山东省调水工程泵站云化网络建设介绍

郭振璐

(山东省调水工程运行维护中心蓬莱管理站，山东 蓬莱 265600)

山东省胶东地区引黄调水工程位于山东省胶东半岛北部，工程自打渔张引黄闸引取黄河水输送至威海市的米山水库，途径博兴县、寿光市、潍坊寒亭区、莱州市、蓬莱市、芝罘区和文登市等16个县(市、区),横跨整个胶东地区，输水线路总长482km。工程管理机构按照三级设置：一级为设置在济南的山东省调水工程运行维护中心，简称“省中心”；二级为沿线途径地级市设置的6个分中心；三级为泵站、水库和干线工程经过县区设置的管理处。对应三级管理机构，设置调度中心、调度分中心和现地站三级调度职能。其中，调度中心设置在省中心，王耨泵站设置备用调度中心。各级泵站主要由厂房、闸站、管道等组成，运行模式分为调水运行和日常运行。自动化控制系统采用远地DCS分布式控制，主要分为中控室和现地站两部分。现地站以PLC控制器为核心采集水流量、输水泵运行电气量以及各级阀门状态等信息，通过本地局域网将数据传送到中控室统一处理显示。由于工程线路长、项目多、数量大，当泵站传统的网络调度中心面对多组件监控问题时，还无法做到运行数据的实时共享，部分重要数据需要人力去现地站现场校验核对。随着云计算、大数据等新一代数字信息技术的飞速发展和5G网络的到来，用户对于实时数据的要求越来越高，对于泵站的调水管理工作也提出了新的挑战。所以目前亟须通过统一的数据采集和管理平台，实现资源有限整合与信息高度共享的目标。在纵向维度打通调度中心、分中心以及现地层数据网络，横向维度打通生产控制、信息管理和外部网络，避免不同业务之间网络重叠，使用统一平台实现监测、监控等不同业务的统一管理，从而有效提高系统的运行效率。

1 传统网络与云化网络

传统网络各组件监控会占用部分人力，而且运行数据很难达到实时准确地上报。传统运维管理架构见图1。现地站运行数据经校验后上报到实时监控中心，由分调度指挥中心初步分析和工程管理核对视频监控后统一上报总调度中心，调度步骤比较烦琐，时效性较差。为了实现各泵站数据快速上云，达到云化一体管控的目标，山东省调水工程运行维护中心进行了云化数据网络的建设。

图1 传统网络架构

与传统网络相比，改造后的云化网络让运维管理更加精细、运维调度更加智能、信息服务更加便捷，此次建设改造从底层网络结构入手，在主干网增添OptiX OSN 7500设备，该设备采用统一交换架构并具备分组传送能力，可以实现对数据业务的高效统计复用，能够确保高质量的语音业务传送，从而使核心汇聚接入层数据能够实时传输。在现地层增设网络摄像头，与中控室后台监控软件相结合，把重点设备运行情况经过服务器实时传送到监控室，进一步减少人工操作。此数据经中控网络可传送到总控中心，并且可以对站点进行筛选查看，实现总控的统筹管理。云化网络架构见图2。在架构上把现地站数据模块化，数据采集更加具有针对性，各模块数据在上报到云平台之后进行分析处理，对于出现的故障数据及时告警，各级监控中心在全景数据呈现的情况下能够及时准确地下达调度命令，真正实现管控析一体化。

图2 云化网络架构

在新网络架构之上搭建数字会议系统，以便进行各级部门之间的技能培训以应对紧急突发事故。该系统于各级泵站设立会商室，在调度室安装固定麦克风，主要参会人员在本席位使用麦克风进行发言，通过远程视频会议系统，将图像同时采集，用于本地显示系统或者传送至远端客户端。

2 网络建设

网络建设从底层网络设备开始重新规划，增加性能更加强大的OptiX OSN 7500设备，补充现地监控设施，部署全网视频会议系统，打通各级分部与调度总部的通信网络。

2.1 基础网络架构

胶东调水自动化调度系统的主干网采用环形结构组建核心层和汇聚层，组网情况见图3。核心层是整个网络的主干部分，不仅要负责整个网络的流量传输，还要配合防火墙设备进行用户的安全准入认证，所以对于核心层的交换机在可靠性、容错性、低延迟等方面具有较高的要求。汇聚层处于网络的中间部分，连接着核心层与接入层，负责数据的分发功能。在高数据量负载的情况下，可以有效减轻核心交换机的压力，同时汇聚层可以实施策略控制工作组的接入和局域网的隔离。接入层则主要面向用户连接和访问网络。核心层以山东省调水工程运行维护中心为主调中心，以王耨泵站为备调中心，以清胥沟(南水北调机房)、北堤穿涵闸和宋庄泵站为中继站，在核心层组建1个10Gbit/s两纤双向复用段保护环，发生故障时，SDH自愈环会进行主备倒换继续路由，能够在50ms内恢复端到端业务，用户感知不到网络重组，保证了网络的稳定运行。

图3 核心汇聚组网示意图

汇聚层以王耨泵站为核心节点，以胶东调水和引黄济青干渠沿线的12个泵站和北堤为汇聚节点，组建胶东环和引黄济青环，受地理位置及光缆纤芯租用情况影响，以烟台分局、高疃泵站和星石泊泵站组建烟台环，光传输网络拓扑情况见图4。

图4 光传输网络拓扑示意图

接入层为各级管理泵站，在各泵站建立两张网络，分别用于生产和管理，配置单向访问策略，仅允许管理网访问生产网络，以便查看泵站运行数据，禁止反向查看，且仅管理网接入汇聚网络。此次增加的OptiX OSN 7500设备具有以下优点，可以有效地支撑整个网络的安全稳定运行：ⓐ采用的统一交换架构，能够兼容分组模式、时分复用模式以及两者的混合模式；三种模式之间可以进行板级扩展，平滑转换，减少网络重叠，有效降低传送成本；ⓑ层次化的运维能力，能够完成从底层网络隧道检测到直连设备链路联通再到整体业务的环回测试；实现了网络分层故障定位，在故障时迅速检测并进行保护倒换，从而提升网络的可靠性；ⓒ内置波分技术，在单根光纤能够进行多个波长的数据传输，可以与波分设备完成多种灵活的组网方案。基于该设备提供的高性能传输数据能力，可以实现实时数据的交互和上报。

2.2 互联设备部署与规划

基于底层网络建设，把各级泵站底层网络打通，以便实现运行数据的实时共享。为了方便管理，提供实时监控画面，将本级泵站重点监控画面通过网络上报到调度中心。

摄像头均根据地址规划标段提供的规划设定私网IP，为了方便区分各摄像头，把各摄像头在管理页面以功能命名。各级泵站部署架构见图5。通过网络摄像头，可根据现地服务器调阅所有监控画面，各级服务器规格配置按照泵站实际摄像头数量定制。

图5 网络摄像头部署

调度电话采用Aeonix调度通信平台，该调度平台是在HTML5WEB的基础上开发的通用型平台，不仅支持电脑浏览器页面操作，还可以在智能手机和平板电脑上操作，使用更加便捷，操控台具有添加会议人员、挂断和禁言等功能。其拓扑结构见图6。

图6 调度电话拓扑示意图

调度操作员可以进行多方会议或者预约会议，且该平台使用开放的标准协议接口，可以接入标准化的音频设备。调度员能够实时对调度系统中的呼叫保存录音，以便会议后进行分析。其服务器采用N×N备份模式部署架构，见图7。

图7 N×N备份模式

数据随机保存到可用的服务器中，且每台服务器具备自动复制功能，即使单节点服务器出现异常，数据源也可以马上切换到可用备份服务器数据库。

3 智能视频会议管理系统

在面对复杂调度场景和紧急突发事件，紧靠调度电话无法统筹全局，作出正确的决策。基于以上底层网络和互联网络设备，搭建起基于各级泵站的站点级数据管理、视频会议系统。随时查看各站点重要运行数据，以便智能决策，实现真正的统筹管理。

整个系统要保证高可靠性：支持媒体版备份、IP地址网口备份、单元与主控板备份等，支持视频会议系统24小时无故障运行，系统架构见图8。

图8 通信网络架构

本通信网络通信采用IP网络传输数据，视频协议采用H.264格式编码，支持高清视讯终端，最高可以提供1080P视频图像。音频协议采用AAC-LD/LC格式编码，支持H.239、BFCP高清双视频流协议。通过该平台可以把演讲稿同步显示，实现全景式会议。

基于以上各级网络及通信设备的搭建，最终实现网络数据实时共享，达到总部统揽各级泵站状况、分部实时上报信息到总部的目标，在遇到紧急突发状况时，网络视频将会发挥越来重要的作用。

4 结 语

在当前云化数据信息技术飞速发展的背景下，用户对于实时可视化数据和总部统筹安全管理调度需求愈加迫切，泵站的自动化与智能化运维能力就显得非常必要。加强现地网络可靠性，保证网络数据的连续性，云视频会议为泵站传递新技术和应急管理提供了可靠保障。云化网络的建设改造为泵站的自动化运维和智能化统筹管理打下了坚实的基础。