杜軍 杜夢迪 李帥 武泳柏 張莉

摘要：以提高新疆地區(qū)雷電災害風險評估工作實效性、準確性和規(guī)范性為目標，通過對雷電災害風險評估相關參數(shù)的分析研究，建立了具有新疆區(qū)域特色，涵蓋多個行業(yè)性質特點的防雷防靜電監(jiān)測與管理服務，在此基礎上研發(fā)了新疆防雷防靜電智能在線監(jiān)測與管理服務平臺。該平臺可以實現(xiàn)業(yè)務系統(tǒng)之間的業(yè)務集成，同時保持了各個業(yè)務應用系統(tǒng)之間的相對獨立和松耦合。根據(jù)目前投入業(yè)務運行情況來看，基本滿足新疆各級防雷技術服務機構在線監(jiān)測與管理需求。

關鍵詞：雷電;平臺設計;在線監(jiān)測;雷電防護;新疆

Intelligent Online Monitoring and Management Service Platform for Lightning Protection and Anti-Static Prevention in Xinjiang

DU Jun*1DU Mengdi2 LI Shuai1 WU Yongbo1 ZHANG Li1

（1 Xinjiang Jinfeng Huayun Meteorological Technology Co.， Ltd， Urumqi， Xinjiang Uygur Autonomous Region，830002China;2 Information Center of Xinjiang Uygur Autonomous RegionMeteorological Service，Urumqi， Xinjiang Uygur Autonomous Region，830002China）

Abstract：Aiming at improving the effectiveness， accuracy and standardization of lightning disaster risk assessment in Xinjiang， through the analysis and Research on the related parameters of lightning disaster risk assessment， the lightning protection and anti-static monitoring and management service with Xinjiang regional characteristics and covering multiple industry characteristics has been established. On this basis， Xinjiang lightning and anti-static intelligent online monitoring and management service was developed platform. The platform can realize business integration between business system， while maintaining the relative independence and loose coupling between each business application system. According to the current operational situation， it basically meets the online monitoring and management needs of all levels of lightning protection technical service institutions in Xinjiang.

Key Words： Lightning; Platform design; Online monitoring; Lightning protection; Xinjiang

雷電是一種伴有光、聲等現(xiàn)象的瞬時放電過程，這種瞬時釋放高電壓、強輻射的電流對人類生產(chǎn)生活有著很大的影響。雷電的危害不僅是造成巨大的經(jīng)濟損失，人員傷亡，同時還有可能誘發(fā)火災甚至爆炸?，F(xiàn)如今是信息化的時代，互聯(lián)網(wǎng)電子產(chǎn)品無處不在，而雷電產(chǎn)生的電場對通訊，電網(wǎng)有著重大的危害，直接導致雷電造成的經(jīng)濟損失越來越明顯，潛在威脅越來越嚴重。因此雷電被聯(lián)合國列為最嚴重的十種自然災害之一，我國則是將其認定為信息時代的潛在危害[1-4]。

雷電防護工作是至關重要的，但是沒有一個系統(tǒng)性的監(jiān)測和報警系統(tǒng)，使安裝的防雷設施未做到實時監(jiān)測，從而導致很多防雷設施異常狀態(tài)時不能及時發(fā)現(xiàn)，給用戶帶來極大的安全隱患。因此，雷電在線監(jiān)測的意義重大，不但可以提高防雷減災工作的科學化、專業(yè)化和規(guī)范化水平，更是可以及時封鎖遭受雷擊危害的通道，降低雷電災害風險。建立防雷防靜電實時在線監(jiān)測管理與服務系統(tǒng)，才可以更好地實現(xiàn)安全防雷[5-8]。

1 設計思路

防雷防靜電智能在線監(jiān)測與管理服務系統(tǒng)以多源數(shù)據(jù)的建模為基礎，以智能連接（Connection）、智能分析（Conversion）、智能網(wǎng)絡（Cyber）、智能認知（Conition）和智能配置與執(zhí)行（Configuration）的5C體系為架構，建立虛擬與實體系統(tǒng)之間關系性、因果性和風險性的對稱管理，以持續(xù)優(yōu)化決策系統(tǒng)的可追蹤性、預測性、精準性和強韌性，實現(xiàn)對實體系統(tǒng)活動的全局協(xié)同優(yōu)化[9]。

云端為一個提供集成服務的SoS（Sytem on System）決策網(wǎng)絡，以大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等技術手段，提供統(tǒng)一的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集和存儲，并通過WEB方式提供用戶的運維管理、參數(shù)設置、權限管理、遠程控制、信息發(fā)布、重要信息提前預警、數(shù)據(jù)精準推送等功能，是一個智能化的防雷、防靜電監(jiān)控管理平臺[10]。

防雷防靜電智能在線監(jiān)測與管理服務平臺建設主要由業(yè)務應用子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和軸承子系統(tǒng)3個部分組成。其邏輯體系架構如圖1所示。

整個系統(tǒng)采用B/S架構，系統(tǒng)的服務程序軟件可單獨部署于服務器或云端服務器上，客戶可通過瀏覽器客戶端隨時隨地訪問系統(tǒng)平臺，便于系統(tǒng)的管理與維護，同時能夠更好地支持多種網(wǎng)絡環(huán)境的應用[11-12]。

云端服務器平臺由多個云主機組成，可根據(jù)用戶規(guī)模動態(tài)調(diào)整。云服務平臺采用數(shù)據(jù)和業(yè)務分離的方式，現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)交由云集群數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理，保證了用戶重要數(shù)據(jù)的一致性。業(yè)務云主機采用彈性方式，由一到多個云主機組成，保證服務的持續(xù)不間斷[13]。

本系統(tǒng)主要由以下四部分組件構成，即前端監(jiān)測儀表、信虹RTU控制組件、傳輸網(wǎng)絡、監(jiān)管中心與監(jiān)管APP。其中前端監(jiān)測儀表包括地阻、雷電流、SPD、靜電、雜散電流、大氣電場、溫度、濕度、電氣安全等。信虹RTU控制組件由XHRTU由微處理器控制，主要是負責對現(xiàn)場信號、工業(yè)設備的監(jiān)測和控制，其支持RS485總線、CAN總線、Zigbee等多種總線方式，可實現(xiàn)云監(jiān)測管理中心對現(xiàn)場在線監(jiān)測設備的遙測、遙控、遙信和遙調(diào)等功能。傳輸網(wǎng)絡則是有多種方式可選，有線公網(wǎng)/專網(wǎng)、無線網(wǎng)（GPRS/4G/NB-Iot等）、衛(wèi)星等。監(jiān)管中心由云服務平臺、數(shù)字大屏、操作員站、工程師站及管理軟件等組成。云服務平臺提供統(tǒng)一的軟件平臺，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集、存儲和顯示，并通過WEB方式提供用戶的運維管理、參數(shù)設置、權限管理、遠程控制、信息發(fā)布、重要信息提前預警、數(shù)據(jù)精準推送等功能。

3 平臺的應用

3.1 平臺登錄界面

3.2 站點狀態(tài)查詢顯示

獲取所有已配置站點的狀態(tài)信息，目前分為正常、異常和離線3種狀態(tài)，可根據(jù)行業(yè)、名稱、狀態(tài)、省份、城市及區(qū)縣這幾個維度進行檢索。具備相關權限的用戶，可以對站點進行管理操作，包括新增、修改和刪除，支持內(nèi)嵌地圖的方式進行站點的經(jīng)緯度改動。

3.3 RTU狀態(tài)查詢顯示

獲取所有下掛RTU的狀態(tài)信息，目前分為正常、異常和離線3種狀態(tài)，可根據(jù)名稱、模式、IP、子網(wǎng)掩碼及網(wǎng)關這幾個維度進行檢索。具備相關權限的用戶，可以對RTU進行管理操作，包括新增、修改和刪除RTU相關配置信息，支持TCP和UDP兩種網(wǎng)絡工作模式，新增和修改操作后會自動重啟遠程RTU模塊，需注意相關IP變動帶來的通訊問題。

3.4 設備狀態(tài)查詢顯示

默認顯示SPD在線監(jiān)測模塊的狀態(tài)，可根據(jù)站點、RTU模塊、設備類型3種方式進行查詢，目前支持的有SPD在線監(jiān)測儀、接地電阻在線監(jiān)測儀、雷電流在線監(jiān)測儀、靜電在線監(jiān)測儀、溫濕度在線監(jiān)測儀、傾斜度在線監(jiān)測儀、電氣安全在線監(jiān)測儀、陰極保護在線監(jiān)測儀等多種設備。具備相關權限的用戶，可對設備進行配置管理操作，新增設備和修改設備時，需注意RTU模塊-ID和串口號與實際接線是否一致，針對不同類型的設備，提供了對應不同參數(shù)信息的相關配置[14]。

3.5 數(shù)據(jù)查詢

3.5.1 實時數(shù)據(jù)查詢

實時查詢可通過行業(yè)、組織結構、站點動態(tài)篩選所屬RTU模塊，同時以RTU模塊為單位，展示數(shù)字量、模擬量、RS485下掛的所有設備數(shù)據(jù)，點擊具體設備后彈框顯示實時查詢操作頁面。

3.5.2 歷史數(shù)據(jù)查詢及導出

歷史數(shù)據(jù)可以針對站點、RTU模塊-ID、設備類型、設備ID、設備安裝位置、起止時間等要素進行篩選，展示效果會根據(jù)不同設備的不同信息進行動態(tài)改變，同時標注了對應時刻的設備狀態(tài)。對于查詢出的結果，實現(xiàn)了所見即所得，支持不同類型設備在線導出Excel文檔到本地。根據(jù)站點、RTU模塊-ID、設備類型、設備ID，實現(xiàn)了單個設備的歷史數(shù)據(jù)圖片展示，根據(jù)設備類型的不同，對應曲線數(shù)、間距、xy軸會相應變化，可通過相關趨勢進行分析。圖3為防雷防靜電智能在線監(jiān)測與管理服務平臺歷史數(shù)據(jù)相關趨勢進行分析頁面。

3.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

統(tǒng)計該系統(tǒng)中所有站點實時狀態(tài)、RTU模塊實時狀態(tài)、設備實時狀態(tài)、不同類型的設備數(shù)量、全國不同省份下掛的設備，以及最近一月所有告警數(shù)的變化量。單條站點的相關屬性統(tǒng)計，包括下掛RTU數(shù)量、下掛設備數(shù)量、設備類型分類統(tǒng)計、下掛設備的狀態(tài)統(tǒng)計以及近一個月內(nèi)該站的狀態(tài)變化統(tǒng)計。單個RTU的相關屬性統(tǒng)計，包括下掛設備數(shù)、數(shù)字量、模擬量、RS485的3種類型的設備接入統(tǒng)計，設備狀態(tài)統(tǒng)計以及近一個月該RTU的狀態(tài)變化統(tǒng)計[15]。圖4為防雷防靜電智能在線監(jiān)測與管理服務平臺數(shù)據(jù)統(tǒng)計頁面。

3.7 系統(tǒng)報警

根據(jù)站點、RTU、告警類型及起止時間，可以查詢當前系統(tǒng)未恢復的告警，返回結果中包含對應告警的詳細信息，可與設備維護記錄進行關聯(lián)。同時也可以查詢歷史告警記錄，返回結果中包含了告警相關狀態(tài)及詳細信息，同時統(tǒng)計了最近一段時間內(nèi)的告警變化趨勢。

3.8 可視化

3.8.1 大屏展示

大屏展示部分提供了全網(wǎng)下最為關注的一些信息展示，頭部位置包括站點數(shù)量、RTU數(shù)量、設備數(shù)量、RTU異常數(shù)量的顯示，左側為站點設備異常和離線的前5位，右側為今日上報數(shù)據(jù)的實時顯示，中間部分的拓撲圖提供了每個區(qū)域下的站點數(shù)量展示。圖5為防雷防靜電智能在線監(jiān)測與管理服務平臺大屏展示頁面。

3.8.2 首頁地圖

首頁地圖部分采用了百度API進行開發(fā)，地圖菜單提供了智能檢索、行業(yè)選擇、全國區(qū)域定位、圈選查詢等功能。底圖上面渲染了所有站點的對應位置和相應狀態(tài)，通過點擊站點可以實現(xiàn)彈窗顯示詳細信息。圖6為防雷防靜電智能在線監(jiān)測與管理服務平臺大屏展示頁面。

3.9 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)可通過多級菜單和樹形圖的方式，實現(xiàn)組織結構的動態(tài)操作、新增、刪除，修改后的樹形圖會自動重新加載。同時將組織結構與權限部分進行了關聯(lián)。同時角色部分一方面也與組織結構相關聯(lián)，另一方面對應菜單權限，通過修改不同角色的配置，可實現(xiàn)對應用戶的權限配置，靈活性更強[16-17]。在平臺上也可對系統(tǒng)的相關操作記錄進行查詢，同時可查詢操作類型、相關IP、操作賬號、操作時間、具體描述等信息。在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，關聯(lián)告警模塊會提出警告，實現(xiàn)了設備維護管理，可以多條件查詢設備維護的相關信息如維修原因和維修內(nèi)容等。

4 結語

本項目在設計過程中，充分考慮業(yè)主方的使用需求，通過軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)防雷防靜電智能的在線監(jiān)測和管理?？汕袑嵉靥岣叻召|量和效率。考慮到日后移動辦公和業(yè)務整合的可能性，已預留服務端和移動端的多種技術接口，在本系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎上，可以根據(jù)日后業(yè)務需求的變化，方便地接入新的功能模塊，如實現(xiàn)遠程辦公、移動端采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)、提供對接門戶網(wǎng)站、公共平臺的模塊化服務等。

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