水利工程智能運(yùn)維“云-網(wǎng)-端”全鏈路監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

談 震，舒依娜，劉 敏，楊興旺

（南瑞集團(tuán)（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院）有限公司，南京 211000）

0 引 言

引供水工程信息化系統(tǒng)的建設(shè)僅僅實(shí)現(xiàn)了需求功能，而功能作用的充分發(fā)揮往往需要依賴后期的系統(tǒng)運(yùn)維來實(shí)現(xiàn)［1］。因此，引供水工程運(yùn)維系統(tǒng)的管理亦是重中之重。而引供水工程輸水總干渠距離長(zhǎng)，干渠、支渠、輸水管線眾多，工程涉及城市供水、灌溉用水。具有輸水線路長(zhǎng)、自動(dòng)化信息化系統(tǒng)規(guī)模大、點(diǎn)多面廣的特點(diǎn)［2］，在運(yùn)維管理上，存在重建輕維、站點(diǎn)多、系統(tǒng)多、設(shè)備廠商多、地域分布廣、一線運(yùn)維人員缺乏、運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)不完善、運(yùn)維支撐工具缺乏等業(yè)務(wù)痛點(diǎn)［3-5］。為有效解決上述問題，舒依娜等［6］運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、GIS、BIM 等高新技術(shù)，結(jié)合“智慧管控”理念實(shí)現(xiàn)了千島湖引水工程的綜合管理系統(tǒng)開發(fā)；張社榮等［7］采用分類樹數(shù)據(jù)管理體系管理數(shù)據(jù)，解決后期運(yùn)維中多源數(shù)據(jù)繁雜不易管理的問題；李獻(xiàn)忠等［8］以及蓋海英［9］皆采用BIM+GIS融合技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等手段，解決長(zhǎng)距離引水工程運(yùn)行管理需求。

因此，為保證水利工程（特別是長(zhǎng)距離引供水工程）“云-網(wǎng)-端”全鏈路的基礎(chǔ)IT設(shè)施、現(xiàn)地測(cè)控設(shè)備和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行和最大發(fā)揮性能，需要通過研究全鏈路監(jiān)控的水利自動(dòng)化智能運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)，建立一套水利工程智能運(yùn)維系統(tǒng)，涵蓋傳統(tǒng)IT 設(shè)備與現(xiàn)地設(shè)備的整體運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)全面及時(shí)的設(shè)備狀態(tài)采集，精準(zhǔn)的遠(yuǎn)程故障定位，簡(jiǎn)單智能的操作，最終能實(shí)現(xiàn)科學(xué)決策支持、降低人力成本、改變被動(dòng)運(yùn)維現(xiàn)狀、突發(fā)事件的快速應(yīng)變和處理、減小管控壓力、簡(jiǎn)化故障診斷定位并形成運(yùn)維數(shù)據(jù)累計(jì)與分析，最終全面提升工程應(yīng)用運(yùn)行的安全性與可靠性。

1 主要特點(diǎn)與需求分析

隨著水利信息化建設(shè)的不斷深入，“云-網(wǎng)-端”的架構(gòu)也逐漸應(yīng)用于“互聯(lián)網(wǎng)+水利行業(yè)”，在全鏈路的水利各類信息系統(tǒng)中，用于支撐的IT基礎(chǔ)設(shè)施以及水利類工程特有的采集、監(jiān)測(cè)、計(jì)量、控制等專業(yè)現(xiàn)地測(cè)控設(shè)備及各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)量越來越多、通信方式越來越復(fù)雜，使得水利工程全鏈路的信息系統(tǒng)環(huán)境變得龐大而復(fù)雜。

由于水利工程信息化通信當(dāng)前的特點(diǎn)，給水利工程設(shè)備運(yùn)維管理帶來以下痛點(diǎn)：①數(shù)據(jù)中心與現(xiàn)地傳感采集設(shè)備的運(yùn)維缺乏整體性，市面上的通用運(yùn)維軟件都無法有效支撐；②現(xiàn)地的傳感采集設(shè)備分布很廣，故障定位，日常運(yùn)維大多要去本地，通過現(xiàn)地PLC 開展，非常消耗人力與時(shí)間；③運(yùn)行維護(hù)的數(shù)據(jù)中心和現(xiàn)地的各類設(shè)備，通信，軟件的狀態(tài)獲取不準(zhǔn)確，不全面，不及時(shí)，不智能，導(dǎo)致運(yùn)維工作，處理異常滯后；④采集端到使用端的數(shù)據(jù)連通性是運(yùn)維的關(guān)鍵點(diǎn)，沒有有效的方法支撐全鏈路的故障快速定位；⑤運(yùn)行人員信息化水平較低，不掌握信息化工具使用技能，需要有人性化，智能化，易于使用的手段給予支撐；⑥新型管理理念，方法和技術(shù)在日常運(yùn)維中都運(yùn)用不足。

為了解決以上痛點(diǎn)，急需打造一款貼合工程應(yīng)用水利工程信息化系統(tǒng)運(yùn)維管理實(shí)際需求，解決日常運(yùn)行痛點(diǎn)，同時(shí)體現(xiàn)運(yùn)維管理新理念，運(yùn)用最新數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)技術(shù)，實(shí)用，先進(jìn)的專業(yè)智慧運(yùn)維系統(tǒng)，需求如下：第一要滿足實(shí)際需求，系統(tǒng)要高度關(guān)注設(shè)備與鏈路的可用性，做到全鏈路、端到端的設(shè)備監(jiān)控，對(duì)業(yè)務(wù)視角的故障做到精準(zhǔn)定位；第二解決行業(yè)痛點(diǎn)，系統(tǒng)必須涵蓋傳統(tǒng)IT 設(shè)備與現(xiàn)地設(shè)備，做到全面、及時(shí)的對(duì)各個(gè)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行采集處理，然后精準(zhǔn)定位全鏈路上的遠(yuǎn)程故障，操作要簡(jiǎn)單、人性化、智能化；第三體現(xiàn)新理念，在傳統(tǒng)IT運(yùn)維理念的基礎(chǔ)上做到基于中心驅(qū)動(dòng)的運(yùn)維管理，基于事件驅(qū)動(dòng)的運(yùn)維流程和基于邊緣計(jì)算的快速響應(yīng)三點(diǎn)；第四是要運(yùn)用新技術(shù)，系統(tǒng)在大眾使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上融合云技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，移動(dòng)技術(shù)和人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)中心的云環(huán)境運(yùn)維，基于物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)地狀態(tài)采集，基于移動(dòng)技術(shù)的事件通知和基于知識(shí)圖譜、決策樹技術(shù)的智能分析四點(diǎn)突破。

2 關(guān)鍵技術(shù)路線

（1）“云-網(wǎng)-端”全鏈路監(jiān)控的運(yùn)維采集技術(shù)。充分結(jié)合工程應(yīng)用中水利工程（特別是長(zhǎng)距離引供水工程）設(shè)施建設(shè)與部署現(xiàn)狀，研究分析在“云-網(wǎng)-端”物聯(lián)架構(gòu)下水利自動(dòng)化智能運(yùn)維應(yīng)用場(chǎng)景、關(guān)鍵數(shù)據(jù)釆集指標(biāo)、業(yè)務(wù)應(yīng)用流程；研究水利設(shè)施在“云-網(wǎng)-端”物聯(lián)架構(gòu)下的全鏈路監(jiān)控采集部署方式、關(guān)鍵指標(biāo)的采集技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水利設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)的采集與深度感知。

（2）基于水利業(yè)務(wù)場(chǎng)景的自動(dòng)化智能運(yùn)維技術(shù)。在“云-網(wǎng)-端”物聯(lián)架構(gòu)下，通過信息化技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合，研究工程應(yīng)用中水利設(shè)備全鏈路狀態(tài)采集下的故障智能定位技術(shù)、智能告警技術(shù)，當(dāng)發(fā)生現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)無法獲取等故障與異常時(shí)，使用業(yè)務(wù)拓?fù)洌詷I(yè)務(wù)視角的全狀態(tài)、全端口、全鏈路的故障定位分析，為實(shí)現(xiàn)水利自動(dòng)化智能運(yùn)維提供技術(shù)支撐。

（3）基于云-邊協(xié)同的水利自動(dòng)化運(yùn)維模式。結(jié)合工程應(yīng)用中水利自動(dòng)化智能運(yùn)維應(yīng)用業(yè)務(wù)場(chǎng)景，研究水利設(shè)施在基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下的“統(tǒng)一運(yùn)維、統(tǒng)一工單、統(tǒng)一告警”的云-邊協(xié)同自動(dòng)化運(yùn)維模式。以水利工程全設(shè)備、全鏈路、端到端的監(jiān)視為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)以事件處理為驅(qū)動(dòng)的設(shè)備監(jiān)控、分析告警、故障定位、故障處理、設(shè)備評(píng)價(jià)與監(jiān)控告警優(yōu)化的運(yùn)維流程。完成水利自動(dòng)化智能運(yùn)維平臺(tái)設(shè)計(jì)與軟件研發(fā)，打造一款貼合水利工程信息化系統(tǒng)運(yùn)維管理實(shí)際需求，解決日常運(yùn)行痛點(diǎn)，同時(shí)體現(xiàn)運(yùn)維管理新理念，為實(shí)現(xiàn)“全面覆蓋、深度感知、專業(yè)導(dǎo)向、智能決策”水利自動(dòng)化運(yùn)維體系提供理論與實(shí)踐支撐。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

工程應(yīng)用中引供水工程智能運(yùn)維系統(tǒng)是基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理，監(jiān)視控制，移動(dòng)通信，云服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)，智能邊緣分析等技術(shù)，針對(duì)水利工程（特別是長(zhǎng)距離引供水工程）的智能化全鏈路軟硬件運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)，邏輯構(gòu)成主要包括物理設(shè)備層、數(shù)據(jù)采集層、配置接入層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、管理應(yīng)用層等五部分，業(yè)務(wù)應(yīng)用主要包括PC+App+大屏的可視化展示、臺(tái)賬-告警不同維度的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表、告警-定障-工單一體化的管理應(yīng)用等。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架Fig.1 Overall system framework

系統(tǒng)內(nèi)部主要包括以下核心部分：

物理設(shè)備層，不僅包括機(jī)房?jī)?nèi)的主機(jī)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、軟件等，也包括了現(xiàn)地各站點(diǎn)不同專業(yè)的監(jiān)測(cè)設(shè)備、安防設(shè)備等。該層包含了水利工程全鏈路上所有帶網(wǎng)口光口的軟硬件設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)全鏈路設(shè)備臺(tái)賬分門別類的整理，并按照實(shí)際情況配置全鏈路的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

數(shù)據(jù)采集層，該層主要用于對(duì)全鏈路軟硬件設(shè)備的信息采集，包括設(shè)備基礎(chǔ)信息和告警信息等。采集方式按照設(shè)備地理位置分為兩種，機(jī)房設(shè)備信息采集和現(xiàn)地設(shè)備信息采集。機(jī)房設(shè)備的信息采集使用有線傳輸方式，現(xiàn)地設(shè)備信息采集使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸。

配置接入層，配置各種類型設(shè)備需要采集的信息，通過ip地址互聯(lián)，接入數(shù)據(jù)采集層過來的各設(shè)備的基礎(chǔ)信息、告警信息。

3.2 系統(tǒng)部署架構(gòu)設(shè)計(jì)

按照智慧水利新提出的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)，將全鏈路網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為控制區(qū)和管理區(qū)，由于控制區(qū)必須嚴(yán)格保證數(shù)據(jù)安全性的特點(diǎn)，系統(tǒng)執(zhí)行跨安全區(qū)部署，整體部署架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)整體部署架構(gòu)Fig.2 Overall system deployment architecture

控制區(qū)由一臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和一臺(tái)采集服務(wù)器組成，采集服務(wù)器用于采集控制區(qū)軟硬件設(shè)備信息同步至數(shù)據(jù)庫內(nèi)。管理區(qū)由一臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、一臺(tái)采集服務(wù)器、一臺(tái)Web 服務(wù)器、一臺(tái)鏡像采集服務(wù)器組成，采集服務(wù)器用于采集管理區(qū)軟硬件設(shè)備信息同步至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，Web 服務(wù)器用于系統(tǒng)Web 展示?？刂茀^(qū)與管理區(qū)中間網(wǎng)絡(luò)通過隔離裝置進(jìn)行物理隔離，通過隔離裝置自帶的數(shù)據(jù)同步軟件將控制區(qū)采集到的設(shè)備信息同步至管理區(qū)數(shù)據(jù)庫內(nèi)，通過Web 頁面就實(shí)現(xiàn)控制區(qū)和管理區(qū)所有設(shè)備的信息展示。

3.3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.3.1 總體設(shè)計(jì)思路

以工程應(yīng)用中水利工程全設(shè)備、全鏈路、端到端的監(jiān)視為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)以事件處理為驅(qū)動(dòng)的設(shè)備監(jiān)控、分析告警、故障定位、故障處理、設(shè)備評(píng)價(jià)與監(jiān)控告警優(yōu)化的運(yùn)維流程。系統(tǒng)總設(shè)計(jì)如圖3所示，包括以下幾大核心功能：

圖3 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)Fig.3 General system design

（1）臺(tái)帳與配置管理。運(yùn)維設(shè)備臺(tái)帳包括IT 軟硬件、監(jiān)測(cè)設(shè)備與機(jī)電設(shè)備，實(shí)現(xiàn)水利工程設(shè)備全覆蓋；監(jiān)控指標(biāo)重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備可用性指標(biāo)與鏈路連通性指標(biāo)；實(shí)現(xiàn)臺(tái)帳與Zabbix/物聯(lián)代理的無縫配置對(duì)接。

（2）設(shè)備監(jiān)視采集。監(jiān)視采集對(duì)象涵蓋數(shù)據(jù)中心IT 軟硬件設(shè)備與現(xiàn)地設(shè)備；數(shù)據(jù)中心IT 軟硬件設(shè)備監(jiān)視采集使用Zabbix；現(xiàn)地設(shè)備的監(jiān)視采集使用物聯(lián)代理裝置；支持分布式部署，使用4G通道上傳現(xiàn)地采集數(shù)據(jù)。

（3）監(jiān)視告警。監(jiān)視告警是全鏈路，端到端的監(jiān)視告警；以物理拓?fù)浜蜆I(yè)務(wù)拓?fù)涞哪Ｊ饺嬲故拒浻布O(shè)備與鏈路的可用性狀態(tài)；支持對(duì)現(xiàn)地設(shè)備以邊緣計(jì)算的方式快速分析與告警通知，提高故障響應(yīng)速度。

（4）運(yùn)維操作。以運(yùn)維事件驅(qū)動(dòng)開展日常運(yùn)維操作流程；以業(yè)務(wù)系統(tǒng)視角進(jìn)行故障定位與故障診斷；快速生成工單，以APP 或短信等多種方式下發(fā)給運(yùn)維人員；滿足水利工程業(yè)務(wù)流程特點(diǎn)。

（5）智能評(píng)價(jià)。跟蹤故障處理過程與處理效果，自動(dòng)根據(jù)故障處理結(jié)果調(diào)整與優(yōu)化監(jiān)控與告警配置；建立水利水電設(shè)備運(yùn)維知識(shí)圖譜與決策樹，開展設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果調(diào)整與優(yōu)化監(jiān)控與告警配置。

3.3.2 各模塊設(shè)計(jì)思路

臺(tái)賬管理以四點(diǎn)為核心設(shè)計(jì)方向，具體包括設(shè)備全覆蓋、數(shù)據(jù)可關(guān)聯(lián)、類型可擴(kuò)展、屬性可定義。如圖4所示。

圖4 臺(tái)賬管理Fig.4 Account management

設(shè)備全覆蓋，臺(tái)賬管理中的設(shè)備必包含全鏈路所有設(shè)備，除傳統(tǒng)IT軟硬件設(shè)備以外，還包括各專業(yè)現(xiàn)地監(jiān)測(cè)設(shè)備和現(xiàn)地機(jī)電設(shè)備等；數(shù)據(jù)可關(guān)聯(lián)，臺(tái)帳數(shù)據(jù)第一要具備與其他管理系統(tǒng)關(guān)聯(lián)集成的能力，第二要與采集引擎Zabbix 和物聯(lián)代理進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)集成；類型可擴(kuò)展，操作人員可以靈活的擴(kuò)展定義系統(tǒng)所需要的設(shè)備類型，以滿足不用應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)不同運(yùn)維類型設(shè)備的監(jiān)視需求；屬性可定義，操作人員可以對(duì)不同設(shè)備類型中的差異屬性靈活自定義，也可以對(duì)不同類型設(shè)備的公共屬性抽取共用。

監(jiān)控配置管理以四點(diǎn)為核心設(shè)計(jì)方向，具體包括簡(jiǎn)化配置、關(guān)注核心需求、行業(yè)定制化、支持遠(yuǎn)程配置維護(hù)。如圖5所示。

圖5 監(jiān)控配置管理Fig.5 Monitoring configuration management

簡(jiǎn)化配置，系統(tǒng)通過Zabbix API封裝的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)IT軟硬件設(shè)備的監(jiān)控配置管理，通過MQTT 協(xié)議與物模型實(shí)現(xiàn)對(duì)物聯(lián)代理裝置采集配置的管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)地設(shè)備的監(jiān)控與告警設(shè)置；關(guān)注核心需求，在監(jiān)控與告警配置上，重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備的可用性與鏈路的連通性等核心業(yè)務(wù)需求；行業(yè)定制化，在配置設(shè)置上考慮水利工程特點(diǎn)，充分考慮監(jiān)控對(duì)象、監(jiān)控采集指標(biāo)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集頻率、監(jiān)控采集協(xié)議支持、數(shù)據(jù)保留周期、數(shù)據(jù)傳輸方式、監(jiān)控項(xiàng)設(shè)防等需求；支持遠(yuǎn)程配置維護(hù)，系統(tǒng)充分利用Zabbix的分布式架構(gòu)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程配置維護(hù)。

監(jiān)視采集分為數(shù)據(jù)中心設(shè)備監(jiān)視采集和現(xiàn)地站點(diǎn)設(shè)備監(jiān)視采集兩部分。如圖6所示。

圖6 監(jiān)視采集Fig.6 Monitoring collection

數(shù)據(jù)中心設(shè)備監(jiān)視采集中，主機(jī)、服務(wù)器類設(shè)備通過Zabbix agent 采集軟件監(jiān)視采集信息上傳數(shù)據(jù)，軟件進(jìn)程類通過Zabbix agent調(diào)用Python 腳本方式上傳數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)類設(shè)備例如交換機(jī)路由器等通過開啟Snmp 協(xié)議獲取信息上傳數(shù)據(jù)。所有獲取到的設(shè)備信息傳送至Zabbix 控制臺(tái)進(jìn)行信息整理處理，然后傳輸至數(shù)據(jù)庫中，最后在系統(tǒng)Web頁面進(jìn)行展示。

現(xiàn)地監(jiān)視采集通過在現(xiàn)地站點(diǎn)部署物理代理裝置實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代站點(diǎn)設(shè)備的監(jiān)視采集。如圖7所示。

圖7 現(xiàn)地監(jiān)視采集Fig.7 Local monitoring and acquisition

物聯(lián)代理裝置通過串口與LCU 連接，通過Modbus 協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)LCU 及與LCU 連接的監(jiān)測(cè)傳感器、機(jī)電設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)采集；物聯(lián)代理裝置通過網(wǎng)口與現(xiàn)狀的交換機(jī)、工作站等設(shè)備連接，通過Agent、Snmp 等協(xié)議實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代站點(diǎn)交換機(jī)、工作站設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)采集。

物聯(lián)代理裝置對(duì)采集的數(shù)據(jù)以MQTT 物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行封裝，并上傳到Zabbix 控制臺(tái)進(jìn)行信息整理處理，然后傳輸至數(shù)據(jù)庫中，最后在系統(tǒng)Web 頁面進(jìn)行展示。物聯(lián)代理裝置在現(xiàn)地對(duì)采集的數(shù)據(jù)根據(jù)告警規(guī)則進(jìn)行邊緣計(jì)算分析，如有異常發(fā)生，可第一時(shí)間以短信的方式通知相關(guān)運(yùn)維人員，加快現(xiàn)場(chǎng)故障處理速度。

全鏈路的拓?fù)湔故緦?shí)現(xiàn)從現(xiàn)地傳感器到主調(diào)中心應(yīng)用服務(wù)器之間完整網(wǎng)絡(luò)鏈路的狀態(tài)監(jiān)視與拓?fù)湔故?，包括設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)與告警的監(jiān)視與拓?fù)湔故尽⒃O(shè)備物理接口與接口間的連接狀態(tài)監(jiān)視與展示、應(yīng)用進(jìn)程與進(jìn)程間邏輯端口狀態(tài)監(jiān)視與展示。如圖8所示。

圖8 全鏈路拓?fù)湔故綟ig.8 Full link topology display

業(yè)務(wù)視角的故障定位分析以業(yè)務(wù)視角的全狀態(tài)，全端口，全鏈路的故障定位分析，當(dāng)發(fā)生現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)無法獲取等故障與異常時(shí)，使用業(yè)務(wù)拓?fù)?，以業(yè)務(wù)視角進(jìn)行全設(shè)備狀態(tài)、全端口、全鏈路的自動(dòng)故障定位分析。具體流程如下，進(jìn)程狀態(tài)檢查，進(jìn)程端口檢查，服務(wù)器狀態(tài)檢查，服務(wù)器接口檢查，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備檢查，網(wǎng)絡(luò)鏈路檢查，工控設(shè)備檢查，傳感裝置檢查，工單生成與派發(fā)。如圖9所示。

圖9 業(yè)務(wù)故障定位Fig.9 Service fault location

4 典型應(yīng)用

甘肅某大型引供水工程，東西寬約85 km，南北長(zhǎng)約110 km。整個(gè)鏈路上接入LCU 設(shè)備約72 臺(tái)，主機(jī)服務(wù)器類設(shè)備約54 臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備約47 臺(tái)，其他類型設(shè)備包括攝像頭、RTU、NDA等約197臺(tái)，接入監(jiān)管率約99.7%。

青海某大型引供水工程，干渠總長(zhǎng)122.61 km，其中暗涵長(zhǎng)13.84 km；隧洞64 座，總長(zhǎng)80.40 km；渡槽52 座，總長(zhǎng)12.45 km；倒虹吸8 座，總長(zhǎng)15.93 km；其他渠系建筑物101 座。支渠共29條，總長(zhǎng)320.96 km，其中明渠99.74 km，管道段總長(zhǎng)151.28 km。整個(gè)鏈路接入LCU 設(shè)備約128 臺(tái)，主機(jī)服務(wù)器類設(shè)備約64 臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備約52 臺(tái)，其他類型設(shè)備包括攝像頭、RTU、NDA 等約264臺(tái)，接入監(jiān)管率約99.8%。

浙江某大型引供水工程，工程路線總長(zhǎng)113 km，隧洞襯后洞徑6.7 m，全線一共32 個(gè)現(xiàn)地站點(diǎn)，設(shè)有16 處交通洞，5 處埋管，1 處穿江隧洞，1 處穿江倒虹管。整個(gè)鏈路上接入LCU 設(shè)備約53 臺(tái)，主機(jī)服務(wù)器類設(shè)備約213 臺(tái)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備約172 臺(tái)，其他類型設(shè)備包括攝像頭、RTU、NDA等約683臺(tái)，接入率約99.8%。

平臺(tái)在運(yùn)維地域上實(shí)現(xiàn)支持廣范圍，長(zhǎng)距離，流域級(jí)別的運(yùn)維監(jiān)控管理；在運(yùn)維對(duì)象上，既支持傳統(tǒng)的IT 信息設(shè)備的監(jiān)控運(yùn)維，又支持工控PLC 設(shè)備的監(jiān)控運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)信息與工控的有效融合；在運(yùn)維架構(gòu)上，既支持調(diào)度中心級(jí)集中式運(yùn)維又支持現(xiàn)地站點(diǎn)級(jí)的分布式運(yùn)維架構(gòu)；在網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)上，支持管理區(qū)與控制區(qū)的集中運(yùn)維管理實(shí)現(xiàn)。

平臺(tái)在功能實(shí)現(xiàn)上，以運(yùn)維臺(tái)帳作為核心基礎(chǔ)功能，通過采集引擎完整全面收集運(yùn)維對(duì)象的基礎(chǔ)信息以及運(yùn)行狀態(tài)信息；然后通過流域級(jí)別的運(yùn)維拓?fù)湟晥D，展示當(dāng)前設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與網(wǎng)絡(luò)鏈路的連通狀態(tài)，也能從業(yè)務(wù)的維度展示關(guān)鍵業(yè)務(wù)涉及的軟硬件設(shè)備、鏈路狀態(tài)以及對(duì)應(yīng)服務(wù)進(jìn)程的運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，通過Web 或者APP 進(jìn)行告警，根據(jù)告警信息生成工單，通過工單派發(fā)進(jìn)行告警故障處理并且可以通過組屏圖有效指導(dǎo)運(yùn)維人員找到需要維護(hù)的設(shè)備；故障處理完畢后可以通過運(yùn)維知識(shí)庫積累運(yùn)維故障處理經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)在派發(fā)工單中，可以利用知識(shí)庫檢索智能找出故障的處理建議與方案，為故障排除處理提供輔助；在數(shù)據(jù)分析報(bào)表方面，提供整體運(yùn)維態(tài)勢(shì)統(tǒng)計(jì)分析展示功能，從宏觀上查看流域設(shè)備在線率，在線分布，故障率及故障分布，并統(tǒng)計(jì)故障處理執(zhí)行情況從不同維度生成月報(bào)。

通過平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的功能解決了引供水工程由于工程范圍廣，距離長(zhǎng)，站點(diǎn)多，設(shè)備雜，通信線路節(jié)點(diǎn)多導(dǎo)致的人力巡檢巡視困難，周期間隔長(zhǎng)，難以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障；缺少故障精準(zhǔn)定位與根因判斷的支持手段，設(shè)備維護(hù)搶修成難以有針對(duì)性的進(jìn)行，效率低，耗時(shí)長(zhǎng)，維護(hù)本高；工程設(shè)備中以工控系統(tǒng)，工控PLC 設(shè)備為主體，傳統(tǒng)的運(yùn)維系統(tǒng)以傳統(tǒng)IT 設(shè)備為主，在通信協(xié)議，規(guī)約，監(jiān)控方式等方面存在巨大的差異，傳統(tǒng)IT運(yùn)維軟件難以實(shí)現(xiàn)對(duì)工控設(shè)備的運(yùn)維監(jiān)控管理，缺少有效的運(yùn)維支撐工具等問題，在工程應(yīng)用中具有重大意義。

5 結(jié) 語

長(zhǎng)距離引配水工程建設(shè)是關(guān)系民生的重大工程，其重要性不言自明，人工管理、傳統(tǒng)自動(dòng)化管理、簡(jiǎn)單信息化管理的方式已不能滿足復(fù)雜引水工程的軟硬件運(yùn)維需求，基于云網(wǎng)端全鏈路監(jiān)控的水利自動(dòng)化智能運(yùn)維關(guān)鍵技術(shù)研究將對(duì)引供水工程自動(dòng)化的運(yùn)維工作具有重要實(shí)踐意義。本文以三個(gè)大型配水工程為例，結(jié)合其特點(diǎn)開展工程應(yīng)用水利信息化智能運(yùn)維系統(tǒng)需求分析，對(duì)平臺(tái)總體架構(gòu)、部署架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)等進(jìn)行全面研究與設(shè)計(jì)，為類似的長(zhǎng)距離引配水工程軟硬件運(yùn)維領(lǐng)域提供了理論依據(jù)和技術(shù)參考。

但是展望未來，社會(huì)在一步步進(jìn)入大數(shù)據(jù)、人工智能時(shí)代，在長(zhǎng)距離配水工程軟硬件運(yùn)維中，需要建設(shè)的內(nèi)容和突破的技術(shù)還有很多，建設(shè)一個(gè)全國(guó)乃至全世界范圍內(nèi)的開源的水利工程運(yùn)維知識(shí)圖譜來更高效的提出解決方案、突破現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)決策組件和自動(dòng)化工具來完全取代人工、形成新時(shí)代的運(yùn)維大數(shù)據(jù)平臺(tái)等還需要進(jìn)一步的研究和探討。引供水工程智能運(yùn)維下一步目標(biāo)就是在基于現(xiàn)有的內(nèi)容技術(shù)基礎(chǔ)上，逐步研究運(yùn)用新興的IT 運(yùn)維技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，最終實(shí)現(xiàn)在工程應(yīng)用中長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)鏈路設(shè)備運(yùn)維中解放人、取代人、超越人的目標(biāo)。