楊威

（遼寧省水文局，遼寧沈陽110003）

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自動測報系統(tǒng)故障信息采集平臺設(shè)計與研究

楊威

（遼寧省水文局，遼寧沈陽110003）

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

［關(guān)鍵詞］自動測報；故障信息；采集；設(shè)計；研究

1　引言

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

自動測報系統(tǒng)實現(xiàn)了水情信息自動采集，自動傳輸，自動入庫，自動報汛等功能，為防汛抗旱及洪水調(diào)度提供了及時準(zhǔn)確的水雨情信息。但是自動測報系統(tǒng)在實際運(yùn)行過程中會出現(xiàn)各種各樣的故障，任何一個故障的出現(xiàn)都會影響整個水情信息的及時性、準(zhǔn)確性。

如何在遙測站點出現(xiàn)故障的第一時間及時知道遙測站點的出現(xiàn)了故障，出現(xiàn)了何種故障，這里就需要建立一個自動測報系統(tǒng)故障信息平臺，實時的收集所有監(jiān)控站點的運(yùn)行狀態(tài)，及時上報故障站點的故障信息，便于系統(tǒng)維護(hù)人員及時發(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的信息。

2　故障類別的分析

根據(jù)自動測報系統(tǒng)實際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的問題，遙測站點故障分為：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)和長時缺數(shù)，共5大類。

1）雨量數(shù)據(jù)越限。是指1小時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個小時的水位值之間的絕對值超過人為設(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。是指每個定時遙測設(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個整點不發(fā)送定時報數(shù)據(jù)到中心站。該故障出現(xiàn)的原因是電池電壓過低、通信模塊信號不好、RTU短時間死機(jī)等原因。

5）長時缺數(shù)。是指遙測設(shè)備連續(xù)4個整點不發(fā)送定時報數(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、RTU遭外力損壞、設(shè)備連接線松動或老化等原因均可引起長時缺數(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的水情數(shù)據(jù)及工情數(shù)據(jù)均存儲在各個分中心數(shù)據(jù)庫中，省維護(hù)中心與各個分中心直接專網(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，各個分中心的客戶端定時上傳各分中心故障信息。此故障信息獲取模式的優(yōu)點在于故障信息的采集工作交由各個客戶端自行完成，可以節(jié)省系統(tǒng)輪詢時間；此故障信息獲取模式的缺點在于過多的客戶端自行運(yùn)行，存在結(jié)點過多，并且客戶端均運(yùn)行在各個分中心，不利于省維護(hù)中心及時發(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)中心實施監(jiān)控；此故障信息獲取模式的缺點在于需要采取輪詢方式逐一獲取各個分中心故障信息，獲取信息時間會較第一種模式長。

第一種模式雖然在時效性上略高于第二種模式，但是第一種模式需要14個分中心均安排運(yùn)行維護(hù)人員對其進(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)缺點分析比較，采用第二種故障信息獲取模式。

4　　故障信息存儲平臺的比較與分析

信息的存儲采用數(shù)據(jù)庫方式，目前在自動測報系統(tǒng)中常用的數(shù)據(jù)庫平臺有：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)合在一起的一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。它是微軟OFFICE的一個成員，一個小型數(shù)據(jù)庫平臺。它的優(yōu)點在于安裝方便、操作方便、維護(hù)方便；缺點在于不適合大量存儲數(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)，一個大型數(shù)據(jù)庫平臺。它的優(yōu)點在于可以存儲大量數(shù)據(jù)；缺點在于其安裝與維護(hù)對相關(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)?？梢越M織管理任何數(shù)據(jù)?？梢詫⒔Y(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化文檔的數(shù)據(jù)直接存儲到數(shù)據(jù)庫中，可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、搜索、同步、報告和分析之類的操作；數(shù)據(jù)可以存儲在各種設(shè)備上，從數(shù)據(jù)中心最大的服務(wù)器一直到桌面計算機(jī)和移動設(shè)備，它都可以控制數(shù)據(jù)而不用管數(shù)據(jù)存儲在哪里，該平臺是一個中型數(shù)據(jù)庫平臺。它的優(yōu)點安裝與維護(hù)相對簡單、圖形化的操作平臺功能強(qiáng)大；缺點在于進(jìn)行大量數(shù)據(jù)存儲時效率不夠高。

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

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

5　自動測報系統(tǒng)故障信息采集平臺設(shè)計

自動測報系統(tǒng)的故障信息采集平臺根據(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數(shù)據(jù)庫。

5.1故障信息分析采集部分的設(shè)計

5.1.1輪詢的時間控制

信息的分析采集總體采用輪詢方式，根據(jù)設(shè)定的時間間隔每個整點后啟動一次，一個分中心信息獲取完畢后在獲取下一個分中心。

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

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)庫對網(wǎng)絡(luò)的速度依賴性較高，為了及時快速的獲取故障信息，在做輪詢機(jī)制設(shè)定時需要考慮兩個方面：

一是遠(yuǎn)程訪問數(shù)據(jù)庫的容錯，省中心到各個分中心，網(wǎng)絡(luò)依賴于各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商，中間環(huán)節(jié)多，主動可控性不強(qiáng)，這里就需要在軟件設(shè)計中增加容錯機(jī)制，防止遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫訪問時因為網(wǎng)絡(luò)問題出錯。

二是故障信息的獲取模式，省中心到各個分中心網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性及時效性決定了在設(shè)計故障信息獲取模式方面需要盡量減少對遠(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，不僅僅時效性低，且多次頻繁的訪問數(shù)據(jù)庫會大大增加數(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)分析的實效性，同時可以降低分中心數(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。按站點一次性調(diào)取所有當(dāng)前時間水位數(shù)據(jù)存取到設(shè)定好的當(dāng)前水位數(shù)據(jù)數(shù)組中，再按站點一次性調(diào)取所有前一小時水位數(shù)據(jù)存在到設(shè)定好的前一小時水位數(shù)據(jù)數(shù)組中，然后兩個數(shù)組進(jìn)行一一對比，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)的站點信息。

5）長時缺數(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

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

5.2.1后臺數(shù)據(jù)庫

故障信息展示部分所使用的后臺數(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分中心獲取到故障信息后，存入后臺數(shù)據(jù)庫，故障信息展示部分直接調(diào)用后臺數(shù)據(jù)庫中的已有信息進(jìn)行現(xiàn)實。

5.2.2故障信息顯示的計劃設(shè)定

顯示計劃的設(shè)定分為兩部分，一是單屏顯示時間，這里需要根據(jù)顯示的實際需求進(jìn)行靈活設(shè)定，設(shè)定時間過長不利于及時發(fā)現(xiàn)更多故障信息，設(shè)定時間過短不利于仔細(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外進(jìn)行信息發(fā)布，不通計算機(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、站名、站類、故障類別和發(fā)送故障的時間，故障顯示根據(jù)設(shè)定的時間進(jìn)行輪動顯示，對于沒有故障站點的分中心直接跳過。

5.3故障信息后臺數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

故障信息后臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計使用2張表，1張表為站點信息表，見表1，1張表為故障信息表，見表2。

表1站點信息表

表2故障信息表

站點信息表為存儲需要進(jìn)行故障判斷站點信息的表。這里設(shè)計為4個字段：站號、站名、站類和分中心編碼。站號和站名需要和所屬分中心站點信息一致，站號、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。

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

6　結(jié)語

目前的遼寧自動測報系統(tǒng)故障信息采集平臺對于自動測報系統(tǒng)故障的監(jiān)控已經(jīng)比較全面，能及時準(zhǔn)確的監(jiān)控全省自動測報系統(tǒng)遙測站點的各種故障信息。下一步的研究工作是針對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)周邊雨量站點降雨情況智能判斷此時段降雨量的合理性，水位數(shù)據(jù)根據(jù)上下游站點的水位變化智能判斷水位變化的合理性。

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［中圖分類號］TP2

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）05－0067－04

[收稿日期]2016-01-15