基于物联网的弱电管网集约化建设综合管理系统设计

江苏金卓能技术有限公司 曹 鹏

随着信息技术的快速发展，弱电通讯管网扮演着越来越重要的角色，管网总量与内容物的复杂度逐渐升高，弱电管网管理通常采用人工方式进行巡查，这种管理方式无法及时获取井内状态、准确获取光缆数量，同时井内纤芯路由复杂，在进行管理查询时统计较为困难，这种弱电管网集约化管理方式已无法满足时代建设的需求，需要优化传统的弱电管网集约化管理方式，采用信息化手段实现弱电管网集约化的综合管理[1]。近年来，物联网与GIS 技术在弱电管网集约化管理方面表现出较多优势，采用物联网与GIS技术使通讯资源模型化、管网器件联网化，提高地理空间的信息化水平，以此提升管理水平，完成及时报警、状态自知、路由可监测的弱电管网管理目标，本文为解决传统弱电管网管理方式出现的问题，设计了基于物联网的弱电管网集约化建设综合管理系统。

1 弱电管网集约化建设综合管理系统管理需求分析

分析空间要素。弱电管网分布在整个城市中，其与城市中各大建筑物、道路、地下设备、水电气暖管网等空间要素的分布位置具有密切的联系，在对弱电管网进行集约化的管理与建设过程中，地下设施、出入口等空间要素会发生变化，这种不确定的变化会对弱电管网产生较大的影响，如城市基础设施的维护、基建的施工等，对这些地上及地下的城市空间要素进行全面的了解才会掌握弱电管网对其受到的影响，从而有针对性的设计弱电通讯管道资源，发挥弱电管网应该发挥的管理效果[2]。

图1 弱电管网集约系统架构

确定弱电管网井口运行模式。弱电管网井口在弱电管网建设与管理过程中发挥着重要的作用，是弱电管网系统的入口、决定着弱电管网系统的安全。一旦发生井盖丢失、损坏或水位超限等情况，不但使通信网络无法正常运行，还会对弱电管网的安全产生较大的影响，井盖丢失或者移动后会给道路上的车辆及行人带来安全风险，因此要充分、全面、及时的掌握弱电管网井口的运行状态，确定其运行模式，对弱电管网井口的运行状态进行全程跟踪、监测，当弱电管网井口处于危险模式时，需及时对危险情况进行感知并推送告警，提请及时处理，保证弱电管网的安全、稳定运行。

研究弱电管网集约化建设综合管理路由运行状态。弱电管网在进行集约化建设与管理过程中，需研究路由的运行状态，路由的运行状态与弱电管网中的路由资源具有密切的联系，路由资源包括光缆资源与弱电通信管网资源，这两大路由资源数量庞大，可建立三维模型、采用可视化手段对路由资源中的路由节点数量、路由分布情况进行充分了解，以此实现对路由运行状态的掌握，从而全面管理弱电管网路由通达性与光缆资源的可用性，这对弱电管网集约化建设与综合管理具有重要的意义[3]。

探索弱电管网管道光缆分布情况。弱电管网管道、光缆是城市信息化的关键基础资源，是实现弱电管网集约化建设与综合管理的重要部分，为实现弱电管网集约化建设与管理，需全面掌握需电管网管道、光缆的分布情况，确保在发生突发故障时可对其进行快速、有效的应急处置。在分析弱电管网管道光缆分布情况时，利用物联网技术在线查询弱电管网管道光缆的具体情况，找到已使用的弱电管网管道光缆的使用位置，通过人工进行一一核实、如果出现不匹配情况，需将实时弱电管网管道光缆使用的实际位置及数量更新到资源管理数据库，以确保使用资源的实时性、准确性，为弱电管网管道光缆的建设、规划提供科学依据。

实现资源管理一体化。传统弱电管网资源综合管理通常分为室外管网主干管理与室内布线接入管理，为实现这两大弱电管网资源的一体化，传统上在进行室外管网主干管理时通常将室外管网埋于地下，室内布线接入管理是将弱电管网路由的光缆线布设在室内，室外与室内属于分开管理，这种传统的路由管理方式使网络业务无法持续进行，室外管网主干与室内布线无法形成一个持续的、完整的弱电管网路由网络，无法实现弱电管网的综合管理，为此本文提出了一个端到端的路由管理方式，即室外管网主干与室内布线同时接入到一个路由管网中、同时进行管理，以此实现资源管理的一体化[4]。

建立有效的资源数据库。以往在进行城市信息化资源管理时，通常采用CAD 文件对弱电管网管道路由、光缆等基础资源进行保存，这样的保存方式可能会出现介质丢失或损坏的情况，并且在对弱电管网管道路由数据、光缆使用数据进行检索时，检索过程较为复杂，因此需要建立一个有效的、标准的资源数据库，实现资源据的共享与更新，简化检索的环节与步骤，自动对各类弱电管网数据进行定时备份，从而实现弱电管网集约化建设与综合管理。

2 基于物联网的弱电管网集约化建设综合管理系统设计

2.1 系统设计目标

本文设计的基于物联网的弱电管网集约化建设与综合管理系统的设计目标如下：建立具有标准结构的地理空间要素数据库、弱电管网数据库与弱电管网井口运行状态数据库，制定弱电管网数据标准，加快弱电管网信息化建设；将城市空间要素与弱电管网资源信息进行结合，使弱电管网各类资源间存在密切联系，实现基于物联网技术的弱电管网综合管理；将物联网技术与GIS 技术相结合，对弱电管网井口、管道、光缆、分布线、分光等弱电资源进行全面的监测与管理；建立科学合理、标准合规的城市弱电管网集约化建设与综合管理流程，以此提高城市弱电综合管理的水平。

2.2 支撑技术

2.2.1 物联网技术

弱电管网井口通常位于城市室外，在分布上集中性较差，为了对弱电管网井口的运行状态进行综合管理与监测，需采用物联网技术在弱电管网井盖上安装物联网监测设备，通过物联网技术传输各类通信资源数据，物联网技术在弱电管网集约化建设与综合管理方面具有较多的优势。物联网采用3GPP国际标准，在中国运营商中处于主导地位，通过物联网技术组成的弱电管网终端网络包括智能井盖、基站、弱电核心网、资源存储平台、数据传输服务器与弱电管网管理平台。其中弱电核心网由厂商进行建设，弱电管网管理平台与数据传输服务器由运营商建设运维，通过这种建设运维方式可加强弱电管网井口数据的监测力度，集中精力建设资源数据库，通过物联网技术可实现弱电管网资源数据的安全、稳定传输。本文系统可全程监测弱电管网井口的运行状态及井内水位的变化，同时通过物联网技术还可远程监测弱电管网管道、光缆，在弱电管网的综合管理中发挥看重要作用。

NB-IoT 网络利用弱电管网监控管理系统实现信息管理，基于现场实际情况即时推送各类通知。图2中相关设备如下。终端：UE（User Equipment），通过空口连接到基站（eNodeB（evolved Node B,E-UTRAN 基站））；无线网侧：包括两种组网方式，一种是整体式无线接入网（Singel RAN），其中包括2G/3G/4G 以及NBIoT 无线网，另一种是NB-IoT 新建。主要承担空口接入处理，小区管理等相关功能，并通过S1-lite 接口与IoT 核心网进行连接，将非接入层数据转发给高层网元处理；核心网：EPC（Evolved Packet Core），承担与终端非接入层交互的功能，并将IoT 业务相关数据转发到IoT 平台进行处理；平台：弱电管网监控管理平台；应用服务器：以电信平台为例，应用server 通过http/https 协议和平台通讯，通过调用平台的开放API 来控制设备，平台把设备上报的数据推送给应用服务器。平台支持对设备数据进行协议解析，转换成标准的json 格式数据。

图2 NB-IoT 网络流程图

2.2.2 GIS 技术

GIS 技术通过分析地理模型可提供多种空间要素信息与动态数据，是一种基于位置服务的计算机图形技术，在弱电管网集约化建设与管理过程中可将地下管网与位置进行结合。本系统通过GIS 技术可视化特点建立了覆盖整个城市的电子地图，将城市弱电管网资源数据与空间地理位置信息联系起来并与物联网技木进行结合，使弱电管网中的资源信息可以在电子地图中显示出来，以便对弱电管网管道、井口、智能井盖进行定位与统计。GIS 技术除了可提高弱电管网管道走向、实现弱电管网的综合管理外，还可分析路由运行状态、查询管道使用程度，提高常规操作的精确性，此外还可结合物联网水位感知分析井下水位的变化、掌握道路开挖进度，从而了解整个城市弱电管网的建设与管理情况，非常高效的对道路施工及弱电管网的建设进行预估，极大提高了弱电管网的建设与管理水平。

2.3 系统相关内容

系统结构分析。基于物联网的弱电管网集约化建设与综合管理系统除包括以部分外，还需建设系统预警模块、决策模块，并在资源数据的基础上对弱电管网管道进行调度，监控智能井下水位变化，统计某一段时间的水位变化量，通过物联网技术，按照多种传输途径传输获取的信息数据，确保服务器与监测终端都能准确接收资源数据；系统功能设计。本文系统的功能主要包括弱电管网基础设备信息管理与操作电子地图。根据弱电管网的业务需求，建立相应的管理平台，制定合理的弱电管网集约化建设计划，完成各类弱电管网资源数据的管理与建设工作。第二完成系统地图参考图层的增加，按照制定好的工作流程，完成弱电管网资源数据信息的导入与维护。

系统预警模块。当弱电管井井口周界管理弱电管网井下水位超过标准水位后，本文系统的预警设备会发出预警信号，根据井下水位的数据信息获取发生超限水位的井盖位置，通过电子地图进行定位，并统计出现异常水位的井盖数量，及时对其进行处理，并通过视频进行监督；系统决策模块。为把预警与调度体现在同一张地图上，需建立系统决策模块，利用计算机实现预警与调度的整合流程，利用物联网与GIS 技术传输调度数据与预警数据。

3 应用效果分析

状态分析。通过物联网与GIS 技术对管井的状态进行监测与分析，监测井下水位变化、周围环境、井盖开启等状态信息；资源查询。对弱电管网管道的连接状态，管孔使用率与光缆的使用情况进行在线查询，管理交接箱熔接状态，以及各类终端数据的传输情况；数据管理。对弱电管网井口运行数据、管道、管孔、井下水位变化数据、光缆使用量等数据进行管理，按照管孔密度、光缆的使用量进行道路的开挖模拟，对周边的施工环境进行预估；三维一体化管理。从室内到室外实现三维一体化管理，全方位的观察弱电管网的综合管理情况。