水文測站遠程狀態(tài)監(jiān)控與智能化運行維護系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

水文測站遠程狀態(tài)監(jiān)控與智能化運行維護系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)許興武;金惠英;胡陽;高屹;馬瑋駿;潘云鵬【摘要】水文測站，是最重要的水文基礎(chǔ)工作單元，是水文測驗和搜集相關(guān)情報預(yù)報信息的主要基地.針對水文測站管理手段有限，主要依靠有限的人力進行管理，缺乏自動化、智能化的水文水資源站網(wǎng)管理方法和手段的現(xiàn)狀，設(shè)計并開發(fā)了測站遠程狀態(tài)監(jiān)控與運維系統(tǒng)，實現(xiàn)了測站設(shè)備實時工況數(shù)據(jù)的采集、匯集、展示，并對運行和維護情況進行管理和分析.【期刊名稱】《江蘇水利》【年(勤期】2017(000)011【總頁數(shù)】6頁(P63-67,72)【關(guān)鍵詞】水文測站;運行維護;智能化【作者】許興武;金惠英;胡陽;高屹;馬瑋駿;潘云鵬【作者單位】南京市三汊河河口閘管理處,江蘇南京210036;南京金水尚陽信息技術(shù)有限公司，江蘇南京210014;南京市三汊河河口閘管理處，江蘇南京210036;南京金水尚陽信息技術(shù)有限公司，江蘇南京210014;南京金水尚陽信息技術(shù)有限公司,江蘇南京210014;南京市三汊河河口閘管理處，江蘇南京210036【正文語種】中文【中圖分類】TP311.52水文測站是最重要的水文基礎(chǔ)工作單元，肩負著水文測報和水文服務(wù)等基本工作，是搜集相關(guān)水文情報信息的主要基地［1-2］。如何實時監(jiān)控測站運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)故障并高效、合理地安排人員進行維護，以保障水文測站的安全、可靠運行，是測站管理部門面臨的重要課題。隨著測站數(shù)目的增多，人員的相應(yīng)增加和裝備的大量投入，測站的管理工作更加繁重［3］。面對繁重的測站管理工作，傳統(tǒng)的管理模式弊端逐漸顯露出來，測站管理的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化成為測站提高管理效率的關(guān)鍵步驟之一［4-5］。本文針對目前水文測站管理缺乏自動化、智能化管理方法和手段的現(xiàn)狀，設(shè)計并開發(fā)了測站遠程狀態(tài)監(jiān)控與運維系統(tǒng)，實現(xiàn)了測站設(shè)備實時工況數(shù)據(jù)的采集、匯集、展示，并基于工作流技術(shù)實現(xiàn)了測站運行維護過程的自動化。水文測站遠程狀態(tài)監(jiān)控與智能化運維系統(tǒng)著眼于水文測站運行維護工作的自動化、智能化實現(xiàn)。本系統(tǒng)主要完成2個方面的功能：（1）測站實時工況數(shù)據(jù)匯集。該功能通過集成在測站RTU（遠程終端單元）中的監(jiān)測程序收集測站電源、電壓及傳感器等測站工況信息，并通過網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)測站運行狀態(tài)信息的實時監(jiān)測、收集。（2）測站運行維護管理模塊，該模塊根據(jù)測站運行狀態(tài)信息，對測站故障進行預(yù)警和定位，并根據(jù)故障情況自動生成工單，并進行人員和設(shè)備的自動化調(diào)配。系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)匯集層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和表示層［6］。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)據(jù)匯集層通過集成在測站RTU（遠程終端單元）中的監(jiān)測程序收集測站電源、電壓及傳感器工況等信息，并通過網(wǎng)絡(luò)上傳至數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)測站運行狀態(tài)信息的實時收集。數(shù)據(jù)層作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)核心，為系統(tǒng)應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持［7］。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用分層設(shè)計模式，具備良好的一致性、完整性、可擴展性和易用性，在兼顧現(xiàn)有應(yīng)用的同時，提供了升級擴展的接口。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分為2個層次，第1個層次的數(shù)據(jù)主要來源于數(shù)據(jù)匯集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫設(shè)計主要考慮如何將測站數(shù)據(jù)匯集平臺匯集的各類測站數(shù)據(jù)實時、準確地存儲相關(guān)問題，測站工況數(shù)據(jù)庫位于該層次。測站工況數(shù)據(jù)庫分為緩沖數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫和歷史信息庫，其中實時數(shù)據(jù)庫存儲測站傳感器采集并上報的最新原始數(shù)據(jù)，該庫主要用于上層應(yīng)用的實時數(shù)據(jù)刷新和展示，提高數(shù)據(jù)訪問效率。實時信息庫存儲測站傳感器采集并上報的近7天的原始數(shù)據(jù)，該庫使用按時間滾動存儲的策略。歷史信息庫存儲測站傳感器采集并上報的所有原始數(shù)據(jù)，該庫長期存儲測站上報的數(shù)據(jù)。第2個層次主要圍繞滿足測站運行維護系統(tǒng)所需信息而進行設(shè)計，主要包括故障信息庫、工單信息庫、人員信息庫、設(shè)備信息庫、測站巡檢維護信息庫、采購信息庫、備件庫存信息庫、工作設(shè)備信息庫等。其中故障信息庫存儲測站的故障信息，該信息主要根據(jù)測站工況監(jiān)測數(shù)據(jù)按規(guī)則判斷測站是否發(fā)生故障，若發(fā)生故障則將故障信息寫入故障信息庫。工單信息庫存儲各類工單信息，包括測站安裝調(diào)試工單、測站巡檢工單、采購工單、派車工單等等，工單信息庫主要用于記錄運維過程中所有工作量信息。人員信息庫存儲匯集與運維云端中包含的各類人員信息，包括人員基本信息、工資績效信息等。GIS[8]信息庫存儲地圖相關(guān)信息，包括人員的定位信息、最優(yōu)路徑信息、歷史路徑信息等。統(tǒng)計信息庫存儲各類指標統(tǒng)計信息，包括測站安裝調(diào)試情況統(tǒng)計、測站運行情況統(tǒng)計、測站故障情況統(tǒng)計、巡檢維護情況統(tǒng)計、運維人員工作情況統(tǒng)計等。測站巡檢維護信息庫存儲測站巡檢維護計劃以及的巡檢維護過程詳細信息，用于詳細記錄測站巡檢維護中各個環(huán)節(jié)的執(zhí)行情況，以測站巡檢維護記錄表的形式提供。采購信息庫存儲系統(tǒng)的采購計劃、采購記錄和采購執(zhí)行情況，以及采購過程中遇到的各類問題。備件庫存信息庫存儲系統(tǒng)中包含的各類備件信息。工作設(shè)備信息庫存儲系統(tǒng)中包含的各類工作設(shè)備、車輛信息。多媒體信息庫存儲與水文水資源相關(guān)的文檔、圖片、視音、影像等多媒體的檢索信息數(shù)據(jù)，各多媒體數(shù)據(jù)體采用計算機文件形式存儲。應(yīng)用服務(wù)器層是整個應(yīng)用的核心，集中了系統(tǒng)幾乎所有的業(yè)務(wù)邏輯。測站運行維護系統(tǒng)應(yīng)用層分為應(yīng)用支撐平臺和運維應(yīng)用分系統(tǒng)2個層次。應(yīng)用支撐平臺為構(gòu)建上層業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供應(yīng)用基礎(chǔ)設(shè)施，主要完成數(shù)據(jù)的統(tǒng)一訪問、公共服務(wù)和對上層專業(yè)應(yīng)用的支持，由統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫訪問接口、訪問控制、公共服務(wù)組件庫和各類服務(wù)引擎組成。在應(yīng)用支撐平臺之上，可以構(gòu)建直接面向用戶的各種業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)，主要包括測站安裝、測站在線監(jiān)控子系統(tǒng)、測站巡檢維護子系統(tǒng)、人員及測站備件資源管理子系統(tǒng)和指標統(tǒng)計分析等子系統(tǒng)。表示層提供了用戶使用系統(tǒng)功能的接口。系統(tǒng)基于Web技術(shù)，開發(fā)網(wǎng)頁版的用戶界面。用戶只要安裝Web客戶端就可以使用和操作系統(tǒng)，不需要安裝額外的客戶端軟件。水文測站遠程狀態(tài)監(jiān)控與智能化運維系統(tǒng)分為本系統(tǒng)的功能主要包含測站安裝、在線監(jiān)督、巡檢維護、數(shù)據(jù)查詢、物資管理、人員管理、統(tǒng)計查詢、系統(tǒng)設(shè)置、日志管理等9個方面。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。測站安裝方便用戶對站點進行管理并完成新測站的安裝流程，主要包括待辦任務(wù)、測站注冊與注銷、工單監(jiān)控、記錄表查詢4個功能。待辦任務(wù)顯示安裝計劃、過期單處理、及工單完成情況審核情況。測站注冊與注銷完成測站注冊、注銷、修改等功能，新測站注冊后，即可進入安裝計劃生成環(huán)節(jié)。工單監(jiān)控以表格形式展示用戶關(guān)注的測站的所有相應(yīng)的工單，通過此功能可查看派發(fā)的安裝工作單的狀態(tài)，如是否已完成，是否已過期，是否有問題等。記錄單查詢可查看站點的安裝調(diào)試記錄表信息。測站狀態(tài)實時監(jiān)控顯示測站各類實時運行狀態(tài)信息，該模塊分為測站實時數(shù)據(jù)展示、測站上報數(shù)據(jù)一覽、測站運行狀態(tài)一覽、測站信息統(tǒng)計、測站故障處理等功能。測站實時數(shù)據(jù)展示基于GIS技術(shù)以地圖的形式展示所有測站運行狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)，測站狀態(tài)包含3種：正常，綠色表示；告警，紅色表示；故障，黃色表示。鼠標移動至某個測站，能夠展示該測站的圖片、最新數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)時間等信息；鼠標單擊某個測站，能夠展示該測站的數(shù)據(jù)圖形（水位過程線、流量過程線、水量棒圖等）、當前工作狀態(tài)等信息，并且可以查詢測站的歷史報文、歷史數(shù)據(jù)、歷史工作狀態(tài)、維修情況等。測站上報數(shù)據(jù)一覽，展示測站上報數(shù)據(jù)的詳情，可以單擊某個測站查看該測站的歷史上報數(shù)據(jù)和報文。測站運行狀態(tài)一覽，展示告警和故障測站的當前狀態(tài)（各個配件）、故障持續(xù)時間、當前處理狀態(tài)等信息。測站統(tǒng)計信息，展示測站的相關(guān)統(tǒng)計信息，包括一般狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)上報情況統(tǒng)計、測站故障率統(tǒng)計、故障原因統(tǒng)計、故障易發(fā)區(qū)域統(tǒng)計、故障易發(fā)時間統(tǒng)計等統(tǒng)計報表信息；測站故障處理，當測站發(fā)生故障時，分為3種情況，一是無需派人處理，測站仍然正常工作，只需要進行告警，提示值班員關(guān)注該問題，比如交流電斷了，但是測站仍然可以通過太陽能板持續(xù)工作，有可能是測站區(qū)域停電造成；二是無需派人處理，系統(tǒng)能夠自動處理，如測站短時間缺數(shù)，但工作狀態(tài)正常，系統(tǒng)提示值班員是否進行招測處理，是則進行招測，招測成功則給予值班員提示，招測失敗則提示值班員是否進行人工補數(shù)，值班員可以忽略；第三種情況則是測站出現(xiàn)故障，且系統(tǒng)無法自動處理，必須派人進行巡檢，則系統(tǒng)提示值班員制定巡檢計劃，準備進入巡檢維護流程。測站巡檢維護源于測站出現(xiàn)故障需要進行人工巡檢或者定期巡檢計劃觸發(fā)，該模塊基于工作流技術(shù)，完成測站巡檢的整個流程處理。具體功能包括：（1） 巡檢計劃制定：巡檢計劃制定主要指定需要巡檢的測站，填寫巡檢測站計劃表。（2） 生成巡檢工單：測站一旦進入巡檢計劃或出現(xiàn)故障，若安排人員進行處理，需生成巡檢工單。巡檢工單主要包括以下幾方面內(nèi)容：1）巡檢人員選擇：系統(tǒng)自動查詢目前空閑的安裝調(diào)試人員，納入備選人員資源列表；除了人員空閑條件之外，系統(tǒng)自動根據(jù)相應(yīng)規(guī)則進行人員選定，選定規(guī)則為：①距離巡檢點最近規(guī)則；②有多個空閑人員，盡量安排總體工作量不飽滿的人；③如果多個巡檢點距離較近，可排一人完成巡檢工作；④如果安裝點和巡檢點距離較近，且有測站安裝任務(wù)，安裝任務(wù)還未開始，可以安排同一個人巡檢和安裝。2） 維護方案自動預(yù)生成：由于測站巡檢維護可能涉及對測站的維修工作，因此系統(tǒng)將根據(jù)測站的故障情況進行維護方案的預(yù)生成，其中包含測站故障的描述、所需要更換的備件、巡檢維護工作中需要帶的相關(guān)工具、巡檢維護工作的注意事項、技術(shù)支持人員電話等信息。3） 備件自動領(lǐng)取安排：巡檢維護方案確定后，庫存系統(tǒng)自動查詢巡檢維護所需的備件情況，若備件充足，則生成備件領(lǐng)取單；若可用備件數(shù)量到達警戒數(shù)目，提示值班員是否進行備件補充。需要補充的話，則自動生成備件采購需求，提交給采購員，走備件采購流程。4） 路徑規(guī)劃：根據(jù)巡檢維護人員的實時位置、巡檢點的位置，自動規(guī)劃最優(yōu)路徑和交通工具；如果路程較遠，需要派車，且有車可派，則自動生成派車單；（3） 巡檢維護工單跟蹤檢查：該功能主要顯示巡檢計劃對應(yīng)的各個巡檢維護工單的完成情況；系統(tǒng)能夠提示按期完成的工單、正在執(zhí)行的工單、巡檢維護人員發(fā)現(xiàn)有問題而無法繼續(xù)的工單、過了巡檢預(yù)計完成時間還未完成巡檢的工單，以及站點故障無法修復(fù)的巡檢維護單，值班員可以根據(jù)工單完成情況選擇終止工單、及時協(xié)調(diào)解決問題或者寬限一定時間的處理方式。（4） 巡檢工單結(jié)果確認反饋：對于已完成的工單，系統(tǒng)將提示值班員檢查工單中的記錄信息，對于沒有按要求填寫記錄的工單，值班員可以直接發(fā)回安裝調(diào)試維護人員修改工單后重新提交；對于正常完成的工單，值班員可以直接確認工單完成（考慮打分機制）。（5） 自動統(tǒng)計巡檢結(jié)果：對于結(jié)束的工單（正常完成、預(yù)期完成、未完成終止），系統(tǒng)自動進行統(tǒng)計，統(tǒng)計指標包括工單的總體完成率、按期完成率、未完成率等，同時也對各個安裝調(diào)試維護人員工單的完成情況進行統(tǒng)計，包括完成總數(shù)、總體完成率、按期完成率、未完成率、平均完成時間、最短完成時間、最長完成時間等等，作為人員績效考核的參考因素。圖3為巡檢維護子系統(tǒng)的工作流程。物資管理子系統(tǒng)主要完成備件物資的增刪改查。數(shù)據(jù)查詢主要以圖表形式展示各站點的實時、歷史上報的數(shù)據(jù)，主要包括水位查詢、流量查詢、水量查詢等功能。指標統(tǒng)計分析子系統(tǒng)主要對各類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計匯總，便于用戶掌握系統(tǒng)運行整體情況。子系統(tǒng)功能包含測站數(shù)據(jù)上報統(tǒng)計、測站運行狀態(tài)統(tǒng)計、測站基本情況統(tǒng)計、安裝調(diào)試工單執(zhí)行情況統(tǒng)計、巡檢維護工單執(zhí)行情況統(tǒng)計、采購計劃執(zhí)行情況統(tǒng)計、庫存情況統(tǒng)計配置管理提供了用戶管理、權(quán)限管理、參數(shù)配置、部門管理、個人信息功能，為用戶使用和管理系統(tǒng)提供了便捷。系統(tǒng)采用Java編程框架，業(yè)務(wù)的流轉(zhuǎn)主要基于工作流技術(shù)來實現(xiàn)。圖4、圖5、圖6、圖7為系統(tǒng)實現(xiàn)界面。水文測站遠程狀態(tài)監(jiān)控與運維系統(tǒng)，實現(xiàn)了測站設(shè)備實時工況數(shù)據(jù)的采集、匯集、展示，并基于工作流技術(shù)實現(xiàn)了測站運行維護過程的自動化，提高了測站管理的智能化水平，提高了測站管理的效率?！鞠嚓P(guān)文獻】[1]宋有毅.芻議水文測站工作中管理方法與技術(shù)革新[J].黑龍江水利科技，2013，41（9）：238-240.[2]武佳，王志斌，陳小玲.河北省水文測站信息管理系統(tǒng)簡介[J].河北水利，2008（11）：20-20.[3]余錫斌.以測站管理新模式促進水文測報工作高效運行[J].廣西水利水電，2013（4）：45-47.[4]單福悅，凡嵩，李智遠，劉玉泉，田國祥.基于ASP.NET的測站信息化管理系統(tǒng)[J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2015，41（6）：