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隨著信息化技術的發展及人類精神和空間需求的提升,同時隨著互聯網+理念的提出并執行,計算機技術已經廣泛應用于人們生活的各個方面。各中小型企業迫切渴望加快發展步伐,增多人與人之間的交流,各種會議越來越多,傳統的會議開展及交流方式已越來越不能滿足現狀。規范的會議管理及超越面對面的交流已越來越重要,由此產生了對視頻會議的需求。視頻會議管理系統已成為現在各種企業發展的必備。
本系統開發旨在設計滿足中小型企業需求、以信息化為手段、以智能化為目標的現代化視頻會議管理系統。并幫助參會人員或者管理人員更高效的完成會議的管理及會議的進行,提高會議管理人員工作效率,降低工作量,促進社會的信息化。使人們從忙碌的差旅奔波中解脫出來,減少了不必要的時間損耗,提升了各行業的溝通效率,節省了管理成本及差旅費用的開支。
2功能設計與分析
視頻模塊主要集中在可以進行開啟視頻會議或者邀請成員進入視頻會議,這里可以實現一對一的視頻會議和多對多的視頻會議同時還可以進行文字交流。功能如下:
音視頻即時通訊:提供語音,視頻一對一.多對多的實時通訊,支持高清視頻和高質量音視頻效果。
文字交流:支持多用戶之間的文字交流。參與會議的成員既可以進行對所有人的公開文字交流,也可發起與指定與會者之間的點對點私密交流。
錄像:支持針對個人的音視頻錄制,整個視頻通話過程內容的合成音視頻錄制以及集中服務保存錄制。
透明通道:提供客戶端,客戶端跟服務端之間的數據通訊能力
文件傳輸:支持客戶端之間,客戶端跟服務端之間的文件傳輸功能。在會議進行過程中,用戶可以便捷地將某個文件實時傳送給全體參會者或指定人;可以對本地用戶上傳與下載的文件進行管理;主席用戶可以及時清除會議中的傳輸文件。
動態設置音視頻參數:提供音視頻參數設置的接口,可以根據需要動態設置分辨率,碼率,幀率等視頻參數等。
電子白板:電子白板是由所有用戶共同維護的工作空間,在不改變原來的會議文檔的條件下,用戶在當前屏幕上顯示的會議文檔內容進行標注或修改操作,系統將自動保存將其標注或修改后的部分保存為圖片,以便會后查閱。
3架構設計
可視化網絡視頻會議管理系統數據業務是非常復雜的,涉及很多專業數據處理方法,模塊間的邏輯聯系、數據聯系也非常密切,為了降低系統的復雜性,提高軟件的開發效率,節省開發時間和維護成本,系統設計時盡量保證高內聚、低耦合。將系統分為以下三層,前端展示層,服務器層,數據庫層。
本系統設計架構是一套不同于傳統應用開發的技術架構,可以簡化且規范應用系統的開發與部署,進而提高可移植性、安全與再用價值,目前市場上使用的軟件視頻會議系統大多數采用的是C/S架構,需要在不同的客戶端安裝相對應的軟件,在一定程度上增加了開發和維護的成本。項目在充分利用服務器資源的基礎上設計和研發一套的視頻會議系統,減少不必要的投資,避免了多版本的軟件安裝,降低了大量的開發和維護工作,并且擴展后的系統具備跨平臺特性,可以實現瀏覽器和PC客戶端的視頻互通,也為未來的多客戶端視頻融合通信打下了基礎。
Web端采用了分層的架構。Web端分為三個層,從高層到低層分別是Web顯示界面層、數據訪問層、接口層。具體分層如圖2所示。
4系統實現
4.1系統基本流程
基本流程如圖3所示。
4.2電子白板功能設計開發
企業在進行視頻會議的時候可能需要建立各類數據的協同工作,以適應需求。所以設計開發電子白板功能,使得多用戶間實時共享想法。
4.2.1白板功能設計描述
設計并實現共享白板主要由三部分:用戶列表區,工具箱,白板區。用戶列表展示當前在線會議的人員;工具箱為用戶提供各種畫筆顏色以及畫線、圓、矩形等各種圖形選擇;白板區為用戶提供一個操作空間。系統使用了WebRTC的繪圖板組件一作為對實時功能上獨立于文字聊天和音視頻組件,作為實時聊天的輔助,主要功能包括:顏色選擇,圖形選擇,進行撤銷,并保證不同終端之間繪圖信息同步。繪圖組件對基本圖形繪制進行了實現,并封裝了繪圖接口,以便根據不同需求擴展。
4.2.2共享白板邏輯及實現
系統提供參會者共享白板進行繪圖,參會者可以在白板區域繪圖,系統借助HTML提供的API在canvas上進行繪圖,提供用戶使用的基本圖形有直線,矩形,圓形等基本圖形。繪圖信息流程圖如圖4。
消息流程為,用戶在終端A繪制圖形,瀏覽器得到繪圖參數信息,將繪圖信息封裝成JSON格式數據,將繪圖信息發送至服務器,服務器推送到其他業務服務器。
4.3音視頻壓縮涉及算法
在編解碼器的選擇上采用編碼效率較高、使用率較廣的H.264視頻編碼以及G.723.1語音編碼。其涉及核心技術有:幀間/幀內預測,整數DCT變換,熵編碼,編碼流程如下:
幀間預測:在運動矢量不大的情況下,用前一幀對應位置的像素來對當前幀進行預測
1)利用相鄰幀中的宏塊估計當前幀中宏塊的相對位置移動運動估計
2)運動估計得到的圖像與原始圖像作差(即估計殘差)。然后將這個差值也傳送到解碼端,這樣就彌補了運動估計的不在運動補償。
3)運動估計和運動結果的編碼。
運動估計思想:將圖像的每一幀分割成不相連的塊,然后對每一塊在前后幀中根據某種算法尋找最匹配的塊,即匹配塊。以下列出幾種塊匹配算法:
變換的精髓:把一個域內看起來很大的信號變換到另一個只需少量數據就可以表達的域內。圖像分為一個或幾個像條(片),一個像條分為若干個(宏)塊一基本處理單元4*4塊無乘法整數變換編碼算法,有效降低了編解碼的運算量。
3結束語
關鍵詞:校企合作;虛擬化技術;網絡管理與維護;實訓
1概述
《網絡管理與維護》課程是我院計算機應用技術專業的核心課。本課程的目標是幫助學生掌握網絡基礎知識、網絡建設相關技術和網絡設備的配置調試方法,幫助學生進行技術上的積累,以便在實際工作中恰當地運用這些技術,解決實際網絡中遇到的各種問題。
為了提高學生綜合應用網絡技術解決實際問題的能力,該課程后期安排為期一周的實訓教學。但是,由于我院只有為數不多的思科和神州數碼的網絡設備,而且型號較為陳舊。不能滿足實訓的教學要求。因此,我們經過認真的研討和調研,決定采用虛擬化技術進行實訓,采用思科公司開發的虛擬化軟件Packet Tracer 5.0進行網絡管理與維護課程虛擬化實訓。使用Packet Tracer模擬教學軟件能夠實現在任意數量設備之間構建網絡,提供模擬、虛擬、評估、協作等功能,為網絡學習者設計、配置、排除網絡故障提供網絡模擬環境。
2 課程實訓設計
我們與福建星網銳捷網絡通信有限公司、Cisco公司合作,共同開發《網絡管理與維護》課程實訓項目與內容,同時,將RCNA(銳捷認證網絡工程師)和CCNA(思科認證網絡工程師)證書培訓內容嵌入到實訓內容中,這樣,學生通過實訓后,不但學習了網絡管理與維護的職業技能,而且還可以根據自己的職業定位,考取相應的職業認證。為學生順利就業提供了“敲門磚”。
2.1 實訓內容
2.1.1 園區網構建
我們校企合作共同開發實訓項目和內容。實訓項目分為兩部分,第一部分園區網構建,第二部分網絡故障排除。第一部分培養學生根據客戶的需求,進行網絡設計與網絡設備調試,具備網絡設計與實施能力;第二部分培養學生對現有的網絡根據技術資料進行管理與維護,具備網絡管理與故障排除能力。園區網構建的主要內容如下:
圖1為某學校網絡拓撲圖,接入設備采用S2126G交換機,在接入交換機上劃分了辦公網VLAN20和學生網VLAN30。為了保證網絡的穩定性,接入層和匯聚層通過兩條鏈路相連,匯聚層交換機采用S3550交換機,在S3550上有網管VLAN80。匯聚層交換機通過VLAN1中的接口F0/10與RA相連,RA通過廣域網接口與RB相連。RB以太網接口連接一臺FTP服務器。通過路由器協議,辦公網可以訪問此服務器,但是為了信息安全的考慮,計劃在路由器A上做訪問控制列表,禁止學生網訪問此FTP服務器。具體要求如下:
1)、 在S3550與S2126兩臺設備創建相應的VLAN。(20分)
(a) S2126的VLAN20(辦公網)包含F0/1-5端口;(5分)
(b) S2126的VLAN30(學生網)包含F0/6-10端口;(5分)
(c) 在S3550上創建VLAN80;(5分)
(d) 將F0/18-20,F0/22加入到VLAN80。(5分)
2)、 S3550與S2126兩臺設備利用F0/23與F0/24建立TRUNK鏈路(10分)
(a) S2126的F0/23和S3550的F0/23建立TRUNK鏈路;(5分)
(b) S2126的F0/24和S3550的F0/24建立TRUNK鏈路。(5分)
3)、 S3550與S2126兩臺設備之間提供冗余鏈路(10分)
(a) 配置快速生成樹協議實現冗余鏈路;(5分)
(b) 將S3550設置為根交換機。(5分)
4)、 在RA和RB上配置接口IP地址(10分)
(a) 根據拓撲要求為每個接口配置IP地址 (5分)
(b) 保證所有配置的接口狀態為UP (5分)
5)、 配置三層交換機的路由功能(12分)
(a) 配置S3550實現VLAN20、VLAN30、VLAN80之間的互通;(7分)
(b) S3550通過VLAN1中的F0/10接口和RA相連,在S3550上ping路由器A的F1/0地址,ping通得(5分)。
6)、 配置交換機的端口安全功能(10分)
(a) 在S2126上設置F0/8為安全端口;(4分)
(b) 安全地址最大數為4個;(3分)
(c) 違例策略設置為shutdown。(3分)
7)、 運用RIPV2路由協議配置全網路由(18分)
(a) 在S3550、路由器A、路由器B上,能夠學習到網絡中所有網段信息。
8)、 在RA上配置安全策略(10分)
(a) 學生不可以訪問服務器1.1.1.18的FTP服務;(4分)
(b) 學生可以訪問其他網絡的任何資源;(3分)
(c) 對辦公網的任何訪問不做限制。(3分)
注意事項:
本實訓以結果為導向,配置過程和網絡運行結果在分數中的均占一定比重,為避免沒有show出結果導致失分,請務必運行以下show命令。
在S2126上運行show spanning-tree,show running-config。
在3550上運行 show running-config,show spanning-tree。
show ip route ping 10.1.1.1。
在RA和RB上運行show running-conifg,show ip interface brief。
show ip route。
在RA上運行 show access-lists。
2.1.2 網絡故障排除
我們與企業合作共同設計150余個典型網絡維護案例,讓學生進行練習。通過150案例練習,相當于學生在企業中獲得的至少一年以上的工作經驗。此項目填補了高職高專院校在網絡維護模擬仿真方面的空白。為我院節省了幾十萬元的實驗設備和材料的開銷,可以重復多次訓練學生網絡維護能力,大幅提高了學生就業能力。使培養的學生,能夠直接進入企業從事網絡維護工作。
3 實訓效果
經過虛擬化實訓,計算機應用技術專業分別于2010、2011和2012年獲得黑龍江省計算機技能大賽網絡“計算機網絡組建與安全維護”賽項2次三等獎、1次一等獎的良好成績。有20于名畢業生進入北京萬維信達科技有限公司從事IT技術服務工作,9名學生進入北京宜通華瑞科技有限公司從事網絡管理與維護工作。1名09級學生進入百度公司從事網絡技術服務工作。
4 結論
通過實踐證明,校企合作開展《網絡管理與維護》課程虛擬化實訓,不但節省學院的實訓室建設費用和減少了實訓室的維護管理難度,而且可以重復多次的模擬訓練學生,提高學生的網絡管理與維護能力,促進專業教學和學生就業。
參考文獻:
[1] 薛琴.基于Packet Tracer的計算機網絡仿真實驗教學[J]. 實驗室研究與探索. 2010(02)
[關鍵詞]工作過程系統化;網絡設備配置與管理;課程開發與應用
[DOI]10.13939/ki.zgsc.2015.11.147
高等院校尤其是以培養應用型人才作為辦學定位的應用型本科院校,應以提高學生的實踐動手能力以及知識能力的系統化作為提高教學質量的基本抓手和根本出發點。傳統以學科體系為著眼點的教學模式注重知識點的講授,學生所學知識不少,但是缺乏知識掌握的系統性和連貫性,進而無法順暢地將所學知識綜合應用實際當中。為解決這一問題,天津理工大學中環信息學院大力推進課程改革,選取實踐性較強的部分課程作為前期試點進行課程開發,重在理清課程開發的思路和目標、課程開發的實現方式以及課程開發的成果應用等問題。本文主要針對《網絡設備配置與管理》課程的改革進行闡述。
1 課程開發的思路和目標
1.1 課程開發的思路
以工作過程為導向的課程講授,其要點和精髓在于工作過程的系統化,而非學科架構的系統化。《網絡設備配置與管理》課程授課的一般講授順序是:第一部分計算機網絡的基礎知識,包括IP地址、子網劃分、VLSM(Variable Length Subnet Mask,可變長子網掩碼)、CIDR(Classless Inter-Domain Routing,無類域間路由)和以太網基礎知識;第二部分路由器相關知識,包括不同路由協議的工作原理和配制方法、訪問控制列表、NAT\PAT技術等;第三部分交換機相關知識,包括交換原理、STP以及VLAN技術等;第四部分廣域網、WLAN(Wireless Local Area Networks,無線局域網)相關知識及配制方法;第五部分IOS(Internetwork Operating System,網際操作系統)安全配置等。針對《網絡設備配置與管理》課程的內容及特點,在實際教學過程中,對授課內容進行整合:打破以往知識點的講授順序,將知識結構進行重構,依托實驗教學環境,以實際應用中網絡工程技術人員要完成的工作任務為主線,以實施任務的過程和步驟為載體,構建工程項目任務。
1.2 課程開發的目標
(1)構建以提升實際動手能力為目標的教學環境。教學軟環境的構建包括:編寫教學大綱、教材、案例匯編等;教學硬件環境的構建包括:模擬真實環境的場景設計、實驗環境的搭建等。
(2)構建以提升實際動手能力為目標的考核評價體系。在對教學內容進行整合的基礎上,探索以提高實際動手能力為導向的考核評價體系,促進學生職業能力的提升。
2 課程開發的軟硬件平臺與教學方法
2.1 課程開發的軟硬件平臺
以網絡工程與網絡安全實驗室為依托構建課程開發的軟硬件平臺。硬件平臺:該實驗室有三層交換機12臺、二層交換機12臺、路由器12臺、防火墻6臺、無線AP6臺、CVM虛擬機3臺(可同時模擬48臺PC),上述硬件設備可同時供6組48名學生進行開放式網絡實驗;軟件平臺:該實驗室共有Dell品牌的PC48臺,根據需要裝有packet tracer、GNS3、HW-Routesim3等模擬環境,可支持工程類復雜網絡拓撲的搭建與設備配置。
2.2 課程教學方法
根據教學內容的需要,選定“某大型會議中心網絡接入”、“某大型企業內部網絡接入”、“某大型三甲醫院內部網絡接入”、“某綜合性大學校園網規劃”、“某智能小區內部網絡接入”、“某連鎖快捷酒店內部網絡接入”、“某大型銀行網絡接入”、“某大型購物中心網絡接入”、“寬帶城域網匯聚層與接入層的規劃”以及“某大型綜合圖書館網絡接入”10個有實際應用價值的項目,學生以小組的形式對上述項目進行選擇,依托網絡工程與網絡安全實驗室的軟硬件設備,將《網絡設備配置與管理》課程中所涉及的相關知識點進行整合,應用到上述項目中。下面以“某綜合性大學校園網規劃”為例,說明《網絡設備配置與管理》課程開發的具體過程:
某綜合性大學校園網規劃
(1)網絡的規劃與設計。如圖所示。內容包括:1)從模塊化和層次化兩方面來考慮網絡的拓撲結構設計。模塊化設計可解決網絡擴展性及網絡間沖突的問題;層次化設計將網絡分為核心層、匯聚層和接入層三層架構。2)IP地址的規劃應與網絡拓撲結構相適應,既要有效利用地址空間,又要體現出網絡的可擴展性、靈活性和層次性,便于網絡中的路由匯聚,減少路由表的長度,同時還要考慮到網絡地址的可管理性。
(2)網絡設備的選型。根據實際需要,查閱質量過硬、性價比高、售后服務好得多的品牌交換機、路由器、防火墻以及無線接入等網絡設備的技術參數并進行比較。
(3)接入層交換機的配置。接入層交換機直接與用戶節點相連接,是各個網絡模塊接入匯聚層的重要設備,主要通過VLAN技術劃分子網,進而隔離各模塊之間的廣播流。
(4)隔離網段間的互聯互通。配置三層交換機或者路由器實現VLAN間的連通。
(5)路由器的配置。配置靜態路由和動態路由實現多區域多網絡之間的連通。
(6)網絡安全配置。主要涉及交換機、路由器以及防火墻的安全配置,例如交換機的端口綁定、路由器的訪問控制列表、防火墻的過濾規則以及網絡地址轉換等。
(7)其他技術在網絡建設中的應用。主要涉及無線網絡技術等。
通過對上述“某綜合性大學校園網規劃”項目的分析,將原有教學內容進行整合,構建基于工作過程系統化的《網絡設備配置與管理》任務式課程體系,開展教學活動。
3 結 論
基于工作過程系統化的課程建設是應用型本科高校培養應用技術人才的重要載體。《網絡設備配置與管理》打破傳統的以學科體系為主線的課程結構,以實際工程案例為背景,以模擬組建真實網絡為工作過程,以前后具有邏輯關系的遞進式工作任務為驅動進行課程體系的開發,提高學生學習的主動性和積極性,起到了很好的教學效果。
參考文獻:
[1]唐燈平.基于工作過程系統化網絡設備配置與管理項目式課程開發[J].常州信息職業技術學院學報,2010(10).
關鍵詞:信息運維;可視化;一體化;智能監控;預警
電力行業信息化已然成為新時代之大勢所趨,在這種形式下各大電力公司為了滿足信息化的需求,分別構建起屬于自己的信息網絡與管理系統,但由于規劃方案和管理經驗的不足,帶來了越來越多的關聯、運行和維護問題。目前,在各網省電力有限公司已有三十多套業務系統建成使用,然而由于缺乏科學有效的管理手段,需要耗費大量的人力和物力對已有的業務系統進行管理和維護。同時隨著智能電網建設的推進,接入電力系統信息網絡的業務系統數量將會不斷增加,這就給電力業務系統管理維護埋下隱患,一旦某一業務系統運行出現故障,將會嚴重影響用戶信息的管理,帶來巨大的經濟損失。為了幫助各大電力公司迅速搭建起高效統一的信息平臺,使其更好地將應用與資源進行整合,國家電網公司于2006年初提出了“SGl86工程”計劃。各網省電力有限公司作為SG186工程建設單位,都在積極的尋找解決信息化進程中出現問題的方法,以期保證已建成的業務系統穩定運行,有效的創造效益,建設高效的信息運維可視化平臺就是解決問題的關鍵。
1電網企業信息運維可視化平臺研究必要性
由于電力系統數據日益增多,傳統落后的顯示方式已不能滿足目前的需求,而信息運維可視化平臺的出現解決了這一問題,它必將隨著矛盾的日益突出,顯示出廣闊的應用前景,主要體現在以下兩個方面:1.1通過可視化技術,電力系統分析的研究人員可以采用相應的技術手段將數據有選擇、有組織的進行篩選,然后直觀的了解到數據的動態過程、相關性以及靈敏度,而這一切都是通過計算機編程實現,不需任何人為因素的參與,大大減輕研究人員的負擔,這樣就使人們把時間控制在問題的本質上,沒必要在現象上浪費太多的時間。同時,隨著三維可視化技術的不斷深入,它還可以在電力系統的規劃設計上得到廣泛的應用。1.2信息運維可視化平臺的建立可以幫助運維監管部門實現對關鍵資源的7*24小時全天候監控,及時、快速的發現系統故障;通過事件關聯分析,并結合深度分析,實現快速定位故障根源、快速預防和恢復,從而提升業務系統運維響應能力,變被動式管理為主動式運維。
2電網企業信息運維可視化平臺國內外研究現狀
2.1美國PowerWorld公司是一個非常權威的電網可視化全球技術研發機構,它開發的PowerWorldSimulator(可視化計算分析程序)和PowerRetriever(在線可視化調度運行系統)在全國各地得到廣泛推廣,也是電網可視化領域重中之重的產品。PowerWorldSimulator具有很好的用戶體驗及優異的交互可視化功能,以面向對象的思維方式對大型電力系統進行可視化分析。而PowerRetriever具有更高端的技術手段,它是前者的在線實時版,不但具有可視化計算分析程序的全部功能,還實現了與EMS系統的數據對接,真正做到電網的無縫在線分析。2.2美國伊利諾伊大學在海內外學術界是非常知名的大學,它的電氣系統工程研究中心提出了許多具有開創性的理論與方法,其中比較重要的一個方面就是電力系統可視化領域的圖形顯示效果的研究。2.3AdvancedControlCenter(AC2),即美國PJM公司的先進控制中心,它是一套將資產和資源進行集成的可視化系統,主要的特點包括:a.實現業務的連續作業能力,采用準同步技術,使新系統逐步替代原有舊系統;b.考慮供應商的互操作性,設計思想采用類似于“積木”的方式,將架構模塊化;c.提高AC2的安全性,使用數據與應用保護、邊界防護等技術手段。2.4遼寧省電力有限公司信息通信深度融合,構建全景化、一體化調度運行監控中心,實現了公司信息安全的一體化聯合防御和應急處置、信息通信資源的統一調度、信息通信系統的實時運行監控等,確保公司信息通信系統安全運行,發揮了信息通信系統調度運行核心樞紐作用,同時它還負責公司日常生產經營業務全景化決策展現。2.5華北電力大學電氣與電子工程學院的梁峰等人對電網可視化技術進行研究,并對其在智能調度中潮流動畫、靜態安全分析、無功優化等幾方面的應用和接口方案進行了相應論述,對未來智能調度中可視化技術的發展方向提出建議。2.6安徽電力調度通信中心的雷霆等人提出了一個集成式的電網調度可視化整體框架,介紹了包含可視化模型、可視化數據集成、可視化數據接口等技術的可視化數據支撐體系,闡述了包含可視化部件、語音交互、自動繪圖等技術的可視化應用支撐平臺。結合實際工作,從歸一化表述、實時監視、實時觀測、實時分析和實時控制等方面對實時調度可視化進行了說明,最后對調度可視化發展趨勢做了淺析。
3電網企業信息運維可視化平臺研究目標
3.1通過研究信息運維可視化平臺,建立電網企業信息運維監控管理規范和流程,實現網絡設備參數、業務系統運行狀態及容災備份情況的實時采集,提供滿足信息運維中心監控的應用需求,即對電力信息資源數據進行圖形展示及信息服務的功能。通過對信息運維可視化平臺的搭建,將傳統的被動式管理變為主動式運維,改善其傳統方法存在的問題,實現無間斷作業的簡單運維模式,通過主動分析網絡和業務趨勢,迅速對信息運維中存在的隱患和問題進行發現和定位。3.2通過建立統一的信息運維監管中心,將網絡設備和業務系統集中監控,降低對多種設備及應用系統管理維護的復雜度,最終通過提高IT服務能力、故障響應能力和信息運維質量等,實現信息運維監管規范化、科學化、信息化、自動化,全面提升電網企業信息運維服務水平。
結束語
傳統的運維管理平臺都是以事故后被動的“救火式”補救處理為主,缺乏事故前對業務系統運行狀態的準確態勢分析,具有局部性、單一性的特點,并不能滿足電力系統中應用業務系統運行維護的需求,存在很多的問題。本文正是在這樣的研究背景下,在電網企業信息網絡中研究一個實時有效的信息運維可視化平臺,以彌補傳統運維管理的不足,實現綜合一體化監控,提高運維效率,實現無人值守的智能監控及預警,解決用戶無法實時了解信息系統運行狀況的難題。因此,電網企業信息運維可視化平臺的研究必將大大提升電力公司信息化、網絡化、自動化的管理水平,有力的支撐和保障智能電網的建設工作。
參考文獻
[1]沈國輝,佘東香,孫湃等.電力系統可視化技術研究及應用[J].電網技術,2009(17).
[2]孟強.電力系統可視化技術的研究[J].安徽電力,2010(4).
關鍵詞:物聯網;三維可視化;數字校園;GIS
中圖分類號:TP391
三維可視化(3D Visualization)技術是20世紀80年代中期誕生的一門集計算機數據處理、圖像顯示的綜合性前緣技術。能夠再現三維世界中的物體,并能夠表示三維物體的復雜信息,使其具有實時交互能力的一種可視化技術,是對現實世界的真實再現。可視化技術是把描述物理現象的數據轉化為圖形、圖像,并運用顏色、透視、動畫和觀察視點的實時改變等視覺表現形式,使人們能夠觀察到不可見的對象,洞察事物的內部結構。
隨著計算機圖形學技術的發展,我們對二維世界的研究日益成熟,并開始向三維領域擴展。由于人們對三維信息的需求與日俱增,三維可視化技術方興未艾,已經廣泛應用于社會生活的各個領域,比如數字城市、環境監測、風景區規劃、地質和礦產活動、交通監控、房地產開發、水文地質活動、醫療救助以及數字校園建設等,隨著經濟及三維技術的快速發展三維可視化技術在我國各個工作環境中有著迫切的需求空間。
1 三維可視化技術概述
三維可視化技術從計算機學科出發,已滲透到各個學科中。在地理學、資源環境學、測繪學、海洋學、建筑學、生物醫學等學科都能找到它的用武之地,而且為這些學科的科學研究提供了極大的幫助。例如在建筑、交通、醫學等領域,三維可視化技術可以提高決策者的預見性,能夠對其質量和成果進行前期的評估,避免不必要的浪費和損失;在動畫和虛擬世界的應用,已經讓我們領略到了它帶給我們強烈的視覺沖擊和真實世界的完美再現,使我們可以游歷遠古的城堡,遨游浩瀚的太空;在仿真技術方面的應用,可為醫學手術實施、機械制造加工、礦物開采加工、水利設施建設等提供一定的決策作用。三維可視化技術的發展,已帶動諸多學科的進步,可見,三維可視化的研究具有非常重要的意義。
現今,以計算機技術為基礎的三維可視化技術,大多以軟件的形式體現出來。目前主要分為建模軟件、平臺軟件和應用軟件三類。三維可視化的關鍵是空間立體三維建模,平臺軟件大多以模型為基礎,實現漫游、觀察、分析、決策、交互等基本操作;而應用軟件主要是為了滿足三維可視化技術在某一方面的應用而開發的應用程序,如數字校園信息管理、數字小區監控管理、三維城市景觀仿真等。
2 三維可視化技術對建立數字校園、數字圖書館、數字化工廠、三維可視化商城等領域的意義重大
三維可視化技術在各個領域的應用發展已經初見菱角。以數字校園為例,教育事業的發展日新月異,我國的校園特別是高校大多具備各類多媒體教室、實驗室、安防系統、應急管理系統等數字化設施。傳統的管理方式已難以適應大量數字設備的監管維護任務,這就迫切需要一種更新更有效的系統來應對這一情況,這一系統就是已在眾多學科中嶄露頭角的三維可視化技術。
三維可視化數字校園信息管理系統主要是通過物聯網、數據通信與傳感網絡、三維可視化與虛擬仿真、智能分析與多維聯動、三維GIS空間信息等最新技術的聯合應用,依托于三維可視化綜合管理平臺,集成各種感知識別設備、現有業務系統和各類數據,完成了校園內多方位、跨平臺管理。極大的豐富了數字校園信息管理的內涵,提升了校園管理信息化水平,為校園全方位管理提供決策支撐。
3 三維可視化系統的開發與實現方式
數字校園是數字城市的一個組成部分,利用建模軟件、三維GIS平臺、面向對象的編程語言可簡單實現數字校園系統的查詢分析、漫游瀏覽、實時渲染、網上等功能。系統設計主要分為數據采集、數據處理、編程實現幾個環節。數據采集主要是利用遙感影像獲取數字線化圖、航片獲取正射影像、數碼相機獲取地物紋理和用測量手段獲取等高線,之后利用等高線數據通過三維軟件建立校園模型。同時,利用DEM和DOM在IMAGIS中生成地形、地貌模型之后將其導入三維可視化平臺,并借助應用程序和數據庫實現空間數據的存取和查詢。
3.1 三維可視化技術與GIS的聯系。GIS即地理信息系統(Geographic Information System或Geo-Information system,GIS),又稱為“地學信息系統”或“資源與環境信息系統”。它是一種特定的十分重要的空間信息系統。它是在計算機硬、軟件系統支持下,對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統,可以對空間信息進行分析和處理。目前三維可視化技術與GIS的結合越來越緊密。對三維現實世界的可視化是以GIS為前提的,地面模型和大范圍場景模型的建立離不開GIS,兩者只有充分結合,才能實現真正的三維可視化。
3.2 三維立體模型的開發與實現。三維可視化數字校園信息管理系統運用三維模型、三維漫游、數據庫管理等技術得以實現,首先建立虛擬三維校園場景模型,可將校園各個三維場景、電力設備工作狀態、地下管網狀態、實驗室設備運行情況等信息和資料直觀、形象地在三維漫游平臺顯示出來。
3.3 三維場景漫游、展示技術的設計與實現:(1)地圖基本視窗操作:提供瀏覽圖和鳥瞰圖。瀏覽圖是用戶操作的主窗口,包括地圖放大、縮小、自由縮放、漫游、全幅顯示、拖拽移動、點選和矩形區域選擇、設計區域快速切換等;(2)導航定位:按照圖層分類標準將管理對象信息以樹形目錄方式進行說明,方便用戶了解管理層次結構、快速進入所關注的管理對象信息列表。定位功能支持用戶將視窗直接切換到關注目標上;(3)三維顯示:可在二維和三維顯示模式上進行切換,進入三維模式以后,可以進入校園建筑物內部,將管理對象精確到每個樓層、房間、設施、設備甚至傳感器;(4)圖層管理:對空間數據、對象和模型進行分層管理;(5)數據處理:包括地圖編輯、數據導入導出、地圖配準、三維模型加載等等。
4 三維可視化數字校園信息管理系統的功用
數字校園三維可視化系統應集成校園現有固定資產、校園OA、校園教務管理系統等業務的接口,建立起包括校園環境及建筑監管、設備監管、運營管理、決策輔助等功能在內的全方位、網絡化、可視化信息管理系統,最終實現校園管理信息系統的數據交互與共享,為數字校園安全、精細化管理、綠色校園建設提供重要的輔助支撐。
4.1 三維建模。按照實景完成建筑內外、資產、設備的模型采集與建模,模型表現需與實際一致,并滿足三維數字管理平臺的要求。
4.2 基本信息管理模塊。包括基本信息等管理,并實現與三維場景的關聯。具備用戶管理、權限管理等。
4.3 多媒體教室與實驗室使用監管。系統采用RFID(射頻識別)技術對多媒體教室、實驗室進行實時狀態管理,每個教室和實驗室均安裝聯網型的RFID讀卡器,教師通過RFID身份識別卡,經過與排課系統的接口,便可獲得教室的使用權限。通過網絡可以查詢任何一個教室和實驗室的課程和教師安排。
4.4 三維校園資產與設施管理系統。以三維方式實現資產管理,建立資產卡片,實現資產增加、減少、變動、維修等管理,具備資產變動表、資產減少一覽表、資產明細賬、資產增減變化表、分類總賬等查詢統計功能,能在三維中實現資產空間位置管理。系統對資產從采購、入庫、領用,建立卡片,處置、盤點和維修等階段進行管理,分為需求申請管理,采購申請管理,入庫管理,領用管理,卡片管理,變動管理,處置管理,維修管理等。采用RFID技術對校園資產和設施進行在線式監管,對固定資產貼上電子標簽,通過校園網絡來進行識別、定位、跟蹤和監控管理。設備的跟蹤和監視需要通過校園網絡來進行,在房間入口或樓道出口處安裝射頻閱讀器和校園網絡連接,可以監視設備的移動。當設備移出時,射頻系統自動接到資產設備的信息,可以通過網絡通知管理人員,同時可以在資產管理系統中做相應的記錄。
4.5 校園地下管網管理。系統能夠基于主界面對地下管網的圖形數據和屬性數據進行統一管理,為用戶提供模型管理、數據管理、信息查詢、數據更新、結果輸出、統計、分析和三維顯示等功能。
系統可以實現各類專業管線信息的輸入管理,能用電子數字產品全面真實地反映地下管網的現狀,包括各類管線的空間位置、分布及其相互關系,將三維可視現實和虛擬現實進行集成,做到所見即所得,有利于管線信息的有序化管理。可快速、準確地進行管線信息的檢索和查詢,進行各種統計分析和空間分析,為管理、規劃、設計、施工等部門提供準確可靠的地下管線的分布、走向、埋深等狀態信息及各類專業屬性信息。
4.6 校園安全監督管理。系統通過各種現場總線和以太網與安全防范系統、消防系統對接后,在主界面上集中瀏覽查看校園安全防范及消防設備的屬性和實時狀態,包括視頻監控、門禁、周界報警、消防報警主機、消防傳感器、閥門、風機等。系統包括了設備管理、設備狀態顯示、立體場景監控、消防業務管理、報警管理等功能模塊。在三維中實現與安防系統的集成,可遠程調用監控視頻。與消防管理系統的集成。實現安全預案管理、易發事故提醒管理。
4.7 校園應急管理。應急管理包括應急值守、應急指揮、預案管理、資源管理、預測預警、應急演練等功能,可實現對災情的預警、監測、預防、減緩、處理等工作以及對傷亡人員的搶救、防疫和安置等。
5 總結
三維可視化的發展,縮短了現實世界和計算機虛擬世界的差距,并且拓寬了人們的視野,不僅使人們更加清楚地認識這個世界,還為人們改造世界提供了很好的指導作用。運用于數字校園的建設與管理中,做為更加便捷有效的管理系統,可完全取代傳統的數字化校園。三維可視化數字校園信息管理系統基于三維可視化綜合管理平臺,將物聯網的海量數據信息通過三維立體化的方式進行展示和管理,同時可以對各種信息進行集成,還世界原本的真實,讓信息以可視化的方式呈現并得以有效的管理控制。因此基于物聯網的三維可視化數字校園信息綜合管理系統必將對傳統數字校園建設形成革命性的沖擊,成為今后數字化校園建設的主流技術。
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摘要:
為提高輸電線路運行安全,實現輸電線路通道的可視化,文章提出了通道可視化系統框架,結合線路實際情況,采用5.8GHz無線專網、點對點以及點對多點等多種通信技術混合組網,完成終端設備通信接入,將現場視頻信息通過5.8GHz無線網絡就近接入變電站光網絡,完成信號匯聚并遠程傳輸到監控中心,從而實現對輸電線路的全天候監測。該系統可幫助管理人員及時了解現場信息,將事故消滅在萌芽狀態,在巡視人員不易到達地區則可大幅減少巡視次數。
關鍵詞:
無線專網;輸電線路;可視化;視頻監控
0引言
輸電線路在線監測的目的是保障電力輸電線路安全運行,通過各種傳感器技術、通信技術、信息處理技術實現輸電線路運行狀態的感知、預警、分析、評估等,其中輸電線路通道可視化在線監測裝置是最重要、最直觀的手段,作為線路巡檢運維的重要工具得到廣泛應用[1-3]。但由于設備的長期運行受環境、通信、供電等多個因素影響,且這些設備分布點多面廣,一旦出現問題,不僅無法提升線路巡檢的效率和質量,還會給線路運維工作人員造成更多的麻煩,嚴重影響到用戶對設備使用的滿意度。目前,輸電線路通道可視化在線監測多采用基于公網的無線GPRS/3G/4G技術,但是在實際應用中卻存在很多問題,如:選取的監測線路節點在偏遠、人跡罕至的地方,GPRS/3G/4G網絡尚未覆蓋;已經覆蓋GPRS/3G/4G的地方也可能存在信號不強問題,無法滿足實際監控需求。以往線路在線監測系統往往采用租用移動等公網運營商資源的方式來傳輸視頻監控業務,但由于通道帶寬較窄,往往難以提供高清畫質,同時租用費用高、故障維修環節多[4-5]。本文提出了特高壓輸電線路通道可視化系統框架,結合線路實際,利用5.8GHz自建通信網絡,采用點對點、點對多點等多種通信技術混合組網,完成終端設備通信接入,并通過就近接入變電站光網絡完成信號匯聚與遠程傳輸;利用先進的數字視頻壓縮技術、低功耗技術、無線通信技術、太陽能技術,將現場視頻信息通過無線網絡傳輸到監控中心,從而實現對輸電線路的全天候監測,使管理人員及時了解現場信息,將事故消滅在萌芽狀態。在巡視人員不易到達地區,可大大減少巡視次數,為輸電線路的巡視及狀態檢修提供新的思路。
1輸電線路通道可視化系統關鍵技術研究
輸電線路通道可視化系統通過安裝在桿塔上的高清攝像頭,實現對輸電線路運行狀態及周圍環境的監測,并與其他相關業務系統進行數據集成,為輸電線路的可視化運維提供技術支撐。系統框架主要由前端裝置、通信傳輸網絡和視頻監控中心主站組成。
1.1前端裝置
前端裝置主要包括高清視頻監測裝置、電源供應系統以及配套通信設備。高清視頻監測裝置安裝在鐵塔下橫擔以下塔身內部或桿塔主材,采集的視頻流同時存儲在桿塔當地和接入變電站,上傳帶寬不大于2M。輸電線路大部分位于偏遠無人山區,不具備條件就近取電供設備運行使用,因此主要采用太陽能獨立供電系統。太陽能獨立供電方式為:當日照充足時,由太陽能系統為負載供電,為蓄電池充電;在日落后或陰雨天,則由蓄電池向負載放電。必要時可考慮選擇風光互補的供電系統,部分有條件線路段供電方案可采用自建220V市電方式。
1.2通信傳輸網絡
目前,輸電線路通道可視化系統通信傳輸網絡大體可歸為三大類,分別為全無線、光纖+無線、全光纖[6-8]。
1.2.1全無線
全無線方案包括利用公網3G/4G和自建無線系統2種方案。利用公網3G/4G方案見效快、成本低,主要適用于監測點比較零散且有公網信號覆蓋的場景,但由于很多輸電線路比較偏僻、無信號覆蓋,影響了其推廣使用。自建無線系統目前主要采用點對點(多點)、LTE等技術,按照線路桿塔的地形特點,先分區段進行基站匯聚,之后多級中繼回傳至就近變電站。
1.2.2光纖+無線
光纖+無線方案主要利用隨輸電線路架設的OPGW光纜,在設有光纜接頭盒的桿塔同時安裝光通信設備和無線設備作為接入和傳輸裝置,在不設接頭盒的桿塔僅安裝無線設備。通過光通信與無線的高效結合,對不規則、非線性的野外受監控線路進行全覆蓋。
1.2.3全光纖
全光纖方案為沿輸電線路通道新建1根架空光纜,在每個監測點設置1個光纜接頭盒,同時安裝光通信設備作為接入和傳輸設備,實現監測點的全光纖覆蓋。新建架空光纜以自立桿塔為主,并根據實際情況單端或雙端接入就近變電站。根據上述3類通信傳輸與接入方案,可針對無線基站、傳輸方式、光通信設備選型分別進行技術方案比選,通信傳輸與接入方案對比見表1所列。本文根據輸電通道的地形特點,以及輸電線路是否建有OPGW光纜或OPGW光纜是否具有可利用備用光纖等情況,大部分監測點擬采用點對點(多點)的全無線接入方案,部分采用自建全光纖接入方案或OPGW光纖+點對點(多點)無線接入方案。
1.3視頻監控中心主站
輸電線路通道可視化視頻監控中心主站系統采用集中部署方式,安裝在輸電線路電力桿塔上的高清視頻監測裝置采集線路通道的視頻流以及設備電源信息和通道狀態信息,采用寬帶無線專網接入到就近變電站。由變電站通過站內的安全接入裝置接入到變電站內輸電通道可視化網絡;使用點對點設備通過FE接口和電力傳輸網MSTP設備互聯,最終將各種信息傳送到省公司的輸電通道可視化監控平臺。系統整體架構如圖1所示。
1.3.1主站構架方案
輸電線路高清視頻流以及設備電源信息和通道狀態信息通過變電站內電力專網接入到省公司的輸電線路通道可視化監控平臺,該監控平臺由視頻巡檢、無線專網通道管理和電源管理組成[9]。
1)視頻巡檢。實現對所有視頻監測設備的管理,支持省電力公司和各地市局特高壓運維分部對高壓輸電線路手動和自動視頻巡檢,以及事件觸發時實現自動聯動視頻,提供巡檢視頻的記錄、存儲、查詢和回放。
2)無線專網通道管理。實現對所有無線通信設備的管理,監視各個設備的運行狀況,分析通道的瓶頸。
3)電源管理。實現對桿塔上所有設備電源的管理,監視各個設備電源的狀況,分析電源容量,并根據電源容量提出設備運行的最優策略。
1.3.2數據流程輸
電線路通道可視化系統可以劃分為設備層、網絡層、接入服務層和應用層。系統數據流程如圖2所示。
1)設備層:采集輸電線路通道的視頻信息、電源信息和通信設備信息,采集數據通過無線方式(5.8GHz無線專網)將子站的數據在網絡層匯聚后到達接入服務層。
2)網絡層:通過有線、無線方式對設備層的數據進行匯聚傳輸,并送達接入服務層。
3)接入服務層:對接入的視頻數據和結構化數據進行處理和分級存儲,轉發下行控制命令。
4)應用層:將采集的視頻信息、電源信息、通信設備信息及其他業務系統數據進行集中存儲和分析,實現對輸電線路通道信息的可視化管理,構建功能完善的輸電線路可視化運維管理平臺。
1.3.3系統功能架構
系統功能結構如圖3所示,主要功能包括網絡管理、視頻監控、電源管理和權限管理[10-11]。
1)網絡管理。①通道監測:對當前網絡通道組網進行管理,實現整個網絡中所有節點通信狀態的可視化,對通信通道出現的異常進行告警提示。②拓撲管理:提供靈活的自定義網絡拓撲管理工具滿足用戶的需求,可根據實際線路劃分來定義每個網絡設備的位置,使拓撲視圖更加清晰、易懂。③性能管理:提供網絡性能監控報表和分析服務,實時發現和挖掘網絡性能問題,并實現對重點節點性能指標的監控。
2)視頻管理。①實時視頻管理:包括視頻列表、視頻組合、播放控制、自動播放、畫面切換、實時語音對講等。②視頻巡檢管理:包括巡檢管理、播放控制、云臺控制。③視頻存儲與查詢:包括設備查詢、錄像回放、視頻切片檢索、錄像查詢下載。④視頻設備管理:包括臺賬管理、視頻參數設置、視頻傳送策略、攝像頭管理等。
3)電源管理。①臺賬管理:實現對太陽能電池板、風機、電池基本信息的維護,并通過樹形結構進行展示。②實時監視:對電池的重要參數進行監測,對包括電池狀態、電池電壓、電池電流、負載電流、溫度、電量、充放電次數等信息進行展示。③信息管理:利用友好的圖形界面,可對太陽能電池板、風機、電池進行歷史信息查詢,了解各設備的工作狀態。
4)權限管理。①控制過程:控制過程的設計應符合相關規程的要求,包括控制對象的確認和控制過程的記錄。②安全措施:操作人員權限管理、操作工作站權限管理和設備控制互斥。
1.4視頻三級存儲方案
1.4.1三級存儲機制
由于高清視頻信息量大,占用帶寬大,為保證有用視頻信息不丟失,又對現有的電力專網資源占用小,系統采用三級分布式存儲方案,包括桿塔當地、接入變電站、主站三級[12]。第一級存儲為在高清視頻監測裝置內配置存儲卡,以實現該監測裝置視頻的實時錄像,用戶可根據設備運行狀況配置靈活的錄像方案,包括定時錄像、移動偵測事件觸發錄像等。在定時存儲方式中,用戶可根據需求進行配置,如裝置工作即錄像或者設定某個時間段(如每小時的前10min)對不同的預置點進行掃描并錄像。移動偵測觸發錄像則是偵測到物體移動即開啟錄像。第二級存儲為變電站內配置的視頻存儲服務器,其同前端攝像頭的視頻存儲組成斷點續存方案,即ANR方案。該方案結合了本地存儲和網絡存儲方案,通常前端高清視頻監測裝置本身沒有監控存儲功能,必須由后端的視頻存儲服務器來實現對監控視頻的存儲,這對于網絡的穩定性要求很高,網絡連接失敗、丟包嚴重、抖動等各種因素都可能造成監控數據的丟失。因此,在高清視頻監測裝置內設計存儲緩沖區,可以保證網絡短暫中斷情況下監控數據的連續存儲。一旦出現網絡中斷情況,前端的高清視頻監測裝置存儲可以不受網絡的影響,繼續進行錄像并作為備份數據,后端視頻存儲服務器可以在網絡恢復后將失效期間存儲在前端緩存區的監控數據以“補充”的方式傳輸到后端。第三級存儲為在省公司視頻監控中心主站配置磁盤陣列,實現基于應用的存儲,即用戶手動、自動巡檢和事件聯動視頻信息都存儲在磁盤陣列中,存儲文件以事件進行檢索。
1.4.2視頻存儲時間
第一級和第二級存儲是基于視頻時間的存儲,能最大程度地保證視頻存儲的完整性,存儲文件以時間進行檢索。依據較為高效的視頻壓縮算法,對于運動畫面較少的高清視頻(1280×720,15幀),平均碼流大小為1.2Mbps,計算得到每小時錄像文件大小為0.53GB。第一級存儲若考慮每天錄像12h,則7天內的不覆蓋錄像需要容量為44.35GB,64GB存儲卡即可滿足7天錄像的要求。視頻存儲采用存滿后自動覆蓋的方式實現視頻輪詢存儲。第二級存儲若考慮每天錄像12h,則30天內的不覆蓋錄像需要容量為190GB,1塊容量為4TB的硬盤即可存儲21路視頻流信息。考慮到每個變電站平均接入30個攝像頭,因此需2個4TB硬盤方可滿足要求。存滿后也采用自動覆蓋最先存儲的視頻的方式輪詢存儲。第三級存儲為基于應用的存儲,考慮每周都對所有攝像頭依次輪巡并存儲錄像10min,每周容量約為0.26TB,每年的容量為14TB,考慮每2年覆蓋1次,則8×4TB的存儲陣列即可滿足要求。
2應用實踐
輸電線路通道可視化系統在某電力公司特高壓輸電通道專項整治建設項目中得到了較好應用,項目范圍為實現該電網公司特高壓交直流輸電線路高清視頻監控的全覆蓋,覆蓋桿塔總計2000余基。項目建設取得的預期成效主要有以下幾個方面。
1)提高重要輸電通道的安全防護水平。提高重要通道輸電線路的設防等級,確保不發生因某一原因造成2次及以上重要輸電線路同時跳閘;采取差別化補強措施,能夠保證在極端惡劣天氣下重要輸電通道內各級電網最小骨干網架線路的安全穩定運行。
2)提升重要輸電通道安全管理水平。辨識影響通道安全運行的危險因素,加強運維管理和通道安全防護,提高重要輸電通道抵御風險的能力。
3)建立健全護線網絡。實現缺陷與隱患發現率100%、閉環率100%,實現重要輸電通道運維保障和護線工作的屬地化、精益化、痕跡化,切實提高運維和護線水平。通過本項目的建設,實現了輸電線路在線監測工作中各類在線監測裝置平均在線率不低于98%,裝置缺陷消缺時間不超過5個工作日,各套監測裝置的數據可用率不低于98%。
3結語
本文提出了一套輸電線路通道可視化巡檢系統及其解決方案,通過該方案和高清視頻實時在線監測系統建設,可提升輸電線路通道安全水平,提高線路巡檢人員巡檢效率,力爭逐步達到線路主設備日常巡視由人工巡視方式轉變為以遠程監控為主的目標,進一步強化特高壓輸電線路的通道安全,有效提升特高壓安全管理水平,保證各級電網平穩運行。
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關鍵詞 可視化;監控軟件;設計;開發
中圖分類號:P208 文獻標識碼:A 文章編號:1671—7597(2013)051-026-02
互聯網技術在不斷地發展,遠程教育、在線電影、網絡電視等得到了廣泛的應用。如何提高流媒體的服務質量已經成為社會關注的重點。流媒體服務對傳輸質量、傳輸時延、傳輸寬帶的要求都很高。對等網絡興起并在短時間內成了互聯網上最具影響力的應用。筆者在本文中介紹了NJUVOD的系統架構,分析了如何進行可視化監控軟件的設計與開發工作。
1 NJUVOD的系統架構設計
1.1 NJUVOD的系統結構設計
NJUVOD系統是一個緩存協作系統,支持交流式流媒體服務是NJUVOD系統的目標,用戶可以利用NJUVOD系統對任一視頻資源在任何時候發出服務請求。客戶節點需要對收到的節點進行緩存,具體來說,一方面客戶需要把數據傳給其他鄰居節點,另一方面客戶需要從鄰居節點下載數據并把這些數據提供給播放器。對于需要加入P2P網絡的新節點,客戶需要根據服務器獲取鄰居節點的信息,與此同時,客戶應該向鄰居節點發出請求將新節點成功連接到P2P網絡中。
1.2 NJUVOD的軟件模板設計
客戶子系統、監控子系統、跟蹤子系統、流媒體服務子系統是NJUVOD的四個子系統,連接客戶端的節點為流媒體提供數據是流媒體服務子系統的主要工作。啟動流媒體服務器之后,設計人員應該先對列表管理模塊進行調節,然后利用子系統刪除或添加影片文件使影片文件與管理模塊相匹配。子系統可以把相關的信息寫入數據庫,并生成節目列表。
2 可視化監控系統的數據采集與管理
2.1 可視化監控系統的信息分類
系統狀態信息、用戶信息、影片信息是監控系統采集數據的三大類。監控系統負責采集P2P系統中的影片信息,然后以數據庫的存儲方式將采集到的數據信息合理的存放。為了實現數據庫方式的合理存放,工作人員應該利用聚合類算法對數據進行匯總分析。不同的用戶寬帶狀況應該選擇不同清晰度的影片版本。為了讓相關工作人員在任意時間觀看某一類型影片的人數,設計時應該提高用戶行為的體驗水準。
2.2 可視化監控系統的信息存儲系統
可視化監控系統數據存儲的中心環節是數據庫,管理人員應該從客戶端和媒體服務器采集數據,并對這些數據進行整理,然后把他們保存在數據庫中,最后應用Web服務分析數據庫中的數據,把它們以網頁的形式展示給監控用戶。
3 在聚類算法下對監控系統的可視化分析
3.1 可監視系統聚算類法的設計
NJUVOD可以在數據分析模板中通過聚類算法將任一個客戶端節點與其他客戶的端節點進行對比,還可以按照遠近距離把對比結果進行排序。一般情況下,客戶經常看的電影就是客戶喜歡的電影,這時,監控系統就可以在客戶端為客戶安排一些客戶喜歡類型的電影。NJUVOD應該根據實際情況采用可K均值算法,先在算法接受中輸入k,再將n個數據對象劃分為k個聚類,這樣獲得的聚類滿足“不同聚類中的對象相似度較小;同一聚類中的對象相似度較高”的要求。
3.2 可監視系統的可視化算法
將特征X映射到低維空間,保證觀察點的距離一定是多維縮放的思想,采用多維縮放法可以指示出不同客戶端對應的點,可以在二維空間內表示出數據集的聚類情況。多維縮放法有很多優點,它能夠明確數據的幾何意義,能夠計算任意距離的函數,能夠對距離矩陣進行針對計算,還可以明確的表明數據映射后的相似程度。具體來說,多維縮放的具體計算流程如下:1)確定目標距離,目標距離為各數據項之間的距離。2)工作人員應該隨機地將各數據放在二維圖上,并采用適當的方法計算出數據項在圖上的實際距離。3)對比數據項的當前距離和目標距離,通過計算得出當前距離與目標距離的誤差值。4)根據誤差值的大小,按照一定的比例移動數據項的位置。5)對中心對象的均值進行新一輪的計算。6)移動相關的節點,減少總體上存在的誤差。
4 可視化監視系統的通信協議
在Windows XP系統下,應該使用MSC軟件進行串行通信,這樣,能夠方便的修改串行通信的參數。通信協議應該采用與整個網絡的應用層協議一致的CAN應用層協議,這樣能夠實現CAN總線網絡與監控結點的無縫連接。完成CAN協議與RS-232協議之間的轉變可以讓PC機對整個網絡進行故障診斷工作和監控工作。
5 可監控系統的實現
縮放算法和聚類算法屬于協作的過濾機制,管理人員通過分析NJUVOD系統中的系統狀態、用戶行為、拓撲結構,可以實現對Web可視化系統的監控。
6 結束語
本文以P2P流媒體服務平臺為背景,介紹了聚類算法和協同過濾機制,并利用它們設計了一個可視化監控系統,設計的可視化監控系統能夠分析影片播放信息、系統信息和客戶的行為,希望能幫助流媒體系統的管理員更好的進行可視化的監控工作。
參考文獻
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關鍵詞:可視化技術;電力信息;運維
中圖分類號:TM73:TP315 文獻標識碼:A 文章編號:1006-8937(2016)29-0065-02
為了應對信息化時代,國家電網公司對電力系統進行了大規模的信息化建設,配電網信息系統進入了“大網絡、大系統、大集中、高可靠性、高安全性”的“三大兩高”時代,信息化工作的重點也逐步轉移到電力系統的運維中來。
在新形勢下,如何更直觀、清晰的展示電力系統的運行數據,提高運維管理工作的效率是電力系統解決的重要課題。
可視化技術是解決此問題的重要方法,在電力系統運維管理過程中引入可視化技術,并逐步實現其規范化,建立高效的運維管理體系,降低電力系統的運營成本,為實現公司的戰略目標提供幫助。
基于此,筆者對可視化技術在電力系統運維中的應用進行探討。
1 可視化技術在電力系統運維中應用的基本要求
可視化技術在電力系統運維中應用的目標是要實現電力系統不同業務系統之間的“主動監控、統一管理、可視化運維”的一體化管理,通過一體化管理能及時發現電力系統運行過程中出現的各類故障、隱患及風險,降低運營成本,提高運維工作效率。
具體來說,可視化技術在運維工作中的應用應該滿足下述要求:
第一,對電力系統中的UPS電源、服務器、數據庫、防火墻、電力設備等各類設備的數據信息進行實時監控;
第二,對電力系統的各類數據信息資源進行統一管理、監控及預警分析;
第三,電力系統運行過程中采集到的各類數據信息,如事件信息、性能數據等進行技術的存儲、分析、告警等,并用圖表進行直觀的顯示;
第四,可視化技術在電力信息系統運維中的應用不能降低、影響各類業務系統運行的安全性和可靠性;
第五,可視化技術在電力信息系統運維應用時不僅要能及時監控配電網的運行狀況,還要及時監管自身的狀況及資源占用情況;
第六,可視化技術在電力信息系統運維中應用不僅要允許用戶對采集到的數據信息進行瀏覽和操作,還能通過分層級權限管理,實現對用戶分層分區的訪問管理。
2 可視化技術在電力信息系統運維中應用的基本 原則
2.1 統一規劃原則
可視化技術在電力信息系統運維中應用應具有明確的發展方向和思路,必須要統一規劃,在電力信息系統的全局上做到統籌安排、科學規劃,對電力信息系統運維管理的架構和數據模型實行統一的管理和控制。
2.2 分步實施原則
可視化技術應用到電力信息系統的運維中并非一朝一夕的事情,必須要進行詳細的規劃和布局,要有計劃、有步驟的實施,堅持循序漸進、迭代實施的原則。具體來說,可從下述幾方面逐步實施:
第一,橫向擴展。可視化技術可先使用到電力信息系統的個別業務中,然后再逐步擴展到所有業務中,規模上也是從小到大穩步擴大和推進;
第二,縱向加深。可視化技術應用到電力信息系統運維工作中功能并不完善,要持續不斷的進行細化和完善,模塊和子模塊的數量應該是從少到多,從無到有;
第三,制定計劃。要確保可視化技術在電力信息系統運維工作中的應用效果,必須要制定應用計劃,并要“有重點、分階段”的逐步展開。
2.3 高性能原則
可視化技術在電力信息系統運維中的應用要堅持高性能的原則,具體表現在下述兩方面:
第一,可視化技術應用到電力信息系統運維工作中,要最大限度的減少對系統各類監控設備的影響,不能改變目前系統的運行狀況和環境,可視化技術的應用要能與平臺的設備適應,可視化技術應用時占用的各類資源,如內存、數據庫、網絡寬帶等盡量要少,要滿足設定的目標;
第二,可視化技術應用在電力信息系統運維工作中對數據信息的處理效率要具有相當的廣度和深度,不僅要具有預警的功能,還要具有實現對數據信息的分析和優化功能,并能展示和生成對應的圖表、報表。
2.4 可視化原則
可視化技術在電力信息系統應用時,對于數據的組織和處理要以圖表、關聯、對比等形式直觀、便捷的展示數據,展現關鍵數據信息的未來走向趨勢。
3 可視化技術在電力信息系統運維中應用的核心架 構及具體內容
3.1 核心架構
可視化技術在電力信息系統運維中應用時,核心架構的設計要符合電網調度、數據標準及信息技術規范的要求,確保電力系統的安全性、可靠性和實用性。可視化技術的核心架構包括4個層次,這4個層次分別為監控資源層、數據采集層、數據處理層及界面展現層。
3.1.1 監控資源層
監控資源層是指可視化技術進行監控的內容,主要包括下述幾方面:精密空調、UPS電源、數據庫、網絡等,除此之外,為了更全面、系統的了解電力信息系統運維的具體情況,為了更系統的發現和分析問題,通常還對主機硬件、系統日志等信息進行實時監控。
3.1.2 數據采集層
數據采集層的功能包括兩方面:
第一,根據預先設定的采集任務,對監控的數據信息及時進行采集和分析,并根據數據信息分析結果進行預警,除此之外,還要對電力系統的設備運行狀態、環境等統一調配,最后按照相關協議的要求,與數據處理層進行交互;
第二,為了最大限度防止網絡異常對數據信息造成不良影響,不僅要將采集的數據信息及時和數據層進行交互,還要將數據信息進行存儲,確保監控系統的連續性和靈活性。由于不同系統存在一定的差異,數據采集通常使用C語言、Java進行開發,得到的數據采集插件可根據電力系統監控的實際需求采用相關語言進行開發。數據采集層和處理層之間的傳輸協議通常采用TCP/IP、SNMP等。
3.1.3 數據處理層
數據處理層的功能包括四方面:
第一,存儲采集到的原始數據,根據原始數據信息對原始事件進行規范處理;
第二,對存儲的原始數據進行查詢、分析,并根據分析結果的實際狀況,進行分析、狀態預警等告警分析;
第三,根據不同預警種類的特點,將這些告警通過窗口、畫面等傳遞給相關工作人員,以便及時對這些預警信息進行處理;
第四,對接收到的數據信息進行存儲,以便為未來的趨勢分析提供資料,這些數據的存儲可按照時間先后順序進行標記,以便為判斷服務器時間、網絡延遲等提供依據。
3.1.4 界面展現層
數據采集層獲得的信息范圍廣,并且具有深度,因此要將這些數據實現人機交互。界面展現層通過各種方式,如告警、歷史查詢等將數據展現給需要用到的客戶,并能為需要數據信息的用戶提供相應的管理功能。
該層的主要功能是挖掘收集到數據信息的本質,全面展示監控信息的規律;能結合數據信息和系統的特點,分析運維工作存在的差異,并及時提供預警。
對界面展現層來說,要設計出能提高用戶滿意度和實用性的界面,可通過不同層次、多個角度進行展現,界面展現通常使用的三種展現形式包括下述三種:圖表、報表和拓撲形式,不同類型具有不同的特性。圖表展現是根據電力信息系統不同層次的管理和運維,為其展現實用性的數據信息,還能根據工作人員的需求展現數據信息未來的發展趨勢;報表展現是三種展現方式中最常用的方式,報表數據信息能直接從系統中導出,可導出為TXT、PDF及WORD等格式,為決策者進行決策提供參考。
3.2 可視化的具體內容
電力信息系統運維可視化的具體內容包括以下幾種:①系統運行狀態可視化,如拓撲結構、業務系統結及監控對象等;②各類資源臺帳可視化,如綜合布線管理、配置管理等;③工作可視化,如工作任務、流程等可視化;④過程可視化,如數據處理、接受、告警、報表的可視化等。
4 結 語
總之,隨著智能電網的發展及電力信息系統管理的日益規范化,可視化技術在電力信息系統運維中的應用會日益廣泛和規范化,能極大的提高運維管理工作水平和效率,為電力系統的穩定運行提供強有力的保障。
參考文獻:
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供應鏈管理(Supply Chain Management,簡稱SCM):就是指在滿足一定的客戶服務水平的條件下,為了使整個供應鏈系統成本達到最小而把供應商、制造商、倉庫、配送中心和渠道商等有效地組織在一起來進行的產品制造、轉運、分銷及銷售的管理方法。供應鏈管理包括計劃、采購、制造、配送、退貨五大基本內容。
在供應鏈管理中對各種制約因素的“能見度”或認識程度十分重要,它要求透過各種紛繁復雜的表象洞察供求關系的規律,從而為更好地平衡協調整個供應鏈夯實基礎。可視化技術可以幫助解決所謂的“能見度”問題。比如說,它可以在企業準備供應計劃時將各種不同類型的包括原材料的供應,企業內部生產部門和外包企業產能的使用情況,物流公司的配送的能力等制約因素用動態圖形表示出來,這樣一來就能輕易找出供應鏈中最薄弱的環節;關于供應計劃提到過可視化技術對企業降低庫存量的影響,企業通過向供應商定期提供供應要求以及商議供貨合約控制供應方面的變化并確保穩定的供應量。
二、可視化管理概述
可視化管理是指利用IT系統,讓管理者有效掌握企業信息,實現管理上的透明化與可視化,這樣管理效果可以滲透到企業人力資源、供應鏈、客戶管理等各個環節。可視化管理能讓企業的流程更加直觀,使企業內部的信息實現可視化,并能得到更有效的傳達,從而實現管理的透明化。
信息可視化(Information Visualization)的內涵是將數據通過圖形化、地理化形象真實地表現出來,并且找出數據背后蘊涵的信息。信息可視化相關技術能夠實現對信息數據的分析和提取,然后以圖形、圖像、虛擬現實等易為人們所辨識的方式展現原始數據間的復雜關系、潛在信息以及發展趨勢,以便我們能夠更好地利用所掌握的信息資源。
供應鏈可視化就是利用信息技術,采集、傳遞、存儲、分析、處理供應鏈中的訂單、物流以及庫存等相關指標信息,按照供應鏈的需求,以圖形化的方式展現出來。供應鏈可視化可以有效提高整條供應鏈的透明度和可控性,從而大大降低供應鏈風險。
三、可視化技術在供應鏈管理的運用
1、訂單管理系統
訂單管理系統是提供基于訂單進行業務溝通、執行物流服務和訂單跟蹤的系統。通過對訂單的流程管理和規則控制,實現物流運送計劃,有效降低貨物庫存。支持統一客戶訂單管理,統一訂單調撥,實現訂單全流程的可視化,并且還具有靈活可配的自定義工作流程及規則引擎。
在物流信息平臺,可以實現訂單的跟蹤功能,通過對物料的標簽進行掃描,來記錄產品的使用及現有狀況和來源等信息;通過對半成品的在生產中的所經歷過的工序記錄和數據統計來跟蹤其生產細節,可以在返品或者生產過程中能夠追蹤到在生產中的哪道工序、哪些物料、哪個機型、哪些人員等等存在問題;通過對成品的包裝、入庫、庫內調整、出庫、還有質檢等工序記錄、統計來跟蹤成品在最后階段的狀況以便需要時進行查詢操作;最后實現對整個生產從部品到半成品到成品的單個、類別以及全部的產品追溯、質量控制和流程管理,建立完整的生產追溯管理系統平臺。
可視化訂單系統,可以有效幫助生產計劃與排產,成為適應訂單、節約產能和成本的有效方式;有效的生產過程控制,防止零配件的錯裝、漏裝、多裝,實時統計車間采集數據,監控在制品、成品和物料的生產狀態和質量狀態,同時,可利用條碼或RFID自動識別技術實現員工的生產狀態監督。
2、倉儲管理系統
通過在物流公司總部設立一級報警與監控中心,建立主控中心,實現對前端所有倉庫的集中監控管理,中心用戶按權限通過網絡瀏覽管理前端倉庫狀態與信息。主控中心(一級監控中心)是報警監控系統的核心部分,是利用視頻識別分析技術、計算機網絡、地理信息技術、數據庫技術開發的整合式集中智能綜合監控管理控制應用平臺,中心匯接各前端倉庫相關信息,將所需的視頻、數據等信息通過網絡進行傳輸、存儲和共享,并根據授權進行遠程調閱、查詢,由開放的接口實現互聯、互通、互控及其它多種應用,為各級領導決策、指揮調度、取證提供及時、可靠的第一手信息。
超越常規倉儲系統的限制,提供全過程的貨運信息可視化給客戶及客戶的客戶。通過優化倉庫內信息和存貨的流動,顯著提高貨運和庫存的準確性。倉儲管理支持多貨主多級多倉管理能力,系統并具備靈活全面的收貨、上架、揀貨、發貨、庫存管理等業務功能,用全面支持條碼與RFID等自動化設備。
3、運輸管理系統
運輸管理系統支持多種運輸模式(公路、鐵路、水路、航空、短駁、多式聯運、移庫作業和提貨作業等)和多種運營模式(包括自營、對流、外包、主流業務處理和零散業務處理等),幫助客戶提高運輸管理效率,增強系統化執行管理。支持多調度中心和客戶訂單整合、分拆與運輸車輛資源和路線的優化,并可對車輛、訂單實現全過程的可視化監控。
貨物在運輸過程中容易發生損毀、丟失和被盜等問題,如何在移動過程中有效的監控運輸過程和貨物狀態,確保貨物能及時、安全地到達目的地,成為物流公司迫切需要解決的問題。設計與實現移動載體綜合監控分系統,利用全球定位、地理信息系統、計算機視覺、模式識別、人工智能等技術,實現對運輸過程中車輛和貨物的有效管理與監控。該系統由車輛監控與管理、貨物運輸過程狀態監控和無線數據傳輸部分組成,通過3G無線網絡與主控中心管理系統實時通信。基于GPS的車載定位系統能夠及時將貨車的位置信息發送回位于公司總部的總控中心,由地理信息系統進行實時更新和顯示;在貨車駕駛室內架設攝像頭,可監控行車過程中司機的精神狀態,防止出現疲勞駕駛,杜絕事故苗頭;通過數據傳輸部分的無線網絡,可將壓縮后的監控視頻和分析結果傳輸至總控中心備份保存。
四、小結
供應鏈管理是當今制造業管理信息系統的重要環節之一,研究供應鏈管理不僅僅局限于物料供應或物流控制。當今未來供應鏈的可視化管理會越來越多。
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