山東省調水工程泵站云化網(wǎng)絡建設介紹

郭振璐

(山東省調水工程運行維護中心蓬萊管理站，山東 蓬萊 265600)

山東省膠東地區(qū)引黃調水工程位于山東省膠東半島北部，工程自打漁張引黃閘引取黃河水輸送至威海市的米山水庫，途徑博興縣、壽光市、濰坊寒亭區(qū)、萊州市、蓬萊市、芝罘區(qū)和文登市等16個縣(市、區(qū)),橫跨整個膠東地區(qū)，輸水線路總長482km。工程管理機構按照三級設置：一級為設置在濟南的山東省調水工程運行維護中心，簡稱“省中心”；二級為沿線途徑地級市設置的6個分中心；三級為泵站、水庫和干線工程經(jīng)過縣區(qū)設置的管理處。對應三級管理機構，設置調度中心、調度分中心和現(xiàn)地站三級調度職能。其中，調度中心設置在省中心，王耨泵站設置備用調度中心。各級泵站主要由廠房、閘站、管道等組成，運行模式分為調水運行和日常運行。自動化控制系統(tǒng)采用遠地DCS分布式控制，主要分為中控室和現(xiàn)地站兩部分?，F(xiàn)地站以PLC控制器為核心采集水流量、輸水泵運行電氣量以及各級閥門狀態(tài)等信息，通過本地局域網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送到中控室統(tǒng)一處理顯示。由于工程線路長、項目多、數(shù)量大，當泵站傳統(tǒng)的網(wǎng)絡調度中心面對多組件監(jiān)控問題時，還無法做到運行數(shù)據(jù)的實時共享，部分重要數(shù)據(jù)需要人力去現(xiàn)地站現(xiàn)場校驗核對。隨著云計算、大數(shù)據(jù)等新一代數(shù)字信息技術的飛速發(fā)展和5G網(wǎng)絡的到來，用戶對于實時數(shù)據(jù)的要求越來越高，對于泵站的調水管理工作也提出了新的挑戰(zhàn)。所以目前亟須通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集和管理平臺，實現(xiàn)資源有限整合與信息高度共享的目標。在縱向維度打通調度中心、分中心以及現(xiàn)地層數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，橫向維度打通生產(chǎn)控制、信息管理和外部網(wǎng)絡，避免不同業(yè)務之間網(wǎng)絡重疊，使用統(tǒng)一平臺實現(xiàn)監(jiān)測、監(jiān)控等不同業(yè)務的統(tǒng)一管理，從而有效提高系統(tǒng)的運行效率。

1 傳統(tǒng)網(wǎng)絡與云化網(wǎng)絡

傳統(tǒng)網(wǎng)絡各組件監(jiān)控會占用部分人力，而且運行數(shù)據(jù)很難達到實時準確地上報。傳統(tǒng)運維管理架構見圖1?，F(xiàn)地站運行數(shù)據(jù)經(jīng)校驗后上報到實時監(jiān)控中心，由分調度指揮中心初步分析和工程管理核對視頻監(jiān)控后統(tǒng)一上報總調度中心，調度步驟比較煩瑣，時效性較差。為了實現(xiàn)各泵站數(shù)據(jù)快速上云，達到云化一體管控的目標，山東省調水工程運行維護中心進行了云化數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的建設。

圖1 傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構

與傳統(tǒng)網(wǎng)絡相比，改造后的云化網(wǎng)絡讓運維管理更加精細、運維調度更加智能、信息服務更加便捷，此次建設改造從底層網(wǎng)絡結構入手，在主干網(wǎng)增添OptiX OSN 7500設備，該設備采用統(tǒng)一交換架構并具備分組傳送能力，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)業(yè)務的高效統(tǒng)計復用，能夠確保高質量的語音業(yè)務傳送，從而使核心匯聚接入層數(shù)據(jù)能夠實時傳輸。在現(xiàn)地層增設網(wǎng)絡攝像頭，與中控室后臺監(jiān)控軟件相結合，把重點設備運行情況經(jīng)過服務器實時傳送到監(jiān)控室，進一步減少人工操作。此數(shù)據(jù)經(jīng)中控網(wǎng)絡可傳送到總控中心，并且可以對站點進行篩選查看，實現(xiàn)總控的統(tǒng)籌管理。云化網(wǎng)絡架構見圖2。在架構上把現(xiàn)地站數(shù)據(jù)模塊化，數(shù)據(jù)采集更加具有針對性，各模塊數(shù)據(jù)在上報到云平臺之后進行分析處理，對于出現(xiàn)的故障數(shù)據(jù)及時告警，各級監(jiān)控中心在全景數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的情況下能夠及時準確地下達調度命令，真正實現(xiàn)管控析一體化。

圖2 云化網(wǎng)絡架構

在新網(wǎng)絡架構之上搭建數(shù)字會議系統(tǒng)，以便進行各級部門之間的技能培訓以應對緊急突發(fā)事故。該系統(tǒng)于各級泵站設立會商室，在調度室安裝固定麥克風，主要參會人員在本席位使用麥克風進行發(fā)言，通過遠程視頻會議系統(tǒng)，將圖像同時采集，用于本地顯示系統(tǒng)或者傳送至遠端客戶端。

2 網(wǎng)絡建設

網(wǎng)絡建設從底層網(wǎng)絡設備開始重新規(guī)劃，增加性能更加強大的OptiX OSN 7500設備，補充現(xiàn)地監(jiān)控設施，部署全網(wǎng)視頻會議系統(tǒng)，打通各級分部與調度總部的通信網(wǎng)絡。

2.1 基礎網(wǎng)絡架構

膠東調水自動化調度系統(tǒng)的主干網(wǎng)采用環(huán)形結構組建核心層和匯聚層，組網(wǎng)情況見圖3。核心層是整個網(wǎng)絡的主干部分，不僅要負責整個網(wǎng)絡的流量傳輸，還要配合防火墻設備進行用戶的安全準入認證，所以對于核心層的交換機在可靠性、容錯性、低延遲等方面具有較高的要求。匯聚層處于網(wǎng)絡的中間部分，連接著核心層與接入層，負責數(shù)據(jù)的分發(fā)功能。在高數(shù)據(jù)量負載的情況下，可以有效減輕核心交換機的壓力，同時匯聚層可以實施策略控制工作組的接入和局域網(wǎng)的隔離。接入層則主要面向用戶連接和訪問網(wǎng)絡。核心層以山東省調水工程運行維護中心為主調中心，以王耨泵站為備調中心，以清胥溝(南水北調機房)、北堤穿涵閘和宋莊泵站為中繼站，在核心層組建1個10Gbit/s兩纖雙向復用段保護環(huán)，發(fā)生故障時，SDH自愈環(huán)會進行主備倒換繼續(xù)路由，能夠在50ms內恢復端到端業(yè)務，用戶感知不到網(wǎng)絡重組，保證了網(wǎng)絡的穩(wěn)定運行。

圖3 核心匯聚組網(wǎng)示意圖

匯聚層以王耨泵站為核心節(jié)點，以膠東調水和引黃濟青干渠沿線的12個泵站和北堤為匯聚節(jié)點，組建膠東環(huán)和引黃濟青環(huán)，受地理位置及光纜纖芯租用情況影響，以煙臺分局、高疃泵站和星石泊泵站組建煙臺環(huán)，光傳輸網(wǎng)絡拓撲情況見圖4。

圖4 光傳輸網(wǎng)絡拓撲示意圖

接入層為各級管理泵站，在各泵站建立兩張網(wǎng)絡，分別用于生產(chǎn)和管理，配置單向訪問策略，僅允許管理網(wǎng)訪問生產(chǎn)網(wǎng)絡，以便查看泵站運行數(shù)據(jù)，禁止反向查看，且僅管理網(wǎng)接入?yún)R聚網(wǎng)絡。此次增加的OptiX OSN 7500設備具有以下優(yōu)點，可以有效地支撐整個網(wǎng)絡的安全穩(wěn)定運行：?采用的統(tǒng)一交換架構，能夠兼容分組模式、時分復用模式以及兩者的混合模式；三種模式之間可以進行板級擴展，平滑轉換，減少網(wǎng)絡重疊，有效降低傳送成本；?層次化的運維能力，能夠完成從底層網(wǎng)絡隧道檢測到直連設備鏈路聯(lián)通再到整體業(yè)務的環(huán)回測試；實現(xiàn)了網(wǎng)絡分層故障定位，在故障時迅速檢測并進行保護倒換，從而提升網(wǎng)絡的可靠性；?內置波分技術，在單根光纖能夠進行多個波長的數(shù)據(jù)傳輸，可以與波分設備完成多種靈活的組網(wǎng)方案。基于該設備提供的高性能傳輸數(shù)據(jù)能力，可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的交互和上報。

2.2 互聯(lián)設備部署與規(guī)劃

基于底層網(wǎng)絡建設，把各級泵站底層網(wǎng)絡打通，以便實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的實時共享。為了方便管理，提供實時監(jiān)控畫面，將本級泵站重點監(jiān)控畫面通過網(wǎng)絡上報到調度中心。

攝像頭均根據(jù)地址規(guī)劃標段提供的規(guī)劃設定私網(wǎng)IP，為了方便區(qū)分各攝像頭，把各攝像頭在管理頁面以功能命名。各級泵站部署架構見圖5。通過網(wǎng)絡攝像頭，可根據(jù)現(xiàn)地服務器調閱所有監(jiān)控畫面，各級服務器規(guī)格配置按照泵站實際攝像頭數(shù)量定制。

圖5 網(wǎng)絡攝像頭部署

調度電話采用Aeonix調度通信平臺，該調度平臺是在HTML5WEB的基礎上開發(fā)的通用型平臺，不僅支持電腦瀏覽器頁面操作，還可以在智能手機和平板電腦上操作，使用更加便捷，操控臺具有添加會議人員、掛斷和禁言等功能。其拓撲結構見圖6。

圖6 調度電話拓撲示意圖

調度操作員可以進行多方會議或者預約會議，且該平臺使用開放的標準協(xié)議接口，可以接入標準化的音頻設備。調度員能夠實時對調度系統(tǒng)中的呼叫保存錄音，以便會議后進行分析。其服務器采用N×N備份模式部署架構，見圖7。

圖7 N×N備份模式

數(shù)據(jù)隨機保存到可用的服務器中，且每臺服務器具備自動復制功能，即使單節(jié)點服務器出現(xiàn)異常，數(shù)據(jù)源也可以馬上切換到可用備份服務器數(shù)據(jù)庫。

3 智能視頻會議管理系統(tǒng)

在面對復雜調度場景和緊急突發(fā)事件，緊靠調度電話無法統(tǒng)籌全局，作出正確的決策。基于以上底層網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)絡設備，搭建起基于各級泵站的站點級數(shù)據(jù)管理、視頻會議系統(tǒng)。隨時查看各站點重要運行數(shù)據(jù)，以便智能決策，實現(xiàn)真正的統(tǒng)籌管理。

整個系統(tǒng)要保證高可靠性：支持媒體版?zhèn)浞?、IP地址網(wǎng)口備份、單元與主控板備份等，支持視頻會議系統(tǒng)24小時無故障運行，系統(tǒng)架構見圖8。

圖8 通信網(wǎng)絡架構

本通信網(wǎng)絡通信采用IP網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，視頻協(xié)議采用H.264格式編碼，支持高清視訊終端，最高可以提供1080P視頻圖像。音頻協(xié)議采用AAC-LD/LC格式編碼，支持H.239、BFCP高清雙視頻流協(xié)議。通過該平臺可以把演講稿同步顯示，實現(xiàn)全景式會議。

基于以上各級網(wǎng)絡及通信設備的搭建，最終實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)實時共享，達到總部統(tǒng)攬各級泵站狀況、分部實時上報信息到總部的目標，在遇到緊急突發(fā)狀況時，網(wǎng)絡視頻將會發(fā)揮越來重要的作用。

4 結 語

在當前云化數(shù)據(jù)信息技術飛速發(fā)展的背景下，用戶對于實時可視化數(shù)據(jù)和總部統(tǒng)籌安全管理調度需求愈加迫切，泵站的自動化與智能化運維能力就顯得非常必要。加強現(xiàn)地網(wǎng)絡可靠性，保證網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的連續(xù)性，云視頻會議為泵站傳遞新技術和應急管理提供了可靠保障。云化網(wǎng)絡的建設改造為泵站的自動化運維和智能化統(tǒng)籌管理打下了堅實的基礎。