丁 強(qiáng)，蔣新新，王美玲

（1. 水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇 南京 210012；2. 水利部水文水資源監(jiān)控工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210012；3. 江蘇南水科技有限公司，江蘇 南京 210012；4. 江蘇省水文水資源勘測(cè)局，江蘇 南京 210029）

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水利自動(dòng)化系統(tǒng)智慧運(yùn)維平臺(tái)的研究和設(shè)計(jì)

丁 強(qiáng)1,2，蔣新新2,3，王美玲4

（1. 水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所，江蘇 南京 210012；2. 水利部水文水資源監(jiān)控工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210012；3. 江蘇南水科技有限公司，江蘇 南京 210012；4. 江蘇省水文水資源勘測(cè)局，江蘇 南京 210029）

摘 要：如何有效地管理和維護(hù)現(xiàn)有的信息系統(tǒng)，按照運(yùn)行維護(hù)管理方法和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合實(shí)際情況，建立一套融合組織、制度、流程、人員、技術(shù)和經(jīng)費(fèi)于一體的運(yùn)行維護(hù)管理體系已成當(dāng)務(wù)之急。水利自動(dòng)化系統(tǒng)智慧運(yùn)維平臺(tái)是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng) +、大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)運(yùn)行維護(hù)的技術(shù)措施，建立的具有自動(dòng)監(jiān)控監(jiān)視、維護(hù)操作、預(yù)測(cè)預(yù)警、決策處置和安全管理等各項(xiàng)功能的水利自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行保障服務(wù)平臺(tái)，可為水利自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行保障工作提供堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：水利自動(dòng)化系統(tǒng)；智慧運(yùn)維；運(yùn)維平臺(tái)；自動(dòng)維護(hù)；技術(shù)保障

0 引言

作為非工程措施的水利自動(dòng)化在全國(guó)水利工程和水利信息化中發(fā)揮了巨大的作用。特別是 2011 年《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》的發(fā)表和中央水利工作會(huì)議的召開，全國(guó)上下大力發(fā)展水利事業(yè)，水利自動(dòng)化和信息化系統(tǒng)爆發(fā)式增長(zhǎng)，覆蓋了水利工作的方方面面，其投入也逐年增加，已成為水利日常工作不可或缺的重要組成部分，各種自動(dòng)化和信息化系統(tǒng)的建設(shè)大大促進(jìn)了水利現(xiàn)代化的進(jìn)程。其中有國(guó)家防汛抗旱指揮、水文測(cè)報(bào)、山洪災(zāi)害預(yù)警、國(guó)家水資源管理、大壩安全監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)。水利自動(dòng)化系統(tǒng)是水利信息化的重要組成部分，已建水利工程和重點(diǎn)水利項(xiàng)目大都已建設(shè)了相應(yīng)的自動(dòng)化系統(tǒng)，此類自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入后建設(shè)期，大量已經(jīng)建好的自動(dòng)化系統(tǒng)正在運(yùn)行中，系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)工作成了今后信息化工作重要任務(wù)之一[3]。

1 現(xiàn)狀和問題

各水利自動(dòng)化系統(tǒng)由不同的制造商研制和集成，這些系統(tǒng)的功能和性能各異。運(yùn)維工作就是要把這些自動(dòng)化系統(tǒng)都管理好，使它們長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，確保發(fā)揮功能和效益。大量水利自動(dòng)化系統(tǒng)的業(yè)主缺乏自動(dòng)化專業(yè)人員和運(yùn)維手段，無法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行有效的運(yùn)行維護(hù)；部分業(yè)主屬于政策原因無法從事運(yùn)維活動(dòng)。各類業(yè)主急需尋找合作單位代維自動(dòng)化系統(tǒng)，水利自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)維工作已成為當(dāng)務(wù)之急。

現(xiàn)在的水利自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)維工作基本上停留在人工判斷運(yùn)行，人力維護(hù)系統(tǒng)的初始狀態(tài)。具體來講就是由用戶平時(shí)運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并告知維修人員，維修人員派員檢查和修理系統(tǒng)，或者由維修人員定時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維護(hù)。這種運(yùn)維方式發(fā)現(xiàn)問題和檢查維修都處于被動(dòng)形態(tài)，同時(shí)每個(gè)維護(hù)人員只能對(duì)自己熟悉的系統(tǒng)運(yùn)維，無法做到自動(dòng)化系統(tǒng)的全面運(yùn)維。

2 水利自動(dòng)化系統(tǒng)智慧運(yùn)維平臺(tái)的研究

2.1 目標(biāo)要求

要解決運(yùn)維中的難題就需要建立完善的運(yùn)行維護(hù)工作機(jī)制，包括人員隊(duì)伍、運(yùn)行經(jīng)費(fèi)、運(yùn)作模式、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、管理制度等。水利自動(dòng)化系統(tǒng)智慧運(yùn)維平臺(tái)采用互聯(lián)網(wǎng)+、專家決策和大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)為用戶自動(dòng)和主動(dòng)，全面和智慧地全程做好自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)維工作。建立自動(dòng)化系統(tǒng)智慧運(yùn)維平臺(tái)的運(yùn)作模式及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和管理制度，可成為水利自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行保障高效開展的基礎(chǔ)。

2.2 建設(shè)基礎(chǔ)

2015 年 4 月，水利部印發(fā)了《水利信息化資源整合共享頂層設(shè)計(jì)》[1-2]（以下簡(jiǎn)稱《頂層設(shè)計(jì)》），明確了水利信息化資源整合共享的技術(shù)路線、實(shí)施途徑。作為水利信息化的重要部分，水利自動(dòng)化系統(tǒng)也遵從該頂層設(shè)計(jì)，這樣從新建系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)到老系統(tǒng)的整合共享，水利自動(dòng)化系統(tǒng)有了共同的話語和平臺(tái)。

相繼出臺(tái)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為水利自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)立下了規(guī)矩，也為今后系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)提供了技術(shù)保障。SL 427—2008《水資源監(jiān)控管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》[4]、SZY 206—2012《水資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約》[5]和 SL 651—2013《水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通信規(guī)約》[6]等相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約統(tǒng)一了水利自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)膮f(xié)議。SL 61—2015《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》[7]、SZY 204—2012《水資源監(jiān)測(cè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試》[8]、SZY 505—2015《運(yùn)行維護(hù)》[9]為系統(tǒng)的建設(shè)和維護(hù)提出了規(guī)定，提供了運(yùn)行規(guī)律和故障判斷的基礎(chǔ)。

2.3 平臺(tái)結(jié)構(gòu)

頂層設(shè)計(jì)和水利標(biāo)準(zhǔn)為建設(shè)水利自動(dòng)化系統(tǒng)智慧運(yùn)維平臺(tái)提供了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的保障，水利自動(dòng)化系統(tǒng)的智慧運(yùn)維平臺(tái)包含自動(dòng)化系統(tǒng)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)、維護(hù)人員和物資管理、運(yùn)維決策支持等 3 個(gè)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)均是在線運(yùn)行，自動(dòng)監(jiān)測(cè)多個(gè)正在運(yùn)行的水利自動(dòng)化系統(tǒng)的軟件，軟件可以現(xiàn)場(chǎng)安裝運(yùn)行，也可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程云服務(wù)，屬于可設(shè)置和配置的通用軟件。

自動(dòng)化系統(tǒng)智慧運(yùn)維平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。

圖 1 水利自動(dòng)化系統(tǒng)智慧運(yùn)維平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

3 水利自動(dòng)化系統(tǒng)智慧運(yùn)維平臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)化系統(tǒng)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

自動(dòng)化系統(tǒng)健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）通過自動(dòng)監(jiān)測(cè)水利自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控和采集平臺(tái)的相關(guān)信息，判斷自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控的工作狀態(tài)，按照評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)給出自動(dòng)化系統(tǒng)的健康狀態(tài)。當(dāng)自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)亞健康狀態(tài)甚至故障時(shí)，給出對(duì)應(yīng)的故障點(diǎn)和性質(zhì)。

根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)自報(bào)設(shè)定和召測(cè)功能的使用，檢測(cè)各測(cè)站向中心站發(fā)數(shù)的次數(shù)，判斷各測(cè)站數(shù)據(jù)發(fā)送是否正常。根據(jù)數(shù)據(jù)暢通率統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)各測(cè)站和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)暢通率。根據(jù)中心站所收數(shù)據(jù)的出錯(cuò)多少，分析統(tǒng)計(jì)測(cè)站和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)正確率。系統(tǒng)及時(shí)將數(shù)據(jù)暢通率和正確率報(bào)告給用戶，并且進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)暢通率低可能是測(cè)站設(shè)備或通信通道出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)正確率低可能是測(cè)站設(shè)備出現(xiàn)故障。

根據(jù)各測(cè)站發(fā)送來的測(cè)站工作狀態(tài)，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)情況分析可能發(fā)生的故障并及時(shí)向用戶報(bào)告。根據(jù)各測(cè)站發(fā)送來的測(cè)站報(bào)警信息（這些故障信息也可以是人工輸入的），及時(shí)分析產(chǎn)生報(bào)警的原因及可能出現(xiàn)的故障，向用戶報(bào)告和報(bào)警。

根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)的測(cè)站數(shù)據(jù)暢通率，判斷系統(tǒng)通信通道的健康狀態(tài)；根據(jù)測(cè)站數(shù)據(jù)暢通率、正確率和工作及報(bào)警狀態(tài)，判斷該測(cè)站的健康狀態(tài)。評(píng)判的標(biāo)準(zhǔn)可以《水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》等規(guī)范為標(biāo)準(zhǔn)，也可以自定標(biāo)準(zhǔn)。如果以上指標(biāo)符合或高于標(biāo)準(zhǔn)要求，則系統(tǒng)處于健康狀態(tài)；如果低于標(biāo)準(zhǔn)要求，則為亞健康。長(zhǎng)時(shí)間亞健康的自動(dòng)化系統(tǒng)有可能成為不健康的系統(tǒng)，應(yīng)該及時(shí)解決自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，保持系統(tǒng)健康。因此在亞健康時(shí)應(yīng)該能夠初步判斷可能出現(xiàn)的問題及可能的故障點(diǎn)和設(shè)備。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)水文和水資源自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)功能可設(shè)置和監(jiān)測(cè)站點(diǎn)可配置?？梢酝ㄟ^被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)或監(jiān)控中間數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷。

3.2 維護(hù)人員和物資管理系統(tǒng)

一般自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)控站點(diǎn)都是分布在所測(cè)控的區(qū)域的，這個(gè)區(qū)域往往比較大，道路和條件比較復(fù)雜。為了能及時(shí)對(duì)系統(tǒng)監(jiān)控站進(jìn)行維護(hù)維修，應(yīng)在該區(qū)域的合適地點(diǎn)安排相應(yīng)的備品備件物資庫(kù)，配備相關(guān)的維護(hù)人員，類似于防汛抗旱指揮系統(tǒng)對(duì)防汛物資庫(kù)和隊(duì)伍的分布安排。

維護(hù)人員和物資管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱管理系統(tǒng)）需要建立一個(gè)綜合運(yùn)維人員物資數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。數(shù)據(jù)庫(kù)含有自動(dòng)化運(yùn)維平臺(tái)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)的所有監(jiān)控站點(diǎn)的基礎(chǔ)信息（包括位置、站號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)參數(shù)及編號(hào)、可用設(shè)備品種和數(shù)量、設(shè)備維修情況等）；維護(hù)這些站點(diǎn)所需的備品備件品種、數(shù)量和存放地點(diǎn)，維護(hù)系統(tǒng)所需的人員情況（包括人數(shù)、裝備、專業(yè)、單位、所在地、運(yùn)維合同等）；運(yùn)維隊(duì)伍的維修區(qū)域和服務(wù)對(duì)象（包括人員與物資的匹配、響應(yīng)速度和維修水平等）；與相關(guān)質(zhì)檢單位聯(lián)網(wǎng)，提出合規(guī)的設(shè)備和經(jīng)過評(píng)估的合格設(shè)備供應(yīng)商。數(shù)據(jù)庫(kù)可以是數(shù)據(jù)、圖片和視頻[8]。

管理系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)所監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)分布，布局合理的運(yùn)維人員和物資點(diǎn)，根據(jù)運(yùn)維的設(shè)備，給出所需的備品備件和各類物資的品種和數(shù)量。根據(jù)合格的設(shè)備供應(yīng)商給出的設(shè)備采購(gòu)型號(hào)和數(shù)量的清單，及時(shí)補(bǔ)充備品備件庫(kù)，用 RFID 電子標(biāo)簽、智能卡動(dòng)態(tài)管理運(yùn)維物資庫(kù)。對(duì)維修人員隊(duì)伍及時(shí)提出有效性維修合同，定期進(jìn)行培訓(xùn)考核。

3.3 運(yùn)維決策支持系統(tǒng)

運(yùn)維決策支持系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱支持系統(tǒng)）根據(jù)各類標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、安裝調(diào)試記錄及維護(hù)要求，匯集各路運(yùn)維專家的豐富經(jīng)驗(yàn)，建立系統(tǒng)維護(hù)維修預(yù)案庫(kù)。維護(hù)維修預(yù)案包括各種情況下的自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)維修預(yù)案，并在各次維護(hù)維修過程中學(xué)習(xí)和豐富預(yù)案庫(kù)。維護(hù)維修實(shí)例庫(kù)具有每次對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)維護(hù)維修的完整實(shí)例。支持系統(tǒng)根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)的健康狀態(tài)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的初步故障判斷，進(jìn)行進(jìn)一步的評(píng)判和安排，提出系統(tǒng)保持健康，維護(hù)亞健康的建議。在系統(tǒng)亞健康時(shí)，應(yīng)盡可能找出故障點(diǎn)和設(shè)備，調(diào)出維護(hù)維修預(yù)案庫(kù)和實(shí)例庫(kù)中類似維護(hù)維修的預(yù)案或?qū)嵗?，綜合提出維護(hù)維修建議。

維護(hù)維修建議包括故障是維修還是更換設(shè)備；本次維修需要的人員采用哪些維修隊(duì)伍；需要帶哪些備品備件，這些備品備件分別取自哪些備品備件庫(kù)，運(yùn)行材料動(dòng)力消費(fèi)等。維修建議供業(yè)主和運(yùn)維人員參考決策。如果有新的情況可以人工加入評(píng)判和安排條件，支持系統(tǒng)可以給出進(jìn)一步的維修建議。

在維修過程中，支持系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟蹤維修人員，指揮引導(dǎo)他們及時(shí)到達(dá)維修點(diǎn)，及時(shí)處理維修過程中出現(xiàn)的新情況。被監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)維修后，應(yīng)通過自動(dòng)化系統(tǒng)的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)評(píng)估，直到故障解除，系統(tǒng)恢復(fù)正常，本次維修完成。

為了維持自動(dòng)化系統(tǒng)的健康，支持系統(tǒng)應(yīng)該安排對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的定期檢查和診斷。在每年汛期前和重要活動(dòng)時(shí)，需要對(duì)被監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維護(hù)，支持系統(tǒng)可以給出這種檢查維護(hù)的工作建議。

定期或每次維修后要對(duì)備品備件進(jìn)行整理，監(jiān)督備品備件的完好率，并對(duì)各維修隊(duì)伍的實(shí)際服務(wù)提出評(píng)價(jià)，篩選優(yōu)秀的維修隊(duì)伍。

4 結(jié)語

水利自動(dòng)化系統(tǒng)智慧運(yùn)維平臺(tái)是應(yīng)用信息化手段強(qiáng)化運(yùn)行維護(hù)的技術(shù)措施，建立的具有自動(dòng)監(jiān)控監(jiān)視、維護(hù)操作、預(yù)測(cè)預(yù)警、決策處置和安全管理等各項(xiàng)功能的保障服務(wù)平臺(tái)，為運(yùn)行保障工作提供堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)支撐。該智慧運(yùn)維平臺(tái)的建設(shè)和運(yùn)行，就像有運(yùn)維團(tuán)隊(duì)隨時(shí)隨地地貼身關(guān)注著自動(dòng)化系統(tǒng)，出現(xiàn)任何問題都有專家團(tuán)隊(duì)在診斷和決策，使運(yùn)維從被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)，從就事論事轉(zhuǎn)為全面智慧，大大提高了水利自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)維科學(xué)性水平，保證了水利自動(dòng)化系統(tǒng)的健康安全。

建設(shè)水利自動(dòng)化系統(tǒng)智慧運(yùn)維平臺(tái)，必須對(duì)水利自動(dòng)化系統(tǒng)的軟硬件和運(yùn)行有充分的了解，對(duì)設(shè)備和維修有豐富的經(jīng)驗(yàn)?，F(xiàn)在已經(jīng)有此類平臺(tái)的雛形，例如江蘇省正在運(yùn)行的水利自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)管系統(tǒng)，今后可以按照水利自動(dòng)化系統(tǒng)智慧運(yùn)維平臺(tái)的思路進(jìn)一步開發(fā)和完善。

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Research and design on Intelligence Operations Platform of Hydraulic Automatic System

DING Qiang1,2, JIANG Xinxin2,3, WANG Meiling4
(1. Nanjing Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology, the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012, China; 2. Hydrology and Water Resources Engineering Research Center for Monitoring, the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012, China; 3. Jiangsu Naiwch Co.Ltd, Nanjing 210012, China; 4. Jiangsu Province Hydrology and Water Resources Investigation Bureau, Nanjing 210018, China)

Abstact:According to the methods and standard of operation maintenance and management, combining with actual situation, it has become a top priority to establish a set of integrating organization, system, process, personnel, technology and funds in the operation maintenance management system for managing and maintaining the existing information system effectively. Using operation, maintenance and technical measures of informatization technology such as internet of things + and big data, hydraulic automatic system intelligence operations platform has the functions of automatic monitoring, maintenance, operation, monitor early warning, decision disposal and safety management and other functions. It provides strong technical support for operation of water conservancy automation system runs.

Key words:water conservancy automation system; intelligence operations; operational platform; automatic maintenance; technical support

中圖分類號(hào)：TV39

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9405(2016)02-0057-04

收稿日期：2016-02-24

作者簡(jiǎn)介：丁 強(qiáng)（1955-），男，江蘇揚(yáng)州人，教授級(jí)高工，主要從事水文水資源自動(dòng)化和水利信息化研究工作。