三维可视化数据中心机房监控管理系统

前言

IDC（Internet Data Center，指互联网数据中心）行业有这样一句操作效率的名言："你无法控制没有经过测量的事物。"言外之意：要想减少能源浪费情况就必须从最基本的测量开始。但如果无法得知能源都用到了什么地方的话，管理人员就无法知悉将重点放哪。

本文介绍通过 HT 打造一个完整的三维数据中心可视化系统。在实现传统的数据中心监控可视化的功能外，添加了极具图扑特色的设计元素，将中国的水墨画融合进了平时枯燥的运维监控系统中，为枯燥的场景增添了一抹独特的节奏与气韵。

系统分析

宏观到微观，逐级下钻

利用三维虚拟仿真技术对三维地球进行立体全景展示，通过采用 HT 的球体模型加以匹配地理环球贴图来实现该效果。并可通过接入各个数据中心的经纬度信息自动生成坐标点的位置，直观展示分布在全球各地的数据中心。虽然 HT 也整合了开源 Cesuim 的方案实现 GIS 的功能，该方式完全不必采用 WebGIS 相关功能模块，而是通过简单的三角函数进行球体坐标算法运算来实现预期效果，相比之下采用该方案来实现会更加轻量快捷，甚至不需要建模的介入就可以完成，极大降低了实施成本和周期。

虽然无法通过 LOD 动态加载出地图细节，但场景交互设计还能够更加自由发挥出各种视觉效果，例如通过交互、切换场景等实现逐级下钻，实现了从地球-区域-园区-机房-机柜设备的逐级下钻的功能，场景过度顺滑自然。

通过点击对应区域，逐层下钻到数据中心的园区外景。整体场景采用了轻量化建模的方式，对数据中心所在园区、楼宇样貌进行高精度建模还原，支持 360 度观察虚拟园区，通过 HT 自带交互，即可实现鼠标的旋转、平移、拉近拉远操作，同时也实现了触屏设备的单指旋转、双指缩放、三指平移操作不必再为跨平台的不同交互模式而烦恼。

这是个问答小模块

—— 很多未做过可视化项目的会有疑问？

1、如何完成这样一个园区的三维建模？

常规情况下可通过提供卫星云图、效果图、鸟瞰图、CAD图、现场照片等资料，由设计师进行轻量化建模。

2、目前手头有 BIM 的模型信息，是否能够直接用于这个场景的展示？

BIM 模型除了包含基本模型形状外，还包含了大量业务和层次结构信息，所以一般 BIM 文件都非常大，几百 MB 到上 GB 的都有，这对于采用所有展示内容都是实时加载的 Web 便是最大的困难点。虽然 HT 也提供了读取 BIM IFC 格式的内容，通过动态加载部分信息再在 Web 上进行实时渲染展示，但是在实际的项目执行过程中，还需要考虑各方因素，需要具体分析能否直接使用。大多数BIM都是工程使用，主要以呈现工程细节为主，在美观效果上还是重新建模能达到更好的效果。

3、除了人工建模，是否还有其它方式？

目前可以通过无人机航拍生成倾斜摄影模型，再通过 GIS 方案展示出来。当然航拍的方式一般风格比较固定，该是什么样，拍出来不会有太大差距，如遇到一些老旧厂区，跟之前页面效果可能格格不入，包括 BIM 的方式，也大部分是比较丑的，所以轻量化重新建模的方式，设计师就有“设计”的发挥空间，创造更多美学上的都关系，如这个有山有水的园区，一眼必是“中国造”的。

动力监控可视化

IDC 能耗与管控系统作为一个大型整体的数据中心展示系统，在宏观使用场景下，将会更加关注整体数据。通过对接区域内的数据中心数量信息、能耗情况、节能信息、节能同比等，最大限度的帮助决策者观察到各类的对象，为决策者贴心打造数据智能决策平台。

同时作为一个监控系统，预警、告警不可少。对接感知网络数据，通过事件列表展示后台实时推送的数据信息，实现显示数据实时感知，设定预警阀值实现数据监测预警，有效监控监测数据业务数据运行态势。 PUE （Power Usage Effectiveness），作为评价数据中心能源效率的指标，通过数据面板直观展示。

资产管理可视化

资产可视化模块将会随着层级关系的递进查看不同下钻层级的资产状况。资产管理模块具备全生命周期管理功能，通过后台数据接口实现了自动上下架，无需人工手动操作，以接口数据来保证展示内容的准确性，最终集成了平台上的所有设施设备。通过 3D 视图进行关键信息查看，如虚拟机、系统进程、磁盘空间占用以及其他实时的数据监控。可呈现资产的信息，包括但不限于设备类型、型号、采购及上架日期、位置、维保等信息，并自动刷新设备现有位置信息。

模块中支持对场景内的设备进行模糊查找和定位，镜头自动移动到定位设备的当前位置，点击即可弹出相关设备信息，辅助运维管理人员快速查找所需的设备。满足不同类型资产的运维管理特性，确保资产信息完整无误且有据可循。

容量管理可视化

可视化不仅仅能将肉眼所见的对象用图像描绘出来，也能将设备的信息状态形式表达出来。通过机位、U位、承重、功耗等各种可视化图表，机房运维人员将更加清晰的掌握当前的容量情况，如当前机房的电力负载、机柜剩余空间、机房各区域承重情况以及存储的容量情况，都可以形象直观的表达出来，有效管理机房的容量资源，让机房的各类资源负载倍加均衡。

容量可视化管理功能还支持通过空间搜索功能，对于已用空间和可用空间进行精确统计和展现。协助人员迅速找到合适新增设备的上架空间，精确定位所需空间。主要功能介绍如下：

• 可视化机位：透视当前数据中心环境中，已使用机位数量与剩余机位数量情况。
• 可视化U位：透视每个机柜的U位使用情况。
• 可视化承重：透视每个机柜的承重负荷情况。
• 可视化功耗：透视每个机柜的总功耗情况，进而了解机房的能耗分布情况。

当与监控可视化相结合时，便实现了与动环监控系统的PDU（Power Distribution Unit，电源分配单元）监控集成，机柜实时功率分布统计和机房PUE（Power Usage Effectiveness）的展示。能按不同区域查看能耗的用量，如楼层、房间、机柜进行查找和统计。运维人员不再需要通过原始数据去推理建立心理形象，而是直接用感官快速理解情况。

管线可视化

管线可视化内容通常分为网络链路可视化、暖通管道可视化、电气线路可视化等管线类型的可视化展示。如果使用传统的人工建模方式，通常成本费用较高、实施周期较长，且搭建出来的可视化内容在场景中的使用意义不大，并且可视化的方向在于监管业务数据，而非真实意义上的管线排布。

因此 HT 推出基于管线可视化的独特算法用于生成设备与设备之间相连的管线生成，包括网络接口、暖通管线（水冷空调、水塔、冷水机组、冷却泵、恒湿机）人工建模或数据生成）、电气管线（变压器、配电箱、电池组、电池柜、电力监控通讯柜、开关柜、主控柜）等链路可视化功能。系统可与网络线路、电气、暖通自控系统进行数据对接，通过算法自动排布生成管线，以可视化及动画形式展现设备的运行状态和连接状态，因此连接关系和链路走向都能让运维人员了然于目。

动环监控可视化

3D 空间内展现了对整个数据中心动环资源实时的管理与监控（包括UPS、自动旁路、空调送风等状态），对设备资源进行状态查询、参数监测、预警告警等智能监测功能。以压缩机、冷凝器、列头柜各回路参数（电压、电流、功率因数）等设备为主要监测，监视设备开关状态以及设备参数变化的记录和报警处理。

（1）UPS 监控

监测设备的参数和状态，参数包括输入输出电压、电流、功率、蓄电池组的电压、温度等；状态包括整流器、逆变器、电池、负载等部件的状态，显示和记录各参数的变化曲线，并对各类报警状态进行记录和报警处理。可实现机柜实时功率分布统计并按不同区域（楼层、房间、机柜）查看和统计设备能耗的用量。

（2）三维热力云图

通过对接数据中心内的物联网设备（温湿度传感器），获取到场景中的温度点位信息，渲染出三维的热力云图效果。目前很多数据中心已经垂直安装使用了低中高垂直方向的传感器，传统的热力云图是将将渲染出来的图片贴合到平面地板上，使用三维的热力云图，可以带来更直观的视觉体验，可以更快定位每个机柜上的设备发热情况。

（3）气流感知模拟

依照温湿度传感器传达的数据，形成实时气流组织分布图 CFD （Computational Fluid Dynamics），使其清晰地看到机房内冷热气流流向和分布情况。

（4）节能监控

当前，降低制冷系统的能耗是数据中心规划建设的基本准则，且影响着数据中心建设效益。采用可视化节能策略，利用系统提供的智能算法，计算当前设备和环境温度,自动给出各个制冷设备的最佳功率。优化数据中心空调气流，达到降低能耗，有效制冷的科学应用。

实时统计全年节能电量以及节能收益情况。

（5）门禁监控

三维可视化在门禁监控层面主要是与视频安防监控系统及门禁系统进行集成，能展示所有视频安防监控点和门禁的位置，能查看人员历史进出信息、摄像头实时视频，对于故障和预警的设备还可以清楚直观的在场景中展示出来。其中对于视频流监控 HTML5 原生仅支持 MP4、OGG等，并不能支持目前实时视频流的 RTSP 等视频的播放，常见的解决方式是可通过转码服务来实现在网页上播放视频。同时视门禁监控还可以支持人脸识别（识别错误抓拍记录）进出、刷卡进出（非法刷卡抓拍记录）乃至新兴的视频融合技术（采用贴图+算法处理不规则形状、视频校正、色彩校正的方式实现），以此来达到场景中虚实结合一体化监控的效果。

（6）预警告警

系统内具有完善的故障预警告警、事件自诊断、分析等功能，对于超过性能阈值的性能指标系统，能够进行故障告警或预警并通知相应的运维管理人员，并做到保存历史信息和报警事件。 

动环监控系统目的是为了将上述各自独立又或部分关联的设备监控起来，实现了机房设备的集中统一管理。

总结

图扑软件（Hightopo）的数据中心 3D 可视化系统将多种复杂的管理系统信息聚集在虚拟仿真环境下，以人类最直观的理解形式展现，大幅度提升了信息交互和操控的效率，减少时间损耗和信息的浪费，保证信息的及时性和准确性。

继而实现了数据中心端到端的 IT 可视化，强化 IT 管制手段和管理水平，包括缩短响应时间加速排障，提升资源利用率和运营效率过程，最终完成对数据中心高效绿色智能化运营。由此为数据中心科学决策有效管理打下夯实的基础。

您可以至图扑软件官网查看更多案例及效果：https://www.hightopo.com/demos/index.html