宗志龍，王 綱，付 慶

(1.四川省輻射環(huán)境管理監(jiān)測中心站，成都 611139；2.北京森馥科技股份有限公司，北京 102209)

引 言

電磁環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)不僅能夠連續(xù)完整地反映輻射環(huán)境質量狀況，避免由于人工監(jiān)測所得的數(shù)據(jù)的不全面性，還可大幅縮短長時間段監(jiān)測到獲取監(jiān)測結果之間的時間[1]，而且能把監(jiān)測數(shù)據(jù)實時向公眾顯示，并與國家限值進行比較，讓民眾對電磁輻射有更具體的認識，有利于消除民眾對電磁輻射的恐懼心理，因此，建設電磁輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)十分必要。

我國電磁環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設始于2005年，北京市環(huán)保局購置了第一套自動監(jiān)測設備，用于處理信訪和環(huán)境質量跟蹤監(jiān)測[2]。隨后各省開始陸續(xù)建設電磁環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)，截至2018年底全國共計建設約300套系統(tǒng)[3]。四川省于2017年建立了電磁環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)，用 2 年時間布設了18個監(jiān)測自動站站，覆蓋全省成都、綿陽、德陽等 10 個地市，涵蓋了廣播電視發(fā)射臺、移動通信基站、輸變電設施等有代表性的公共區(qū)域及大型電磁輻射源，并計劃再建27套，實現(xiàn)全省18個地級市全覆蓋。

隨著電磁環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)建設數(shù)量越來越多，運行時間越來越長，設備老化故障的情況日漸增多，加上電磁輻射環(huán)境自動化監(jiān)測設備分布地域廣，日常運維信息處理量大，傳統(tǒng)的人工運維成本高、效率低等缺點也越發(fā)突出。本文研發(fā)的電磁環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)智能運維平臺是基于“數(shù)據(jù)+互聯(lián)互通”的環(huán)保管家服務理念，通過工業(yè)軟件和智能硬件的賦能，打造以線上線下互聯(lián)運維、現(xiàn)場遠程協(xié)同運維、算法數(shù)據(jù)創(chuàng)新運維為主要手運維管理體系，能夠解決現(xiàn)階段電磁環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)運維存在的很多問題。由于目前我國沒有電磁環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)智能運維系統(tǒng)，待本智能運維平臺申請軟件原始著作權，存在可觀的應用前景。

1 電磁環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)介紹

電磁環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)(見圖1)是模塊化結構，由探頭、主機、供電系統(tǒng)、監(jiān)控、電子圍欄、顯示屏構成。其監(jiān)測對象包括廣播電視發(fā)射臺、中波發(fā)射臺、移動通信基站、輸變電設施、氣象雷達等大型、典型電磁輻射體。探頭可根據(jù)監(jiān)測對象的不同針對性地選配選頻探頭、工頻探頭、射頻探頭，實現(xiàn)24小時不間斷監(jiān)測，現(xiàn)場監(jiān)測情況經(jīng)傳輸設備反饋到后臺數(shù)據(jù)管理中心，后臺數(shù)據(jù)管理中心對采集的數(shù)據(jù)進行存儲和管理。系統(tǒng)配備有遠程監(jiān)控系統(tǒng)，維護監(jiān)管人員可遠距離實施自動無人監(jiān)控，系統(tǒng)配備的顯示屏終端能實時、直觀地將監(jiān)測結果展示在顯示屏上，滾動傳播電磁輻射監(jiān)測結果及相關電磁科普知識。

圖1 成華公園自動站Fig.1 Chenghua Park automatic station

2 電磁環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)運維及遇到的問題

2.1 電磁環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)運維介紹

為了保障電磁環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)平穩(wěn)運行，監(jiān)測數(shù)據(jù)正常，站點狀態(tài)良好，站點及數(shù)據(jù)的安全，保障數(shù)據(jù)的準確性、可靠性和獲取率，使電磁環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)能夠有效發(fā)揮監(jiān)測預警和科普宣傳作用，電磁輻射自動監(jiān)測系統(tǒng)運行維護就顯得尤為重要。運行維護內容包括遠程巡檢、定期例行現(xiàn)場巡檢及維護、故障即時維修、期間核查及檢定等。

(1)遠程巡檢內容包括網(wǎng)絡維護、電力監(jiān)控、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集情況查看、監(jiān)測數(shù)據(jù)質量查看、設備運行情況查看等。

(2)定期例行現(xiàn)場巡檢及維護?，F(xiàn)場巡檢內容包括站房基礎設施外觀檢查、外部接線檢查、功能檢查；數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸、系統(tǒng)軟件UPS電源功能檢查；探頭檢查，即數(shù)據(jù)獲取、監(jiān)測數(shù)據(jù)是否正常，連接線有無松動、銹蝕，支架有無銹蝕等；展示屏幕檢查，即顯示是否正常，連接線有無松動、銹蝕，大屏是否完整美觀。現(xiàn)場維護包括電力維護、網(wǎng)絡維護、監(jiān)測及采樣設備維護等其他維護。

(3)故障即時維修。一旦發(fā)現(xiàn)某個自動站運行故障，在故障無法遠程排除時通過技術手段確定故障原因，維修人員備好維修需要使用的工具和備品備件，迅速趕往自動站現(xiàn)場進行故障診斷并即時維修。

(4)自動站期間核查及檢定。對電磁自動站進行至少每年一次的期間核查及計量檢定。

2.2 運維遇到的問題

(1)對運維人員要求高，成本高。要保障自動站長期平穩(wěn)的工作，對運維人員的技術、經(jīng)驗及素質要求很高，首先要熟悉自動站各部件組成及功能，要熟悉自動站發(fā)生故障的類型及相應的解決辦法，要能從小問題中去發(fā)現(xiàn)發(fā)生故障的可能，甚至根據(jù)自動站以往發(fā)生故障規(guī)律能預判系統(tǒng)發(fā)生的故障提前更換部件。自動站分布比較分散(18個自動站分布在10個市州)，現(xiàn)場巡檢一次花費的時間成本和資金成本較高，加上運維人員能力參差不齊，現(xiàn)在人工巡檢的效率低成本高。

(2)自動站發(fā)生故障難判斷。自動站的運行維護，對自動站故障的發(fā)生時間以及可能性無法做出精準的預測；對自動站設備故障的類型和嚴重等級難以做出準確的判斷，無法綜合評估對后續(xù)生產運營的影響。故自動站一發(fā)生故障，就得裝備齊全趕赴故障現(xiàn)場去維修，間接增加了自動站運維的時間和人力成本，自動站平穩(wěn)性很難保障。

(3)維修成本高、效率低。由于很難對自動站發(fā)生的故障進行判斷，加上自動站分布比較分散，自動站發(fā)生很小的故障(比如重啟就能解決的問題)都得趕赴現(xiàn)場，導致維修成本高，效率低。

(4)運維工作難考核。目前四川省主要委托第三方公司進行自動站運維工作，一般不參與自動站現(xiàn)場巡檢與維護，使對自動站運維工作的考核難度增加，運維人員巡檢規(guī)不規(guī)范不好考量。

3 自動化智能運維

傳統(tǒng)的運維管理都是基于傳統(tǒng)的運維模式。隨著站點日益增多，傳統(tǒng)運維不足以快速響應需求了。因此，自動化操作開始被人們所重視。自動操作可以極大地減輕運行人員的工作量。自動操作是通過編程實現(xiàn)，使計算機自動檢測出故障，并能根據(jù)預先設定的程序進行報警或解決問題。它主要是把運行過程中大量的重復工作轉化為自動操作。

智能運維是用“數(shù)據(jù)+互聯(lián)互通”的環(huán)保管家服務理念，通過工業(yè)軟件和智能硬件的賦能，打造以線上線下互聯(lián)運維、現(xiàn)場遠程協(xié)同運維、算法數(shù)據(jù)創(chuàng)新運維為主要手段，以現(xiàn)場標準化服務、專業(yè)化團隊為輔助手段的“云+端”的運維管理體系。實現(xiàn)電磁監(jiān)測“無人值班，有人值守”的智能化運維新模式。

3.1 設計方案

3.1.1 界面呈現(xiàn)

整體應用功能將通過B/S方式進行展現(xiàn)，不同的應用人員通過登錄可以實現(xiàn)相關系統(tǒng)的應用和資源的瀏覽查詢操作。

目前，軟件系統(tǒng)的改進和升級越來越頻繁，B/S架構的產品明顯體現(xiàn)著更為方便的特性。對一個稍微大一點單位來說，系統(tǒng)管理人員如果需要在幾百甚至上千部電腦之間來回奔跑，效率和工作量是可想而知的，但B/S架構的軟件只需要管理服務器就行了，所有的客戶端只是瀏覽器，根本不需要做任何的維護。無論用戶的規(guī)模有多大，有多少分支機構都不會增加任何維護升級的工作量，所有的操作只需要針對服務器進行；如果是異地，只需要把服務器連接專網(wǎng)即可，實現(xiàn)遠程維護、升級和共享。所以客戶機越來越“瘦”，而服務器越來越“胖”是將來信息化發(fā)展的主流方向。今后，軟件升級和維護會越來越容易，而使用起來會越來越簡單，這對用戶人力、物力、時間、費用的節(jié)省是顯而易見的，驚人的。因此，維護和升級革命的方式是“瘦”客戶機，“胖”服務器。

3.1.2 支撐管理

支撐管理建設是項目搭建的基礎保障，具體內容包含了用戶管理、權限管理、日志管理、自身管理等，通過全面的基礎設置的搭建，為整體應用系統(tǒng)的全面建設良好的基礎。

3.1.3 外部接口

外部接口就是軟件系統(tǒng)不同組成部分銜接的約定。由于近年來軟件的規(guī)模日益龐大，常常需要把復雜的系統(tǒng)劃分成小的組成部分，編程接口的設計十分重要。程序設計的實踐中，編程接口的設計首先要使軟件系統(tǒng)的職責得到合理劃分。良好的接口設計可以降低系統(tǒng)各部分的相互依賴，提高組成單元的內聚性，降低組成單元間的耦合程度，從而提高系統(tǒng)的維護性和擴展性。

3.1.4 采集配置

TCP-傳輸控制協(xié)議，提供的是面向連接、可靠的字節(jié)流服務。當客戶和服務器彼此交換數(shù)據(jù)前，必須先在雙方之間建立一個TCP連接，之后才能傳輸數(shù)據(jù)。TCP提供超時重發(fā)，丟棄重復數(shù)據(jù)，檢驗數(shù)據(jù)，流量控制等功能，保證數(shù)據(jù)能從一端傳到另一端。

3.1.5 采集指標

采集指標是整體項目的數(shù)據(jù)資源的保障，本次項目建設要求實現(xiàn)全面的資源共享平臺的搭建，所以對于采集指標的有效設計規(guī)劃對于本次項目的建設有著非常重要的作用。

從整體結構上劃分，我們將本次項目建設數(shù)據(jù)資源分為基礎的結構型資源和非結構型資源，對于非結構型資源我們將通過基礎內容管理進行有效的管理維護，從而供用戶有效的查詢?yōu)g覽。

3.2 功能介紹

智能運維軟件功能分為資產管理(站點管理)、任務管理(巡檢管理)、告警管理、實時狀態(tài)、前端控制模塊等功能模塊(智能運維軟件登入界面見圖2)。

圖2 智能運維軟件登入界面Fig.2 Intelligent operation and maintenance software login page

(1)站點管理實現(xiàn)了對四川省18座電磁站基本信息管理，如站點數(shù)量，站點名稱、探頭型號等配置信息。并包含對站點的增加、修改、刪除、遠程重啟等操作功能(智能運維軟件站點管理見圖3)。

圖3 站點管理Fig.3 Site Management

(2)任務管理功能，將18座自動站通過任務形式進行周期性自動巡檢并上報巡檢信息，信息包含設備離線、無網(wǎng)絡、大屏顯示異常、涉嫌頭異常等信息。任務通過定時任務配置進行周期性功能巡檢，并將巡檢信息持久化的過程，包含服務器狀態(tài)、cpu使用率、內存使用率、端口狀態(tài)、探頭狀態(tài)、機箱們狀態(tài)等信息(智能運維軟件巡檢信息列表見圖4)。

圖4 巡檢信息列表Fig.4 Inspection Information List

(3)告警管理功能，實時上報18座電磁站運行故障狀態(tài)，從而第一時間告知運維人員進行確認并處理，告警包含閾值告警、告警級別定義等。告警管理主要實現(xiàn)告警信息檢索及各類告警數(shù)據(jù)統(tǒng)計，如高級告警、中級告警、低級告警數(shù)量以及告警處理，告警處理主要針對當前告警信息進行確認說明(智能運維軟件告警詳細信息見圖5)。

(4)實時狀態(tài)功能，實時顯示18座電磁站的數(shù)據(jù)采集信息，包含射頻電場、工頻電場、工頻磁場、溫度、濕度、GPS坐標等信息(智能運維軟件站點健康實時狀態(tài)信息見圖6)。

圖6 站點健康實時狀態(tài)信息Fig.6 Real-time site health status information

(5)前端控制模塊，通過遠程控制對前端控制模塊進行指令下發(fā)，從而控制設備的重啟、物理斷電、設備狀態(tài)檢測等。

前端控制模塊，通過現(xiàn)場控制器，使用物聯(lián)網(wǎng)卡接入互聯(lián)網(wǎng)，再將站房內相關設備電源接入現(xiàn)場控制器，即可通過控制現(xiàn)場控制器電源接口開關來實現(xiàn)相關設備硬重啟。據(jù)統(tǒng)計，70%～80%的設備故障通過重啟設備可以簡單排除，前端控制模塊可通過簡單操作遠程重啟設備從而排除大部分自動站故障，免除非必要到達現(xiàn)場故障排除，節(jié)省大量成本，提高工作效率，從而提高數(shù)據(jù)獲取率(智能運維軟件 站點遠程重啟功能見圖7，現(xiàn)場控制設備見圖8)。

圖7 站點遠程重啟功能Fig.7 The site remote restart function

圖8 現(xiàn)場控制設備Fig.8 Field control equipment

4 總結與展望

自動化智能運維軟件利用現(xiàn)代化信息化物聯(lián)網(wǎng)技術，通過其任務管理(巡檢管理)、告警管理、前端控制功能模塊，能有效提高環(huán)境保護工作的效率、安全性，提高資源的利用效率；能節(jié)省大量人力成本、時間成本和資金成本，提高運維工作效率，從而提高了站點的數(shù)據(jù)獲取率；能有效解決傳統(tǒng)自動站運維中發(fā)生故障難判斷、維修成本高、效率低、運維工作難考核等問題。其可視化界面、可維護性(公有云、私有云，局域網(wǎng)均可部署)、可擴展性(能滿足多樣化自動站)、安全性(權限可控查詢、數(shù)據(jù)加密處理)特點，使其應用前景更加可觀。