自动测报系统故障信息采集平台设计与研究

杨威

（辽宁省水文局，辽宁沈阳110003）



自动测报系统故障信息采集平台设计与研究

杨威

（辽宁省水文局，辽宁沈阳110003）

［摘 要］通过分析辽宁自动测报系统站点规模，系统分布和运行现状，结合经济社会发展对防洪、抗旱的要求，对辽宁省自动测报系统中的故障点信息类型进行区分。分析和研究故障信息平台的传输的类型、模式、种类，有针对性的对采集平台进行设计，最终达到在辽宁省中心站及时发现辽宁全省自动测报系统遥测站点故障，并在第一时间处理故障恢复系统运行的目的。

［关键词］自动测报；故障信息；采集；设计；研究

1　引言

2006年初辽宁省水文局启动的辽宁省水情自动测报系统，是基于水雨情信息的自动采集、水情报文自动合成、自动传输至水情分中心并经由其自动接收、整合与转发的全过程自动化的总称。辽宁省水情自动测报系统共有14个分中心，1个省中心。

自动测报系统实现了水情信息自动采集，自动传输，自动入库，自动报汛等功能，为防汛抗旱及洪水调度提供了及时准确的水雨情信息。但是自动测报系统在实际运行过程中会出现各种各样的故障，任何一个故障的出现都会影响整个水情信息的及时性、准确性。

如何在遥测站点出现故障的第一时间及时知道遥测站点的出现了故障，出现了何种故障，这里就需要建立一个自动测报系统故障信息平台，实时的收集所有监控站点的运行状态，及时上报故障站点的故障信息，便于系统维护人员及时发现故障，解决故障，恢复系统的正常运行，为防汛抗旱提供及时的信息。

2　故障类别的分析

根据自动测报系统实际运行中可能出现的问题，遥测站点故障分为：雨量数据越限、水位数据越限、电池欠压、普通缺数和长时缺数，共5大类。

1）雨量数据越限。是指1小时的降雨量超过人为设定的雨量上限阀值。该故障的出现的原因是遥测设备故障或雨量传感器故障。

2）水位数据越限。是指2个小时的水位值之间的绝对值超过人为设定的水位变化阀值。该故障出现的原因是水位传感器故障。

3）电池欠压。是指每个定时遥测设备采集的电池电压低于人为设定的电池低压阀值。该故障出现的原因是太阳能电板损坏不充电或充电控制器损坏不充电。

4）普通缺数。是指遥测设备连续2个整点不发送定时报数据到中心站。该故障出现的原因是电池电压过低、通信模块信号不好、RTU短时间死机等原因。

5）长时缺数。是指遥测设备连续4个整点不发送定时报数据到中心站。该故障出现的原因颇多，如电池电压过低、通信模块死机、RTU死机、通信卡欠费、RTU遭外力损坏、设备连接线松动或老化等原因均可引起长时缺数。

3　故障信息获取模式的比较与分析

辽宁省所有遥测站点的水情数据及工情数据均存储在各个分中心数据库中，省维护中心与各个分中心直接专网是互通的，鉴于此先决条件，省维护中心获取各个分局的故障信息有两种。

第一种故障信息获取模式是：在各个分中心安装故障信息上传客户端，在省维护中心安装故障信息收集服务端，利用TCP/IP协议走网络通道，各个分中心的客户端定时上传各分中心故障信息。此故障信息获取模式的优点在于故障信息的采集工作交由各个客户端自行完成，可以节省系统轮询时间；此故障信息获取模式的缺点在于过多的客户端自行运行，存在结点过多，并且客户端均运行在各个分中心，不利于省维护中心及时发现问题。

第二种故障信息获取模式是：在省维护中心安装一套故障信息获取软件，利用网络通道，采用轮询方式，逐一访问各个分中心数据库获取故障信息。此故障信息获取模式的优点在于故障信息的获取由一套软件完成，便于省维护中心实施监控；此故障信息获取模式的缺点在于需要采取轮询方式逐一获取各个分中心故障信息，获取信息时间会较第一种模式长。

第一种模式虽然在时效性上略高于第二种模式，但是第一种模式需要14个分中心均安排运行维护人员对其进行运行监控及维护，在人力、物力成本上大大高于第二种模式，故根据优缺点分析比较，采用第二种故障信息获取模式。

4　　故障信息存储平台的比较与分析

信息的存储采用数据库方式，目前在自动测报系统中常用的数据库平台有：ACCESS、SQL SERVER和ORACLE。

ACCESS数据库是微软把数据库引擎的图形用户界面和软件开发工具结合在一起的一个数据库管理系统。它是微软OFFICE的一个成员，一个小型数据库平台。它的优点在于安装方便、操作方便、维护方便；缺点在于不适合大量存储数据。

ORACLE数据库是甲骨文公司的一款关系数据库管理系统，一个大型数据库平台。它的优点在于可以存储大量数据；缺点在于其安装与维护对相关技术人员的要求较高。

SQL SERVER数据库是microsoft公司开发的数据库系统。可以组织管理任何数据。可以将结构化、半结构化和非结构化文档的数据直接存储到数据库中，可以对数据进行查询、搜索、同步、报告和分析之类的操作；数据可以存储在各种设备上，从数据中心最大的服务器一直到桌面计算机和移动设备，它都可以控制数据而不用管数据存储在哪里，该平台是一个中型数据库平台。它的优点安装与维护相对简单、图形化的操作平台功能强大；缺点在于进行大量数据存储时效率不够高。

故障信息采集平台主要作用及任务是存在遥测站点故障信息，且遇到相同站点，相同故障信息时，采取的是更新操作，故而故障信息的存储量不会太大。

结合以上分析，故障信息采集平台后台数据库选用SQL SERVER数据库平台。

5　自动测报系统故障信息采集平台设计

自动测报系统的故障信息采集平台根据功能划分为三大块：故障信息分析采集部分、故障信息展示部分和故障信息后台数据库。

5.1故障信息分析采集部分的设计

5.1.1轮询的时间控制

信息的分析采集总体采用轮询方式，根据设定的时间间隔每个整点后启动一次，一个分中心信息获取完毕后在获取下一个分中心。

定时启动轮询的时间需要根据分中心数据接收情况灵活设定。时间设定过早，数据未收集齐，会出现错误的故障分析；时间设定过晚，会延误故障信息收集的时效性。这里需要以最后一个分中心数据收齐的时间为准，时间的设定最好在最晚收齐数据的时间后一分钟。

5.1.2轮询机制的设定

轮询机制的设定也需要适应辽宁省水情网络的情况。远程访问数据库对网络的速度依赖性较高，为了及时快速的获取故障信息，在做轮询机制设定时需要考虑两个方面：

一是远程访问数据库的容错，省中心到各个分中心，网络依赖于各个网络设备及网络供应商，中间环节多，主动可控性不强，这里就需要在软件设计中增加容错机制，防止远程数据库访问时因为网络问题出错。

二是故障信息的获取模式，省中心到各个分中心网络的不稳定性及时效性决定了在设计故障信息获取模式方面需要尽量减少对远程数据库的访问次数。逐站的远程获取数据进行分析，不仅仅时效性低，且多次频繁的访问数据库会大大增加数据库负担。采用一次性提取数据到本地服务器，在本地服务器上进行数据分析的模式，可以大大提高数据分析的实效性，同时可以降低分中心数据库的负担。

5.1.3故障信息的获取方式

1）雨量数据越限的采集。直接从分中心读取所有超限雨量数据[2]。

2）水位数据越限。按站点一次性调取所有当前时间水位数据存取到设定好的当前水位数据数组中，再按站点一次性调取所有前一小时水位数据存在到设定好的前一小时水位数据数组中，然后两个数组进行一一对比，挑出其中超限数据。

3）电池欠压。直接从分中心读取所有低于电压阀值的数据。

4）普通缺数。直接从分中心读取所有2 h内不来数据的站点信息。

5）长时缺数。直接从分中心读取所有4 h内不来数据的站点信息。

故障信息分析采集部分流程见图1。

图1故障信息分析采集部分流程图

5.2故障信息展示部分的设计

信息的展示部分分为三块，一是后台数据库，这里后台数据库与故障信息分析采集部分共用一个后台数据库；二是故障信息显示的计划设定；三是故障信息的显示。

5.2.1后台数据库

故障信息展示部分所使用的后台数据库与故障信息分析采集部分共用，故障信息分析采集部分通过各个分中心获取到故障信息后，存入后台数据库，故障信息展示部分直接调用后台数据库中的已有信息进行现实。

5.2.2故障信息显示的计划设定

显示计划的设定分为两部分，一是单屏显示时间，这里需要根据显示的实际需求进行灵活设定，设定时间过长不利于及时发现更多故障信息，设定时间过短不利于仔细查询故障信息，需要根据故障信息的信息量灵活合理的设定时间；二是单屏显示条数，故障信息不仅仅为中心站值班人员提供故障信息的查询界面，也可以通过外接大屏等方式对外进行信息发布，不通计算机的设置的分辨率不同，则故障信息显示的条数会不一致，为了观察的方便，尽量设置为满屏显示，避免上下刷屏。

5.2.3故障信息的显示

从故障信息后台数据库中调取故障信息，按分中心划分进行批量显示，故障信息显示的内容为：站号、站名、站类、故障类别和发送故障的时间，故障显示根据设定的时间进行轮动显示，对于没有故障站点的分中心直接跳过。

5.3故障信息后台数据库的设计

故障信息后台数据库设计使用2张表，1张表为站点信息表，见表1，1张表为故障信息表，见表2。

表1站点信息表

表2故障信息表

站点信息表为存储需要进行故障判断站点信息的表。这里设计为4个字段：站号、站名、站类和分中心编码。站号和站名需要和所属分中心站点信息一致，站号、站名和分中心编码字段，是控制故障信息分析采集软件获取那些站点故障信息。站类字段是控制获取那些类型故障信息。

故障信息表是存储故障信息的数据库表。这里设计为6个字段：站号、站名、站类、故障信息编码、故障信息时间、分中心编码。分中心编码为故障信息展示平台提供按分中心进行故障信息显示的分类依据。其它5个字段，为故障信息展示平台提供信息显示的详细内容。

6　结语

目前的辽宁自动测报系统故障信息采集平台对于自动测报系统故障的监控已经比较全面，能及时准确的监控全省自动测报系统遥测站点的各种故障信息。下一步的研究工作是针对故障信息判断的智能化进行提升，增加雨量及水位数据的智能判断，雨量数据根据周边雨量站点降雨情况智能判断此时段降雨量的合理性，水位数据根据上下游站点的水位变化智能判断水位变化的合理性。

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［中图分类号］TP2

［文献标识码］B

［文章编号］1002－0624（2016）05－0067－04

[收稿日期]2016-01-15