数字孪生技术在广电网络中的探索应用.pdf

91江苏有线专栏广播电视网络 2023 年第 7 期 总第 403 期聚焦运营商1 引言在当下的 5G 时代，互联网和物联网、大数据和云计算、人工智能等技术纷纷走向成熟的应用阶段。与此同时，客户对运营商业务需求日益多元化，网络结构和功能越发庞大和复杂。为了更好地协助广电网络发展，促进企业业务和经营发展，开展有线电视数字孪生应用，本文探索了网络运营体系下的数字孪生展示和使用模式。2 数字孪生技术数字孪生是利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生生态体系如图 1 所示。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。数字孪生是个普遍适应的理论技术体系，它所涉及的一些关键技术主要包括 IoT 物联网技术、云计算技术、大数据技术、人工智能技术、GIS 技术以及 CIM 城市信息模型技术。现阶段，将数字孪生技术应用于智慧城市、智慧农业、工业制造等领域的成功案例层出不穷，且展现出创新点。3 探索应用的建设背景与思路3.1 应用背景江苏省“十四五”新型基础设施建设规划中明确提出“打造物联、数联、智联三位一体的新型城域物联专网，推动城市智能采集数据的共享，建设数字化管理平台，打造数字孪生城市”。南京、苏州成为国家新型城市基础设施建设试点。同时，IT 技术的新进展推动三维 GIS 进入一个全新的发展时期。云计算为三维 GIS 提供了弹性的计算资源，大幅降低了终端应用的计算和维护代价。大数据技术主要解决了三维 GIS 在数据层、模型层和应用层的大规模计算问题，显著降低了大数据时代三维应用建设难度。新一代三维 GIS 技术体系以二三维一体化 GIS 技术为基础框架，进一步拓展二三维一体化数据模型，融合倾斜摄影、BIM、激光点云等多源异构数据，推动三维 GIS 实现室外室内一体化、宏观微观一体化与空天/地表/地下一体化，赋能全空间的三维 GIS 应用。在这样的大环境下，江苏有线苏州分公司依托广电网络智敏化运营体系中的 5 类数据基础，开展有线电视数字孪生，探索有线电视运营下的数字孪生展示和使用模式。（1）标准地图：由规划局提供球面标准地图服务。（2）平台支撑：GIS 系统使用的摘要：在 5G 时代，广电网络环境更加复杂，客户对运营商业务需求日益多元化。为了更好地提高网络智敏化运营效能，开展广电数字孪生应用，探索有线电视运营下的数字孪生展示和使用模式，本文介绍了探索应用中的建设背景思路和实施创新点。关键词：数字孪生 探索应用 网络智敏化运营数字孪生技术在广电网络中的探索应用戴宁燕 沈鑫 江苏省广电有线信息网络股份有限公司苏州分公司图 1 数字孪生生态体系92广播电视网络 2023 年第 7 期 总第 403 期江苏有线专栏聚焦运营商超图平台可升级至支持三维的 iServer平台。（3）基础数据：当前 GIS 系统中已有房屋、网络、道路、水系等基础图形数据，支持进行三维发布。（4）数据更新：每年规划局会进行基础地图数据更新，工程部新建工程（分配网和市政管道）支持 GIS 数据持续矢量化更新。（5）BOSS 用户数据匹配：保证数据精细至门牌。3.2 应用思路根据有线电视孪生开发应用，主要有 3 点使用思路。（1）实现对网络特征要素进行孪生表达，如对网络组网拓扑的可视化呈现；对网络业务的仿真预演；对网络场景的自主孪生等应用，从而提升网络质量，降低网络管理风险与成本，尝试实现网络可视化感知与实时闭环控制。（2）研究智慧小区、数字社区、智慧治理等政企业务的孪生场景应用。充分挖掘时间与空间信息资源，全面覆盖企业客户、服务者、管理者在日常业务中的实际需求，逐步提供完整的各类业务应用服务。（3）进一步丰富 GIS 数据的使用场景，增强 GIS 对业务的增值赋能。实现时空大数据中心共享与服务平台一套底座、一个数据池、N 个应用、一套大数据可视化平台的业务模式，扩展和融合各类业务系统，并顺利与其他系统进行数据交换和共享。4 探索应用的建设方案4.1 资料准备与处理根据来源，资料可分为 2 类：一类为基础资料，包括各类地形图、正射影像图、建筑基底轮廓面、地形分幅图、建设范围线、行政边界、网络竣工图等资料，此类资料由 GIS 系统提供，来源权威可靠，基本能满足本项目精度要求；第二类资料需要进行采集，包括外业照片及实地或航空测量建筑物高程等。4.2 地图数据生产方案本次数字孪生空间数据采用三维建模生产方式实现建筑物、道路、绿地、水系的三维数据，并利用多种类型的空间数据，如矢量数据、正射影像数据、高程数据、白模数据等进行融合计算，从而生成应用所需的场景要素。同时为实现更加贴进真实世界的场景复刻，对管道网、光缆网等网络资源数据进行三维化，最终形成完整的楼宇空间数据底座，为数字孪生应用打好基础。4.3 网络数据生产方案方案使用 GIS 系统中已存在的市政管道网络数据。因为管网数据本身具有拓扑结构，所以在管网可视化过程中要解决拓扑连接处各类如“市政窨井”“小区管井”“电杆”等管点模型构建的问题。传统的管网可视化过程依赖大量手工建模，建模成本很高，且构建出的模型在可视化过程中难以进行性能优化。因此，采用超图的三维符号库方式进行存储和展示，通过建立空间拓扑关系，实现网络仿真等功能，构建出的符号化管网模型具有资源占用少和渲染性能高的优点。4.4 三维孪生应用的发布广电数字孪生应用充分融合了广电网络智敏化运营体系中的云计算、BOSS 系统、EOSS 系统、用户行为系统、网管系统、精准运维系统、5G 业务系统等大数据。GIS、BIM、CIM（城市信息模型）等数字孪生概念和技术构建的一个全三维的数字化智能平台，充分考虑了未来智慧化系统总体架构的可扩展性，以一张图模式进行空间数据共享发布，便于数据和功能的灵活扩展。5 应用展示介绍通过与业务部门的沟通以及后续测评，构建了 3 种孪生应用场景。5.1 城市模式城市模式是对全苏州范围内的建筑物、道路、水系、山体、绿地三维孪生化展示。通过浏览器登录应用后，屏幕默认定位到区域地标（当前选定的是苏州工业园区东方之门区域），以当前视觉范围内（显示器或者大屏满屏范围），以边长 1 千米划正方形网格，显示这个网格范围内最高建筑物的小区名称，如果相邻网格需要显示的小区名称一样，则需要合并显示。以“东方之门”作为标志位的三维可视化平台效果如图 2 所示。通过鼠标进行 360的旋转可以观看不同视觉角度的标志位。5.2 小区模式小区模式是对自定义小区建筑物、有线电视网络、内部道路的三维孪生化展示。在主界面上，鼠标双击某一楼栋或者某一小区名称，则对应的小区白模高亮。高亮的同时，显示出该小区楼栋的楼号与外部电缆网络，同时对其他小区楼栋与名称进行隐藏，并显示出该小区数字电视的覆盖与缴费用户数量。以“高尔夫花园”小区为实例，93江苏有线专栏广播电视网络 2023 年第 7 期 总第 403 期聚焦运营商显示效果如图 3 所示。5.3 楼栋模式楼栋模式是对楼栋内客户门牌、有线电视分配网的三维孪生化展示。进入小区模式后，双击某一楼栋或者楼栋号，显示出该楼栋的内部分配网、门牌号（球体），同时该小区的其他楼栋白模隐藏。6 后续功能开发6.1 细化有线电视网络孪生功能完善小区有线电视孪生；开发分中心机房室内三维孪生，包括机架、设备与设备端口；开展室外光缆连接与熔接数据三维孪生开发，实现苏州市区城市有线电视网络孪生展示。6.2 面向政企业务开展沟通和调研 以智慧小区、数字社区、智慧治理、文化大数据孪生展示等应用为切入点，主动开展相关开发企业和政企业务部门的调研沟通，夯实 GIS 三维能力。6.3 构建以 GIS 数据为核心的分布式三维发布服务以 GIS 数据为基础，实现区域化的三维地图和基础三维模型数据服务，适应多样化政企业务开发，最大限度利用存量数据节省业务运营成本，同时实现政企业务基础数据反哺 GIS 系统，优化公司智敏化运营体系的基础数据。三维发布方式如图 4 所示。7 结语本文对有线电视运营下数字孪生技术应用进行了探讨，提出了基于“城市模式、小区模式、楼栋模式”的应用架构来实现全场景的任务覆盖。基于本文提出的系统架构，后续开发工作将在关键技术上进行深入研究，并选取更多实操场景进行可行性验证。参考文献1 王达,孙滔,孙晓文,等.数字孪生在网络全生命周期管理中的研究 J.电信科学,2022,38(4):138-145.2 胡哲卿.5G 助力新型智慧城市与市政交通基础设施发展的研究 J.智能建筑与智慧城市,2021(9):160-161.3 中国信息通信研究院、中国互联网协会、中国通信标准化协会.数字孪生城市白皮书(2022)R/OL.(2023-01-10)2023-07-12.http:/ 2 城市模式效果图 3 小区模式效果 图 4 三维发布服务方式