基于Telegraf+InfluxDB+Grafana搭建长输供热系统的监控平台研究

王博远，梁子阳，刘雪萌，李少彬，谢英柏

（华北电力大学（保定），河北 保定 071000）

随着城市化进程的发展，城市人口数量逐渐增多，冬季的供暖问题成为保障民生，提升居民生活幸福感的重要指标。近年来，为应对城市供热面积增大而管网输送能力不足的问题，大温差长输供热项目在我国的太原、银川和石家庄等城市已经得到了应用。在长输供热管网运行的过程中，对于运行参数进行实时监控显得尤为重要。一方面，可以通过参数的变化调整电厂的供热负荷和管网的热量分配，另一方面，如果测量数据超出正常范围，也可以做到及时告警，便于运行人员尽早知道事故出现的地点，从而尽早处理，以防造成更大的危害。本文讨论利用Telegraf+InfluxDB+Grafana搭建监控平台，来对长输供热管网的运行参数进行实时监控。

1 Telegraf，InfluxDB与Grafana介绍

1.1 定义

Telegraf是一个由插件驱动的服务器代理，用于收集和报告指标。Telegraf集成了直接从其运行的容器和系统中提取各种指标、事件和日志，从第三方API提取指标，甚至通过StatsD和Kafka消费者服务监听指标。它还具有输出插件，可将指标发送到各种其他数据存储，服务和消息队列，包括InfluxDB、Graphite等。

InfluxDB是用Go语言编写的一个开源分布式时序、事件和指标数据库，无需外部依赖。在最新的DB-ENGINES给出的时间序列数据库的排名中，InfluxDB高居第一位，可以预见，InfluxDB会越来越得到广泛的应用。

Grafana是一款用Go语言开发的开源数据可视化工具，可以做数据监控和数据统计，带有告警功能。

1.2 优点

Telegraf作为收集和报告指标的服务器代理，具有以下优点：（1）使用Go语言编写，编译成单个二进制文件，没有外部依赖项。（2）占用内存小。（3）可以通过添加新的插件进行输入输出。（4）插件中包含常用的服务和API。

InfluxDB作为最常采用的时序数据库，具有以下优点：（1）内置HTTP API，使用方便。（2）使用类SQL语法，数据查询便捷。（3）自带管理界面，管理很简单，并且读写效率高。

同时由于Telegraf和InfluxDB都是由InfluxData公司所开发的软件，二者在数据的存储策略上具有高度一致性，因此便于数据在二者之间进行传递。

Grafana作为开源数据可视化工具，具有以下优点：（1）拥有快速灵活的客户端图表，面板插件有许多不同方式的可视化指标和日志。（2）支持许多不同的时间序列数据（数据源）储存后端。（3）使用来自不同数据源的丰富事件注释图表，将鼠标悬停在事件上会显示完整的事件元数据和标记。（4）使用Ad-hoc过滤器允许动态创建新的键/值过滤器，这些过滤器会自动应用于使用该数据源的所有查询。

1.3 现状

基于Telegraf+InfluxDB+Grafana搭建实时监控平台是最近几年新产生的一种架构方法，与传统监控方式对比，该架构系统简单，无需编辑脚本，仅需获得监控数据便可自动抓取数据进行实时展示，操作简单，便于进行运行维护。

2 Telegraf+InfluxDB+Grafana监控系统基础架构

监控系统所起的作用主要可以分为两个方面：运行监控和故障报警。要实现这两个功能，则需要不间断地从测量设备上采集数据，然后通过数据库转化为统一的格式，最后使用可视化软件对数据进行实时的展示，并设置阈值，在数据超出阈值时进行告警。

因此，从功能上看，Telegraf+InfluxDB+Grafana监控系统的基础构架大致可分为以下几层：数据收集层、数据存储层和数据展示及告警层（图1）。

图1 监控系统基础架构

3 Telegraf+InfluxDB+Grafana监控系统功能的实现

3.1 数据收集层

对长输管网的供热系统来说，需要监控的数据主要有各级流量、各级压力、供给水温度、给水泵和循环水泵频率等。这些数据由测量仪器测量得到后，将上传到服务器，接下来，通过Telegraf自带的API接口针对不同的数据类型进行采集，然后对数据进行进一步处理。

具体步骤如下：（1）通过多种input plugins与不同类型的数据进行匹配，从而将数据进行整合。（2）通过processor plugins和aggregator plugins对导入的数据进行sum，min，max等的函数运算，对数据进行进一步处理。（3）通过output plugins与后端进行对接，这里选用对接InfluxDB的plugin，并设置数据存储的database以及URL。

3.2 数据储存层

由Telegraf导入的数据储存在InfluxDB里以供Grafana调用和展示，由于InfluxDB是时序数据库，每条数据都有特定的时间戳，因此每个数据都是独一无二的。可以在InfluxDB客户端或者使用二进制的命令行对数据库进行进一步操作，这里采用命令行操作。

具体步骤如下：（1）在InfluxData官网下载所需版本的InfluxDB压缩包，并解压到自定义位置。（2）首先启动保护进程influxd.exe，然后启动程序influx.exe输入命令行进行操作。查询命令采用类SQL语句，具体格式详见官网。运行过程中，保护进程不可关闭。（3）可以设置用户名、密码等，初始默认端口为8086，也可以对数据库进行操作，如修改数据保留策略（retention policy），新建数据库，过滤相关数据等。

3.3 数据展示及告警层

数据展示及告警界面为web展示界面，将InfluxDB内的数据通过柱状图、饼状图、折线图等形式直观地展现出来，让工作人员了解一段时间内供热管网的压力温度等变化，从而对设备做出合适的调整。同时，若某指标超出阈值，系统也能自动向工作人员进行告警，从而及时解决问题，避免出现更大的事故。

具体步骤如下：（1）从GrafanaLabs官网下载所需版本的Grafana压缩包，并解压到自定义位置。（2）默认端口为3000，初始用户名与密码均为admin，登录后修改密码。（3）设置所需的Data Sources，这里选择Influxdb并输入所需的数据库的名称，点击Save&Test验证是否成功连接。（4）创建新的Dashboard，并根据数据类型选择合适的可视化工具（Visualization）。Grafana社区中有许多plugins可供用户进行选择，极大增强了数据的展示效果。再通过使用Grafana中自带的Query，Variables等功能展示需要的数据。最终可以将完成的Dashboard转化为json文件进行输出。（5）Grafana自带告警功能（Alert）。在Alert面板中设置上下阈值，当测量数据超出阈值范围后就会进行告警，可以选择告警的方式，如短信、邮箱等。

4 监控效果展示

监控系统的显示效果如下图所示：

（1）热力站1#热泵三网供水温度（℃）监控效果如图2所示。

图2 热力站1#热泵三网供水温度（℃）监控效果

（2）中继泵站一级网供水流量（m³/h）监控效果如图3所示。

图3 中继泵站一级网供水流量（m³/h）监控效果

（3）隔压站二级网供水压力（MPa）监控效果如图4所示。

图4 隔压站二级网供水压力（MPa）监控效果

（4）多个监控值集群监控效果如图5所示。

图5 多个监控值集群监控效果

5 结语

在长输供热系统中，应用基于Telegraf+InfluxDB+Grafana的监控系统，能够实现对测量数据的实时监控，有利于工作人员及早发现问题并及时解决，提高了对于风险的抵抗能力，同时，系统架构简单，便于运行人员进行维护。