生产运营协同调度系统的研究与应用

王佳龙

（神华和利时信息技术有限公司 北京市 100001）

1 引言

1.1 编写目的

本论文旨在使所有读者对该系统的整体业务、功能、技术和数据等方面有准确而全面的理解。

1.2 背景说明

本项目的业务牵头部门是总调度室统计分析处。技术上由国家能源集团信息部提供指导，南瑞集团公司自主承担设计、开发建设和实施工作。

2 概述

2.1 系统描述

业务流程图如图1所示。

图1

2.2 用户定义

系统用户角色：大屏可视化功能实施及数据范围实现集团总部、63 家二级单位，其中共涉及煤炭产业板块16 家、电力产业板块32家、铁路产业板块4 家、港口产业板块3 家、航运产业板块1 家、化工产业板块2 家、销售板块8 家，其中存在一个二级单位跨多个板块的情况。大屏可视化功能用户范围包含集团总部总调度室、煤炭板块、电力板块、铁路板块、港口板块、航运板块、煤化工板块、销售板块各部门专责等人员。

2.3 需求分组

总体需求：

世界一流：实现世界一流场景中产业分布、三型、五化、七个一流、四个全球第一等主题18 幅画面；

四重一要：实现四重一要场景的5 幅画面，提供数据维护工具；

参观展示：实现参观展示模式下的产业分布、三型、五化、七个一流、四个全球第一等主题的8 幅画面；

集团总览：以宏观经济指标、各个产业板块生产类运营指标等为主题的集团总览场景；

哑铃型场景：以抽象、概念型的哑铃模型为主题分层次、分维度展现集团整体的架构；

一体化运营监督：以集团一体化产运销储用、煤电路港航化为主题分层次、分维度展示一体化运营监督；

产业板块运营监视：以产业板块为主题分层次、分维度展示板块运营场景；

2.4 一般约束

（1）大屏显示：以浏览器为显示载体，采用HTML5、CSS、WEBGL、GIS、流媒体等主流技术，开发出基于超高分辨率大屏幕的数据可视化展示系统，系统以点对点的超高分辨率展示；

（2）系统架构：客户端采用B/S 架构；

（3）交换协议：采用TCP/IP 协议；

3 功能需求

3.1 日常值守

世界一流：

产业分布（举其中一例说明）：

从宏观角度展示集团全球产业分布情况，体现集团迈向国际化的战略方针。支持集团各二级公司和海外产业逐层钻取展示主要生产单位的位置、生产成本、员工数、年利润、年产量等详细信息的功能，向参观人员直观形象展示集团产业在全球的分布及生产运营情况。

图2

图3

4 接口需求

4.1 用户界面

4.1.1 日常值守

世界一流：

产业分布（举例说明）：

显示产业分布图画面如图2。

4.1.2 APP 端应用

集团总览移动端应用（举例说明）:

图4

显示手机端APP 画面如图3。

4.2 硬件接口

本系统为满足二级和三级业务系统调用的需求，需要与拼接控制器实现命令交互，通过网络调用拼接控制器的控制命令，实现信号的开窗。

4.2.1 调用方式

拼接控制器厂家提供接口，通过TCP 协议连接对方开放的接口（默认端口号xxx），实现命令的调用。

4.2.2 调用流程

（1）由大屏控制软件（IPAD 或者PC 端）向应用服务器发起调用请求；

（2）应用服务器根据请求中的IP 和PORT 参数创建TCP 连接，创建成功后根据指令格式发送切换命令；

（3）发送命令后，等待拼接控制器回复执行命令的结果；收到回复后，应用服务器将命令执行的结果返回控制端

4.3 软件接口

4.3.1 与统一身份认证系统集成

本系统四重一要维护工具与“统一身份认证平台”的接口，分为两部分：第一部分是用户接收接口，主要完成用户数据接收；第二部分是访问控制接口，主要完成用户访问认证和单点登录。

4.3.2 与工业视频平台的视频调用

本系统与“工业视频平台”实现对接，实现视频的接入。视频对接方式拟采用两种方案：一是工业视频平台提供RTSP 的方式，本系统根据地址，实现视频的点对对调取；二是采用国标GB28181的方式，将工业视频平台作为客户端，本系统中的视频平台作为服务端，接收工业视频平台推送的视频点位信息，实现视频的调取。

5 技术需求

5.1 性能

5.1.1 可靠性

（1）年可用率≥99.99%。

（2）系统应考虑硬件和软件的容错、数据备份等系统可靠性措施，数据完整性需达100%，系统出现问题能保证数据的完整恢复。

5.1.2 实时性（1）跨越正向物理隔离装置时的数据传输时延小于3 秒。（2）系统启动时间小于30 分钟。

5.1.3 安全性

（1）内部组件间的数据传输须经加密处理，以保证安全通信。

（2）口令信息不能在网络上明文传输，并在数据库加密存储。

5.1.4 扩展性

（1）系统的硬件采用模块化结构，以保证内存、CPU 及存储等可扩展。

（2）系统硬件配置的升级不会引起系统软件的修改和开发。

5.1.5 性能指标

（1）响应时间应在3 秒以内；

（2）吞吐量不少于每秒10000 次读/写操作。

5.2 安全

本项目涉及数据、文档均较为敏感，对数据安全有较严格的要求。需要满足以下安全需求：

（1）系统访问保护：系统只能通过集团内部网络实名认证后才能访问。

（2）数据权限管理：数据字段级的用户授权管理，确保某些敏感的数据字段，只有授权用户能够查看。

5.3 易用性

（1）浏览器的兼容性：支持IE9 及以上浏览器，谷歌、360 极速浏览器；

（2）屏幕分辨率的兼容性：做到页面自适应。

6 数据需求

6.1 数据采集

大屏可视化平台作为展示载体，实时、定时直接从集团数据湖中获取数据，推送至可视化平台终端展示，基本不存在数据输入和处理。因此，在数据项中主要以动态输出数据为主。

6.1.1 实时数据采集

各个板块数据通过各个厂矿接口上传至KAFKA 平台，集团数据湖运用JAVA 语言从KAFKA 平台取数，将最新的实时数据储存至redis 供下游组或大屏可视化调用，已过当前时间的实时数据储存至Hbase 数据库提供查询服务。

数据流：厂——集团数据湖——数据标准化组——数据集成组——大屏可视化。

6.1.2 结构化数据采集

各个板块数据通过各个厂矿接口或etl 工具上传至集团各个监测平台，监测平台提供接口服务供集团数据湖调用取数入湖并提供服务接口，入湖的数据通过一系列清洗、标准化提过给数据集成组计算，将最终有效数据提供给大屏可视化。

数据流：厂——监测平台——集团数据湖——数据标准化组——数据集成组——大屏可视化。

6.2 数据湖架构与集成

6.2.1 平台架构

数据湖通过采集接口获取数据，之后会将数据对应放入数据湖平台数据库，然后通过数据服务共享的方式提供给各个业务系统使用，数据湖架构如图4。

数据湖平台负责提供数据服务，每个应用角色在鉴权完成后会有不同的数据权限，获取不同的数据。从接口的技术实现方式上，提供常见的、跨语言的RESTful 接口方式。各业务系统通过上述传输协议以同步的方式调用服务，数据服务接收调用请求，进行权限校验、数据查询、数据获取操作，并且将业务系统所需的数据反馈给服务调用方。

6.2.2 集成方案简述

目前数据湖平台提供的数据服务接口从调用方式上提供RESTful API，从接口的返回的数据格式上提供JSON 格式。数据湖平台的数据服务是以分布式数据服务为基础，提供服务治理、服务负载等数据服务功能。第三方业务系统仅从唯一地址调用接口，即可实现负载均衡策略，在设计上保证了服务的安全性及可靠性。对于数据的实时性和性能要求较高的业务，可能会从传输方式及传输格式上对数据传输进行优化。

7 结论

国家能源集团生产运营协同调度系统在集团智慧化战略及发展战略总体引领下，利用“大云物移智链”等前沿科技，打造集团数资源化能力，通过开展数据中台、数据湖、及配套专项服务建设，实现集团全类型数据融合、全过程数据管控、全产业数据协同。助力集团各业务板块数字化转型，推动集团数字化工作再上新台阶。