楊威

（遼寧省水文局，遼寧沈陽110003）

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自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)故障信息采集平臺(tái)設(shè)計(jì)與研究

楊威

（遼寧省水文局，遼寧沈陽110003）

［摘 要］通過分析遼寧自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)站點(diǎn)規(guī)模，系統(tǒng)分布和運(yùn)行現(xiàn)狀，結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)防洪、抗旱的要求，對(duì)遼寧省自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)中的故障點(diǎn)信息類型進(jìn)行區(qū)分。分析和研究故障信息平臺(tái)的傳輸?shù)念愋?、模式、種類，有針對(duì)性的對(duì)采集平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，最終達(dá)到在遼寧省中心站及時(shí)發(fā)現(xiàn)遼寧全省自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)遙測站點(diǎn)故障，并在第一時(shí)間處理故障恢復(fù)系統(tǒng)運(yùn)行的目的。

［關(guān)鍵詞］自動(dòng)測報(bào)；故障信息；采集；設(shè)計(jì)；研究

1　引言

2006年初遼寧省水文局啟動(dòng)的遼寧省水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)，是基于水雨情信息的自動(dòng)采集、水情報(bào)文自動(dòng)合成、自動(dòng)傳輸至水情分中心并經(jīng)由其自動(dòng)接收、整合與轉(zhuǎn)發(fā)的全過程自動(dòng)化的總稱。遼寧省水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)共有14個(gè)分中心，1個(gè)省中心。

自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了水情信息自動(dòng)采集，自動(dòng)傳輸，自動(dòng)入庫，自動(dòng)報(bào)汛等功能，為防汛抗旱及洪水調(diào)度提供了及時(shí)準(zhǔn)確的水雨情信息。但是自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障，任何一個(gè)故障的出現(xiàn)都會(huì)影響整個(gè)水情信息的及時(shí)性、準(zhǔn)確性。

如何在遙測站點(diǎn)出現(xiàn)故障的第一時(shí)間及時(shí)知道遙測站點(diǎn)的出現(xiàn)了故障，出現(xiàn)了何種故障，這里就需要建立一個(gè)自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)故障信息平臺(tái)，實(shí)時(shí)的收集所有監(jiān)控站點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)上報(bào)故障站點(diǎn)的故障信息，便于系統(tǒng)維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，解決故障，恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，為防汛抗旱提供及時(shí)的信息。

2　故障類別的分析

根據(jù)自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，遙測站點(diǎn)故障分為：雨量數(shù)據(jù)越限、水位數(shù)據(jù)越限、電池欠壓、普通缺數(shù)和長時(shí)缺數(shù)，共5大類。

1）雨量數(shù)據(jù)越限。是指1小時(shí)的降雨量超過人為設(shè)定的雨量上限閥值。該故障的出現(xiàn)的原因是遙測設(shè)備故障或雨量傳感器故障。

2）水位數(shù)據(jù)越限。是指2個(gè)小時(shí)的水位值之間的絕對(duì)值超過人為設(shè)定的水位變化閥值。該故障出現(xiàn)的原因是水位傳感器故障。

3）電池欠壓。是指每個(gè)定時(shí)遙測設(shè)備采集的電池電壓低于人為設(shè)定的電池低壓閥值。該故障出現(xiàn)的原因是太陽能電板損壞不充電或充電控制器損壞不充電。

4）普通缺數(shù)。是指遙測設(shè)備連續(xù)2個(gè)整點(diǎn)不發(fā)送定時(shí)報(bào)數(shù)據(jù)到中心站。該故障出現(xiàn)的原因是電池電壓過低、通信模塊信號(hào)不好、RTU短時(shí)間死機(jī)等原因。

5）長時(shí)缺數(shù)。是指遙測設(shè)備連續(xù)4個(gè)整點(diǎn)不發(fā)送定時(shí)報(bào)數(shù)據(jù)到中心站。該故障出現(xiàn)的原因頗多，如電池電壓過低、通信模塊死機(jī)、RTU死機(jī)、通信卡欠費(fèi)、RTU遭外力損壞、設(shè)備連接線松動(dòng)或老化等原因均可引起長時(shí)缺數(shù)。

3　故障信息獲取模式的比較與分析

遼寧省所有遙測站點(diǎn)的水情數(shù)據(jù)及工情數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在各個(gè)分中心數(shù)據(jù)庫中，省維護(hù)中心與各個(gè)分中心直接專網(wǎng)是互通的，鑒于此先決條件，省維護(hù)中心獲取各個(gè)分局的故障信息有兩種。

第一種故障信息獲取模式是：在各個(gè)分中心安裝故障信息上傳客戶端，在省維護(hù)中心安裝故障信息收集服務(wù)端，利用TCP/IP協(xié)議走網(wǎng)絡(luò)通道，各個(gè)分中心的客戶端定時(shí)上傳各分中心故障信息。此故障信息獲取模式的優(yōu)點(diǎn)在于故障信息的采集工作交由各個(gè)客戶端自行完成，可以節(jié)省系統(tǒng)輪詢時(shí)間；此故障信息獲取模式的缺點(diǎn)在于過多的客戶端自行運(yùn)行，存在結(jié)點(diǎn)過多，并且客戶端均運(yùn)行在各個(gè)分中心，不利于省維護(hù)中心及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

第二種故障信息獲取模式是：在省維護(hù)中心安裝一套故障信息獲取軟件，利用網(wǎng)絡(luò)通道，采用輪詢方式，逐一訪問各個(gè)分中心數(shù)據(jù)庫獲取故障信息。此故障信息獲取模式的優(yōu)點(diǎn)在于故障信息的獲取由一套軟件完成，便于省維護(hù)中心實(shí)施監(jiān)控；此故障信息獲取模式的缺點(diǎn)在于需要采取輪詢方式逐一獲取各個(gè)分中心故障信息，獲取信息時(shí)間會(huì)較第一種模式長。

第一種模式雖然在時(shí)效性上略高于第二種模式，但是第一種模式需要14個(gè)分中心均安排運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)其進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)控及維護(hù)，在人力、物力成本上大大高于第二種模式，故根據(jù)優(yōu)缺點(diǎn)分析比較，采用第二種故障信息獲取模式。

4　　故障信息存儲(chǔ)平臺(tái)的比較與分析

信息的存儲(chǔ)采用數(shù)據(jù)庫方式，目前在自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)中常用的數(shù)據(jù)庫平臺(tái)有：ACCESS、SQL SERVER和ORACLE。

ACCESS數(shù)據(jù)庫是微軟把數(shù)據(jù)庫引擎的圖形用戶界面和軟件開發(fā)工具結(jié)合在一起的一個(gè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它是微軟OFFICE的一個(gè)成員，一個(gè)小型數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。它的優(yōu)點(diǎn)在于安裝方便、操作方便、維護(hù)方便；缺點(diǎn)在于不適合大量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

ORACLE數(shù)據(jù)庫是甲骨文公司的一款關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，一個(gè)大型數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。它的優(yōu)點(diǎn)在于可以存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)；缺點(diǎn)在于其安裝與維護(hù)對(duì)相關(guān)技術(shù)人員的要求較高。

SQL SERVER數(shù)據(jù)庫是microsoft公司開發(fā)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。可以組織管理任何數(shù)據(jù)。可以將結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化文檔的數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、搜索、同步、報(bào)告和分析之類的操作；數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在各種設(shè)備上，從數(shù)據(jù)中心最大的服務(wù)器一直到桌面計(jì)算機(jī)和移動(dòng)設(shè)備，它都可以控制數(shù)據(jù)而不用管數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在哪里，該平臺(tái)是一個(gè)中型數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。它的優(yōu)點(diǎn)安裝與維護(hù)相對(duì)簡單、圖形化的操作平臺(tái)功能強(qiáng)大；缺點(diǎn)在于進(jìn)行大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)效率不夠高。

故障信息采集平臺(tái)主要作用及任務(wù)是存在遙測站點(diǎn)故障信息，且遇到相同站點(diǎn)，相同故障信息時(shí)，采取的是更新操作，故而故障信息的存儲(chǔ)量不會(huì)太大。

結(jié)合以上分析，故障信息采集平臺(tái)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫選用SQL SERVER數(shù)據(jù)庫平臺(tái)。

5　自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)故障信息采集平臺(tái)設(shè)計(jì)

自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的故障信息采集平臺(tái)根據(jù)功能劃分為三大塊：故障信息分析采集部分、故障信息展示部分和故障信息后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。

5.1故障信息分析采集部分的設(shè)計(jì)

5.1.1輪詢的時(shí)間控制

信息的分析采集總體采用輪詢方式，根據(jù)設(shè)定的時(shí)間間隔每個(gè)整點(diǎn)后啟動(dòng)一次，一個(gè)分中心信息獲取完畢后在獲取下一個(gè)分中心。

定時(shí)啟動(dòng)輪詢的時(shí)間需要根據(jù)分中心數(shù)據(jù)接收情況靈活設(shè)定。時(shí)間設(shè)定過早，數(shù)據(jù)未收集齊，會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的故障分析；時(shí)間設(shè)定過晚，會(huì)延誤故障信息收集的時(shí)效性。這里需要以最后一個(gè)分中心數(shù)據(jù)收齊的時(shí)間為準(zhǔn)，時(shí)間的設(shè)定最好在最晚收齊數(shù)據(jù)的時(shí)間后一分鐘。

5.1.2輪詢機(jī)制的設(shè)定

輪詢機(jī)制的設(shè)定也需要適應(yīng)遼寧省水情網(wǎng)絡(luò)的情況。遠(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)庫對(duì)網(wǎng)絡(luò)的速度依賴性較高，為了及時(shí)快速的獲取故障信息，在做輪詢機(jī)制設(shè)定時(shí)需要考慮兩個(gè)方面：

一是遠(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)庫的容錯(cuò)，省中心到各個(gè)分中心，網(wǎng)絡(luò)依賴于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商，中間環(huán)節(jié)多，主動(dòng)可控性不強(qiáng)，這里就需要在軟件設(shè)計(jì)中增加容錯(cuò)機(jī)制，防止遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫訪問時(shí)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)問題出錯(cuò)。

二是故障信息的獲取模式，省中心到各個(gè)分中心網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性及時(shí)效性決定了在設(shè)計(jì)故障信息獲取模式方面需要盡量減少對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的訪問次數(shù)。逐站的遠(yuǎn)程獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不僅僅時(shí)效性低，且多次頻繁的訪問數(shù)據(jù)庫會(huì)大大增加數(shù)據(jù)庫負(fù)擔(dān)。采用一次性提取數(shù)據(jù)到本地服務(wù)器，在本地服務(wù)器上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析的模式，可以大大提高數(shù)據(jù)分析的實(shí)效性，同時(shí)可以降低分中心數(shù)據(jù)庫的負(fù)擔(dān)。

5.1.3故障信息的獲取方式

1）雨量數(shù)據(jù)越限的采集。直接從分中心讀取所有超限雨量數(shù)據(jù)[2]。

2）水位數(shù)據(jù)越限。按站點(diǎn)一次性調(diào)取所有當(dāng)前時(shí)間水位數(shù)據(jù)存取到設(shè)定好的當(dāng)前水位數(shù)據(jù)數(shù)組中，再按站點(diǎn)一次性調(diào)取所有前一小時(shí)水位數(shù)據(jù)存在到設(shè)定好的前一小時(shí)水位數(shù)據(jù)數(shù)組中，然后兩個(gè)數(shù)組進(jìn)行一一對(duì)比，挑出其中超限數(shù)據(jù)。

3）電池欠壓。直接從分中心讀取所有低于電壓閥值的數(shù)據(jù)。

4）普通缺數(shù)。直接從分中心讀取所有2 h內(nèi)不來數(shù)據(jù)的站點(diǎn)信息。

5）長時(shí)缺數(shù)。直接從分中心讀取所有4 h內(nèi)不來數(shù)據(jù)的站點(diǎn)信息。

故障信息分析采集部分流程見圖1。

圖1故障信息分析采集部分流程圖

5.2故障信息展示部分的設(shè)計(jì)

信息的展示部分分為三塊，一是后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，這里后臺(tái)數(shù)據(jù)庫與故障信息分析采集部分共用一個(gè)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫；二是故障信息顯示的計(jì)劃設(shè)定；三是故障信息的顯示。

5.2.1后臺(tái)數(shù)據(jù)庫

故障信息展示部分所使用的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫與故障信息分析采集部分共用，故障信息分析采集部分通過各個(gè)分中心獲取到故障信息后，存入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，故障信息展示部分直接調(diào)用后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中的已有信息進(jìn)行現(xiàn)實(shí)。

5.2.2故障信息顯示的計(jì)劃設(shè)定

顯示計(jì)劃的設(shè)定分為兩部分，一是單屏顯示時(shí)間，這里需要根據(jù)顯示的實(shí)際需求進(jìn)行靈活設(shè)定，設(shè)定時(shí)間過長不利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)更多故障信息，設(shè)定時(shí)間過短不利于仔細(xì)查詢故障信息，需要根據(jù)故障信息的信息量靈活合理的設(shè)定時(shí)間；二是單屏顯示條數(shù)，故障信息不僅僅為中心站值班人員提供故障信息的查詢界面，也可以通過外接大屏等方式對(duì)外進(jìn)行信息發(fā)布，不通計(jì)算機(jī)的設(shè)置的分辨率不同，則故障信息顯示的條數(shù)會(huì)不一致，為了觀察的方便，盡量設(shè)置為滿屏顯示，避免上下刷屏。

5.2.3故障信息的顯示

從故障信息后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中調(diào)取故障信息，按分中心劃分進(jìn)行批量顯示，故障信息顯示的內(nèi)容為：站號(hào)、站名、站類、故障類別和發(fā)送故障的時(shí)間，故障顯示根據(jù)設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行輪動(dòng)顯示，對(duì)于沒有故障站點(diǎn)的分中心直接跳過。

5.3故障信息后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

故障信息后臺(tái)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)使用2張表，1張表為站點(diǎn)信息表，見表1，1張表為故障信息表，見表2。

表1站點(diǎn)信息表

表2故障信息表

站點(diǎn)信息表為存儲(chǔ)需要進(jìn)行故障判斷站點(diǎn)信息的表。這里設(shè)計(jì)為4個(gè)字段：站號(hào)、站名、站類和分中心編碼。站號(hào)和站名需要和所屬分中心站點(diǎn)信息一致，站號(hào)、站名和分中心編碼字段，是控制故障信息分析采集軟件獲取那些站點(diǎn)故障信息。站類字段是控制獲取那些類型故障信息。

故障信息表是存儲(chǔ)故障信息的數(shù)據(jù)庫表。這里設(shè)計(jì)為6個(gè)字段：站號(hào)、站名、站類、故障信息編碼、故障信息時(shí)間、分中心編碼。分中心編碼為故障信息展示平臺(tái)提供按分中心進(jìn)行故障信息顯示的分類依據(jù)。其它5個(gè)字段，為故障信息展示平臺(tái)提供信息顯示的詳細(xì)內(nèi)容。

6　結(jié)語

目前的遼寧自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)故障信息采集平臺(tái)對(duì)于自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)故障的監(jiān)控已經(jīng)比較全面，能及時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)控全省自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)遙測站點(diǎn)的各種故障信息。下一步的研究工作是針對(duì)故障信息判斷的智能化進(jìn)行提升，增加雨量及水位數(shù)據(jù)的智能判斷，雨量數(shù)據(jù)根據(jù)周邊雨量站點(diǎn)降雨情況智能判斷此時(shí)段降雨量的合理性，水位數(shù)據(jù)根據(jù)上下游站點(diǎn)的水位變化智能判斷水位變化的合理性。

［參考文獻(xiàn)］

［1］水利部.水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)規(guī)范［SL61-94］.中華人民共和國水利部，2010年.

［2］雷昌友.水情信息接收處理軟件的產(chǎn)品化研究［N］.水利水電快報(bào),2005.

［3］張淑杰.遼寧省旱災(zāi)的分布特征及其成因分析［J］.中國農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013.

［4］穆連萍.遼寧省洪水災(zāi)害分析與減災(zāi)措施［J］.水土保持研究，2007.

［5］孫娟.基于地理分區(qū)的遼寧省水資源評(píng)價(jià)分析研究［J］.黑龍江水利科技，2014.

［6］張曉東.大型水利樞紐水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)通信網(wǎng)的特點(diǎn)分析［J］.東北水利水電，2001.

［7］飛思科技產(chǎn)品研發(fā)中心編著，Delphi6高級(jí)編程［CP］.電子工業(yè)出版社，2002

［8］（英）John Sharp，visual C#2010從入門到精通［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2011.

［9］馮飛編譯.數(shù)據(jù)庫原理［M］.北京：清華大學(xué)出版社出版，2008.

［10］楊佩璐.網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù).［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

［中圖分類號(hào)］TP2

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1002－0624（2016）05－0067－04

[收稿日期]2016-01-15