基于Qt 的梯级水电调平台可视化维护管理系统设计与实现

李 宁，谭 扬，丁 朦，郭荣杰，李琳蔚，陈隽隼

（湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000）

信息化、智能化技术的发展，梯级水电调平台及相关系统业务日益复杂，随着电力安防要求的提高，高效管理梯级水电调平台中大量的软硬件资产成为重要的工作。传统的系统维护管理方式，往往应用电子表格、图册、文档等分散化的管理方式，难以满足今后系统维护管理需求。李志 等[1]提供了一套在线系统，将资产管理与状态实时监测结合起来，将多元化设备统一集中运维。李舒清 等[2]应用BIM技术通过3D 技术构建了信息机房设备模型，实现对硬件设备设施的三维交互与管理。上述方案部署成本较高，增加主系统的维护复杂性，无法实现软件及其他无形资产的信息管理。

1 系统设计

1.1 系统结构

为了应对梯级水电调平台软硬件日益复杂化所带来的维护工作挑战，亟需建立一套新的系统维护管理模式和维护管理系统。本软件是一套桌面级应用软件，采用单机离线部署方式，其系统总体设计采用数据-存储-业务-应用展现的逻辑分层策略，如图1 所示。

图1 可视化维护系统总体设计

可视化维护管理系统具备以下特征：①高效管理大型系统设备设施基础台账；②易于部署，且与主业务系统解耦；③图形化全方位展示系统信息；④应用智能化技术提供历史经验的存储、分析与决策功能。

1.2 开发环境

通过调查类似系统的开发现状[3-5]，本系统选用Qt 框架，充分利用其优异的跨平台特性、便捷的人机交互等特点，不仅可以轻松构建高质量应用，还可以以最低的工作量，开发出适合跨多平台部署的应用系统，在安防要求较高的场合能够更好地满足系统应用要求。

本系统应用QGraphics View 图形视图框架，以MVC（Model-View-Control）模式的图形化方式展示系统信息并提供操作，构建易于理解和使用的维护管理系统。

由于本系统为单机部署的小型系统，本系统数据库选择免费开源的SQLite 作为基础数据库。

2 系统实现

2.1 数据库设计

原始表格类数据主要包含设备表、设备类型表、机柜表、端口表、连接关系表、跳转关系表、IP 地址段表、IP 地址表、软件项目表等。各数据表结构及其关系如图2 所示。

图2 数据表结构与字段关系

图3 图形化业务视图框架

图4 硬件管理业务数据流

图5 软件管理业务数据流

2.2 界面设计

本系统向用户展示的图形视图有网络拓扑图、机柜布置图、设备布置图、线缆走线图、软件关系图等，通过此类功能视图向用户直观展示系统信息并提供图形化交互功能，实现对梯级水电调平台内所有软硬件设施的全面可视化管理。

界面采用QGraphics View 框架，基于抽象类QGraphicsItem 创建不同应用类型的自定义对象，通过图形视图类QDrawBaseForm 展现所有QGraphicsItem 对象，然后根据硬件管理、软件管理、通用绘图等业务需求，添加特殊功能，开发出对应的业务应用。构建视图时，由以下步骤组成：加载基础数据，生成各个实体对象；分析各实体要素间的关系；自动生成基础功能视图；人工调整，形成最终功能视图。

各个功能视图中的实体对象对应于数据库中特定记录，其对象属性分为基础和图形布局属性两大类。

基础属性存储于数据库记录中，作为实体对象具有现实意义的数据；图形布局属性主要是该实体对象的图形布局数据，如位置坐标、显示层次、颜色、形状、大小等，此类属性以XML 文件的形式保存。视图打开时首先加载该XML 图形文件，再读取数据库数据进行同步，保证视图中各实体对象显示的准确性。

最终，通过MVC 的框架设计，在管理系统中可以很方便地实现一套数据多个视图的实时刷新展示。

3 系统功能设计与实现

本系统提供对梯级水电调平台软硬件的全面管理及高级辅助管理功能，具有完善的用户管理、访问控制、日志管理等功能，是一套用于各类维护管理工作的得力工具。

3.1 硬件管理

硬件管理主要通过4 个布局图来图形化展示系统硬件设备、布置、线缆连接情况，提供图形化操作方式，再辅以基础数据编辑功能实现。

其中，网络拓扑图用于展示全系统硬件设备，以及它们之间的拓扑关系，是信息系统维护工作必要的核心基础资料；机柜布置图用于展示全系统所含的信息机柜，以及柜内设备的布置情况，其布置情况与设备实际位置一一对应，可快速定位系统内设备的布置位置；设备图用于展示及管理指定设备的位置部署及端口应用情况，可灵活调整设备部署位置，还可分析设备间的跳转通道；巡线图用于详细展示拓扑图中的设备之间的单条、多条拓扑关系，该关系精确到设备每个物理端口，可快速查询设备到设备之间的物理端口连接关系，以及中间的跳转情况。

由于各布局图中的图形对象均对应于数据库中的特定记录，因而在界面操作时，点击图形对象即可启动对应数据记录编辑功能，在基础数据修改后，系统将自动更新所有相关图形布局，使得各布局图与数据库数据时刻保持一致。

3.2 水电调平台软件管理

软件管理功能基于多个软件图形视图，以不同的层级展示软件项目之间的依赖关系，其主要包含基础软件项目数据和多个图形视图。

软件管理主要用于将系统内所有抽象的软件系统、模块、应用、程序、脚本等，以图形化的方式直观展示，重点在于表达各个软件项目之间的层次关系，数据流方向；不仅如此，系统还可以管理特定软件项目的说明文档、配置文档、源代码等，使得系统维护人员可以方便地查询，并获得最准确的系统信息，极大提升软件项目这类抽象资产的综合管理能力。

3.3 配置文件库管理

水电调平台各项软硬件配置信息往往以各类技术文档的形式由厂家提供或人为总结而成，系统将这类文档以数据库形式存储管理，建立文档视图模型。

查阅特定软硬件配置时，通过在文档树上点击相应的节点，即可打开其配置文档目录，查阅相关文件；在需要添加或移除相关文档时，使用拖拽方式直接将文档添加或移出当前目录，系统将所有的文档操作自动写入操作日志。

3.4 IP 地址管理

提供对信息系统所有应用的IP 地址的统一管理功能，主要包含网段规划、地址分配、地址查询、应用分析等。

首先根据系统规划，创建所需的IP 地址段，生成该地址段内的所有地址，然后基于前面建立的基础台账数据，将特定IP 地址分配给指定的设备端口，最后可以在可视化图形界面中查看地址分配情况，并对特定网段的IP 地址应用进行统计分析。

3.5 知识库管理

知识库管理主要是对信息系统的运维经验进行规范化管理，提供快速查询功能，并且可以根据查询内容智能搜集管理软件内与之相关的信息，如：设备、软件、配置、技术文档、历史经验等，并将其可视化呈现出来，用以帮助维护人员快速定位分析、判断、处理系统异常。

知识库管理的主要过程是：①问题检索；②历史经验结果呈现；③关联信息检索与呈现；④问题分析与判断；⑤根据实际问题处理结果记录处理过程；⑥形成新的故障分析处理经验。

4 结语

本系统作为一种新型梯级水电调平台维护管理工具，已在清江集控中心成功应用，解决了梯级水电调平台维护管理工作中面临的诸多难题。该系统通过构建多种数据模型，将信息有序存储并通过可视化方式管理维护，大大降低了工作难度。基于该系统，目前开发了诸多系统维护管理子工具，提升了系统维护效率，降低了系统维护成本。本系统的应用中，借鉴了相关研究[6，7]中所涉及的部分制度性举措。

本系统的实现为梯级水电调平台信息系统的维护管理提供了新的工作思路。在未来，随着水电调平台软硬件设施的逐步升级，该系统的功能及应用场景将逐步扩充完善。