杜軍 杜夢(mèng)迪 李帥 武泳柏 張莉

摘要：以提高新疆地區(qū)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作實(shí)效性、準(zhǔn)確性和規(guī)范性為目標(biāo)，通過對(duì)雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相關(guān)參數(shù)的分析研究，建立了具有新疆區(qū)域特色，涵蓋多個(gè)行業(yè)性質(zhì)特點(diǎn)的防雷防靜電監(jiān)測(cè)與管理服務(wù)，在此基礎(chǔ)上研發(fā)了新疆防雷防靜電智能在線監(jiān)測(cè)與管理服務(wù)平臺(tái)。該平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的業(yè)務(wù)集成，同時(shí)保持了各個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)之間的相對(duì)獨(dú)立和松耦合。根據(jù)目前投入業(yè)務(wù)運(yùn)行情況來看，基本滿足新疆各級(jí)防雷技術(shù)服務(wù)機(jī)構(gòu)在線監(jiān)測(cè)與管理需求。

關(guān)鍵詞：雷電;平臺(tái)設(shè)計(jì);在線監(jiān)測(cè);雷電防護(hù);新疆

Intelligent Online Monitoring and Management Service Platform for Lightning Protection and Anti-Static Prevention in Xinjiang

DU Jun*1DU Mengdi2 LI Shuai1 WU Yongbo1 ZHANG Li1

（1 Xinjiang Jinfeng Huayun Meteorological Technology Co.， Ltd， Urumqi， Xinjiang Uygur Autonomous Region，830002China;2 Information Center of Xinjiang Uygur Autonomous RegionMeteorological Service，Urumqi， Xinjiang Uygur Autonomous Region，830002China）

Abstract：Aiming at improving the effectiveness， accuracy and standardization of lightning disaster risk assessment in Xinjiang， through the analysis and Research on the related parameters of lightning disaster risk assessment， the lightning protection and anti-static monitoring and management service with Xinjiang regional characteristics and covering multiple industry characteristics has been established. On this basis， Xinjiang lightning and anti-static intelligent online monitoring and management service was developed platform. The platform can realize business integration between business system， while maintaining the relative independence and loose coupling between each business application system. According to the current operational situation， it basically meets the online monitoring and management needs of all levels of lightning protection technical service institutions in Xinjiang.

Key Words： Lightning; Platform design; Online monitoring; Lightning protection; Xinjiang

雷電是一種伴有光、聲等現(xiàn)象的瞬時(shí)放電過程，這種瞬時(shí)釋放高電壓、強(qiáng)輻射的電流對(duì)人類生產(chǎn)生活有著很大的影響。雷電的危害不僅是造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，人員傷亡，同時(shí)還有可能誘發(fā)火災(zāi)甚至爆炸?，F(xiàn)如今是信息化的時(shí)代，互聯(lián)網(wǎng)電子產(chǎn)品無處不在，而雷電產(chǎn)生的電場(chǎng)對(duì)通訊，電網(wǎng)有著重大的危害，直接導(dǎo)致雷電造成的經(jīng)濟(jì)損失越來越明顯，潛在威脅越來越嚴(yán)重。因此雷電被聯(lián)合國列為最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一，我國則是將其認(rèn)定為信息時(shí)代的潛在危害[1-4]。

雷電防護(hù)工作是至關(guān)重要的，但是沒有一個(gè)系統(tǒng)性的監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)，使安裝的防雷設(shè)施未做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而導(dǎo)致很多防雷設(shè)施異常狀態(tài)時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，給用戶帶來極大的安全隱患。因此，雷電在線監(jiān)測(cè)的意義重大，不但可以提高防雷減災(zāi)工作的科學(xué)化、專業(yè)化和規(guī)范化水平，更是可以及時(shí)封鎖遭受雷擊危害的通道，降低雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。建立防雷防靜電實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)管理與服務(wù)系統(tǒng)，才可以更好地實(shí)現(xiàn)安全防雷[5-8]。

1 設(shè)計(jì)思路

防雷防靜電智能在線監(jiān)測(cè)與管理服務(wù)系統(tǒng)以多源數(shù)據(jù)的建模為基礎(chǔ)，以智能連接（Connection）、智能分析（Conversion）、智能網(wǎng)絡(luò)（Cyber）、智能認(rèn)知（Conition）和智能配置與執(zhí)行（Configuration）的5C體系為架構(gòu)，建立虛擬與實(shí)體系統(tǒng)之間關(guān)系性、因果性和風(fēng)險(xiǎn)性的對(duì)稱管理，以持續(xù)優(yōu)化決策系統(tǒng)的可追蹤性、預(yù)測(cè)性、精準(zhǔn)性和強(qiáng)韌性，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體系統(tǒng)活動(dòng)的全局協(xié)同優(yōu)化[9]。

云端為一個(gè)提供集成服務(wù)的SoS（Sytem on System）決策網(wǎng)絡(luò)，以大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)手段，提供統(tǒng)一的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)，并通過WEB方式提供用戶的運(yùn)維管理、參數(shù)設(shè)置、權(quán)限管理、遠(yuǎn)程控制、信息發(fā)布、重要信息提前預(yù)警、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)推送等功能，是一個(gè)智能化的防雷、防靜電監(jiān)控管理平臺(tái)[10]。

防雷防靜電智能在線監(jiān)測(cè)與管理服務(wù)平臺(tái)建設(shè)主要由業(yè)務(wù)應(yīng)用子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和軸承子系統(tǒng)3個(gè)部分組成。其邏輯體系架構(gòu)如圖1所示。

整個(gè)系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，系統(tǒng)的服務(wù)程序軟件可單獨(dú)部署于服務(wù)器或云端服務(wù)器上，客戶可通過瀏覽器客戶端隨時(shí)隨地訪問系統(tǒng)平臺(tái)，便于系統(tǒng)的管理與維護(hù)，同時(shí)能夠更好地支持多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的應(yīng)用[11-12]。

云端服務(wù)器平臺(tái)由多個(gè)云主機(jī)組成，可根據(jù)用戶規(guī)模動(dòng)態(tài)調(diào)整。云服務(wù)平臺(tái)采用數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)分離的方式，現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)交由云集群數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理，保證了用戶重要數(shù)據(jù)的一致性。業(yè)務(wù)云主機(jī)采用彈性方式，由一到多個(gè)云主機(jī)組成，保證服務(wù)的持續(xù)不間斷[13]。

本系統(tǒng)主要由以下四部分組件構(gòu)成，即前端監(jiān)測(cè)儀表、信虹RTU控制組件、傳輸網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)管中心與監(jiān)管APP。其中前端監(jiān)測(cè)儀表包括地阻、雷電流、SPD、靜電、雜散電流、大氣電場(chǎng)、溫度、濕度、電氣安全等。信虹RTU控制組件由XHRTU由微處理器控制，主要是負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制，其支持RS485總線、CAN總線、Zigbee等多種總線方式，可實(shí)現(xiàn)云監(jiān)測(cè)管理中心對(duì)現(xiàn)場(chǎng)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備的遙測(cè)、遙控、遙信和遙調(diào)等功能。傳輸網(wǎng)絡(luò)則是有多種方式可選，有線公網(wǎng)/專網(wǎng)、無線網(wǎng)（GPRS/4G/NB-Iot等）、衛(wèi)星等。監(jiān)管中心由云服務(wù)平臺(tái)、數(shù)字大屏、操作員站、工程師站及管理軟件等組成。云服務(wù)平臺(tái)提供統(tǒng)一的軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)和顯示，并通過WEB方式提供用戶的運(yùn)維管理、參數(shù)設(shè)置、權(quán)限管理、遠(yuǎn)程控制、信息發(fā)布、重要信息提前預(yù)警、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)推送等功能。

3 平臺(tái)的應(yīng)用

3.1 平臺(tái)登錄界面

3.2 站點(diǎn)狀態(tài)查詢顯示

獲取所有已配置站點(diǎn)的狀態(tài)信息，目前分為正常、異常和離線3種狀態(tài)，可根據(jù)行業(yè)、名稱、狀態(tài)、省份、城市及區(qū)縣這幾個(gè)維度進(jìn)行檢索。具備相關(guān)權(quán)限的用戶，可以對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行管理操作，包括新增、修改和刪除，支持內(nèi)嵌地圖的方式進(jìn)行站點(diǎn)的經(jīng)緯度改動(dòng)。

3.3 RTU狀態(tài)查詢顯示

獲取所有下掛RTU的狀態(tài)信息，目前分為正常、異常和離線3種狀態(tài)，可根據(jù)名稱、模式、IP、子網(wǎng)掩碼及網(wǎng)關(guān)這幾個(gè)維度進(jìn)行檢索。具備相關(guān)權(quán)限的用戶，可以對(duì)RTU進(jìn)行管理操作，包括新增、修改和刪除RTU相關(guān)配置信息，支持TCP和UDP兩種網(wǎng)絡(luò)工作模式，新增和修改操作后會(huì)自動(dòng)重啟遠(yuǎn)程RTU模塊，需注意相關(guān)IP變動(dòng)帶來的通訊問題。

3.4 設(shè)備狀態(tài)查詢顯示

默認(rèn)顯示SPD在線監(jiān)測(cè)模塊的狀態(tài)，可根據(jù)站點(diǎn)、RTU模塊、設(shè)備類型3種方式進(jìn)行查詢，目前支持的有SPD在線監(jiān)測(cè)儀、接地電阻在線監(jiān)測(cè)儀、雷電流在線監(jiān)測(cè)儀、靜電在線監(jiān)測(cè)儀、溫濕度在線監(jiān)測(cè)儀、傾斜度在線監(jiān)測(cè)儀、電氣安全在線監(jiān)測(cè)儀、陰極保護(hù)在線監(jiān)測(cè)儀等多種設(shè)備。具備相關(guān)權(quán)限的用戶，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行配置管理操作，新增設(shè)備和修改設(shè)備時(shí)，需注意RTU模塊-ID和串口號(hào)與實(shí)際接線是否一致，針對(duì)不同類型的設(shè)備，提供了對(duì)應(yīng)不同參數(shù)信息的相關(guān)配置[14]。

3.5 數(shù)據(jù)查詢

3.5.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢

實(shí)時(shí)查詢可通過行業(yè)、組織結(jié)構(gòu)、站點(diǎn)動(dòng)態(tài)篩選所屬RTU模塊，同時(shí)以RTU模塊為單位，展示數(shù)字量、模擬量、RS485下掛的所有設(shè)備數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊具體設(shè)備后彈框顯示實(shí)時(shí)查詢操作頁面。

3.5.2 歷史數(shù)據(jù)查詢及導(dǎo)出

歷史數(shù)據(jù)可以針對(duì)站點(diǎn)、RTU模塊-ID、設(shè)備類型、設(shè)備ID、設(shè)備安裝位置、起止時(shí)間等要素進(jìn)行篩選，展示效果會(huì)根據(jù)不同設(shè)備的不同信息進(jìn)行動(dòng)態(tài)改變，同時(shí)標(biāo)注了對(duì)應(yīng)時(shí)刻的設(shè)備狀態(tài)。對(duì)于查詢出的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了所見即所得，支持不同類型設(shè)備在線導(dǎo)出Excel文檔到本地。根據(jù)站點(diǎn)、RTU模塊-ID、設(shè)備類型、設(shè)備ID，實(shí)現(xiàn)了單個(gè)設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)圖片展示，根據(jù)設(shè)備類型的不同，對(duì)應(yīng)曲線數(shù)、間距、xy軸會(huì)相應(yīng)變化，可通過相關(guān)趨勢(shì)進(jìn)行分析。圖3為防雷防靜電智能在線監(jiān)測(cè)與管理服務(wù)平臺(tái)歷史數(shù)據(jù)相關(guān)趨勢(shì)進(jìn)行分析頁面。

3.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)該系統(tǒng)中所有站點(diǎn)實(shí)時(shí)狀態(tài)、RTU模塊實(shí)時(shí)狀態(tài)、設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、不同類型的設(shè)備數(shù)量、全國不同省份下掛的設(shè)備，以及最近一月所有告警數(shù)的變化量。單條站點(diǎn)的相關(guān)屬性統(tǒng)計(jì)，包括下掛RTU數(shù)量、下掛設(shè)備數(shù)量、設(shè)備類型分類統(tǒng)計(jì)、下掛設(shè)備的狀態(tài)統(tǒng)計(jì)以及近一個(gè)月內(nèi)該站的狀態(tài)變化統(tǒng)計(jì)。單個(gè)RTU的相關(guān)屬性統(tǒng)計(jì)，包括下掛設(shè)備數(shù)、數(shù)字量、模擬量、RS485的3種類型的設(shè)備接入統(tǒng)計(jì)，設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)以及近一個(gè)月該RTU的狀態(tài)變化統(tǒng)計(jì)[15]。圖4為防雷防靜電智能在線監(jiān)測(cè)與管理服務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)頁面。

3.7 系統(tǒng)報(bào)警

根據(jù)站點(diǎn)、RTU、告警類型及起止時(shí)間，可以查詢當(dāng)前系統(tǒng)未恢復(fù)的告警，返回結(jié)果中包含對(duì)應(yīng)告警的詳細(xì)信息，可與設(shè)備維護(hù)記錄進(jìn)行關(guān)聯(lián)。同時(shí)也可以查詢歷史告警記錄，返回結(jié)果中包含了告警相關(guān)狀態(tài)及詳細(xì)信息，同時(shí)統(tǒng)計(jì)了最近一段時(shí)間內(nèi)的告警變化趨勢(shì)。

3.8 可視化

3.8.1 大屏展示

大屏展示部分提供了全網(wǎng)下最為關(guān)注的一些信息展示，頭部位置包括站點(diǎn)數(shù)量、RTU數(shù)量、設(shè)備數(shù)量、RTU異常數(shù)量的顯示，左側(cè)為站點(diǎn)設(shè)備異常和離線的前5位，右側(cè)為今日上報(bào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，中間部分的拓?fù)鋱D提供了每個(gè)區(qū)域下的站點(diǎn)數(shù)量展示。圖5為防雷防靜電智能在線監(jiān)測(cè)與管理服務(wù)平臺(tái)大屏展示頁面。

3.8.2 首頁地圖

首頁地圖部分采用了百度API進(jìn)行開發(fā)，地圖菜單提供了智能檢索、行業(yè)選擇、全國區(qū)域定位、圈選查詢等功能。底圖上面渲染了所有站點(diǎn)的對(duì)應(yīng)位置和相應(yīng)狀態(tài)，通過點(diǎn)擊站點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)彈窗顯示詳細(xì)信息。圖6為防雷防靜電智能在線監(jiān)測(cè)與管理服務(wù)平臺(tái)大屏展示頁面。

3.9 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)可通過多級(jí)菜單和樹形圖的方式，實(shí)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)操作、新增、刪除，修改后的樹形圖會(huì)自動(dòng)重新加載。同時(shí)將組織結(jié)構(gòu)與權(quán)限部分進(jìn)行了關(guān)聯(lián)。同時(shí)角色部分一方面也與組織結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)，另一方面對(duì)應(yīng)菜單權(quán)限，通過修改不同角色的配置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)用戶的權(quán)限配置，靈活性更強(qiáng)[16-17]。在平臺(tái)上也可對(duì)系統(tǒng)的相關(guān)操作記錄進(jìn)行查詢，同時(shí)可查詢操作類型、相關(guān)IP、操作賬號(hào)、操作時(shí)間、具體描述等信息。在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，關(guān)聯(lián)告警模塊會(huì)提出警告，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備維護(hù)管理，可以多條件查詢?cè)O(shè)備維護(hù)的相關(guān)信息如維修原因和維修內(nèi)容等。

4 結(jié)語

本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中，充分考慮業(yè)主方的使用需求，通過軟件系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)防雷防靜電智能的在線監(jiān)測(cè)和管理。可切實(shí)地提高服務(wù)質(zhì)量和效率?？紤]到日后移動(dòng)辦公和業(yè)務(wù)整合的可能性，已預(yù)留服務(wù)端和移動(dòng)端的多種技術(shù)接口，在本系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)日后業(yè)務(wù)需求的變化，方便地接入新的功能模塊，如實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程辦公、移動(dòng)端采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、提供對(duì)接門戶網(wǎng)站、公共平臺(tái)的模塊化服務(wù)等。

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