胡浩軍+郭玲

摘 要： 隨著分布式系統(tǒng)、計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及故障診斷技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程協(xié)同診斷技術(shù)得到越來越多研究者的關(guān)注。在綜合以上技術(shù)的前提下，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種基于Android系統(tǒng)的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺。該系統(tǒng)服務(wù)器端采用了Struts2、Hibernate和Spring框架。結(jié)合Android Studio、MySQL和Tomcat等開發(fā)環(huán)境，并借助網(wǎng)易云信相關(guān)技術(shù)，構(gòu)建一個群體性、分布性和協(xié)作性的虛擬設(shè)備診斷環(huán)境，實(shí)現(xiàn)用戶與專家之間的多種共享交互功能、故障會診的發(fā)起與分配以及故障診斷所需信息的管理和調(diào)用。

關(guān)鍵詞： 分布性； 遠(yuǎn)程協(xié)同診斷； Android； 故障診斷

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2018）01-04-05

Design of electrical equipment Remote Cooperative Fault Diagnosis platform for Android

Hu Haojun， Guo Ling

（School of Automation， Nanjing University of Science and Technology， Nanjing， Jiangsu 210094， China）

Abstract： With the development of distributed system， computer technology， network communication technology and fault diagnosis technology， more and more researchers pay attention to Remote Cooperative Fault Diagnosis （RCFD） technology. Based on the above technologies， a remote collaborative diagnosis platform for Android is designed and implemented， which uses the Struts2， Hibernate and Spring framework， and combines with Android Studio， MySQL， Tomcat and other development environments， via Netease.im， a virtual device diagnosis environment of group， distributed and collaborative is built. The system achieves a variety of shared interaction functions between experts and users， the initiation and distribution of fault diagnosis， and the management and invocation of information required for troubleshooting.

Key words： distribution； remote cooperative diagnosis； android； fault diagnosis

0 引言

在整個電力系統(tǒng)，電氣設(shè)備的地位舉足輕重，電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)直接影響到電力系統(tǒng)能否正常運(yùn)行[1]。由于大部分電力設(shè)備本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備的故障類型也變得復(fù)雜多樣，并且電力設(shè)備故障經(jīng)常存在連鎖反應(yīng)，因此增加了現(xiàn)場維修人員的維修難度。傳統(tǒng)的故障維修方式，由于地域和時間限制，導(dǎo)致大部分診斷資源分散、診斷效率低、 斷成本高等弊端，已經(jīng)難以勝任復(fù)雜設(shè)備的維修任務(wù)。隨著互聯(lián)網(wǎng)科技的迅猛發(fā)展，遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷[2]（Remote Cooperative Fault Diagnosis RCFD）技術(shù)得到了越來越多研究者的研究，并在復(fù)雜設(shè)備故障診斷領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，有效的提高了故障診斷效率，降低了維修費(fèi)用。遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷技術(shù)是以計算機(jī)學(xué)、移動計算技術(shù)和分布式人工智能等學(xué)科為基礎(chǔ)，為處在不同地域、相同甚至不同領(lǐng)域的診斷資源（診斷專家，技術(shù)人員，設(shè)備廠商等）提供一個開放的協(xié)同診斷環(huán)境[3]。

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，為傳統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇。通過利用信息技術(shù)、通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺，傳統(tǒng)行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合，取長補(bǔ)短，相互促進(jìn)，共同發(fā)展。正是在此基礎(chǔ)上，本文將遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷技術(shù)與移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，以移動終端為診斷平臺，整合不同地域、領(lǐng)域的專家資源，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障會診[4]。遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺包括服務(wù)器端和移動終端。用戶使用移動端發(fā)送診斷任務(wù)請求，系統(tǒng)會分析該診斷任務(wù)，然后根據(jù)已有的診斷專家的相關(guān)信息，將任務(wù)發(fā)送給合適的診斷專家，相應(yīng)的專家與用戶之間采用多種共享交互手段對故障進(jìn)行協(xié)同診斷。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 SSH框架

SSH框架是將Struts 2、Spring和Hibernate三個技術(shù)融合在一起的一種開源框架，是目前比較流行的一種Web應(yīng)用程序開發(fā)框架[5]。

Struts 2是一個結(jié)合了Servlet和JSP技術(shù)，基于J2EE平臺實(shí)現(xiàn)MVC思想的優(yōu)秀開源框架[6]。Struts 2框架充分體現(xiàn)了MVC開發(fā)模式，較低的開發(fā)周期、高維護(hù)性吸引了大量開發(fā)人員的青睞。Struts 2框架整合了Servlet、JSP、自定義標(biāo)簽和信息資源等開發(fā)技術(shù)，因此在使用框進(jìn)行開發(fā)時，開發(fā)人員只需通過簡單、集中的配置即可實(shí)現(xiàn)MVC開發(fā)模式，極大的提高了開發(fā)效率。endprint

Spring是一個具有高凝聚力和吸引力的企業(yè)級輕量框架。Spring框架采用IOC（Inversion of Control，控制反轉(zhuǎn)）和AOP（Aspect Oriented Program，面向切口編程）兩種技術(shù)為基礎(chǔ)，使得組件之間具有高度的解耦性。同時，高度的整合性使得Spring框架能夠與其他框架結(jié)合，從而為企業(yè)級應(yīng)用提供了一個一站式解決方案。Spring的可重用性，使得抽象出來的代碼可以移植到其他程序中，減少了開發(fā)成本。

Hibernate是一個開放源碼的持久化技術(shù)框架，它對JDBC進(jìn)行了輕量級封裝，使得開發(fā)人員可以使用面向?qū)ο蟮乃枷雭聿僮麝P(guān)系型數(shù)據(jù)庫。因此，在Java客戶端程序以及Web應(yīng)用中，Hibernate可以像JDBC那樣對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。同時，作為一個優(yōu)秀的持久層框架，Hibernate也可以輕松和Struts 2、Spring等框架結(jié)合來解決系統(tǒng)問題。

SSH架構(gòu)圖如圖1所示。

Struts 2管理Web層。首先，用戶在前臺網(wǎng)頁表單中填寫的數(shù)據(jù)會傳給ActionForm，然后通過配置文件找到對應(yīng)的Action進(jìn)行處理，處理完成后再返回到指向的網(wǎng)頁，在Struts-config.xml文件匯中配置了Action的映射對象。

Spring管理業(yè)務(wù)層，即Service層類。Service層主要處理業(yè)務(wù)流程和控制事物，擴(kuò)展了DAO類對數(shù)據(jù)庫的一些操作，通過實(shí)現(xiàn)Service類接口，融合多個DAO類的功能來形成業(yè)務(wù)邏輯。

Hibernate管理持久層，業(yè)務(wù)層通過持久化類對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行增刪查改操作。Hibernate需要配置hbm.xml文件和PO（Persistent Object），是與數(shù)據(jù)庫中的表一一對應(yīng)的，然后定義DAO類，主要負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)的交互。

1.2 網(wǎng)易云信技術(shù)[7]

網(wǎng)易云信是網(wǎng)易公司為廣大開發(fā)者提供的一款即時通訊云服務(wù)產(chǎn)品，以PaaS為服務(wù)模式，向開發(fā)者提供相關(guān)SDK開發(fā)包以及開源的API，讓開發(fā)者能夠快速地將云信產(chǎn)品接入到自己的程序中。網(wǎng)易云信提供IM即時通訊、實(shí)時音視頻、專線電話、短信等多種功能。本系統(tǒng)采用了網(wǎng)易云信提供的IM即時通訊和實(shí)時音視頻服務(wù)。

IM服務(wù)提供了一整套即時通訊基礎(chǔ)能力，通過該平臺提供的產(chǎn)品服務(wù)可以將即時通訊、實(shí)時網(wǎng)絡(luò)通信快速的集成到開發(fā)者自身應(yīng)用當(dāng)中。網(wǎng)易云信提供了一系列產(chǎn)品、技術(shù)解決方案，為開發(fā)者適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境，主要產(chǎn)品有客戶端IM組件、客戶端IM基礎(chǔ)庫、全平臺SDK以及服務(wù)端API等。通過網(wǎng)易云信IM SDK，可以實(shí)現(xiàn)常見功能有私信、即時聊天、消息通知、游戲?qū)?zhàn)通訊等。

網(wǎng)易云通信實(shí)時音視頻服務(wù)為開發(fā)者提供了實(shí)時音視頻功能的相關(guān)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)和多人的音視頻功能。實(shí)時音視頻服務(wù)具有高穩(wěn)定、高品質(zhì)、高實(shí)時等特點(diǎn)，其小于200ms的延時、抗800ms的網(wǎng)絡(luò)抖動、采樣率最高支持48KHz等特性極大的保證了音視頻的通話質(zhì)量。為滿足開發(fā)者各種需求，實(shí)時音頻服務(wù)適用于各類場景，例如社交聊天、視頻教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域。

2 系統(tǒng)需求分析與設(shè)計

2.1 需求分析

遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺面向普通用戶和專家用戶。普通用戶為設(shè)備現(xiàn)場維護(hù)人員，通過注冊登錄診斷平臺，完善各類相關(guān)信息，主要包括：用戶單位信息、用戶單位設(shè)備信息、設(shè)備實(shí)時數(shù)據(jù)。當(dāng)普通用戶無法及時解決現(xiàn)場故障診斷時，可將本次診斷任務(wù)及相關(guān)數(shù)據(jù)分發(fā)給相應(yīng)的診斷專家，邀請診斷專家解答，并對專家的解答給予評價。專家用戶通過平臺獲得來自普通用戶的診斷邀請以及設(shè)備故障的相關(guān)信息，根據(jù)自身情況來確定是否接受診斷請求。系統(tǒng)為用戶和接受邀請的專家提供一個能實(shí)時交流的平臺，專家和用戶通過平臺共享信息和數(shù)據(jù)，商討對策，從而達(dá)到對設(shè)備故障進(jìn)行協(xié)同診斷的目的。診斷結(jié)束后，系統(tǒng)記錄本次診斷結(jié)果，同時更新診斷家列表。

2.2 方案設(shè)計

本系統(tǒng)采用Struts、Spring、Hibernate的融合框架，結(jié)合它們各自的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。數(shù)據(jù)庫采用MySQL輕量級關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，能夠快速、靈活的對數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。在集成開發(fā)環(huán)境方面，服務(wù)器開發(fā)采用Eclipse開發(fā)環(huán)境。Eclipse是流行的Java開發(fā)工具，配合第三方插件，可以更快捷的開發(fā)Web應(yīng)用。移動端采用Android Studio開發(fā)環(huán)境，它是Google公司推出的新一代Android開發(fā)工具，開發(fā)速度相比其他開發(fā)工具更快。

2.2.1 服務(wù)器端設(shè)計[8]

服務(wù)器端包括：用戶信息管理、專家信息管理、企業(yè)信息管理、設(shè)備參數(shù)信息管理、診斷信息管理、公告信息管理六個功能模塊。各模塊功能如下。

⑴ 用戶信息管理。通過用戶名查詢相關(guān)普通用戶基本信息，對用戶信息進(jìn)行增加、刪除、查詢和修改操作。用戶信息管理主要管理用戶在注冊時所填寫的基本信息，例如用戶名、密碼、單位名稱、聯(lián)系電話、郵箱、密保問題和密保答案等。

⑵ 專家信息管理。通過專家用戶名或研究領(lǐng)域等查詢相關(guān)專家注冊時填寫的信息，其操作和用戶是一樣的，這里不再復(fù)述。

⑶ 企業(yè)信息管理。該模塊主要管理所有用戶的單位信息，可進(jìn)行增刪查改操作。

⑷ 設(shè)備參數(shù)信息管理。包括用戶上傳的所有設(shè)備基礎(chǔ)信息，包括設(shè)備型號、設(shè)備規(guī)格、額定容量、額定電壓、額定電流、空載電流、短路電流等?？筛鶕?jù)設(shè)備型號進(jìn)行查找。正在運(yùn)行的設(shè)備會根據(jù)所在用戶單位進(jìn)行分類，可查看正在運(yùn)行設(shè)備的在線監(jiān)控數(shù)據(jù)[9]。其中，設(shè)備的在線實(shí)時數(shù)據(jù)由現(xiàn)場設(shè)備智能化監(jiān)測系統(tǒng)采集，存儲到該系統(tǒng)自帶的實(shí)時數(shù)據(jù)庫中，然后通過一些列接口轉(zhuǎn)存到本地關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中。用戶通過選擇相應(yīng)編號的設(shè)備，即可查看該設(shè)備在線數(shù)據(jù)。以變壓器的在線數(shù)據(jù)為例，可查詢變壓器最近15天的8種特征氣體（H2，CO，CO2，CH4，C2H2，C2H4，C2H6，總烴）的溶度。endprint

⑸ 診斷信息管理?？筛鶕?jù)普通用戶名、專家用戶名或設(shè)備型號查詢診斷記錄，診斷記錄包含診斷信息，即：診斷專家，診斷時間，專家解答等信息。

⑹ 公告信息管理。管理員對平臺所有用戶推送的公告信息?？蓪嫘畔⑦M(jìn)行增刪查改操作。

2.2.2 客戶端設(shè)計

客戶端為基于Android系統(tǒng)的移動終端，分為普通用戶端和診斷專家端。

普通用戶端主要功能如下。

⑴ 企業(yè)信息查詢。查詢當(dāng)前用戶所在企業(yè)的相關(guān)信息。

⑵ 設(shè)備信息查詢。查詢當(dāng)前用戶所在企業(yè)所有設(shè)備的基本信息。

⑶ 設(shè)備在線數(shù)據(jù)查詢。包括用戶所在企業(yè)所有設(shè)備的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)。

⑷ 未接受診斷查詢。用戶向診斷專家發(fā)出診斷邀請，但專家還未接受的診斷任務(wù)。

⑸ 已接受診斷查詢。遠(yuǎn)程診斷專家已接受的故障診斷請求，同時用戶可與相關(guān)專家進(jìn)行交互。

⑹ 已完成診斷查詢。已經(jīng)完成的診斷任務(wù)，用戶可查看診斷記錄，同時對診斷結(jié)果進(jìn)行評價。

診斷專家端主要功能如下。

⑴ 診斷邀請查詢。查詢接受到的普通用戶診斷邀請，并選擇是否接受診斷請求。

⑵ 正在進(jìn)行的診斷查詢。查詢已接受的所有診斷任務(wù)，通過選擇相應(yīng)的任務(wù)可查看故障設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)入診斷狀態(tài)。

⑶ 已完成診斷查詢。查詢已完成的診斷任務(wù)。

2.2.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)主要的數(shù)據(jù)庫表包括普通用戶信息數(shù)據(jù)表、專家信息數(shù)據(jù)表、設(shè)備信息數(shù)據(jù)表、設(shè)備在線數(shù)據(jù)表、故障診斷信息表等。數(shù)據(jù)庫E-R圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于Android系統(tǒng)的設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺主要由移動終端、Web服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫以及網(wǎng)易云信服務(wù)器等部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2 工作原理

設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷是通過建立了動態(tài)診斷聯(lián)盟[10]，采用互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，將不同地域、領(lǐng)域的診斷資源組織起來，并為相應(yīng)的診斷資源（診斷專家）提供一個虛擬的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷環(huán)境，在該環(huán)境中進(jìn)行設(shè)備故障的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷，以資源的集成實(shí)現(xiàn)了故障診斷的優(yōu)化。

設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷流程如下：

⑴ 普通用戶在移動端設(shè)備上發(fā)處診斷邀請，同時上傳設(shè)備相關(guān)信息（包括圖片、在線數(shù)據(jù)等）；

⑵ 故障診斷中心（服務(wù)器端）接收到用戶的診斷邀請后，對該次診斷任務(wù)進(jìn)行分析，根據(jù)故障特征選擇合適的診斷專家，然后將診斷邀請轉(zhuǎn)發(fā)送給這些診斷專家；

⑶ 診斷專家通過專家端移動設(shè)備查看接受到的診邀請，并從服務(wù)器端下載相關(guān)信息，通過查看信息決定是否參與診斷，然后向診斷中心反饋診斷意向；

⑷ 在規(guī)定的時間內(nèi)，診斷中心根據(jù)接受到的診斷專家反饋信息，為決定參與診斷的專家以及用戶提供給一個獨(dú)立的診斷空間，進(jìn)行故障會診；

⑸ 普通用戶根據(jù)故障會診過程提出的診斷方案對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，并將本次診斷結(jié)果上傳到診斷中心；

⑹ 診斷中心根據(jù)診斷結(jié)果更新專家列表。

系統(tǒng)主要流程如圖4所示。

4 運(yùn)行環(huán)境

面向安卓系統(tǒng)的電氣設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺的運(yùn)行環(huán)境包括服務(wù)器端環(huán)境和移動終運(yùn)行環(huán)境。

服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境：Windows Server 2012 R2，CPU 1核，內(nèi)存2GB；

移動終端運(yùn)行環(huán)境：移動終端為兩臺Android系統(tǒng)手機(jī)和Genymotion模擬器，CPU都為8核，系統(tǒng)版本分別為Android 5.0.2，Android 4.4.4和Android 5.1。

5 結(jié)束語

系統(tǒng)的設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺為電氣設(shè)備的故障診斷提供了可靠的遠(yuǎn)程診斷支持，通過對診斷資源進(jìn)行合理的分配，實(shí)現(xiàn)診斷資源分配最優(yōu)化、診斷精確化，從而使設(shè)備故障診斷及時、準(zhǔn)確和可靠，最大限度地減少了因設(shè)備故障沒能得到及時排除而導(dǎo)致的企業(yè)損失。SSH框架的應(yīng)用使得系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性、維護(hù)性和解耦性。通過使用移動終端設(shè)備，用戶和專家即可進(jìn)行設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)的共享以及設(shè)備故障的分析，從而達(dá)到了系統(tǒng)使用的便攜性特點(diǎn)。經(jīng)過實(shí)踐，與以往的故障診斷系統(tǒng)相比，本診斷平臺提出的新型會診方式在故障診斷的可靠性和準(zhǔn)確性上顯著提高，已經(jīng)能完成比較復(fù)雜的設(shè)備故障協(xié)同診斷。同時，本系統(tǒng)仍然存在一些缺陷，比如當(dāng)用戶和專家數(shù)量龐大時，在診斷任務(wù)如何更有效的發(fā)送給相關(guān)專家上還存在不足。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 柏德勝.2012電力系統(tǒng)自動化專委會學(xué)術(shù)交流研討會論文

集[C].北京：中國電機(jī)工程學(xué)會電力系統(tǒng)自動化專業(yè)委員會學(xué)術(shù)交流會，2012.

[2] 劉建輝，胡立紅，劉瓊.遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷綜述及研究[J].繼電

器，2006.34（20）：76-80

[3] 高慶，李田，魏震生.層次分析在故障診斷中的應(yīng)用[J].火力與

指揮控制，2006.31（2）：59-62

[4] 李桂林.基于Web的鐵路設(shè)備遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計[J].

自動化與儀器儀表，2012.32（5）：28-31

[5] starskyhu.ssh框架介紹[EB/OL].http：//www.cnblogs.

-com/hoobey/p/6100937.html.

[6] 張連福.基于J2EE輕量級框架的人力資源管理系統(tǒng)的研究

與實(shí)現(xiàn)[J].計算機(jī)與現(xiàn)代化，2012.10：148-150

[7] 網(wǎng)易（杭州）網(wǎng)絡(luò)有限公司.網(wǎng)易云信開發(fā)手冊[EB/OL].http：

//dev.netease.im/.

[8] 施盼，郭玲.面向安卓平臺的電氣設(shè)備遠(yuǎn)程診斷數(shù)據(jù)支持系

統(tǒng)[J].計算機(jī)與現(xiàn)代化，2017.1：84-88

[9] 葛二靈，符意德，年瑞等.基于云服務(wù)的設(shè)備遠(yuǎn)程診斷實(shí)時交

互平臺設(shè)計[J].計算機(jī)與數(shù)字工程，2012.40（10）：156-158

[10] 袁少輝.基于CSCW的設(shè)備故障遠(yuǎn)程協(xié)同診斷系統(tǒng)研究與

開發(fā)[D].湖南大學(xué)，2004.endprint