(shù)。數(shù)據(jù)接口采用Restful風(fēng)格的WebSerivce技術(shù)。系統(tǒng)采用PhotoshopCC進(jìn)行設(shè)備三維界面貼圖的制作。管理系統(tǒng)采用PHP實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的顯示和管理。系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)1）自動(dòng)尋路技術(shù)。自動(dòng)尋路系統(tǒng)是一套在3D場(chǎng)景中漫游的系統(tǒng)，達(dá)到了根據(jù)機(jī)房的構(gòu)架實(shí)現(xiàn)3D系統(tǒng)中的漫游，在設(shè)計(jì)上充分考慮了簡(jiǎn)易的操作性及簡(jiǎn)單性。同時(shí)對(duì)3D系統(tǒng)的觀看性提供了最便捷的查看。3D信息系統(tǒng)涉及信息設(shè)備數(shù)據(jù)收集與分析、狀態(tài)評(píng)估、信息查詢等眾多功能?？紤]到采集的監(jiān)控指標(biāo)數(shù)據(jù)的復(fù)雜性、多樣性，業(yè)務(wù)的變化性必然導(dǎo)致在系統(tǒng)的使用過程中會(huì)有部分原有功能的調(diào)整以及新增功能的補(bǔ)充，

6、因此建設(shè)的平臺(tái)必須具有可擴(kuò)展性，系統(tǒng)框架具有彈性，各功能模塊之間具有低耦合性。2）采用away3d3D引擎。易于擴(kuò)展和維護(hù)。其中Away3D是flash或flex上的一個(gè)功能強(qiáng)大且實(shí)時(shí)的3D引擎，具有快速、高效、API清楚等優(yōu)點(diǎn)。但是三角型消失的問題讓人頭疼。away3d世界由：view視口、scene場(chǎng)景、camera攝像機(jī)和3D物體四部分組成，也稱Away3D的四大基本構(gòu)件。這是整個(gè)3D的核心引擎。3）Robotlegs注入框架。這是一個(gè)用來開發(fā)Flash,Flex，和AIR應(yīng)用的純AS3微架構(gòu)（框架）.Robotlegs專注于將應(yīng)用程序各層排布在一起并提供它們相互通訊的機(jī)制.Robotl

7、egs試圖通過提供一種解決常見開發(fā)問題的經(jīng)過時(shí)間檢驗(yàn)的架構(gòu)解決方案來加速開發(fā).Robotlegs無意鎖定你到框架，你的類就是你的類的樣子，而且應(yīng)該很容易地切換到其他框架.框架提供一個(gè)基于ModelView-Controller元設(shè)計(jì)模式的默認(rèn)實(shí)現(xiàn).這個(gè)實(shí)現(xiàn)提供一個(gè)針對(duì)應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)的強(qiáng)烈建議.雖然它確實(shí)輕微減低了你的應(yīng)用程序的便攜性，不過它依然以最低限度影響你的具體類為目標(biāo).通過擴(kuò)展MVCS實(shí)現(xiàn)類，你可以獲得很多有用的方法和屬性。4）3D模型建模與貼圖技術(shù)。3D模型的建立采用3Dmax2013、MAYA2013、GoogleSketchUp等軟件制作，采用國際統(tǒng)一的obj模型格式，模型貼圖

8、采用PhotoshopCC,做成PNG格式。3dmax處理為每一個(gè)模型對(duì)應(yīng)的UV貼圖確保每一個(gè)模型貼圖之后的高清呈現(xiàn)。貼圖制作采用了PhotoshopCC制作工具，是由AdobeSystems開發(fā)和發(fā)行的圖像處理軟件。Photoshop主要處理以像素所構(gòu)成的數(shù)字圖像。使用其眾多的編修與繪圖工具，可以有效地進(jìn)行圖片編輯工作。ps有很多功能，在圖像、圖形、文字、視頻、出版等各方面都有涉及。2003年，AdobePhotoshop8被更名為AdobePhotoshopCS。2013年7月，Adobe公司推出了最新版本的PhotoshopCC，自此，PhotoshopCS6作為AdobeCS系列的最后

9、一個(gè)版本被新的CC系列取代。5）3D模型與貼圖的內(nèi)存優(yōu)化。由于顯卡的渲染關(guān)系，模型與貼圖的渲染導(dǎo)致內(nèi)存偏高一直是3D引擎占內(nèi)存的主要因素，本系統(tǒng)通過最優(yōu)化的算法將貼圖與模型的渲染速度大大提升，并且實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源管理，節(jié)約內(nèi)存的同時(shí)提高渲染速度。2.2平臺(tái)功能設(shè)計(jì)電力信息機(jī)房三維信息展示系統(tǒng)主要是開發(fā)一套基于三維場(chǎng)景的機(jī)房監(jiān)控管理系統(tǒng)，包括設(shè)備管理、環(huán)控設(shè)備管理、三維場(chǎng)景展示、自動(dòng)巡檢、數(shù)據(jù)展示、實(shí)時(shí)報(bào)警、空間統(tǒng)計(jì)、狀態(tài)采集等模塊的系統(tǒng)。管理系統(tǒng)1）機(jī)柜管理模塊。機(jī)柜管理模塊是為三維場(chǎng)景提供機(jī)柜基礎(chǔ)信息的管理模塊，提供機(jī)柜列表、機(jī)柜的添加、編輯、刪除等功能，機(jī)柜信息包含：機(jī)柜名稱、機(jī)柜所在行和所在

10、列等基礎(chǔ)信息。2）設(shè)備管理模塊。設(shè)備管理模塊主要提供信息設(shè)備的管理，包括：主機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備等設(shè)備的列表、添加、編輯、刪除、查詢等功能。設(shè)備管理對(duì)設(shè)備的基礎(chǔ)信息進(jìn)行維護(hù)，基礎(chǔ)信息包括：設(shè)備ID、設(shè)備標(biāo)簽、排、列、層、設(shè)備類型、設(shè)備3D模型、設(shè)備IP、掩碼、系統(tǒng)名稱、系統(tǒng)描述、狀態(tài)描述、運(yùn)行時(shí)間等內(nèi)容。3）環(huán)控設(shè)備管理模塊。環(huán)控設(shè)備管理模塊主要提供環(huán)控設(shè)備的管理，包括：UPS、溫濕度探測(cè)儀、空調(diào)等設(shè)備的列表、添加、編輯、刪除、查詢等功能。環(huán)控設(shè)備的維護(hù)基礎(chǔ)信息包括：節(jié)點(diǎn)編號(hào)、設(shè)備名稱、設(shè)備類型、設(shè)備位置參數(shù)等內(nèi)容。4）設(shè)備類型管理模塊。設(shè)備類型管理模塊提供對(duì)設(shè)備類型的基礎(chǔ)信息進(jìn)行維護(hù)，

11、包括對(duì)設(shè)備信息的列表、新增、編輯和刪除等功能。設(shè)備類型的基礎(chǔ)信息包括：類型編號(hào)、設(shè)備類型名稱、是否為系統(tǒng)預(yù)定義等內(nèi)容。5）設(shè)備模型管理模塊。設(shè)備模型管理為三維場(chǎng)景提供了設(shè)備模型管理和擴(kuò)展功能，通過對(duì)設(shè)備模型的維護(hù)，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景內(nèi)不同類型設(shè)備對(duì)應(yīng)不同的模型，并可在新增加了設(shè)備類型后，能夠方便的為設(shè)備進(jìn)行模型維護(hù)。設(shè)備模型管理包括對(duì)模型的列表、添加、編輯和刪除等操作。設(shè)備模型維護(hù)的基礎(chǔ)信息包括：模型名稱、圖片路徑、obj路徑等內(nèi)容。6）角色管理模塊。角色管理模塊是提供維護(hù)系統(tǒng)角色和權(quán)限配置的功能，包括用戶角色列表、用戶角色添加、用戶角色編輯、用戶角色授權(quán)、啟用或禁用用戶角色、列出角色下的用戶等功能。用

12、戶角色基礎(chǔ)信息包括角色組名、上級(jí)組、組狀態(tài)（啟用/禁用）等基礎(chǔ)內(nèi)容。7）用戶管理模塊。用戶管理模塊提供維護(hù)系統(tǒng)管理員用戶的功能，包括對(duì)用戶的列表、添加、編輯、刪除、修改密碼等操作。用戶基礎(chǔ)信息包括：用戶名、昵稱、密碼、狀態(tài)（啟用/禁用）等內(nèi)容。三維展示系統(tǒng)1）機(jī)柜可視化模塊。通過機(jī)柜基礎(chǔ)信息，結(jié)合三維建模技術(shù)，將機(jī)柜模型展示到三維場(chǎng)景中，機(jī)柜的位置、形狀、名稱等信息，均與實(shí)際機(jī)房?jī)?nèi)的機(jī)柜信息保持一致。機(jī)柜的數(shù)量、位置信息、名稱等內(nèi)容，均可根據(jù)實(shí)際情況的變更，通過管理后臺(tái)進(jìn)行更新，更新后的數(shù)據(jù)，自動(dòng)更新到三維場(chǎng)景中。2）設(shè)備可視化模塊。通過設(shè)備可視化模塊將主機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、UPS、空

13、調(diào)、攝像頭、溫濕度探頭等設(shè)備，通過三維建模技術(shù)，將設(shè)備按照設(shè)備實(shí)際位置放置到三維場(chǎng)景中。設(shè)備可根據(jù)實(shí)際情況的變更，通過管理后臺(tái)進(jìn)行更新，更新后的數(shù)據(jù)，自動(dòng)更新到三維場(chǎng)景中。3）故障報(bào)警模塊。系統(tǒng)信息狀態(tài)采集模塊每5分鐘向網(wǎng)管系統(tǒng)發(fā)起一次設(shè)備狀態(tài)采集，發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障報(bào)警后，將故障通知到三維場(chǎng)景內(nèi)，三維場(chǎng)景通過列表、圖形、聲音等方式進(jìn)行報(bào)警。4）狀態(tài)展示模塊。系統(tǒng)信息狀態(tài)采集模塊每5分鐘向網(wǎng)管系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)發(fā)起一次設(shè)備狀態(tài)采集，并將采集的設(shè)備狀態(tài)信息，使用圖形和文字展示到三維場(chǎng)景中的設(shè)備控制面板上。狀態(tài)展示包括主機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、UPS運(yùn)行狀態(tài)、溫度探測(cè)點(diǎn)溫度和濕度、空調(diào)溫度等設(shè)

14、備狀態(tài)。5）機(jī)房巡檢模塊。通過在三維場(chǎng)景中進(jìn)行自動(dòng)漫游功能的設(shè)計(jì)，達(dá)到模擬現(xiàn)場(chǎng)人員機(jī)房巡檢路線及巡檢過程，及時(shí)反饋巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的問題，減少工作人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢的次數(shù)。6）空間統(tǒng)計(jì)模塊。系統(tǒng)根據(jù)機(jī)柜、設(shè)備數(shù)量等信息，統(tǒng)計(jì)分析出空間占用情況，并用餅圖、文字、列表等形式進(jìn)行在三維場(chǎng)景中展示，為管理人員對(duì)空間的使用情況更直觀的了解。7）設(shè)備快速定位模塊。系統(tǒng)可通過設(shè)備名、設(shè)備Ip、設(shè)備描述、設(shè)備故障情況等方式，搜索設(shè)備并實(shí)現(xiàn)設(shè)備快速定位，讓管理人員能快速找到設(shè)備并了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。信息狀態(tài)采集模塊信息采集模塊根據(jù)設(shè)備基礎(chǔ)信息庫中的設(shè)備信息，主動(dòng)向網(wǎng)管系統(tǒng)、環(huán)控管理系統(tǒng)等第三方平臺(tái)發(fā)起狀態(tài)采集，并將采集

15、后的數(shù)據(jù)，進(jìn)行整理后分類存放，并提供給三維展示平臺(tái)，對(duì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。研究成果及應(yīng)用3.1研究成果建立了數(shù)據(jù)中心機(jī)房環(huán)境模型完成了數(shù)據(jù)中心機(jī)房四周環(huán)境（墻壁、地面、天花板）建模、機(jī)柜建模、設(shè)備（小型機(jī)、交換機(jī)、PC、存儲(chǔ)、服務(wù)器）建模、重要監(jiān)控設(shè)備（監(jiān)控探頭、溫濕度、煙感探測(cè)器）的建模工作。實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控信息在三維場(chǎng)景中的集中呈現(xiàn)1）建立了監(jiān)控信息采集程序。采集程序采集各信息設(shè)備工作狀態(tài)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換和存入共享數(shù)據(jù)庫。2）實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控信息投射到三維場(chǎng)景中。將信息設(shè)備和環(huán)控設(shè)備的監(jiān)控信息通過數(shù)據(jù)接口傳入三維場(chǎng)景中，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息實(shí)時(shí)展示。實(shí)現(xiàn)了三維數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景控制及交互控制功能研制建立了合理優(yōu)化的場(chǎng)景管

16、理控制機(jī)制，支撐模型在場(chǎng)景中的移動(dòng)、空間定位、交互漫游、拾取控制、屬性信息顯示功能。3.1.4實(shí)現(xiàn)了IT資產(chǎn)可視化管理實(shí)現(xiàn)了三維環(huán)境中通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊實(shí)現(xiàn)機(jī)房、機(jī)房子區(qū)域、機(jī)柜、設(shè)備的分級(jí)直接瀏覽；當(dāng)上架設(shè)備物理位置發(fā)生變化時(shí)，設(shè)備位置根據(jù)數(shù)據(jù)庫變化自動(dòng)變更。用戶也可通過維護(hù)工具自行調(diào)整；實(shí)現(xiàn)機(jī)房可用性動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)，包括空間可用性、用電量分布、溫濕度分布情況和機(jī)房承重分布情況統(tǒng)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了機(jī)房環(huán)境監(jiān)控可視化管理實(shí)現(xiàn)了在三維環(huán)境中以虛擬現(xiàn)實(shí)的方式來展示溫度、濕度、用電量、煙感等已有監(jiān)控對(duì)象信息，采用布告板形式展示主要信息，采用具有透視效果表格展示其余詳細(xì)信息。實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)可視化管理實(shí)現(xiàn)了通過樹形數(shù)據(jù)呈現(xiàn)和三維場(chǎng)景展現(xiàn)兩種方式同時(shí)表現(xiàn)機(jī)房和機(jī)柜整體使用情況，對(duì)于已用空間和可用空間進(jìn)行精確統(tǒng)計(jì)和展現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)了巡檢路線設(shè)置與實(shí)現(xiàn)根據(jù)數(shù)據(jù)中心巡檢路線要求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)和自定義設(shè)置虛擬空間巡檢路線的功能，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)機(jī)房自動(dòng)巡檢功能。成果應(yīng)用情況1）研究開發(fā)的階段性成果在項(xiàng)目的后期建設(shè)中得到了應(yīng)用。設(shè)計(jì)的信息展示系統(tǒng)在實(shí)際的信息機(jī)房巡檢、預(yù)警等機(jī)房監(jiān)控管理方面中得到應(yīng)用。2）信息展示系統(tǒng)在三維環(huán)境中以虛擬現(xiàn)實(shí)的方式來展示傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，提供了一個(gè)更加貼近現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景