水利自动化系统智慧运维平台的研究和设计

丁 强，蒋新新，王美玲

（1. 水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210012；2. 水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏 南京 210012；3. 江苏南水科技有限公司，江苏 南京 210012；4. 江苏省水文水资源勘测局，江苏 南京 210029）



水利自动化系统智慧运维平台的研究和设计

丁 强1,2，蒋新新2,3，王美玲4

（1. 水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210012；2. 水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏 南京 210012；3. 江苏南水科技有限公司，江苏 南京 210012；4. 江苏省水文水资源勘测局，江苏 南京 210029）

摘 要：如何有效地管理和维护现有的信息系统，按照运行维护管理方法和标准，结合实际情况，建立一套融合组织、制度、流程、人员、技术和经费于一体的运行维护管理体系已成当务之急。水利自动化系统智慧运维平台是应用物联网 +、大数据等信息化技术运行维护的技术措施，建立的具有自动监控监视、维护操作、预测预警、决策处置和安全管理等各项功能的水利自动化系统运行保障服务平台，可为水利自动化系统运行保障工作提供坚强的技术支撑。

关键词：水利自动化系统；智慧运维；运维平台；自动维护；技术保障

0 引言

作为非工程措施的水利自动化在全国水利工程和水利信息化中发挥了巨大的作用。特别是 2011 年《中共中央 国务院关于加快水利改革发展的决定》的发表和中央水利工作会议的召开，全国上下大力发展水利事业，水利自动化和信息化系统爆发式增长，覆盖了水利工作的方方面面，其投入也逐年增加，已成为水利日常工作不可或缺的重要组成部分，各种自动化和信息化系统的建设大大促进了水利现代化的进程。其中有国家防汛抗旱指挥、水文测报、山洪灾害预警、国家水资源管理、大坝安全监测等系统。水利自动化系统是水利信息化的重要组成部分，已建水利工程和重点水利项目大都已建设了相应的自动化系统，此类自动化系统的建设已经进入后建设期，大量已经建好的自动化系统正在运行中，系统的运行和维护工作成了今后信息化工作重要任务之一[3]。

1 现状和问题

各水利自动化系统由不同的制造商研制和集成，这些系统的功能和性能各异。运维工作就是要把这些自动化系统都管理好，使它们长期稳定运行，确保发挥功能和效益。大量水利自动化系统的业主缺乏自动化专业人员和运维手段，无法对系统进行有效的运行维护；部分业主属于政策原因无法从事运维活动。各类业主急需寻找合作单位代维自动化系统，水利自动化系统的运维工作已成为当务之急。

现在的水利自动化系统的运维工作基本上停留在人工判断运行，人力维护系统的初始状态。具体来讲就是由用户平时运行时发现问题并告知维修人员，维修人员派员检查和修理系统，或者由维修人员定时对系统进行检查和维护。这种运维方式发现问题和检查维修都处于被动形态，同时每个维护人员只能对自己熟悉的系统运维，无法做到自动化系统的全面运维。

2 水利自动化系统智慧运维平台的研究

2.1 目标要求

要解决运维中的难题就需要建立完善的运行维护工作机制，包括人员队伍、运行经费、运作模式、标准规范、管理制度等。水利自动化系统智慧运维平台采用互联网+、专家决策和大数据等信息化技术为用户自动和主动，全面和智慧地全程做好自动化系统的运维工作。建立自动化系统智慧运维平台的运作模式及标准规范和管理制度，可成为水利自动化系统运行保障高效开展的基础。

2.2 建设基础

2015 年 4 月，水利部印发了《水利信息化资源整合共享顶层设计》[1-2]（以下简称《顶层设计》），明确了水利信息化资源整合共享的技术路线、实施途径。作为水利信息化的重要部分，水利自动化系统也遵从该顶层设计，这样从新建系统的设计建设到老系统的整合共享，水利自动化系统有了共同的话语和平台。

相继出台的规范标准为水利自动化系统的建设立下了规矩，也为今后系统的运行维护提供了技术保障。SL 427—2008《水资源监控管理系统数据传输规约》[4]、SZY 206—2012《水资源监测数据传输规约》[5]和 SL 651—2013《水文监测数据通信规约》[6]等相关的数据传输规约统一了水利自动化系统的数据采集和传输的协议。SL 61—2015《水文自动测报系统技术规范》[7]、SZY 204—2012《水资源监测设备现场安装调试》[8]、SZY 505—2015《运行维护》[9]为系统的建设和维护提出了规定，提供了运行规律和故障判断的基础。

2.3 平台结构

顶层设计和水利标准为建设水利自动化系统智慧运维平台提供了标准规范的保障，水利自动化系统的智慧运维平台包含自动化系统健康状态监测、维护人员和物资管理、运维决策支持等 3 个系统。这些系统均是在线运行，自动监测多个正在运行的水利自动化系统的软件，软件可以现场安装运行，也可以实现互联网远程云服务，属于可设置和配置的通用软件。

自动化系统智慧运维平台结构图如图 1 所示。

图 1 水利自动化系统智慧运维平台结构图

3 水利自动化系统智慧运维平台的设计

3.1 自动化系统健康状态监测系统

自动化系统健康状态监测系统（以下简称监测系统）通过自动监测水利自动化系统监控和采集平台的相关信息，判断自动化系统的数据监控的工作状态，按照评判标准给出自动化系统的健康状态。当自动化系统出现亚健康状态甚至故障时，给出对应的故障点和性质。

根据自动化系统自报设定和召测功能的使用，检测各测站向中心站发数的次数，判断各测站数据发送是否正常。根据数据畅通率统计标准统计各测站和自动化系统的数据畅通率。根据中心站所收数据的出错多少，分析统计测站和系统的数据正确率。系统及时将数据畅通率和正确率报告给用户，并且进行分析，数据畅通率低可能是测站设备或通信通道出现故障，数据正确率低可能是测站设备出现故障。

根据各测站发送来的测站工作状态，结合相关数据情况分析可能发生的故障并及时向用户报告。根据各测站发送来的测站报警信息（这些故障信息也可以是人工输入的），及时分析产生报警的原因及可能出现的故障，向用户报告和报警。

根据自动化系统的测站数据畅通率，判断系统通信通道的健康状态；根据测站数据畅通率、正确率和工作及报警状态，判断该测站的健康状态。评判的标准可以《水文自动测报系统技术规范》等规范为标准，也可以自定标准。如果以上指标符合或高于标准要求，则系统处于健康状态；如果低于标准要求，则为亚健康。长时间亚健康的自动化系统有可能成为不健康的系统，应该及时解决自动化系统出现的故障，保持系统健康。因此在亚健康时应该能够初步判断可能出现的问题及可能的故障点和设备。

监测系统可以同时监测多个水文和水资源自动化系统，对系统功能可设置和监测站点可配置。可以通过被监测系统的数据采集平台或监控中间数据库的数据进行分析判断。

3.2 维护人员和物资管理系统

一般自动化系统的监控站点都是分布在所测控的区域的，这个区域往往比较大，道路和条件比较复杂。为了能及时对系统监控站进行维护维修，应在该区域的合适地点安排相应的备品备件物资库，配备相关的维护人员，类似于防汛抗旱指挥系统对防汛物资库和队伍的分布安排。

维护人员和物资管理系统（以下简称管理系统）需要建立一个综合运维人员物资数据库，并对数据库进行动态管理。数据库含有自动化运维平台监测的系统的所有监控站点的基础信息（包括位置、站号、现场监测参数及编号、可用设备品种和数量、设备维修情况等）；维护这些站点所需的备品备件品种、数量和存放地点，维护系统所需的人员情况（包括人数、装备、专业、单位、所在地、运维合同等）；运维队伍的维修区域和服务对象（包括人员与物资的匹配、响应速度和维修水平等）；与相关质检单位联网，提出合规的设备和经过评估的合格设备供应商。数据库可以是数据、图片和视频[8]。

管理系统应根据所监测的系统分布，布局合理的运维人员和物资点，根据运维的设备，给出所需的备品备件和各类物资的品种和数量。根据合格的设备供应商给出的设备采购型号和数量的清单，及时补充备品备件库，用 RFID 电子标签、智能卡动态管理运维物资库。对维修人员队伍及时提出有效性维修合同，定期进行培训考核。

3.3 运维决策支持系统

运维决策支持系统（以下简称支持系统）根据各类标准规范、安装调试记录及维护要求，汇集各路运维专家的丰富经验，建立系统维护维修预案库。维护维修预案包括各种情况下的自动化系统维护维修预案，并在各次维护维修过程中学习和丰富预案库。维护维修实例库具有每次对自动化系统维护维修的完整实例。支持系统根据自动化系统的健康状态和监测系统的初步故障判断，进行进一步的评判和安排，提出系统保持健康，维护亚健康的建议。在系统亚健康时，应尽可能找出故障点和设备，调出维护维修预案库和实例库中类似维护维修的预案或实例，综合提出维护维修建议。

维护维修建议包括故障是维修还是更换设备；本次维修需要的人员采用哪些维修队伍；需要带哪些备品备件，这些备品备件分别取自哪些备品备件库，运行材料动力消费等。维修建议供业主和运维人员参考决策。如果有新的情况可以人工加入评判和安排条件，支持系统可以给出进一步的维修建议。

在维修过程中，支持系统动态跟踪维修人员，指挥引导他们及时到达维修点，及时处理维修过程中出现的新情况。被监测的系统维修后，应通过自动化系统的健康状态监测系统评估，直到故障解除，系统恢复正常，本次维修完成。

为了维持自动化系统的健康，支持系统应该安排对自动化系统的定期检查和诊断。在每年汛期前和重要活动时，需要对被监测系统进行检查和维护，支持系统可以给出这种检查维护的工作建议。

定期或每次维修后要对备品备件进行整理，监督备品备件的完好率，并对各维修队伍的实际服务提出评价，筛选优秀的维修队伍。

4 结语

水利自动化系统智慧运维平台是应用信息化手段强化运行维护的技术措施，建立的具有自动监控监视、维护操作、预测预警、决策处置和安全管理等各项功能的保障服务平台，为运行保障工作提供坚强的技术支撑。该智慧运维平台的建设和运行，就像有运维团队随时随地地贴身关注着自动化系统，出现任何问题都有专家团队在诊断和决策，使运维从被动变为主动，从就事论事转为全面智慧，大大提高了水利自动化系统的运维科学性水平，保证了水利自动化系统的健康安全。

建设水利自动化系统智慧运维平台，必须对水利自动化系统的软硬件和运行有充分的了解，对设备和维修有丰富的经验。现在已经有此类平台的雏形，例如江苏省正在运行的水利自动化系统运行监管系统，今后可以按照水利自动化系统智慧运维平台的思路进一步开发和完善。

参考文献：

[1] 蔡阳. 关于水利信息化资源整合共享的思考[J]. 水利信息化，2014 (6): 1-6.

[2] 中华人民共和国水利部. 水利信息化资源整合共享顶层设计[R]. 北京：国家水资源监控能力建设项目办公室，2015: 3-5.

[3] 蔡阳. 水利信息化“十三五”发展应着力解决的几个问题[J]. 水利信息化，2016 (1): 1-6 .

[4] 中华人民共和国水利部. SL 427—2008 水资源监控管理系统数据传输规约[S]. 北京：中国水利水电出版社，2008: 9-20.

[5] 国家水资源监控能力建设项目办公室. SZY 206—2012 水资源监测数据传输规约[S]. 北京：国家水资源监控能力建设项目办公室，2012: 11.

[6] 中华人民共和国水利部. SL 651—2014 水文监测数据通信规约[S]. 北京：中国水利水电出版社，2014: 4-17.

[7] 中华人民共和国水利部. SL 61—2015 水文自动测报系统技术规范[S]. 北京：中国水利水电出版社，2015: 5-26.

[8] 国家水资源监控能力建设项目办公室. SZY 204—2012 水资源监测设备现场安装调试[S]. 北京：国家水资源监控能力建设项目办公室，2012: 11.

[9] 国家水资源监控能力建设项目办公室. SZY 505—2015 运行维护[S]. 北京：国家水资源监控能力建设项目办公室，2015: 3-30.

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

中图分类号：TV39

文献标识码：A

文章编号：1674-9405(2016)02-0057-04

收稿日期：2016-02-24

作者简介：丁 强（1955-），男，江苏扬州人，教授级高工，主要从事水文水资源自动化和水利信息化研究工作。