2017年11月 NOV.2017 江苏水利 JIANGSU WATER RES0URCES 信息化与物联网 63 水文测站远程状态监控与智能化运行维护系统 设计与实现 许兴武 ,金惠英2,胡 阳 ,高 屹2,马玮骏2,潘云鹏 (1.南京市三汊河河口闸管理处,江苏南京210036; 2.南京金水尚阳信息技术有限公司,江苏南京210014) 摘要:水文测站,是最重要的水文基R_r-作单元,是水文测验和搜集相关情报预报信息的 主要基地。针对水文测站管理手段有限,主要依靠有限的人力进行管理,缺乏自动化、智 能化的水文水资源站网管理方法和手段的现状,设计并开发了测站远程状态监控与运维 系统,实现了测站设备实时工况数据的采集、汇集、展示,并对运行和维护情况进行管理 和分析。 关键词:水文测站;运行维护;智能化 中图分类号:TP311.52 文献标识码:B 文章编号:1007-7839(2017)1 1—0063—05 Design and implement on remote monitoring and intelligent operation and maintenance system of hydrological station XU Xingwu ,JIN Huiying2,HU Yang ,GAO Qi ,MA Weijun ,PAN Yunpeng (1.Nanjing Sancha River Estuary Gate Administration,Nanjing 210036,Jiangsu; 2.Nanjing Jinshui Shangyang Information Technology Co.,Ltd,Nanjing 210000,Jiangsu) Abstract:Hydrological station is the most important unit of hydrological basic work,and the main base for hydrological tests and information collection.According to the status of limited management methods on hydrological station and the lack of automatic and intelligent management methods and means of hydrological water resources station network,remote monitoring and intelligent operation and maintenance system of hydrological station was designed and developed,which realized the real-time condition data collection, influx and display of the station equipment.And the operation and maintenance were managed and analyzed. Key words:hydrological station;operation and maintenance;intelligent 0 引言 站运行状态,及时发现故障并高效、合理地安排 人员进行维护,以保障水文测站的安全、可靠运行, 水文测站是最重要的水文基础工作单元,肩 是测站管理部门面临的重要课题。随着测站数目 负着水文测报和水文服务等基本工作,是搜集相 的增多,人员的相应增加和装备的大量投入,测 关水文情报信息的主要基地[1-2]o如何实时监控测 站的管理工作更加繁重 。面对繁重的测站管理 收稿日期:2017—07—17 作者简介:许兴武(1974一),男,本科,高工,主要从事水利信息化及水利工程管理方向的研究工作。 2017年1 1月 r:fi ,传统的管理模式弊端逐渐{ul露m米,测站 管理的fh息化、网络化、智能化成为测站提高管 效率的父键步骤之一14 512.1数据汇集层 数据tl:集层通过集成 洲站RT【_(远 终端 ,元)r}I的监测程序收集测站电源、电 技传感 义针对目前水义测站箭理缺乏自动化、智 能化管 远程状忿 法和手段的现状,设计 开发_r测站 与运维系统,实现J,测站波备实时 T况等信息,并通过网络上传至数据库,实现测 站运行状态信息的 l1,J-d ̄集 . 2.2数据层 r况数拂 的采集、汀:集、展示,歼 于1-作流技术 J 洲站运行维j,l过程的自动化. .数 层作为系统的数据核心,为系统应川提 供 础数据支持 数据库系统采J{j分 没汁模 式,具备良好的一致性、完 性、lt 腱性乖l1埸小 , 1 系统设计思路和目标 水文测站远程状态监控与错能化运维系统着 ] 水义测站运行维护1_作frj, rj动化、 能化实 现 本系统主要完成2个厅面的功能:(1)测站实 时l 况数据汇集..陔功能通过集成在测站RTU 在兼顾现有应ff]tlgl,dIt,/,提供丁 级扩展的接几 数 库系统分为2个层次,第1个层次的数 据主要来源于数据{I=集系统,数 库设计主要考 虑如何将测站数据汀 集平 汇集的各类测站数据 实时、准确地仔储l卡l{火问题,测站l 况数 库化 f陔层i=欠 、测站工况数据库分 缓冲数据 、实 时数据库 历史信息库,其中 时数据库仃储测 站传感器采集l并_ 报的最新原始数据,该 主要 J}j。y-_l二层应,Itjfr0实I1、J‘数据刷新 腮,J=:,捉尚数据 访问效率 ,实时信息库仔储测站传感器采集许I 报的近7_人的原始数据,该库使用按[I,jLI' ̄1J滚动存 (远程终端 元) 的监测程序收集测站电源、电 及传感 等测站l 信息,并通过『舣J络一I 传至数 据库,实脱测站运行状态信息的实时监测、收集。(2) 洲站运行维护管理卞Il块,该模块根据洲站运行状 态信息,埘测站故障进行预警和定位,并根据故 障情况『I动生成 f匕l 两 ,许进行人员和设备的r1动 储的策略 史信息库存储测站传感器采集 f 报的所有 始数据,陔库长期存储测站f:-}14的数 据。 2 系统结构 系统分为数据汇集层、数 、应川层干¨表 第2个层次主 绕满足测站运行维护系统 所需信息i(ii进行设、lf‘,卡要包括故障信息库、1一 爪层 系统整体结构殳【1图1所示。 单信息库、人员信息库、设备信息库、测站巡检维 表为÷层 远 l1【、终 (w E、1)J jlJ) 、 扳I J (w E、h J、 川) J、、, 【i[J!lj Jj 友杖 { l j0l0tlIl 线! 找 l I {}彳 lf 分射 j l1}J 』,: l 应用层 芷 { 洲站巡伶维 J 系统 人 搜测站侪f I资 竹 】f.f1I流,JI l I 表格纠【 』 统 数 lJ拨l『 I J : l Gls、 I台 l 农引擎 ll l 广:=二二二二二二 广:==二二二二二二>彤纠l f I ㈠ 访 制模块 l =二二 r 二二二二二二二 数据层 f {洲 I故拙 lI、j l^ J lI 洲息站敞jt£-Pi小, 』 ———————————————— ————————————一 ———数捌汇集 I : 摔十 j火 l l微从 l l模块 1 测站t l I 洲 z l …一 I 删蜘 f 图l 水文测站远程状态监控与智能化运行维护系统结构 第l I期 许兴武,等:水文测站远程状态监控与智能化运行维护系统设计与实现 65 护信息库、采购信息库、备件库存信息库、工作设 应用基础设施,主要完成数据的统一访问、公共 备信息库等。其中故障信息库存储测站的故障信 服务和对上层专业应用的支持,由统一数据库访 息,该信息主要根据测站工况监测数据按规则判 问接口、访问控制、公共服务组件库和各类服务引 断测站是否发生故障,若发生故障则将故障信息 擎组成。 写入故障信息库。工单信息库存储各类工单信息, 在应用支撑平台之上,可以构建直接面向用 包括测站安装调试工单、测站巡检工单、采购工 户的各种业务应用子系统,主要包括测站安装、测 单、派车工单等等,工单信息库主要用于记录运 站在线监控子系统、测站巡检维护子系统、人员 维过程中所有工作量信息。人员信息库存储汇集 及测站备件资源管理子系统和指标统计分析等子 与运维云端中包含的各类人员信息,包括人员基 系统。 本信息、工资绩效信息等。GISf8 信息库存储地图 2.4表示层 相关信息,包括人员的定位信息、最优路径信息、历 表示层提供了用户使用系统功能的接口。系 史路径信息等。统计信息库存储各类指标统计信 统基于w幽技术,开发网页版的用户界面。用户只 息,包括测站安装调试情况统计、测站运行情况 要安装Web客户端就可以使用和操作系统,不需 统计、测站故障情况统计、巡检维护情况统计、运 要安装额外的客户端软件。 维人员工作情况统计等。测站巡检维护信息库存 储测站巡检维护计划以及的巡检维护过程详细信 3系统功能设计 息,用于详细记录测站巡检维护中各个环节的执 行情况,以测站巡检维护记录表的形式提供。采 水文测站远程状态监控与智能化运维系统分 购信息库存储系统的采购计划、采购记录和采购 为本系统的功能主要包含测站安装、在线监督、巡 执行情况,以及采购过程中遇到的各类问题。备 检维护、数据查询、物资管理、人员管理、统计查询、 件库存信息库存储系统中包含的各类备件信息。 系统设置、日志管理等9个方面。系统功能结构 工作设备信息库存储系统中包含的各类工作设备、 如图2所示。 水文测站远程状态监控与智能化运维系统 测站状态实时监控 I l 测站巡检与维护 l 『物资资源管理I I 数据查询 l I指标统计分析 蠢 图2系统功能结构图 车辆信息。多媒体信息库存储与水文水资源相关 3.1测站安装 的文档、图片、视音、影像等多媒体的检索信息数 测站安装方便用户对站点进行管理并完成新 据,各多媒体数据体采用计算机文件形式存储。 测站的安装流程,主要包括待办任务、测站注册 2.3应用层 与注销、工单监控、记录表查询4个功能。待办任 应用服务器层是整个应用的核心,集中了系 务显示安装计划、过期单处理、及工单完成情况 统几乎所有的业务逻辑。测站运行维护系统应用 审核隋况。测站注册与注销完成测站注册、注销、修 层分为应用支撑平台和运维应用分系统2个层 改等功能,新测站注册后,即可进入安装计划生 次。 成环节。工单监控以表格形式展示用户关注的测 应用支撑平台为构建上层业务应用系统提供 站的所有相应的工单,通过此功能可查看派发的 江苏水利 2017年11月 安装工作单的状态,如是否已完成,是否已过期,是 否有问题等。记录单查询可查看站点的安装调试 记录表信息。 3.2测站状态实时监控 测站状态实时监控显示测站各类实时运行状 态信息,该模块分为测站实时数据展示、测站上 报数据一览、测站运行状态一览、、?贝4站信息统计、测 站故障处理等功能。 测站实时数据展示基于GIS技术以地图的形 式展示所有测站运行状态的实时数据,测站状态 包含3种:正常,绿色表示;告警,红色表示;故障, 黄色表示。鼠标移动至某个测站,能够展示该测 站的图片、最新数据、数据时间等信息;鼠标单击 某个测站,能够展示该测站的数据图形(水位过 程线、流量过程线、水量棒图等)、当前工作状态 等信息,并且可以查询测站的历史报文、历史数据、 历史工作状态、维修情况等。测站上报数据一览, 展示测站上报数据的详情,可以单击某个测站查 看该测站的历史上报数据和报文。测站运行状态 一览,展示告警和故障测站的当前状态(各个配 件)、故障持续时间、当前处理状态等信息。测站 统计信息,展示测站的相关统计信息,包括一般 状态信息、数据上报情况统计、测站故障率统计、 故障原因统计、故障易发区域统计、故障易发时间 统计等统计报表信息;测站故障处理,当测站发 生故障时,分为3种情况,一是无需派人处理,测 站仍然正常工作,只需要进行告警,提示值班员关 注该问题,比如交流电断了,但是测站仍然可以通 过太阳能板持续工作,有可能是测站区域停电造 成;二是无需派人处理,系统能够自动处理,如测 站短时间缺数,但工作状态正常,系统提示值班 员是否进行招测处理,是则进行招测,招测成功 则给予值班员提示,招测失败则提示值班员是否 进行人工补数,值班员可以忽略;第三种情况则是 测站出现故障,且系统无法自动处理,必须派人 进行巡检,则系统提示值班员制定巡检计划,准 备进入巡检维护流程。 3.3测站巡检与维护子系统 测站巡检维护源于测站出现故障需要进行人 工巡检或者定期巡检计划触发,该模块基于工作 流技术,完成测站巡检的整个流程处理。具体功 能包括: (1)巡检计划制定:巡检计划制定主要指定 需要巡检的测站,填写巡检测站计划表。 (2)生成巡检工单:测站一旦进入巡检计划 或出现故障,若安排人员进行处理,需生成巡检 工单。巡检工单主要包括以下几方面内容: 1)巡检人员选择:系统自动查询目前空闲的 安装调试人员,纳入备选人员资源列表;除 人员 空闲条件之外,系统自动根据相应规则进行人员 选定,选定规则为:①距离巡检点最近规则;②有 多个空闲人员,尽量安排总体工作量不饱满的人;③ 如果多个巡检点距离较近,可排—人完成巡检工 作;④如果安装点和巡检点距离较近,且有测站 安装任务,安装任务还未开始,可以安排同一个人 巡检和安装。 2)维护方案自动预生成:由于测站巡检维护 可能涉及对测站的维修工作,因此系统将根据测 站的故障情况进行维护方案的预生成,其中包含 测站故障的描述、所需要更换的备件、巡检维护 工作中需要带的相关工具、巡检维护工作的注意 事项、技术支持人员电话等信息。 3)备件自动领取安排:巡检维护方案确定后, 库存系统自动查询巡检维护所需的备件情况,若 备件充足,则生成备件领取单;若可用备件数量 到达警戒数目,提示值班员是否进行备件补充。需 要补充的话,则自动生成备件采购需求,提交给采 购员,走备件采购流程。 4)路径规划:根据巡检维护人员的实时位置、 巡检点的位置,自动规划最优路径和交通工具;如 果路程较远,需要派车,且有车可派,则自动生成 派车单; (3)巡检维护工单跟踪检查:该功能主要显 示巡检计划对应的各个巡检维护工单的完成情 况;系统能够提示按期完成的工单、正在执行的 工单、巡检维护人员发现有问题而无法继续的工 单、过了巡检预计完成时间还未完成巡检的工单, 以及站点故障无法修复的巡检维护单,值班员可 以根据工单完成情况选择终止工单、及时协调解 决问题或者宽限一定时间的处理方式。 (4)巡检工单结果确认反馈:对于已完成的工 单,系统将提示值班员检查工单中的记录信息,对 于没有按要求填写记录的工单,值班员可以直接 发回安装调试维护人员修改工单后重新提交;对 于正常完成的工单,值班员可以直接确认l丁单完 成(考虑打分机制)。 第1 1 I9J 许兴武,等:水义测站远程状态监控与智能化运行维护系统设汁卜j文脱 67 (5)自动统汁巡检结果:对 J:结束的_l (正 常究成、预期完成、未完成终止),系统 I动进行 统汁,统汁指标包括_1 单的总体完成率、按期完 成牢、术完成牢等,同时也刈‘各个安装渊试维护 人 l 的完成情况进行统汁,包括完成总数、总 体完成率、按期完战率、未完成牢、平均完成时间、 最 完成时间、最长完成时问等等,作为人员绩 效与’中发的参考 素。 3为巡检维护子系统的丁 作流程~ 图3测站巡检维护子系统工作流程 图4系统登录界面 渔¨r学 } 酷 谆 魏 赶酮 图6系统巡检维护界面 3.4物资管理子系统 物资管 子系统主要 成备件物资的增删改 .. 3.5数据查询子系统 数据查酗主 以罔表形式展示各站点的实fl、J、 史l 报的数据,t要包括水位 询、流挝 询、水 { }}U等功能 3.6指标分析子系统 指标统计分析予系统主要对各类数 进行统 计汇总,便于川rI掌握系统运行 体情况子系统 功能包含测站数据上报统汁、测站运行状态统计、 洲站旗本情况统汁、安装调试r 执行情况统计、 巡检维护工单执行情 统汁、采购计划执 f肖况 统汁、库存情况统汁 3.7系统管理 配置管理提供了用户符理、卡义限管 、参数 西 、部门管 、个人信息J力能,为用户使JIJ_币u管 理系统提供了便捷、 4 系统实现 系统采刖Java编程框架,、 务的流转主要 rI 作流技术来 观. 罔4、 5、【幺l 6、 7为系 统实现界面。 。 、濑 ■霸曩囊 曹 r■fl!!■礴 穗野翻固—囊 ●t●I … 一 l - ・ .... 0一 -●■ ‘ ■k- ….| ^ ■●■ ^ H H■ 口 系统在线监控界面 图7巡检计划制定界面 (下转第72页) 72 江苏水利 2017年11月 3.3技术指标 闸的放航效率和放航秩序,同时也消除了魏村水 利枢纽套闸运行对防汛抗旱的影响。但该系统中 还未能实现船舶报港一待闸一缴费一过闸的一站 式服务,下一步将继续研究和创新,利用多方数据 报港系统平台是基于微软.net技术,用C#语 言进行开发,具有良好的接口,该平台应用B/S架 构进行开发,支持HTTP协议,支持web2.0模式, 用户只需在浏览器中输入网址登录即可使用,无 资源让船舶报港、过闸等工作效率再上一个台阶。 参考文献: 王洪伟.AIS在海事报港中应用研究[川.中国水运, 2015(8). 需安装任何软件。具有很好的易用性,技术路线 明确,有良好的拓展性和可持续性,对报港业务 有较好的管理功能。 4 结语 目前,该系统已经在常州市长江堤防工程管 黄丽卿,胡稳才,邵哲平.AIS输出数据包的解包技术 研究【J】.集美大学学报(自然科学版),2005,10(1): 37-41. 理处的下属部门魏村水利枢纽管理所运用,效果 良好,增强了对船舶待航过闸的秩序管理;AIS系 统是海事部门全力打造的一个监管平台,首次应 1 2 3 rL rL rL 1J 1J 1J 李维运.VTS中雷达和AIS信息融合算法研究【D】. rL4 1J 大连:大连海事大学,2007(3). 5 rL 1J rL rL 4 1j 5 1J 用于水利系统套闸,是两部门精诚合作、数据共 王忠飞,吴挺.基于GPS终端的船舶免停靠报港系统【J]. 机电工程,2013(09):1164—1168. 享的一个典型案例,是实现双赢的一个现代信息 化系统。 通过对报港系统的研究和实现,实现了船舶 报港待闸的现代化管理。提高了魏村水利枢纽套 王文林,廖建新,朱晓民,王纯.VoiceXML语音平台中 预取方案的研究【J].电子与信息学报,2007(11). (责任编辑:华智睿) (上接第67页) 5 小结 水文测站远程状态监控与运维系统,实现了 测站设备实时工况数据的采集、汇集、展示,并基 于工作流技术实现了测站运行维护过程的自动化, 提高了测站管理的智能化水平,提高了测站管理 的效率。 参考文献: 【1】宋有毅.刍议水文测站工作中管理方法与技术革新【J】. 黑龙江水利科技,2013,41(9):238—240. 【2]武佳,王志斌,陈小玲.河北省水文测站信息管理系统 简介【J】.河北水利,2008(11):20—20. 行[J】.广西水利水电,2013(4):45—47. 单福悦,凡嵩,李智远,刘玉泉,田国祥.基于ASP.NET 的测站信息化管理系统【J】.计算机与网络,2015,41(6): 51-54. 陈新国,操文建,邹红梅.基于Google Map的水文测 站信息管理系统研究[J].人民长江,2009,40(4): 63-64. 周爱霞,高连峰,冯径.基于ArcGIS Server的水情信息 系统设计与实现[J】.测绘与空间地理信息,2013(36) 5:29-34. 程文静.管理信息系统中数据库设计的实现原理与方 法[J】.电脑知识与技术,2011,7(5):994—995. 陈江,杨惠梅,新敏.GIS技术在苏州市水利数据库建 设中的应用[J】.中国水利,2016(9):49-50. (责任编辑:华智睿) 【3]佘锡斌.以测站管理新模式促进水文测报工作高效运