生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

王佳龍

（神華和利時(shí)信息技術(shù)有限公司 北京市 100001）

1 引言

1.1 編寫目的

本論文旨在使所有讀者對(duì)該系統(tǒng)的整體業(yè)務(wù)、功能、技術(shù)和數(shù)據(jù)等方面有準(zhǔn)確而全面的理解。

1.2 背景說(shuō)明

本項(xiàng)目的業(yè)務(wù)牽頭部門是總調(diào)度室統(tǒng)計(jì)分析處。技術(shù)上由國(guó)家能源集團(tuán)信息部提供指導(dǎo)，南瑞集團(tuán)公司自主承擔(dān)設(shè)計(jì)、開發(fā)建設(shè)和實(shí)施工作。

2 概述

2.1 系統(tǒng)描述

業(yè)務(wù)流程圖如圖1所示。

圖1

2.2 用戶定義

系統(tǒng)用戶角色：大屏可視化功能實(shí)施及數(shù)據(jù)范圍實(shí)現(xiàn)集團(tuán)總部、63 家二級(jí)單位，其中共涉及煤炭產(chǎn)業(yè)板塊16 家、電力產(chǎn)業(yè)板塊32家、鐵路產(chǎn)業(yè)板塊4 家、港口產(chǎn)業(yè)板塊3 家、航運(yùn)產(chǎn)業(yè)板塊1 家、化工產(chǎn)業(yè)板塊2 家、銷售板塊8 家，其中存在一個(gè)二級(jí)單位跨多個(gè)板塊的情況。大屏可視化功能用戶范圍包含集團(tuán)總部總調(diào)度室、煤炭板塊、電力板塊、鐵路板塊、港口板塊、航運(yùn)板塊、煤化工板塊、銷售板塊各部門專責(zé)等人員。

2.3 需求分組

總體需求：

世界一流：實(shí)現(xiàn)世界一流場(chǎng)景中產(chǎn)業(yè)分布、三型、五化、七個(gè)一流、四個(gè)全球第一等主題18 幅畫面；

四重一要：實(shí)現(xiàn)四重一要場(chǎng)景的5 幅畫面，提供數(shù)據(jù)維護(hù)工具；

參觀展示：實(shí)現(xiàn)參觀展示模式下的產(chǎn)業(yè)分布、三型、五化、七個(gè)一流、四個(gè)全球第一等主題的8 幅畫面；

集團(tuán)總覽：以宏觀經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、各個(gè)產(chǎn)業(yè)板塊生產(chǎn)類運(yùn)營(yíng)指標(biāo)等為主題的集團(tuán)總覽場(chǎng)景；

啞鈴型場(chǎng)景：以抽象、概念型的啞鈴模型為主題分層次、分維度展現(xiàn)集團(tuán)整體的架構(gòu)；

一體化運(yùn)營(yíng)監(jiān)督：以集團(tuán)一體化產(chǎn)運(yùn)銷儲(chǔ)用、煤電路港航化為主題分層次、分維度展示一體化運(yùn)營(yíng)監(jiān)督；

產(chǎn)業(yè)板塊運(yùn)營(yíng)監(jiān)視：以產(chǎn)業(yè)板塊為主題分層次、分維度展示板塊運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景；

2.4 一般約束

（1）大屏顯示：以瀏覽器為顯示載體，采用HTML5、CSS、WEBGL、GIS、流媒體等主流技術(shù)，開發(fā)出基于超高分辨率大屏幕的數(shù)據(jù)可視化展示系統(tǒng)，系統(tǒng)以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的超高分辨率展示；

（2）系統(tǒng)架構(gòu)：客戶端采用B/S 架構(gòu)；

（3）交換協(xié)議：采用TCP/IP 協(xié)議；

3 功能需求

3.1 日常值守

世界一流：

產(chǎn)業(yè)分布（舉其中一例說(shuō)明）：

從宏觀角度展示集團(tuán)全球產(chǎn)業(yè)分布情況，體現(xiàn)集團(tuán)邁向國(guó)際化的戰(zhàn)略方針。支持集團(tuán)各二級(jí)公司和海外產(chǎn)業(yè)逐層鉆取展示主要生產(chǎn)單位的位置、生產(chǎn)成本、員工數(shù)、年利潤(rùn)、年產(chǎn)量等詳細(xì)信息的功能，向參觀人員直觀形象展示集團(tuán)產(chǎn)業(yè)在全球的分布及生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)情況。

圖2

圖3

4 接口需求

4.1 用戶界面

4.1.1 日常值守

世界一流：

產(chǎn)業(yè)分布（舉例說(shuō)明）：

顯示產(chǎn)業(yè)分布圖畫面如圖2。

4.1.2 APP 端應(yīng)用

集團(tuán)總覽移動(dòng)端應(yīng)用（舉例說(shuō)明）:

圖4

顯示手機(jī)端APP 畫面如圖3。

4.2 硬件接口

本系統(tǒng)為滿足二級(jí)和三級(jí)業(yè)務(wù)系統(tǒng)調(diào)用的需求，需要與拼接控制器實(shí)現(xiàn)命令交互，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)調(diào)用拼接控制器的控制命令，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的開窗。

4.2.1 調(diào)用方式

拼接控制器廠家提供接口，通過(guò)TCP 協(xié)議連接對(duì)方開放的接口（默認(rèn)端口號(hào)xxx），實(shí)現(xiàn)命令的調(diào)用。

4.2.2 調(diào)用流程

（1）由大屏控制軟件（IPAD 或者PC 端）向應(yīng)用服務(wù)器發(fā)起調(diào)用請(qǐng)求；

（2）應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)請(qǐng)求中的IP 和PORT 參數(shù)創(chuàng)建TCP 連接，創(chuàng)建成功后根據(jù)指令格式發(fā)送切換命令；

（3）發(fā)送命令后，等待拼接控制器回復(fù)執(zhí)行命令的結(jié)果；收到回復(fù)后，應(yīng)用服務(wù)器將命令執(zhí)行的結(jié)果返回控制端

4.3 軟件接口

4.3.1 與統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)集成

本系統(tǒng)四重一要維護(hù)工具與“統(tǒng)一身份認(rèn)證平臺(tái)”的接口，分為兩部分：第一部分是用戶接收接口，主要完成用戶數(shù)據(jù)接收；第二部分是訪問(wèn)控制接口，主要完成用戶訪問(wèn)認(rèn)證和單點(diǎn)登錄。

4.3.2 與工業(yè)視頻平臺(tái)的視頻調(diào)用

本系統(tǒng)與“工業(yè)視頻平臺(tái)”實(shí)現(xiàn)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)視頻的接入。視頻對(duì)接方式擬采用兩種方案：一是工業(yè)視頻平臺(tái)提供RTSP 的方式，本系統(tǒng)根據(jù)地址，實(shí)現(xiàn)視頻的點(diǎn)對(duì)對(duì)調(diào)??；二是采用國(guó)標(biāo)GB28181的方式，將工業(yè)視頻平臺(tái)作為客戶端，本系統(tǒng)中的視頻平臺(tái)作為服務(wù)端，接收工業(yè)視頻平臺(tái)推送的視頻點(diǎn)位信息，實(shí)現(xiàn)視頻的調(diào)取。

5 技術(shù)需求

5.1 性能

5.1.1 可靠性

（1）年可用率≥99.99%。

（2）系統(tǒng)應(yīng)考慮硬件和軟件的容錯(cuò)、數(shù)據(jù)備份等系統(tǒng)可靠性措施，數(shù)據(jù)完整性需達(dá)100%，系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題能保證數(shù)據(jù)的完整恢復(fù)。

5.1.2 實(shí)時(shí)性（1）跨越正向物理隔離裝置時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延小于3 秒。（2）系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間小于30 分鐘。

5.1.3 安全性

（1）內(nèi)部組件間的數(shù)據(jù)傳輸須經(jīng)加密處理，以保證安全通信。

（2）口令信息不能在網(wǎng)絡(luò)上明文傳輸，并在數(shù)據(jù)庫(kù)加密存儲(chǔ)。

5.1.4 擴(kuò)展性

（1）系統(tǒng)的硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，以保證內(nèi)存、CPU 及存儲(chǔ)等可擴(kuò)展。

（2）系統(tǒng)硬件配置的升級(jí)不會(huì)引起系統(tǒng)軟件的修改和開發(fā)。

5.1.5 性能指標(biāo)

（1）響應(yīng)時(shí)間應(yīng)在3 秒以內(nèi)；

（2）吞吐量不少于每秒10000 次讀/寫操作。

5.2 安全

本項(xiàng)目涉及數(shù)據(jù)、文檔均較為敏感，對(duì)數(shù)據(jù)安全有較嚴(yán)格的要求。需要滿足以下安全需求：

（1）系統(tǒng)訪問(wèn)保護(hù)：系統(tǒng)只能通過(guò)集團(tuán)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)實(shí)名認(rèn)證后才能訪問(wèn)。

（2）數(shù)據(jù)權(quán)限管理：數(shù)據(jù)字段級(jí)的用戶授權(quán)管理，確保某些敏感的數(shù)據(jù)字段，只有授權(quán)用戶能夠查看。

5.3 易用性

（1）瀏覽器的兼容性：支持IE9 及以上瀏覽器，谷歌、360 極速瀏覽器；

（2）屏幕分辨率的兼容性：做到頁(yè)面自適應(yīng)。

6 數(shù)據(jù)需求

6.1 數(shù)據(jù)采集

大屏可視化平臺(tái)作為展示載體，實(shí)時(shí)、定時(shí)直接從集團(tuán)數(shù)據(jù)湖中獲取數(shù)據(jù)，推送至可視化平臺(tái)終端展示，基本不存在數(shù)據(jù)輸入和處理。因此，在數(shù)據(jù)項(xiàng)中主要以動(dòng)態(tài)輸出數(shù)據(jù)為主。

6.1.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集

各個(gè)板塊數(shù)據(jù)通過(guò)各個(gè)廠礦接口上傳至KAFKA 平臺(tái)，集團(tuán)數(shù)據(jù)湖運(yùn)用JAVA 語(yǔ)言從KAFKA 平臺(tái)取數(shù)，將最新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存至redis 供下游組或大屏可視化調(diào)用，已過(guò)當(dāng)前時(shí)間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存至Hbase 數(shù)據(jù)庫(kù)提供查詢服務(wù)。

數(shù)據(jù)流：廠——集團(tuán)數(shù)據(jù)湖——數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化組——數(shù)據(jù)集成組——大屏可視化。

6.1.2 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采集

各個(gè)板塊數(shù)據(jù)通過(guò)各個(gè)廠礦接口或etl 工具上傳至集團(tuán)各個(gè)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)提供接口服務(wù)供集團(tuán)數(shù)據(jù)湖調(diào)用取數(shù)入湖并提供服務(wù)接口，入湖的數(shù)據(jù)通過(guò)一系列清洗、標(biāo)準(zhǔn)化提過(guò)給數(shù)據(jù)集成組計(jì)算，將最終有效數(shù)據(jù)提供給大屏可視化。

數(shù)據(jù)流：廠——監(jiān)測(cè)平臺(tái)——集團(tuán)數(shù)據(jù)湖——數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化組——數(shù)據(jù)集成組——大屏可視化。

6.2 數(shù)據(jù)湖架構(gòu)與集成

6.2.1 平臺(tái)架構(gòu)

數(shù)據(jù)湖通過(guò)采集接口獲取數(shù)據(jù)，之后會(huì)將數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)放入數(shù)據(jù)湖平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)服務(wù)共享的方式提供給各個(gè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用，數(shù)據(jù)湖架構(gòu)如圖4。

數(shù)據(jù)湖平臺(tái)負(fù)責(zé)提供數(shù)據(jù)服務(wù)，每個(gè)應(yīng)用角色在鑒權(quán)完成后會(huì)有不同的數(shù)據(jù)權(quán)限，獲取不同的數(shù)據(jù)。從接口的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式上，提供常見(jiàn)的、跨語(yǔ)言的RESTful 接口方式。各業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過(guò)上述傳輸協(xié)議以同步的方式調(diào)用服務(wù)，數(shù)據(jù)服務(wù)接收調(diào)用請(qǐng)求，進(jìn)行權(quán)限校驗(yàn)、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)獲取操作，并且將業(yè)務(wù)系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)反饋給服務(wù)調(diào)用方。

6.2.2 集成方案簡(jiǎn)述

目前數(shù)據(jù)湖平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)服務(wù)接口從調(diào)用方式上提供RESTful API，從接口的返回的數(shù)據(jù)格式上提供JSON 格式。數(shù)據(jù)湖平臺(tái)的數(shù)據(jù)服務(wù)是以分布式數(shù)據(jù)服務(wù)為基礎(chǔ)，提供服務(wù)治理、服務(wù)負(fù)載等數(shù)據(jù)服務(wù)功能。第三方業(yè)務(wù)系統(tǒng)僅從唯一地址調(diào)用接口，即可實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡策略，在設(shè)計(jì)上保證了服務(wù)的安全性及可靠性。對(duì)于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和性能要求較高的業(yè)務(wù)，可能會(huì)從傳輸方式及傳輸格式上對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行優(yōu)化。

7 結(jié)論

國(guó)家能源集團(tuán)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)協(xié)同調(diào)度系統(tǒng)在集團(tuán)智慧化戰(zhàn)略及發(fā)展戰(zhàn)略總體引領(lǐng)下，利用“大云物移智鏈”等前沿科技，打造集團(tuán)數(shù)資源化能力，通過(guò)開展數(shù)據(jù)中臺(tái)、數(shù)據(jù)湖、及配套專項(xiàng)服務(wù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)集團(tuán)全類型數(shù)據(jù)融合、全過(guò)程數(shù)據(jù)管控、全產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)協(xié)同。助力集團(tuán)各業(yè)務(wù)板塊數(shù)字化轉(zhuǎn)型，推動(dòng)集團(tuán)數(shù)字化工作再上新臺(tái)階。