基于信息機(jī)房設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可視化研究與實(shí)現(xiàn)

李望，史卓（桂林電子科技大學(xué)，桂林　541004）

基于信息機(jī)房設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可視化研究與實(shí)現(xiàn)

李望，史卓
（桂林電子科技大學(xué)，桂林541004）

1　信息機(jī)房數(shù)據(jù)可視化研究現(xiàn)狀

現(xiàn)在對(duì)于信息機(jī)房數(shù)據(jù)可視化研究主要集中在對(duì)已建成機(jī)房管理方面，研究一種可以使機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)高效滿足用戶個(gè)性化需求的用戶自定制技術(shù)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)［1］，而市場(chǎng)上目前最常見(jiàn)的產(chǎn)品是信息機(jī)房監(jiān)控管理系統(tǒng)，大多側(cè)重于信息機(jī)房運(yùn)作時(shí)機(jī)房環(huán)境、機(jī)房門(mén)禁等方面的監(jiān)控，個(gè)別產(chǎn)品可以做到機(jī)房?jī)?nèi)溫度、濕度、照明等信息實(shí)時(shí)預(yù)警功能。相關(guān)管理系統(tǒng)的研究方向主要集中在機(jī)房實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控管理，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)設(shè)備告警信息及設(shè)備參數(shù)，快速定位出故障設(shè)備，目的是使維護(hù)和管理從人工被動(dòng)看守的方式向計(jì)算機(jī)集中控制和管理的模式轉(zhuǎn)變［2］。

但是對(duì)這類(lèi)系統(tǒng)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，目前多數(shù)相關(guān)研究均未對(duì)信息機(jī)房中各類(lèi)設(shè)備相互之間關(guān)系的數(shù)據(jù)可視化予以太多關(guān)注，通常的做法都是將已經(jīng)建成的信息機(jī)房直接轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)模型，根據(jù)特定需求不斷添加、更改、刪除機(jī)房中信息設(shè)備，在這一系列操作過(guò)程中不會(huì)對(duì)設(shè)備擺放等方面按照國(guó)家規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行合法性檢查，這樣就容易出現(xiàn)信息機(jī)房在設(shè)計(jì)效果與實(shí)際結(jié)果不符的情況或設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況不一致造成施工難度增加等情況。

綜上所述，本文認(rèn)為可以利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)的特點(diǎn)，建立一種具備信息機(jī)房設(shè)計(jì)工作合法性檢查功能的可視化設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)［3］，或者在現(xiàn)有研究成果基礎(chǔ)上增加相關(guān)合法性判斷功能。這樣既能減少信息機(jī)房建設(shè)前期工作中不必要的需求變更所帶來(lái)的不良后果，又能保障在機(jī)房設(shè)計(jì)的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)常識(shí)性錯(cuò)誤。而且具備這類(lèi)功能的相關(guān)系統(tǒng)對(duì)于剛剛接觸信息機(jī)房設(shè)計(jì)工作，專(zhuān)業(yè)能力還不夠高的初學(xué)者來(lái)說(shuō)，還可以作為信息機(jī)房設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)平臺(tái)。

2　實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)介紹

本文中主要采用Unity3D工具作為開(kāi)發(fā)測(cè)試平臺(tái)，利用Unity3D引擎可以動(dòng)態(tài)生成模型的特點(diǎn)，事先將機(jī)房建設(shè)所需各類(lèi)設(shè)備建立模型，并將機(jī)房建設(shè)中可能遇到的設(shè)計(jì)要求［4］、規(guī)范集成到數(shù)據(jù)模型中。在Unity3D中編寫(xiě)相應(yīng)腳本算法進(jìn)行軟件實(shí)現(xiàn)，將機(jī)房設(shè)計(jì)、建設(shè)的相關(guān)工作轉(zhuǎn)換成一套可以直觀反映在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的3D虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)［5］。

3　機(jī)房設(shè)備關(guān)系的數(shù)據(jù)可視化研究與實(shí)現(xiàn)

本文主要以探究機(jī)房中各類(lèi)設(shè)備之間的關(guān)系的數(shù)據(jù)可視化為目標(biāo)，但是信息機(jī)房建設(shè)中涉及相關(guān)內(nèi)容多，各部分關(guān)系復(fù)雜，因文章篇幅所限將僅通過(guò)舉例信息機(jī)房設(shè)備的布置相關(guān)工作，在國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求下，其設(shè)備之間關(guān)系的合法性處理的數(shù)據(jù)可視化實(shí)現(xiàn)過(guò)程來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

根據(jù) 《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174-2008）中“機(jī)房位置與設(shè)備布置”一節(jié)對(duì)于機(jī)房設(shè)備的數(shù)量、外形尺寸和布置方式的相關(guān)規(guī)定，可以得出以下規(guī)則并轉(zhuǎn)換成算法。

（1）根據(jù)《規(guī)范》4.2.2條中的計(jì)算公式A=KΣS，可以得到確定機(jī)房中可添加設(shè)備的最大值計(jì)算方法，假設(shè)建模機(jī)房面積A=100，系數(shù)K=6，則設(shè)備最大數(shù)S為16。

（2）根據(jù)《規(guī)范》4.3.4機(jī)房中機(jī)柜或機(jī)架、機(jī)柜與墻體之間距離不宜小于1.2米，因此轉(zhuǎn)換成可視化模型后，其設(shè)備位置信息以此做相應(yīng)處理。

（3）根據(jù)《規(guī)范》4.3.4，當(dāng)機(jī)柜成行排列時(shí)且長(zhǎng)度超過(guò)6米時(shí)，需要在其兩端設(shè)置長(zhǎng)度大于1米的通道。據(jù)此，我們就需要判斷當(dāng)機(jī)柜數(shù)大于2時(shí)，機(jī)柜是否成行排列。如非成行排列，則兩機(jī)柜間距離不得小于1.2米。

根據(jù)以上規(guī)則，設(shè)計(jì)機(jī)柜放置相關(guān)的流程圖如下所示:

圖1　

接下來(lái)我們討論如何在Unity3D環(huán)境下進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。從流程圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)柜放置相關(guān)規(guī)則除添加機(jī)柜的最大值外，其他主要依賴(lài)機(jī)柜位置信息、機(jī)柜尺寸信息、機(jī)房墻體位置信息三者之間的關(guān)系。反映在Unity3D的軟件環(huán)境中，則可畫(huà)出如圖2進(jìn)行具體分析。

圖2　

從圖2可以看出設(shè)備投影面積實(shí)際應(yīng)等于機(jī)柜長(zhǎng)度a與寬度b的乘積，這樣我們可以根據(jù)相關(guān)規(guī)定得到機(jī)房中可放置最大設(shè)備數(shù)，即在給定機(jī)房大小的情況下，可安放設(shè)備的最大值N應(yīng)如計(jì)算公式（1）所示，其中A表示機(jī)房面積，K為系數(shù)，an、bn分別為機(jī)柜邊長(zhǎng)。

然后我們?cè)O(shè)機(jī)柜在X、Y軸上的投影中點(diǎn)為On，On在X、Y軸上的坐標(biāo)為（xn，yn），假設(shè)圖2中X、Y軸所在位置有墻體，則容易得到判斷機(jī)柜位置與墻體距離是否合法的計(jì)算公式（2）。式中的xn、yn如圖2所示，分別表示機(jī)柜背面距離墻體距離和機(jī)柜側(cè)面距離墻體距離，an、bn則為機(jī)柜邊長(zhǎng)?？梢钥吹礁鶕?jù)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，當(dāng)使用公式（2）進(jìn)行合法性判斷時(shí)，，僅當(dāng)xn、yn均大于（2）時(shí)，其返回值為1，其他情況應(yīng)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的報(bào)錯(cuò)處理。

接下來(lái)我們繼續(xù)討論機(jī)柜成行排列的情況，首先需要對(duì)機(jī)柜是否成行排列進(jìn)行判斷，當(dāng)兩相鄰機(jī)柜側(cè)面距離小于1.2米時(shí)，本系統(tǒng)可以認(rèn)為其應(yīng)成行排列，則系統(tǒng)自動(dòng)將其中點(diǎn)Y軸坐標(biāo)對(duì)其即可。然后，從《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》中我們可以看出，當(dāng)機(jī)柜成行排列時(shí)，除了上述關(guān)于機(jī)柜與墻體間距離的規(guī)則仍然適用外，這樣就還需要增加一項(xiàng)關(guān)于機(jī)柜兩端通道的判斷。計(jì)算方法如公式（3）所示，設(shè)A為機(jī)柜組的長(zhǎng)度，當(dāng)機(jī)柜正面邊長(zhǎng)an之和大于6時(shí)系統(tǒng)對(duì)通道是否合法進(jìn)行判斷。Dx為機(jī)柜一側(cè)墻體X軸方向上的坐標(biāo)值，Omax（x）為機(jī)柜組中最大編號(hào)機(jī)柜中點(diǎn)的X軸坐標(biāo)值，兩坐標(biāo)之間的距離d就是機(jī)柜與墻體間通道的寬度。從式子中得到，對(duì)于機(jī)柜組附近通道寬度的判斷，僅當(dāng)d大于1，A大于6時(shí)，其返回值為1。

至此我們就得到了對(duì)于機(jī)柜擺放規(guī)則的數(shù)據(jù)可視化工作涉及的一些基本算法，之后的工作是將這些算法轉(zhuǎn)換成流程圖，通過(guò)流程圖再進(jìn)一步分析程序控制的過(guò)程，再利用Unity3D軟件系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)即可。

根據(jù)上述流程圖和計(jì)算公式，對(duì)機(jī)房中可安放的機(jī)柜最大數(shù)量、機(jī)柜安放的合法性判斷等代碼實(shí)現(xiàn)進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)機(jī)房面積計(jì)算公式，機(jī)房面積等于設(shè)備投影面積乘以相應(yīng)系數(shù)的算法，此處需要先確定對(duì)象機(jī)房的可使用面積。這個(gè)值可以作為系統(tǒng)參數(shù)讓軟件使用者在初始時(shí)輸入或根據(jù)機(jī)房模型參數(shù)計(jì)算得到，為便于說(shuō)明此處采用參數(shù)初始的方法。具體的代碼實(shí)現(xiàn)如下：

至此對(duì)于機(jī)柜擺放合法性的相關(guān)關(guān)鍵值判斷工作已經(jīng)完成。當(dāng)然，在Unity3D開(kāi)發(fā)環(huán)境中代碼實(shí)現(xiàn)由于涉及各類(lèi)模型的參數(shù)記錄、計(jì)算、轉(zhuǎn)換等處理，實(shí)際程序代碼遠(yuǎn)比上述要復(fù)雜，但限于篇幅僅摘取其中關(guān)鍵部分進(jìn)行闡述、說(shuō)明。

4　結(jié)語(yǔ)

本文在從實(shí)際工作時(shí)遇到的問(wèn)題出發(fā)，提出希望利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，對(duì)信息機(jī)房設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行可視化模擬，通過(guò)軟件模擬信息機(jī)房設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)減少信息機(jī)房設(shè)計(jì)階段可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤。并選取機(jī)房設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范中的部分內(nèi)容進(jìn)行算法分析，將其轉(zhuǎn)換成具體算法、流程，最終在Unity3D軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)中進(jìn)行了代碼實(shí)現(xiàn)。由于信息機(jī)房設(shè)計(jì)的可視化開(kāi)發(fā)涉及到各個(gè)不同的專(zhuān)業(yè)內(nèi)容，對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化轉(zhuǎn)換工作既需要計(jì)算機(jī)虛擬設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，又要熟悉機(jī)房設(shè)計(jì)施工方面的相關(guān)知識(shí)，因此本文所述軟件項(xiàng)目最終可利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)使信息機(jī)房設(shè)計(jì)工作全面朝著動(dòng)態(tài)化、準(zhǔn)確化、高效化的方向發(fā)展和提升。

［1］高軍，陳維斌，孫成柱.通用性機(jī)房集中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2011，32（4）:1499-1502.

［2］朱明武.機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)用戶自定制技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)［D］.華南理工大學(xué)，2013.

［3］Nathan Yau.鮮活的數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)可視化指南［M］.人民郵電出版社，2012:134-146.

［4］楊彥波，劉濱，祁明月.信息可視化研究綜述［J］.河北科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，35（01）:91-102.

［5］王洪源.Unity3D人工智能編程精粹［M］.清華大學(xué)出版社，2014:189-234.

Data visualization；Virtual Reality；Information System Construction

Research and Implementation of Information Room Virtual Design System

LI Wang，SHI Zhuo
（Guilin University of Electronic Technology，Guilin 541004）

1007-1423（2016）18-0079-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.18.019

李望（1983-），男，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)閳D形圖像處理、數(shù)字媒體

2016-03-29

2016-05-16

在信息機(jī)房建設(shè)過(guò)程中，機(jī)房規(guī)劃設(shè)計(jì)工作的可視化程度較低，對(duì)于建設(shè)方來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)圖紙的可讀性、可用性不高，要解決這一問(wèn)題，最直接的手段就是利用數(shù)據(jù)可視化技術(shù)，將信息機(jī)房設(shè)計(jì)的結(jié)果以三維數(shù)據(jù)可視化的方法直觀演示，使用虛擬場(chǎng)景模擬信息機(jī)房建設(shè)中用戶實(shí)施的各種操作，并在國(guó)家信息系統(tǒng)建設(shè)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，對(duì)用戶添加的各類(lèi)設(shè)備的安放、布局等情況進(jìn)行監(jiān)控、檢查。

數(shù)據(jù)可視化；虛擬現(xiàn)實(shí)；信息系統(tǒng)建設(shè)

廣西科技開(kāi)發(fā)項(xiàng)目（No.2015BC19022）

史卓（1978-），男，副教授，碩士研究生導(dǎo)師，研究方向?yàn)閳D形圖像處理、數(shù)字媒體、移動(dòng)軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)

When people build electronic information system rooms or data centers，they always use blueprints，which is hard to read and comprehended for most non-professionals.We can solve this problem by using virtual visualization information technology.This system simulates the process of electronic information system rooms'design，like add equipment，move equipment.Then by studying in national standard，this system realizes some kind of framework，which can reflect influence between the different equipment.And system will warm the error of electronic information system rooms design works.