基于電力通信動靜態(tài)資源的光纜數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張?jiān)品?魏星 諸駿豪 程路明 沈愛敏 吳云鵬

摘 要：為提升電站光纜檢測自動化水平，以Spring框架和MyBatis框架作為系統(tǒng)開發(fā)框架，高級著色語言GLSL和C + +作為服務(wù)開發(fā)語言，從系統(tǒng)模塊、通訊模塊及數(shù)據(jù)3方面設(shè)計(jì)了基于電力通信動靜態(tài)資源的光纜數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，并對海量光纜歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及拓?fù)鋱D繪制，實(shí)現(xiàn)光纜數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)檢測、設(shè)備性能分析、系統(tǒng)管理等功能，指導(dǎo)和建議運(yùn)維人員進(jìn)行相關(guān)操作，進(jìn)一步提升電站的智能化水平。

關(guān)鍵詞：光纜檢測;大數(shù)據(jù)分析;實(shí)時(shí)檢測;設(shè)備性能

中圖分類號：TP274 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1001-5922（2022）02-0092-05

隨著網(wǎng)絡(luò)信息、智能傳感及信息融合等技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，智能電網(wǎng)建設(shè)得到快速發(fā)展，大量智能變電站改造和新建工程的投建改變了原有變電站的形態(tài)。高壓開關(guān)不斷的增多、電壓等級的提升和操作十分頻繁等情況均會對光纜的正常運(yùn)行帶來一定程度的影響，故對光纜數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測是十分有必要的[1-7]。設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)和高效的光纜數(shù)據(jù)校核系統(tǒng)，對提升電站運(yùn)維工作、減少停電檢修時(shí)間和加快光纜線路建設(shè)具有深刻的現(xiàn)實(shí)意義與應(yīng)用價(jià)值[8-12]。

國內(nèi)外學(xué)者針對光纜檢測系統(tǒng)進(jìn)行了大量的研究，并取得階段行成果，形成具備多種測試、自動檢測、管理、報(bào)警、線路自動切換等功能各異的光纜實(shí)時(shí)在線檢測系統(tǒng)，在一定程度上提升光纜檢測的智能化水平確保通信線路的暢通[13-17]。

上述光纜在線檢測隨檢測設(shè)備不斷更換及檢測項(xiàng)目的不斷攀升造成檢測費(fèi)用和工時(shí)不斷提升，且上述系統(tǒng)的智能化水平、準(zhǔn)確率相對較低。鑒于此，開發(fā)設(shè)計(jì)基于電力通信動靜態(tài)資源的光纜數(shù)據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)智能化水平，為電力系統(tǒng)智慧化轉(zhuǎn)型奠定基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

以光纜數(shù)據(jù)作為本次設(shè)計(jì)的目標(biāo)，通過整理一線運(yùn)維人員的正式需求，結(jié)合目前所掌握的技術(shù)能力來對整體的業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖1可以看出，整體業(yè)務(wù)流程主要由用戶管理模塊和電站管理模塊構(gòu)成。

系統(tǒng)管理模塊：基于用戶不同權(quán)限來對用戶組進(jìn)行管理，不同用戶所擁有的管理權(quán)限不同，于此同時(shí)系統(tǒng)對用戶的登陸、添加及刪除進(jìn)行控制。

電站管理模塊：該模塊是光纜校核系統(tǒng)的核心，對照系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型進(jìn)行子模塊設(shè)計(jì)，例如首頁、光纜拓?fù)鋱D、資源管理、光配管理、設(shè)備性能分析等模塊。

1.2 通訊協(xié)議設(shè)計(jì)

為了便于系統(tǒng)與監(jiān)測設(shè)備之間進(jìn)行指令與數(shù)據(jù)交換，需要定義一套完善的通訊協(xié)議。光纜數(shù)據(jù)校核系統(tǒng)和監(jiān)測設(shè)備之間采用CORBA協(xié)議進(jìn)行通訊，整體通訊是雙向的。為了保障光纜校核系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕到y(tǒng)設(shè)計(jì)選用雙向隔離網(wǎng)閘來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在對光纜數(shù)據(jù)校核系統(tǒng)功能模塊和通訊協(xié)議設(shè)計(jì)后，再對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要包含工作人員信息、光纜實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、光纜線路信息、監(jiān)控裝置信息、網(wǎng)管信息等。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于電力通信動靜態(tài)資源的光纜數(shù)據(jù)校核系統(tǒng)選用B/S架構(gòu)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。此架構(gòu)的基礎(chǔ)為Web技術(shù)，是一種較為新穎的系統(tǒng)平臺模模式。此模式把客戶端統(tǒng)一在一起，功能核心最終集中于服務(wù)器進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，一定程度上達(dá)到對整體系統(tǒng)的使用、維護(hù)及開發(fā)進(jìn)行簡化。光纜數(shù)據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示。

由圖2可知，設(shè)計(jì)的光纜數(shù)據(jù)校核系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)處理層、功能應(yīng)用層和展示層4層，各層嚴(yán)格遵守國網(wǎng)信息安全要求，全面保證數(shù)據(jù)、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)的安全。各層均同步開發(fā)，并通過相關(guān)數(shù)據(jù)接口進(jìn)行層與層之間的銜接，不僅能夠保證系統(tǒng)整體的補(bǔ)充與擴(kuò)建，還能保障系統(tǒng)開發(fā)的進(jìn)行。

數(shù)據(jù)采集層：系統(tǒng)運(yùn)行依賴的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有兩部分來源。一部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于設(shè)備網(wǎng)管系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集層通過采用CORBA等協(xié)議的接口，實(shí)現(xiàn)安全接口接入，對網(wǎng)絡(luò)中資源配置數(shù)據(jù)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)的采集;另一部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于TMS數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)采集層通過采集程序?qū)MS區(qū)域的站點(diǎn)、光纜、光路數(shù)據(jù)入庫。

數(shù)據(jù)處理層：依據(jù)任務(wù)調(diào)度服務(wù)，定時(shí)定期采集設(shè)備網(wǎng)管數(shù)據(jù)，同步TMS數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理分析服務(wù)分析采集層獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，進(jìn)行加工處理后，存入數(shù)據(jù)庫。

功能應(yīng)用層：以一個(gè)或多個(gè)服務(wù)的方式，對獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、分析、處理，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)融合的電力通信業(yè)務(wù)分析與主動運(yùn)維系統(tǒng)各項(xiàng)應(yīng)用功能，為客戶端程序提供數(shù)據(jù)訪問接口和消息推送服務(wù)。

展示層：通過圖形界面、聲光提示與用戶交互，向用戶提供多網(wǎng)絡(luò)融合的電力通信業(yè)務(wù)分析與主動運(yùn)維系統(tǒng)功能。

數(shù)據(jù)庫：實(shí)現(xiàn)對采集資源配置數(shù)據(jù)、拓?fù)鋽?shù)據(jù)、性能數(shù)據(jù)，系統(tǒng)加工處理過的再生數(shù)據(jù)的持久化。

根據(jù)架構(gòu)對系統(tǒng)進(jìn)行部署，具體的部署如圖3所示。

2.2 數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)

本文為了使數(shù)據(jù)層更加方便操作，在Spring框架當(dāng)中引入MyBatis框架，由Spring框架來進(jìn)行統(tǒng)一管理。MyBatis在Spring框架中需要配置的參數(shù)主要有：SqlSessionFactory類參數(shù)、數(shù)據(jù)庫連接池參數(shù)等。配置文件如圖4所示。

該層的對象和數(shù)據(jù)庫之間是通過數(shù)據(jù)訪問對象（DAO）模式來進(jìn)行相關(guān)操作的。

2.3 業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯層采用Spring框架進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，具體業(yè)務(wù)邏輯包含事務(wù)管理和各個(gè)模塊之間的關(guān)系管理等。使用Spring框架，提升表示層與數(shù)據(jù)層之間的整合度，并降低系統(tǒng)整體的耦合度。業(yè)務(wù)配置文件如圖5所示。

為了便于Spring對邏輯層代碼文件進(jìn)行掃描，配置文件首先標(biāo)明代碼文件的位置，之后配置事物管理器Transaction Manager，并在該過程中對數(shù)據(jù)庫連接池進(jìn)行配置，最后編寫業(yè)務(wù)層邏輯代碼。

2.4 控制層實(shí)現(xiàn)

設(shè)計(jì)系統(tǒng)由Spring MVC框架來實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)的整體控制，Spring MVC的配置文件如下圖6所示。

如圖6所示，在Spring MVC配置文件當(dāng)中設(shè)置相關(guān)控制的初始參數(shù)信息，之后根據(jù)設(shè)置的請求分發(fā)給后臺的控制器進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)控制。

3 系統(tǒng)測試

3.1 測試環(huán)境

系統(tǒng)測試軟、硬件環(huán)境分別如表1、表2所示。

3.2 功能測試

登錄模塊測試，系統(tǒng)登陸頁面如圖7所示。

對系統(tǒng)登陸界面進(jìn)行測試，通過正確賬號登陸、錯(cuò)誤賬號登陸及錯(cuò)誤密碼3個(gè)案例對其進(jìn)行測試。測試結(jié)果表明，通過正確賬號能夠登陸系統(tǒng)，而錯(cuò)誤賬號和錯(cuò)誤密碼登陸均提示無法進(jìn)入系統(tǒng)。

3.3 系統(tǒng)功能測試

3.3.1 首頁測試

首頁包括站點(diǎn)統(tǒng)計(jì)（站點(diǎn)類型、電壓等級）、光纜統(tǒng)計(jì)（電壓等級、類型、敷設(shè)方式）、光纜運(yùn)行狀態(tài)（正常、檢修中、待檢修）統(tǒng)計(jì)、光路統(tǒng)計(jì)（光路數(shù)據(jù)是否完整）、設(shè)備性能異常統(tǒng)計(jì)、設(shè)備數(shù)量（廠家、型號）統(tǒng)計(jì)等指標(biāo)的綜合展示，測試結(jié)果如圖8所示。測試表明系統(tǒng)滿足功能要求

3.3.2 資源管理測試

資源管理包括站點(diǎn)、光纜、光路、設(shè)備臺賬管理。站點(diǎn)、光纜、光路、設(shè)備臺賬管理均能夠呈現(xiàn)所有站點(diǎn)列表，可以通過某些篩選條件進(jìn)行篩選展示與導(dǎo)出，且光路管理還能并串接光路，驗(yàn)證光路配線是否完整，不完整的光路顯示哪塊站點(diǎn)配線出現(xiàn)問題，測試如圖9所示。

由圖9可以看出，各項(xiàng)功能均滿足要求。

3.3.3 光配管理測試

光配管理主要包括光配信息維護(hù)、光配信息查看。其中，光配信息維護(hù)按站點(diǎn)配置該站點(diǎn)下配線連接關(guān)系，具體步驟：①創(chuàng)建該站點(diǎn)下配線模塊;②創(chuàng)建配線模塊盤信息，綁定端子與光纜關(guān)系，配置跳纖，維護(hù)用途。光配信息查看則是查看該站點(diǎn)下配線連接關(guān)系。光配管理測試如圖10所示，測試結(jié)果表明：設(shè)計(jì)滿足既定要求。

3.3.4 設(shè)備性能測試

設(shè)備性能分析主要呈現(xiàn)設(shè)備端口性能（收光功率、發(fā)光功率、光口溫度、誤碼狀態(tài)），查看歷史趨勢。光口性能測試如圖11所示，由測試結(jié)果可知，設(shè)計(jì)功能滿足實(shí)際要求。

4 結(jié)語

目前行業(yè)內(nèi)的光纖在線監(jiān)測系統(tǒng)存在滯后及智能化水平較低的問題，造成光纖故障頻發(fā)。本文集合電站光纜系統(tǒng)的實(shí)際需求，從系統(tǒng)架構(gòu)、通訊結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)庫3方面入手設(shè)計(jì)出基于電力通信動靜態(tài)資源的光纜在線監(jiān)測系統(tǒng)，為智能化電站的建設(shè)提供有力的支撐。并詳細(xì)介紹系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)邏輯層及控制層的具體實(shí)現(xiàn)方法。測試表明：系統(tǒng)功能滿足設(shè)計(jì)要求，電站網(wǎng)絡(luò)通訊的智能化水平提升。

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)下一階段引入智能化校核算法，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動校核功能，同時(shí)也會將一些智能化算法融合到系統(tǒng)當(dāng)中。

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