醫(yī)院供配電設(shè)備在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)研究

任云龍，馬新江，許效源

（濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，山東 濱州 256600）

1 研究背景

1.1 醫(yī)院供配電設(shè)備的重要性

醫(yī)院是一個(gè)高度機(jī)電一體化的復(fù)雜建筑，其正常運(yùn)行和醫(yī)療服務(wù)對(duì)供配電設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性提出了嚴(yán)格的要求。醫(yī)院供配電系統(tǒng)是醫(yī)院正常運(yùn)行的重要保障，它與患者的生命安全、疾病的治療效果、醫(yī)院的聲譽(yù)等都有著密切關(guān)系。因此，醫(yī)院供配電設(shè)備的重要性不言而喻。

1.2 醫(yī)院供配電設(shè)備監(jiān)測(cè)存在的問(wèn)題

醫(yī)院供配電設(shè)備的監(jiān)測(cè)是保障醫(yī)院正常運(yùn)行和醫(yī)療服務(wù)的重要措施。然而，在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，仍然存在一些問(wèn)題。

（1）監(jiān)測(cè)方式不夠智能化。目前，大多數(shù)醫(yī)院采用人工值守的方式進(jìn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)，缺乏遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能。這種方式存在人工巡檢周期長(zhǎng)、容易出現(xiàn)漏檢、誤檢等問(wèn)題，對(duì)設(shè)備故障的預(yù)警和處理效率較低。

（2）現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析能力有限。醫(yī)院供配電設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量龐大，分析數(shù)據(jù)需要對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析。但現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析方法普遍存在不夠智能化、不夠準(zhǔn)確、無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析等問(wèn)題，這使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能和準(zhǔn)確度無(wú)法得到有效提升。

（3）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警機(jī)制有待改善。目前，醫(yī)院供配電設(shè)備監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)多以簡(jiǎn)單閾值預(yù)警為主，無(wú)法精確預(yù)測(cè)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，也無(wú)法提前預(yù)警潛在故障。此外，預(yù)警信息的傳遞和處理速度較慢，無(wú)法做到及時(shí)響應(yīng)和處理。

（4）部分醫(yī)院的供配電設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)不夠完善。一些醫(yī)院由于技術(shù)水平和資金限制，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)不夠完善，監(jiān)測(cè)設(shè)備落后，數(shù)據(jù)傳輸和處理速度較慢，預(yù)警功能不完備，影響了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的性能和效果。

2 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能分析

醫(yī)院供配電設(shè)備在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)是一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)供配電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的準(zhǔn)確把握和預(yù)警，以降低設(shè)備故障帶來(lái)的損失。該系統(tǒng)的主要功能包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、故障診斷和預(yù)警等。

（1）系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)醫(yī)院供配電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括供電電壓、電流、溫度、濕度等多種參數(shù)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以通過(guò)傳感器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)采集，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)傳輸后實(shí)時(shí)更新至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

（2）系統(tǒng)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確把握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和性能指標(biāo)，檢測(cè)出潛在的故障風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)故障風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)和分析，提高設(shè)備故障的診斷準(zhǔn)確率和預(yù)警能力。

（3）系統(tǒng)還可以進(jìn)行設(shè)備的故障診斷?；谠O(shè)備狀態(tài)分析和預(yù)警數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以快速識(shí)別設(shè)備故障，并進(jìn)行相應(yīng)的處理和維護(hù)。在發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可以及時(shí)向相關(guān)人員發(fā)出預(yù)警信息，確保故障能夠及時(shí)得到處理，避免對(duì)醫(yī)院正常運(yùn)行和患者安全造成影響。

（4）系統(tǒng)具有強(qiáng)大的預(yù)警功能。系統(tǒng)可以設(shè)置設(shè)備運(yùn)行的預(yù)警閾值，一旦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)閾值，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出警報(bào)，及時(shí)通知相關(guān)人員進(jìn)行處理和維護(hù)。預(yù)警信息可以通過(guò)郵件、短信等方式進(jìn)行傳遞，確保及時(shí)到達(dá)相關(guān)人員手中。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

其系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括硬件、軟件和通信3 個(gè)方面。

（1）硬件部分是系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該部分主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置和網(wǎng)關(guān)組成。傳感器是實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的核心裝置，負(fù)責(zé)采集供配電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括電壓、電流、溫度、濕度等多種參數(shù)。數(shù)據(jù)采集裝置是用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸，它可以通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)方式將采集的數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵模饕?fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理和轉(zhuǎn)發(fā)。硬件部分的設(shè)計(jì)需要考慮到監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量、數(shù)據(jù)采集方式、傳輸距離等多種因素。

（2）軟件部分是系統(tǒng)的核心。該部分主要由數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、分析和預(yù)警等模塊組成。數(shù)據(jù)處理模塊主要負(fù)責(zé)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和整合，保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊是用于將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期存儲(chǔ)，以便于后續(xù)數(shù)據(jù)的查詢(xún)和分析。數(shù)據(jù)分析模塊是實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的準(zhǔn)確把握和預(yù)警。預(yù)警模塊則是將分析結(jié)果轉(zhuǎn)化為實(shí)際的預(yù)警信息，及時(shí)通知相關(guān)人員進(jìn)行處理和維護(hù)。軟件部分的設(shè)計(jì)需要考慮數(shù)據(jù)處理速度、預(yù)警準(zhǔn)確性、軟件架構(gòu)穩(wěn)定性等因素。

（3）通信部分是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸和控制的關(guān)鍵。該部分主要包括有線(xiàn)通信和無(wú)線(xiàn)通信兩種方式。有線(xiàn)通信可以通過(guò)局域網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制，具有傳輸速度快、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)通信可以通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)、WIFI 等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制，具有無(wú)限傳輸距離、設(shè)備靈活性高等優(yōu)點(diǎn)。通信部分的設(shè)計(jì)需要考慮通信方式、傳輸速度和安全性等因素。

2.3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和算法

2.3.1 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（1）傳感器技術(shù)。傳感器是實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的核心裝置，負(fù)責(zé)采集供配電設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。傳感器需要滿(mǎn)足高精度、高可靠性、長(zhǎng)壽命、低成本等多個(gè)方面的要求。

（2）數(shù)據(jù)采集和傳輸技術(shù)。數(shù)據(jù)采集和傳輸技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)，包括有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種方式。有線(xiàn)通信可以通過(guò)局域網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制，具有傳輸速度快、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)線(xiàn)通信可以通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò)、WIFI 等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和控制，具有無(wú)限傳輸距離、設(shè)備靈活性高等優(yōu)點(diǎn)。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理技術(shù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和分析的關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需要滿(mǎn)足數(shù)據(jù)容量大、存儲(chǔ)周期長(zhǎng)、數(shù)據(jù)安全等方面的要求。數(shù)據(jù)處理技術(shù)需要滿(mǎn)足數(shù)據(jù)處理速度快、分析精度高、算法穩(wěn)定等要求。

（4）預(yù)警算法技術(shù)。預(yù)警算法技術(shù)是實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的預(yù)警的核心技術(shù)。該技術(shù)需要根據(jù)設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和建模，通過(guò)設(shè)定閾值和規(guī)則等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的預(yù)警，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理潛在的故障。

2.3.2 系統(tǒng)算法

（1）數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理算法。該算法主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)去噪、數(shù)據(jù)平滑等多種方式，從而保證采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

（2）監(jiān)測(cè)算法。監(jiān)測(cè)算法是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，包括基于模型的監(jiān)測(cè)算法、基于規(guī)則的監(jiān)測(cè)算法、基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的監(jiān)測(cè)算法等多種方式。該算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的準(zhǔn)確把握和預(yù)警。

（3）故障診斷算法。故障診斷算法是用于對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行診斷和分析的算法，包括基于模型的故障診斷算法、基于數(shù)據(jù)挖掘的故障診斷算法、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的故障診斷算法等。通過(guò)該算法，可以對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行快速診斷和分析，從而減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

（4）預(yù)測(cè)算法。預(yù)測(cè)算法是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備未來(lái)狀態(tài)的預(yù)測(cè)，包括基于模型的預(yù)測(cè)算法、基于數(shù)據(jù)挖掘的預(yù)測(cè)算法、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)算法等。通過(guò)該算法，可以預(yù)測(cè)設(shè)備未來(lái)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，提前采取措施避免故障發(fā)生，降低生產(chǎn)損失。

（5）決策算法。決策算法是用于實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備維護(hù)決策的算法，包括基于規(guī)則的決策算法、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的決策算法等。通過(guò)該算法，可以對(duì)設(shè)備維護(hù)計(jì)劃進(jìn)行優(yōu)化，降低維護(hù)成本，提高設(shè)備運(yùn)行效率和生產(chǎn)效率。

3 數(shù)據(jù)采集與處理

3.1 數(shù)據(jù)采集方式的選擇

不同的數(shù)據(jù)采集方式會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性等產(chǎn)生影響。

針對(duì)醫(yī)院供配電設(shè)備在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)的需求，我們可以綜合考慮實(shí)際情況選擇合適的數(shù)據(jù)采集方式。如果需要實(shí)現(xiàn)高速率、高穩(wěn)定性的數(shù)據(jù)傳輸，可以采用有線(xiàn)數(shù)據(jù)采集方式；如果需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的靈活性和無(wú)線(xiàn)覆蓋面積的擴(kuò)展，可以采用無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)采集方式。另外，數(shù)據(jù)采集方式的選擇還需要考慮到成本、設(shè)備安裝維護(hù)等因素，綜合權(quán)衡選擇最合適的方式。

3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理技術(shù)

首先，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理技術(shù)需要考慮數(shù)據(jù)的可靠性和安全性。數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)按照一定的規(guī)范進(jìn)行存儲(chǔ)，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)檢索和查詢(xún)。同時(shí)，數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)也是非常重要的，以防數(shù)據(jù)丟失或損壞。

其次，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理技術(shù)需要考慮數(shù)據(jù)的處理和分析。采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，例如，數(shù)據(jù)的清洗、聚合、查詢(xún)、可視化等。此外，通過(guò)采用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的利用和管理。

最后，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理技術(shù)需要考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和性能。隨著數(shù)據(jù)量的增大和系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)需要能夠支持大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和查詢(xún)，同時(shí)需要具備高可用性和高性能的特點(diǎn)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警算法研究

4.1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的算法

醫(yī)院供配電設(shè)備在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警算法是該系統(tǒng)的核心。它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常情況，通過(guò)發(fā)出預(yù)警信號(hào)來(lái)提醒管理員及時(shí)采取措施，保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。常見(jiàn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警算法包括基于規(guī)則的算法、基于統(tǒng)計(jì)學(xué)的算法、基于模型的算法和深度學(xué)習(xí)算法等。在醫(yī)院供配電設(shè)備在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)中，可以結(jié)合多種算法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和預(yù)警，以達(dá)到最佳的效果。

4.2 設(shè)備故障預(yù)警算法

（1）需要采集和處理大量的設(shè)備數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)包括設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、電氣信號(hào)、振動(dòng)信號(hào)、溫度等多種指標(biāo)。在采集和處理這些數(shù)據(jù)時(shí)，需要考慮數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性，保證數(shù)據(jù)的質(zhì)量。同時(shí)，需要采用合適的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，如濾波、去噪、降維等技術(shù)，使數(shù)據(jù)更加清晰、易于分析。

（2）需要采用合適的數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的分析和挖掘。例如，可以采用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的算法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的分類(lèi)、聚類(lèi)和預(yù)測(cè)。同時(shí)，也可以采用基于規(guī)則的方法，如規(guī)則庫(kù)和專(zhuān)家系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的判斷和診斷。

（3）需要建立合適的預(yù)警模型，將數(shù)據(jù)分析和挖掘的結(jié)果轉(zhuǎn)化為實(shí)際的預(yù)警信息。預(yù)警模型需要考慮到多種因素，如設(shè)備的特性、運(yùn)行環(huán)境、數(shù)據(jù)特點(diǎn)等。通過(guò)建立預(yù)警模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的預(yù)測(cè)和預(yù)警，從而及時(shí)采取措施，保障醫(yī)院的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4.3 預(yù)警決策與處理技術(shù)

預(yù)警決策與處理技術(shù)通常包括以下幾個(gè)方面。

（1）預(yù)警信息處理。預(yù)警信息處理是指對(duì)預(yù)警信息進(jìn)行分析、處理和整合的過(guò)程。該過(guò)程主要包括對(duì)預(yù)警信息的分析，確定故障的性質(zhì)、位置、原因等，以及對(duì)預(yù)警信息進(jìn)行整合，形成全面的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)測(cè)報(bào)告。

（2）預(yù)警決策。預(yù)警決策是指根據(jù)預(yù)警信息的分析和處理結(jié)果，制定相應(yīng)的措施進(jìn)行處理的過(guò)程。預(yù)警決策需要考慮設(shè)備的運(yùn)行情況、設(shè)備的重要性、設(shè)備的維修周期等多方面的因素，以便選擇最優(yōu)的措施，及時(shí)處理設(shè)備故障，保證醫(yī)院的正常供電和運(yùn)行。

（3）控制策略制定?？刂撇呗灾贫ㄊ侵父鶕?jù)預(yù)警決策結(jié)果，制定相應(yīng)的控制策略?？刂撇呗缘闹贫ㄐ枰紤]到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備的重要性、設(shè)備的維修周期等多方面的因素，以便選擇最優(yōu)的控制策略，及時(shí)恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)。

（4）實(shí)施措施。實(shí)施措施是指根據(jù)預(yù)警決策和控制策略的結(jié)果，采取相應(yīng)的實(shí)施措施。實(shí)施措施需要考慮到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備的重要性、設(shè)備的維修周期等多方面的因素，以便選擇最優(yōu)的實(shí)施措施，及時(shí)恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，醫(yī)院供配電設(shè)備在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的智能化管理和精準(zhǔn)化預(yù)警，最大限度地保障醫(yī)院供電的穩(wěn)定性和安全性。未來(lái)，還需要繼續(xù)深入研究和探討，不斷完善本系統(tǒng)的性能和功能，以更好地滿(mǎn)足醫(yī)院供電管理的需求，為醫(yī)院的安全運(yùn)行和患者的健康服務(wù)提供可靠的保障。