基于GIS 的通信機房動環搶修調度平臺的構建研究

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.南京捷鷹數碼測繪有限公司

0 引言

地理信息系統（Geographic Information System，GIS），具有強大的空間分析計算與展示功能，可為通信機房動環搶修調度平臺提供支撐，通信機房動環搶修調度平臺是集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，它可以通過前端數據采集，利用后臺數據分析，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范圍內擁有超過20 座核心通信機樓的電源空調設備，設備總量高、機房分散，給動力維護帶來了極大挑戰。本文研究并實現基于GIS 的動環調度搶修平臺構建，當故障發生時，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，實現精準關聯，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維護的工作效率。

1 基礎數據支撐

1.1 基礎地形底圖

動環搶修調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底圖，并可實時切換至實景影像圖模式（見圖1），地圖數據統一采用WGS-1984 坐標系統。圖層要素至少包含建筑物、道路、水系等相關基礎地理數據。系統底圖推送具體實現方式有如下兩種：

圖1 調度平臺底圖示意

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

（2）利用離線底圖數據包展現。將系統底圖數據線下制作為瓦片緩存數據包，并存儲在手機等智能終端里，系統通過讀取瓦片數據的級別、ID 號展現底圖。但是這種方式對終端設備的存儲和運算能力要求較高，且需要經常更新數據包，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據

獲取市域范圍內所有通信機樓的高精度地理信息矢量數據，并疊加至調度平臺系統底圖。數據應包含周邊水系、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據分為點狀要素、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《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，保證數據的準確性和合理性。

圖2 通信機房大比例尺地形圖

1.3 屬性結構信息

通過動環搶修調度平臺將各通信機房的建筑詳細信息、機樓基礎設施情況、動環系統維護歷史數據、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據庫和動環屬性數據庫中，屬性數據和地理空間數據通過標識碼的方式進行掛接（如圖3）。在通信機房動環故障發生時，方便后臺智能調用信息以開展分析、計算和派發搶修工單等操作。

圖3 屬性信息和地理信息交互示意圖

2 系統架構設計

2.1 系統設計原則

（1）實時分布性

系統將搶修維護人員的手機、平板等前端設備，通過5G通信網絡與系統后臺服務器鏈接，借助GPS 定位功能實時反饋位置信息以及故障現場信息，動環系統出現故障時可實現精準關聯與調度。

（2）平臺可靠性

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

（3）系統兼容性

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

（4）可視易操作性

動環搶修調研平臺的操作界面應當規整簡潔，相關功能按鈕應明顯易見，盡量避免功能菜單級數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

動環搶修調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容納入系統。

2.2 動環搶修調度平臺系統架構

通信機房動環搶修調度平臺系統的組成主要有：基礎地形數據庫、動環設施維護數據庫、GIS 服務器、Web 服務器、應用服務器、5G 通信網絡以及移動設備終端等，分別與GIS調度平臺架構的基礎數據層、服務支撐層和應用表示層相對應（如圖4 所示）。

（1）基礎數據層。該層主要包含基礎地理信息數據庫、動環基礎設施維護數據庫，可以為通信機房動環搶修調度平臺系統的故障獲取、搶修調度、智能派單以及監測提供高質量的數據保障。

（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 通信網絡。各類服務器為通信機房動環系統故障事件驅動提供應用支撐，可以迅速分析與處理空間數據信息并執行相應調度功能；5G 通信網絡可以實時連接用戶和后臺服務器，實現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，是用戶使用動環搶修調度平臺和實現系統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

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

搶修調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、位置信息數據可以為機房動環搶修調度平臺中的故障定位、人員車輛智能調度、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，可有效避免監控人員和管理者由于無法及時獲取故障地點及搶修現場情況，而導致的不合理指揮和盲目調度資源等問題。

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

通信機房動環搶修調度平臺掛接機房動環監控故障信息，并實時告警及派發工單，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生故障機房周邊的基礎地形圖，并且可以對系統內的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 動環搶修資源圖形化智能調度

依據GIS 的網絡分析與計算功能按照最優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，并根據故障點的距離就近調度搶修車輛，可以盡快讓后臺監控人員和管理人員調度相關搶修資源，開展工作。

當遇到大規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，這個時候動環搶修調度平臺就會觸發多任務多搶修資源的優化分配模型，及時制定出最優搶修策略，即：平臺對各類動環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搶修小組到達各現場的最短時間，并通過后臺應用服務器的數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搶修小組和搶修路徑，且通過資源限定功能避免系統重復派單與調度，實現機房動環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

系統通過終端的GPS 功能將調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據庫，在搶修過程中監控人員可利用查詢功能實現對系統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）。而對于負責故障調度的指揮者或管理者而言，實時監督故障現場的搶修進度和工作狀態，可以進一步優化相關資源調配的合理性，確保動環故障搶修工作的閉環處置。

圖7 資源調度狀態實時跟蹤

3.5 故障搶修信息存儲與挖掘

通信機房動環故障搶修信息數據按照時間維度可分為現場實時數據和歷史故障數據?，F場實時數據包括動環故障搶修人員實時的位置、出發時間、到達時間、現場反饋信息等。這些數據具有時效性，根據系統設定的監督時間間隔周期性地發送至服務器，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用。

而歷史故障數據可實現自動存檔，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，實現歷史數據的二次挖掘，可以更好地了解當前通信機房動力維護的工作狀態與水平，更好地服務于管理。

4 結束語

研發具有智能化、精度高、定位迅速等特點的通信機房動環搶修調度平臺是運營商動環專業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故障調度平臺原型，探索了以多源基礎地理信息空間數據為數據支持，動環專業屬性和地理空間服務器為核心應用，移動通信網絡為傳輸橋梁，移動終端為采集和反饋方式的多層次、多元化系統構建方式。

（2）憑借GIS 平臺的可視化展現和定位，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，大幅提高了動環故障搶修的工作協同效率和現場指揮能力。

（3）實現了對搶修人員和車輛的最優路徑選擇規劃，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故障搶修的及時性和集約性，實現了動環維護調度方案的最優化。

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