李慶濤，高 鑫，顧霄鷺

（南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109）

南水北調(diào)東線山東段工程運(yùn)行管理具有管理機(jī)構(gòu)地域分布廣、層次多，管理內(nèi)容復(fù)雜的特點(diǎn)[1]，為提高管理效率，需借助先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段，使管理信息及時(shí)、準(zhǔn)確的上傳下達(dá)，確保工程平穩(wěn)運(yùn)行[2]。針對(duì)各類(lèi)工程設(shè)備故障，應(yīng)采取有效的診斷措施。設(shè)備故障診斷的基本內(nèi)容大致可分為以下幾個(gè)方面：信號(hào)獲取、特征參數(shù)提取、工況狀態(tài)識(shí)別及故障診斷及預(yù)測(cè)[3]。當(dāng)前水利工程中設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)控工作需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水利工程中設(shè)備的智能運(yùn)行監(jiān)測(cè)分析，強(qiáng)化預(yù)測(cè)性維護(hù)，以確保設(shè)備正常運(yùn)行，提高設(shè)備的利用率，從而提升水利工程的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

1 研究目標(biāo)與內(nèi)容

1.1 研究目標(biāo)

設(shè)備監(jiān)測(cè)與在線診斷技術(shù)是一種了解和掌握設(shè)備在使用過(guò)程中的狀態(tài)，確定其整體或局部正?；虍惓?，早期發(fā)現(xiàn)故障及原因，并能預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展，尤其是監(jiān)測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，設(shè)備的監(jiān)測(cè)與在線診斷技術(shù)日趨成熟。針對(duì)南水北調(diào)東線山東段工程自動(dòng)化、信息化建設(shè)現(xiàn)狀，研究智能監(jiān)測(cè)與在線診斷分析技術(shù)，搭建平臺(tái)實(shí)現(xiàn)工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)挖掘關(guān)聯(lián)性分析，開(kāi)發(fā)智能監(jiān)測(cè)分析軟件，探索監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)模型，找出存在的可能異常點(diǎn)，可為實(shí)現(xiàn)工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)模型建立、預(yù)測(cè)及故障診斷提供技術(shù)支撐。

1.2 研究?jī)?nèi)容

1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性。數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析是一種簡(jiǎn)單、實(shí)用的分析技術(shù)，其核心是通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，獲取數(shù)據(jù)間關(guān)聯(lián)性或相關(guān)性，從而描述了一個(gè)事物中某些屬性同時(shí)出現(xiàn)的規(guī)律和模式。通過(guò)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析，可以明確設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，建立數(shù)據(jù)關(guān)系模型。

2）關(guān)聯(lián)性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合曲線。通過(guò)運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性分析，以及形成的曲線擬合結(jié)果。充分考慮各種工況因素對(duì)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析的影響，采用特定工況條件下，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行組合分析的方式，以達(dá)到分析結(jié)果的準(zhǔn)確性、合理性。

3）基于擬合曲線的離群點(diǎn)檢測(cè)。根據(jù)所形成的擬合函數(shù)，針對(duì)不在該擬合函數(shù)對(duì)應(yīng)擬合曲線上的點(diǎn)，計(jì)算該點(diǎn)與對(duì)應(yīng)擬合函數(shù)上的點(diǎn)之間的距離標(biāo)準(zhǔn)差，該距離標(biāo)準(zhǔn)差超出允許范圍的，即離群點(diǎn)。離群點(diǎn)即可視為可能異常點(diǎn)。

2 智能監(jiān)控與在線診斷分析

2.1 技術(shù)架構(gòu)

智能監(jiān)控與在線診斷分析技術(shù)研究架構(gòu)分為設(shè)備層、接入層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層5 個(gè)層級(jí)?；A(chǔ)設(shè)施層主要包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、監(jiān)測(cè)站等軟硬件相關(guān)設(shè)施，用于支撐平臺(tái)環(huán)境搭建及部署使用。采集傳輸層采集實(shí)時(shí)及歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可通過(guò)人工錄入方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集?；A(chǔ)數(shù)據(jù)層包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、設(shè)備基礎(chǔ)資料、歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)層通過(guò)采集到的業(yè)務(wù)及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等信息保存至服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供對(duì)系統(tǒng)的權(quán)限、日志的管理，提高系統(tǒng)安全性。服務(wù)層主要包括應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)交換服務(wù)、數(shù)據(jù)挖掘、大數(shù)據(jù)處理服務(wù)。應(yīng)用服務(wù)層是系統(tǒng)的核心層，各項(xiàng)功能均由服務(wù)層的業(yè)務(wù)單元模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用服務(wù)層主要包括設(shè)備管理、維修記錄管理以及在線診斷分析。

2.2 運(yùn)行監(jiān)測(cè)與在線診斷分析系統(tǒng)

智能監(jiān)控與在線診斷分析系統(tǒng)根據(jù)工程運(yùn)行中監(jiān)測(cè)的大量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行散點(diǎn)圖分布，然后基于離群點(diǎn)監(jiān)測(cè)相關(guān)技術(shù)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布，并形成多個(gè)兩兩參數(shù)關(guān)系的曲線擬合函數(shù)。監(jiān)測(cè)過(guò)程中會(huì)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與這些已經(jīng)擬合好的函數(shù)進(jìn)行比較。正常的數(shù)據(jù)與相關(guān)的擬合函數(shù)相吻合，異常數(shù)據(jù)會(huì)偏離函數(shù)，在界面上形成離群點(diǎn)，從而觸發(fā)異常數(shù)據(jù)報(bào)警。報(bào)警信息會(huì)根據(jù)該數(shù)據(jù)所偏離的擬合函數(shù)，顯示可能影響數(shù)據(jù)異常的各類(lèi)參數(shù)。運(yùn)行人員可根據(jù)報(bào)警信息給出的內(nèi)容有針性地進(jìn)行問(wèn)題原因排查，有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題。

2.3 系統(tǒng)功能

1）設(shè)備管理。通過(guò)建立設(shè)備臺(tái)賬對(duì)各工程設(shè)備基礎(chǔ)信息進(jìn)行管理，包括設(shè)備添加、修改、刪除等維護(hù)功能和查詢(xún)功能。設(shè)備維護(hù)信息包括基本信息、設(shè)備技術(shù)參數(shù)?；A(chǔ)信息包括設(shè)備編號(hào)、名稱(chēng)、類(lèi)型、分類(lèi)、供應(yīng)商、聯(lián)系方式、安裝時(shí)間、購(gòu)買(mǎi)時(shí)間、質(zhì)保期、使用壽命等信息；設(shè)備技術(shù)參數(shù)信息根據(jù)不同設(shè)備類(lèi)型進(jìn)行信息維護(hù)。

2）維修記錄。維修記錄是對(duì)設(shè)備維修的歷史記錄的匯總，有利于分析設(shè)備狀況，是快速查找故障，縮短維修時(shí)間的重要保障。維修記錄主要包括維修單號(hào)、設(shè)備名稱(chēng)、維修類(lèi)型、下單人、下單時(shí)間、處理意見(jiàn)、維修情況說(shuō)明、維修完成時(shí)間等信息。

3）在線診斷分析。智能監(jiān)控與在線診斷分析系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析為核心，提供可視化的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性分析，實(shí)現(xiàn)在良好的交互性界面中分析與明確監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間是否有關(guān)聯(lián)以及影響程度。運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘關(guān)聯(lián)性分析技術(shù)明確各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，有助于進(jìn)行數(shù)據(jù)建模、預(yù)測(cè)性分析，故障診斷，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理、合理使用、預(yù)知檢修和安全運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)數(shù)據(jù)生成的曲線擬合關(guān)系，找出離群點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中所出現(xiàn)的各類(lèi)隱患、問(wèn)題，并快速定位問(wèn)題原因切入點(diǎn)。

4）系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理是整個(gè)系統(tǒng)的后臺(tái)管理入口，為系統(tǒng)管理員機(jī)構(gòu)用戶、系統(tǒng)設(shè)置及日志查詢(xún)等操作。機(jī)構(gòu)用戶管理包括賬號(hào)管理、人員管理、機(jī)構(gòu)管理和區(qū)域管理4 個(gè)部分，系統(tǒng)設(shè)置模塊包括菜單管理、角色管理及字典管理3 個(gè)模塊。平臺(tái)為各類(lèi)用戶提供登錄賬號(hào)，賬號(hào)作為用戶使用該平臺(tái)的唯一認(rèn)證，賬號(hào)管理為系統(tǒng)管理員提供了管理整個(gè)平臺(tái)用戶賬號(hào)的管理，模塊通過(guò)樹(shù)狀形式展示平臺(tái)所有用戶的組織架構(gòu)，用戶可以在該模塊實(shí)現(xiàn)用戶賬號(hào)的新增、查詢(xún)、信息修改及賬號(hào)刪除。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文基于南水北調(diào)東線山東段工程現(xiàn)狀，研究水利工程設(shè)備智能監(jiān)控與診斷分析技術(shù)，通過(guò)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性分析，生成擬合曲線，找出離散點(diǎn)，為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)及故障診斷提供依據(jù)，目前完成設(shè)備故障診斷的單一維度分析技術(shù)研究，沒(méi)有將業(yè)務(wù)維度納入研究范圍內(nèi)，因此有一定的針對(duì)性，研究成果的應(yīng)用推廣可能會(huì)受到一定限制。后期需要結(jié)合本次研究成果和實(shí)際業(yè)務(wù)信息，從多維角度進(jìn)一步深化設(shè)備健康診斷技術(shù)研究。