水利自動化系統(tǒng)智慧運維平臺的研究和設(shè)計

丁 強，蔣新新，王美玲

（1. 水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012；2. 水利部水文水資源監(jiān)控工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210012；3. 江蘇南水科技有限公司，江蘇 南京 210012；4. 江蘇省水文水資源勘測局，江蘇 南京 210029）

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水利自動化系統(tǒng)智慧運維平臺的研究和設(shè)計

丁 強1,2，蔣新新2,3，王美玲4

（1. 水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012；2. 水利部水文水資源監(jiān)控工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210012；3. 江蘇南水科技有限公司，江蘇 南京 210012；4. 江蘇省水文水資源勘測局，江蘇 南京 210029）

摘 要：如何有效地管理和維護現(xiàn)有的信息系統(tǒng)，按照運行維護管理方法和標準，結(jié)合實際情況，建立一套融合組織、制度、流程、人員、技術(shù)和經(jīng)費于一體的運行維護管理體系已成當(dāng)務(wù)之急。水利自動化系統(tǒng)智慧運維平臺是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng) +、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)運行維護的技術(shù)措施，建立的具有自動監(jiān)控監(jiān)視、維護操作、預(yù)測預(yù)警、決策處置和安全管理等各項功能的水利自動化系統(tǒng)運行保障服務(wù)平臺，可為水利自動化系統(tǒng)運行保障工作提供堅強的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：水利自動化系統(tǒng)；智慧運維；運維平臺；自動維護；技術(shù)保障

0 引言

作為非工程措施的水利自動化在全國水利工程和水利信息化中發(fā)揮了巨大的作用。特別是 2011 年《中共中央 國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》的發(fā)表和中央水利工作會議的召開，全國上下大力發(fā)展水利事業(yè)，水利自動化和信息化系統(tǒng)爆發(fā)式增長，覆蓋了水利工作的方方面面，其投入也逐年增加，已成為水利日常工作不可或缺的重要組成部分，各種自動化和信息化系統(tǒng)的建設(shè)大大促進了水利現(xiàn)代化的進程。其中有國家防汛抗旱指揮、水文測報、山洪災(zāi)害預(yù)警、國家水資源管理、大壩安全監(jiān)測等系統(tǒng)。水利自動化系統(tǒng)是水利信息化的重要組成部分，已建水利工程和重點水利項目大都已建設(shè)了相應(yīng)的自動化系統(tǒng)，此類自動化系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)進入后建設(shè)期，大量已經(jīng)建好的自動化系統(tǒng)正在運行中，系統(tǒng)的運行和維護工作成了今后信息化工作重要任務(wù)之一[3]。

1 現(xiàn)狀和問題

各水利自動化系統(tǒng)由不同的制造商研制和集成，這些系統(tǒng)的功能和性能各異。運維工作就是要把這些自動化系統(tǒng)都管理好，使它們長期穩(wěn)定運行，確保發(fā)揮功能和效益。大量水利自動化系統(tǒng)的業(yè)主缺乏自動化專業(yè)人員和運維手段，無法對系統(tǒng)進行有效的運行維護；部分業(yè)主屬于政策原因無法從事運維活動。各類業(yè)主急需尋找合作單位代維自動化系統(tǒng)，水利自動化系統(tǒng)的運維工作已成為當(dāng)務(wù)之急。

現(xiàn)在的水利自動化系統(tǒng)的運維工作基本上停留在人工判斷運行，人力維護系統(tǒng)的初始狀態(tài)。具體來講就是由用戶平時運行時發(fā)現(xiàn)問題并告知維修人員，維修人員派員檢查和修理系統(tǒng)，或者由維修人員定時對系統(tǒng)進行檢查和維護。這種運維方式發(fā)現(xiàn)問題和檢查維修都處于被動形態(tài)，同時每個維護人員只能對自己熟悉的系統(tǒng)運維，無法做到自動化系統(tǒng)的全面運維。

2 水利自動化系統(tǒng)智慧運維平臺的研究

2.1 目標要求

要解決運維中的難題就需要建立完善的運行維護工作機制，包括人員隊伍、運行經(jīng)費、運作模式、標準規(guī)范、管理制度等。水利自動化系統(tǒng)智慧運維平臺采用互聯(lián)網(wǎng)+、專家決策和大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)為用戶自動和主動，全面和智慧地全程做好自動化系統(tǒng)的運維工作。建立自動化系統(tǒng)智慧運維平臺的運作模式及標準規(guī)范和管理制度，可成為水利自動化系統(tǒng)運行保障高效開展的基礎(chǔ)。

2.2 建設(shè)基礎(chǔ)

2015 年 4 月，水利部印發(fā)了《水利信息化資源整合共享頂層設(shè)計》[1-2]（以下簡稱《頂層設(shè)計》），明確了水利信息化資源整合共享的技術(shù)路線、實施途徑。作為水利信息化的重要部分，水利自動化系統(tǒng)也遵從該頂層設(shè)計，這樣從新建系統(tǒng)的設(shè)計建設(shè)到老系統(tǒng)的整合共享，水利自動化系統(tǒng)有了共同的話語和平臺。

相繼出臺的規(guī)范標準為水利自動化系統(tǒng)的建設(shè)立下了規(guī)矩，也為今后系統(tǒng)的運行維護提供了技術(shù)保障。SL 427—2008《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》[4]、SZY 206—2012《水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》[5]和 SL 651—2013《水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約》[6]等相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約統(tǒng)一了水利自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)膮f(xié)議。SL 61—2015《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[7]、SZY 204—2012《水資源監(jiān)測設(shè)備現(xiàn)場安裝調(diào)試》[8]、SZY 505—2015《運行維護》[9]為系統(tǒng)的建設(shè)和維護提出了規(guī)定，提供了運行規(guī)律和故障判斷的基礎(chǔ)。

2.3 平臺結(jié)構(gòu)

頂層設(shè)計和水利標準為建設(shè)水利自動化系統(tǒng)智慧運維平臺提供了標準規(guī)范的保障，水利自動化系統(tǒng)的智慧運維平臺包含自動化系統(tǒng)健康狀態(tài)監(jiān)測、維護人員和物資管理、運維決策支持等 3 個系統(tǒng)。這些系統(tǒng)均是在線運行，自動監(jiān)測多個正在運行的水利自動化系統(tǒng)的軟件，軟件可以現(xiàn)場安裝運行，也可以實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)遠程云服務(wù)，屬于可設(shè)置和配置的通用軟件。

自動化系統(tǒng)智慧運維平臺結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。

圖 1 水利自動化系統(tǒng)智慧運維平臺結(jié)構(gòu)圖

3 水利自動化系統(tǒng)智慧運維平臺的設(shè)計

3.1 自動化系統(tǒng)健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

自動化系統(tǒng)健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱監(jiān)測系統(tǒng)）通過自動監(jiān)測水利自動化系統(tǒng)監(jiān)控和采集平臺的相關(guān)信息，判斷自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控的工作狀態(tài)，按照評判標準給出自動化系統(tǒng)的健康狀態(tài)。當(dāng)自動化系統(tǒng)出現(xiàn)亞健康狀態(tài)甚至故障時，給出對應(yīng)的故障點和性質(zhì)。

根據(jù)自動化系統(tǒng)自報設(shè)定和召測功能的使用，檢測各測站向中心站發(fā)數(shù)的次數(shù)，判斷各測站數(shù)據(jù)發(fā)送是否正常。根據(jù)數(shù)據(jù)暢通率統(tǒng)計標準統(tǒng)計各測站和自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)暢通率。根據(jù)中心站所收數(shù)據(jù)的出錯多少，分析統(tǒng)計測站和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)正確率。系統(tǒng)及時將數(shù)據(jù)暢通率和正確率報告給用戶，并且進行分析，數(shù)據(jù)暢通率低可能是測站設(shè)備或通信通道出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)正確率低可能是測站設(shè)備出現(xiàn)故障。

根據(jù)各測站發(fā)送來的測站工作狀態(tài)，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)情況分析可能發(fā)生的故障并及時向用戶報告。根據(jù)各測站發(fā)送來的測站報警信息（這些故障信息也可以是人工輸入的），及時分析產(chǎn)生報警的原因及可能出現(xiàn)的故障，向用戶報告和報警。

根據(jù)自動化系統(tǒng)的測站數(shù)據(jù)暢通率，判斷系統(tǒng)通信通道的健康狀態(tài)；根據(jù)測站數(shù)據(jù)暢通率、正確率和工作及報警狀態(tài)，判斷該測站的健康狀態(tài)。評判的標準可以《水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范為標準，也可以自定標準。如果以上指標符合或高于標準要求，則系統(tǒng)處于健康狀態(tài)；如果低于標準要求，則為亞健康。長時間亞健康的自動化系統(tǒng)有可能成為不健康的系統(tǒng)，應(yīng)該及時解決自動化系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，保持系統(tǒng)健康。因此在亞健康時應(yīng)該能夠初步判斷可能出現(xiàn)的問題及可能的故障點和設(shè)備。

監(jiān)測系統(tǒng)可以同時監(jiān)測多個水文和水資源自動化系統(tǒng)，對系統(tǒng)功能可設(shè)置和監(jiān)測站點可配置。可以通過被監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集平臺或監(jiān)控中間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行分析判斷。

3.2 維護人員和物資管理系統(tǒng)

一般自動化系統(tǒng)的監(jiān)控站點都是分布在所測控的區(qū)域的，這個區(qū)域往往比較大，道路和條件比較復(fù)雜。為了能及時對系統(tǒng)監(jiān)控站進行維護維修，應(yīng)在該區(qū)域的合適地點安排相應(yīng)的備品備件物資庫，配備相關(guān)的維護人員，類似于防汛抗旱指揮系統(tǒng)對防汛物資庫和隊伍的分布安排。

維護人員和物資管理系統(tǒng)（以下簡稱管理系統(tǒng)）需要建立一個綜合運維人員物資數(shù)據(jù)庫，并對數(shù)據(jù)庫進行動態(tài)管理。數(shù)據(jù)庫含有自動化運維平臺監(jiān)測的系統(tǒng)的所有監(jiān)控站點的基礎(chǔ)信息（包括位置、站號、現(xiàn)場監(jiān)測參數(shù)及編號、可用設(shè)備品種和數(shù)量、設(shè)備維修情況等）；維護這些站點所需的備品備件品種、數(shù)量和存放地點，維護系統(tǒng)所需的人員情況（包括人數(shù)、裝備、專業(yè)、單位、所在地、運維合同等）；運維隊伍的維修區(qū)域和服務(wù)對象（包括人員與物資的匹配、響應(yīng)速度和維修水平等）；與相關(guān)質(zhì)檢單位聯(lián)網(wǎng)，提出合規(guī)的設(shè)備和經(jīng)過評估的合格設(shè)備供應(yīng)商。數(shù)據(jù)庫可以是數(shù)據(jù)、圖片和視頻[8]。

管理系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)所監(jiān)測的系統(tǒng)分布，布局合理的運維人員和物資點，根據(jù)運維的設(shè)備，給出所需的備品備件和各類物資的品種和數(shù)量。根據(jù)合格的設(shè)備供應(yīng)商給出的設(shè)備采購型號和數(shù)量的清單，及時補充備品備件庫，用 RFID 電子標簽、智能卡動態(tài)管理運維物資庫。對維修人員隊伍及時提出有效性維修合同，定期進行培訓(xùn)考核。

3.3 運維決策支持系統(tǒng)

運維決策支持系統(tǒng)（以下簡稱支持系統(tǒng)）根據(jù)各類標準規(guī)范、安裝調(diào)試記錄及維護要求，匯集各路運維專家的豐富經(jīng)驗，建立系統(tǒng)維護維修預(yù)案庫。維護維修預(yù)案包括各種情況下的自動化系統(tǒng)維護維修預(yù)案，并在各次維護維修過程中學(xué)習(xí)和豐富預(yù)案庫。維護維修實例庫具有每次對自動化系統(tǒng)維護維修的完整實例。支持系統(tǒng)根據(jù)自動化系統(tǒng)的健康狀態(tài)和監(jiān)測系統(tǒng)的初步故障判斷，進行進一步的評判和安排，提出系統(tǒng)保持健康，維護亞健康的建議。在系統(tǒng)亞健康時，應(yīng)盡可能找出故障點和設(shè)備，調(diào)出維護維修預(yù)案庫和實例庫中類似維護維修的預(yù)案或?qū)嵗?，綜合提出維護維修建議。

維護維修建議包括故障是維修還是更換設(shè)備；本次維修需要的人員采用哪些維修隊伍；需要帶哪些備品備件，這些備品備件分別取自哪些備品備件庫，運行材料動力消費等。維修建議供業(yè)主和運維人員參考決策。如果有新的情況可以人工加入評判和安排條件，支持系統(tǒng)可以給出進一步的維修建議。

在維修過程中，支持系統(tǒng)動態(tài)跟蹤維修人員，指揮引導(dǎo)他們及時到達維修點，及時處理維修過程中出現(xiàn)的新情況。被監(jiān)測的系統(tǒng)維修后，應(yīng)通過自動化系統(tǒng)的健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)評估，直到故障解除，系統(tǒng)恢復(fù)正常，本次維修完成。

為了維持自動化系統(tǒng)的健康，支持系統(tǒng)應(yīng)該安排對自動化系統(tǒng)的定期檢查和診斷。在每年汛期前和重要活動時，需要對被監(jiān)測系統(tǒng)進行檢查和維護，支持系統(tǒng)可以給出這種檢查維護的工作建議。

定期或每次維修后要對備品備件進行整理，監(jiān)督備品備件的完好率，并對各維修隊伍的實際服務(wù)提出評價，篩選優(yōu)秀的維修隊伍。

4 結(jié)語

水利自動化系統(tǒng)智慧運維平臺是應(yīng)用信息化手段強化運行維護的技術(shù)措施，建立的具有自動監(jiān)控監(jiān)視、維護操作、預(yù)測預(yù)警、決策處置和安全管理等各項功能的保障服務(wù)平臺，為運行保障工作提供堅強的技術(shù)支撐。該智慧運維平臺的建設(shè)和運行，就像有運維團隊隨時隨地地貼身關(guān)注著自動化系統(tǒng)，出現(xiàn)任何問題都有專家團隊在診斷和決策，使運維從被動變?yōu)橹鲃?，從就事論事轉(zhuǎn)為全面智慧，大大提高了水利自動化系統(tǒng)的運維科學(xué)性水平，保證了水利自動化系統(tǒng)的健康安全。

建設(shè)水利自動化系統(tǒng)智慧運維平臺，必須對水利自動化系統(tǒng)的軟硬件和運行有充分的了解，對設(shè)備和維修有豐富的經(jīng)驗?，F(xiàn)在已經(jīng)有此類平臺的雛形，例如江蘇省正在運行的水利自動化系統(tǒng)運行監(jiān)管系統(tǒng)，今后可以按照水利自動化系統(tǒng)智慧運維平臺的思路進一步開發(fā)和完善。

參考文獻：

[1] 蔡陽. 關(guān)于水利信息化資源整合共享的思考[J]. 水利信息化，2014 (6): 1-6.

[2] 中華人民共和國水利部. 水利信息化資源整合共享頂層設(shè)計[R]. 北京：國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目辦公室，2015: 3-5.

[3] 蔡陽. 水利信息化“十三五”發(fā)展應(yīng)著力解決的幾個問題[J]. 水利信息化，2016 (1): 1-6 .

[4] 中華人民共和國水利部. SL 427—2008 水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約[S]. 北京：中國水利水電出版社，2008: 9-20.

[5] 國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目辦公室. SZY 206—2012 水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約[S]. 北京：國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目辦公室，2012: 11.

[6] 中華人民共和國水利部. SL 651—2014 水文監(jiān)測數(shù)據(jù)通信規(guī)約[S]. 北京：中國水利水電出版社，2014: 4-17.

[7] 中華人民共和國水利部. SL 61—2015 水文自動測報系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國水利水電出版社，2015: 5-26.

[8] 國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目辦公室. SZY 204—2012 水資源監(jiān)測設(shè)備現(xiàn)場安裝調(diào)試[S]. 北京：國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目辦公室，2012: 11.

[9] 國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目辦公室. SZY 505—2015 運行維護[S]. 北京：國家水資源監(jiān)控能力建設(shè)項目辦公室，2015: 3-30.

Research and design on Intelligence Operations Platform of Hydraulic Automatic System

DING Qiang1,2, JIANG Xinxin2,3, WANG Meiling4
(1. Nanjing Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology, the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012, China; 2. Hydrology and Water Resources Engineering Research Center for Monitoring, the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012, China; 3. Jiangsu Naiwch Co.Ltd, Nanjing 210012, China; 4. Jiangsu Province Hydrology and Water Resources Investigation Bureau, Nanjing 210018, China)

Abstact:According to the methods and standard of operation maintenance and management, combining with actual situation, it has become a top priority to establish a set of integrating organization, system, process, personnel, technology and funds in the operation maintenance management system for managing and maintaining the existing information system effectively. Using operation, maintenance and technical measures of informatization technology such as internet of things + and big data, hydraulic automatic system intelligence operations platform has the functions of automatic monitoring, maintenance, operation, monitor early warning, decision disposal and safety management and other functions. It provides strong technical support for operation of water conservancy automation system runs.

Key words:water conservancy automation system; intelligence operations; operational platform; automatic maintenance; technical support

中圖分類號：TV39

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9405(2016)02-0057-04

收稿日期：2016-02-24

作者簡介：丁 強（1955-），男，江蘇揚州人，教授級高工，主要從事水文水資源自動化和水利信息化研究工作。