計量數據中心建設與應用探討

孟令東

（湖北省計量測試技術研究院，湖北 武漢 430000）

0 引言

伴隨著我國科技、智能、信息的不斷發(fā)展，以及信息技術的廣泛應用，各種控制系統(tǒng)中的數據不斷地被傳送到數據中心，數據的存儲和利用也隨之產生。大型數據中心的日常運行在計量自動化系統(tǒng)中面臨著許多挑戰(zhàn)。自動系統(tǒng)是一種聯機存儲器方式，是實現虛擬存儲器的關鍵技術。集成各種異構存儲設備，采用分布式存儲技術，實現存儲自動化管理，為用戶提供高效的存儲服務。

1 計量數據中心建設分析

1.1 計量與大數據

1.1.1 計量與大數據

數據是用于記錄和區(qū)別客觀事件的記號，一組或多組數據可以描述客觀事件的性質、狀況和相互關系。在大數據出現之前，人類已具備了進行各種觀測并獲得觀測數據的能力。通過這種方法，人們可以得到量化后的、不可量化的數據，其中，計量數據是量化數據的重要組成部分。而當時信息傳遞速度較慢的宏觀技術條件下，空間客體現象的局部性和微觀資料的利用受到了限制[1-2]。

伴隨著信息采集技術的發(fā)展，大量數據以二進制方式無法量化，使得對數據進行不可量化處理成為可能。經過數字處理后，大數據基本形成了局部觀測和微觀觀測。大數據具有類型多、數據密度小、速度快、實時等特點。因此，在大數據發(fā)展的初期，盡管計量數據在數量上變得越來越重要，但它也日益成為一種數據源。計量的作用必須轉變，以適應大數據時代。這種轉變主要體現在以下方面：一是大數據的計量；二是大數據在計量領域的應用。

1.1.2 計量數據建設

在“十四五”規(guī)劃中，明確了對加強宏觀定性統(tǒng)計分析與信息發(fā)布，建設復雜信息資源，開展質量監(jiān)督與實施信息交互等內容的要求。實施質監(jiān)數據資源開發(fā)與利用是質量興國戰(zhàn)略的重要技術支撐。根據總書記關于計量工作的重要指示精神，質監(jiān)系統(tǒng)把“保證經濟發(fā)展質量，規(guī)范市場經濟秩序，保護企業(yè)合法權益，保護人民群眾生命財產安全”作為自己的責任，主動利用大數據資源進行計量數據建設，從而促進“數字化質量監(jiān)控”、“智能化質量監(jiān)控”建設步伐，積極推動了質監(jiān)業(yè)務的可持續(xù)性[3]。

1.1.3 計量數據中心建設的意義

設立數據中心，一方面是為了通過收集社會各主要能源消耗單位的能源計量數據，向政府能源管理部門提供準確數據，了解社會各媒體的能源分配、能源流動、能耗等情況。協助政府有關部門制定能源綜合管理政策，提供數據支持。另一方面，當前的信息管理手段主要是強化企業(yè)的能源管理，不定期地動態(tài)獲取企業(yè)能源利用狀況的真實信息，以提高能源利用效率，降低能耗，達到節(jié)能減排的最終目的。

1.2 計量數據中心建設原則

1.2.1 可靠性和穩(wěn)定性相結合的原則

為確保數據安全和系統(tǒng)正常運行，計量數據中心的建設過程中應完善系統(tǒng)結構和模塊設計，提高設備性能和系統(tǒng)管理，加強技術支撐和維護能力。每當收集點發(fā)生故障時，系統(tǒng)的正常運行時間將被延長，并且將盡可能減少對整個系統(tǒng)的影響，從而提供快速的故障恢復和數據備份。

1.2.2 實用性和拓展性相結合的原則

當今，隨著網絡技術的不斷發(fā)展，網絡的建設也必須適應未來發(fā)展的需要，才能順利進行，才能及時、方便地將網絡的規(guī)模擴展到未來，以降低投資風險。為了給界面留出足夠的空間，以避免出現“技術孤島”和“數字鴻溝”現象，在設計和建設計量數據中心時，應考慮國家計量數據網連通、計量數據相互轉換等問題，并且利用建設系統(tǒng)的優(yōu)勢[4-5]。

1.2.3 先進性和成熟性相結合的原則

從系統(tǒng)性能和未來應用的趨勢來看，它的先進性主要包括以下幾個方面：一是先進性的整體結構；二是應用軟件的先進性；三是數據庫系統(tǒng)的先進性。隨著計算機技術和信息技術的迅速發(fā)展，在系統(tǒng)設計中必須采用先進的客觀性理念、技術和方法。但是，這一進步不能以犧牲系統(tǒng)可靠性為代價。所以，需要注意結構、設備、方法等較為成熟。

1.3 計量數據中心建設內容

計量數據中心的建設包括：計量資料的使用和業(yè)務管理、計量技術進展情況、計量檢定工作流程、校準規(guī)范、國家標準數據、計量單位數據、重點耗能企業(yè)數據、計量管理人員狀況資料、計量室人員配備情況等。綜合管理儀器廠和計量管理所的各項業(yè)務數據，可以優(yōu)化數據平臺的資源配置，減少重復投資，建立有針對性的維修制度，同時，制定實施有效管理通暢的相關法規(guī)是政策法規(guī)、行政管理制度的重要體現。

2 計量數據中心應用實例

2.1 A公司計量現狀

A公司是一家石化能源基地，可生產汽油、柴油、潤滑油基礎油、化肥、合成樹脂、合成橡膠、催化劑、精細化學品、有機添加劑等多種石化產品。與此同時，本廠原料及產品品種齊全，數量多，成本高；公共工程復雜，能源載體外包，如天然氣、蒸汽、水，以及本廠生產的部分蒸汽等自己生產的產品。

A公司的計量資料采用手動方式錄入。MES系統(tǒng)擁有測量機房154個，A、B、C三層水表2142個，測量數據以手動讀出和手動輸入MES為基礎。近幾年來，計量檢定裝置逐年投入使用，大多數檢定裝置都進行了現場校正，而沒有對控制室計量檢定裝置進行更新。

2.2 A公司計量數據中心建設方案

2.2.1 設備改造

首先，A公司對各分廠不能使用的測量方式和測量精度都不能滿足現場對儀器局部故障的測量要求，需要加以改進，使之覆蓋整個系統(tǒng)。轉換各個分支機構設備管理系統(tǒng)的數據下載接口，各分廠控制室用成熟的產品和技術將原有的二次裝置及DCS/PLC系統(tǒng)的數據接口改造為PHD接口，使測量數據的采樣率由目前的40.8%提高到87.6%，實現了計量資料的自動采集功能，實現了數據的上傳與共享。其次，通過數據轉換和視頻監(jiān)控接口，實現了對測量數據和視頻監(jiān)控信號的實時下載，實現了對測量數據的自動采集和記錄存儲，改進了測量管理，降低了運營成本，提高了經濟效益[6]。

2.2.2 計量數據中心建設

計量數據中心大屏幕集中顯示各類計量數據及現場視頻數據，MES系統(tǒng)的PHD數據庫由數據管理中心與MES共享。對數據庫中的基本測量數據進行實時采集和處理，并通過測量數據管理中心按要求在MES相關模塊中進行分析、對比、驗證和顯示。MES系統(tǒng)主要用于工藝過程數據的采集。計量資料中心的主要功能是：計量資料的集中管理、計量資料的控制與管理、計量資料申請與功能元件的管理。

2.3 計量數據中心具體設計

2.3.1 業(yè)務數據流程

A公司計量數據中心系統(tǒng)使用方主要為各級管理者和客戶。具體應用包括建立指標模型，計量數據統(tǒng)計分析，主要由系統(tǒng)操作人員完成。

2.3.2 數據采集與上報

具體來說，數據采集系統(tǒng)的任務的目的是采集傳感器輸出的信號，將其轉換成可被計算機識別的數字通信，然后輸入控制計算機，進行適當的計算和處理，得到所需的數據和結果。

在完成數據采集后，計量數據中心將采集的數據上報，其中包括直接聯機報告、聯機監(jiān)測以及與其他平臺的數據交換等上報方式。

（1）直接聯機上報。聯機直報法數據主要包括基本操作信息、能源消耗數據、能源效率指標等，能源使用單位的主要數據采集指標以及無法聯機跟蹤的其他能源消耗數據，如煤、柴油等能量的輸入。

（2）聯機監(jiān)測方式。該系統(tǒng)通過自動測量裝置實時采集數據，并通過自動傳輸方式將數據實時傳輸到數據站或相關平臺。能量的種類主要有水能、電能、熱能、風能等，還有能量，各種能量均可在線監(jiān)測。

（3）與其他平臺的數據交換。各個級別的能源數據系統(tǒng)相互連接。這是兩個含義。首先，底層平臺向城市數據中心傳輸數據，支持對城市數據進行整體分析；其次，城市數據中心維護了實現工業(yè)基準數據加載的基礎平臺。

2.3.3 數據存儲安全

大數據中心計量自動化數據存儲設計方案，一是按照CDP數據在計量數據系統(tǒng)中同步提取全量，在ODS層逐日設置分區(qū)存儲數據相關工作，主要針對超過500M的數據量，DW層存儲數據時也參照此方法。二是在計量數據系統(tǒng)中，采用CDP數據的增量方式進行同步提取，ODS僅僅是基于分區(qū)存儲每日增量數據(目前是基于4天的分區(qū)存儲)，并在DW的地域十日期分區(qū)數據周期中，最后在新的周期中插入數據。三是按數據庫相關域數據進行信息分類存儲，將DW層數據自動計量到DM層市場域，作為最終存儲。

3 結語

大數據是現代社會的產物，計量大數據是大數據的發(fā)展方向。計量信息化建設將使計量管理部門對計量信息進行有效的統(tǒng)一管理，以確保計量工作在各行業(yè)中的質量和效率。