新疆防雷防静电智能在线监测与管理服务平台

2021-02-11杜军杜梦迪李帅武泳柏张莉

科技创新导报 2021年24期

杜军杜梦迪李帅武泳柏张莉

摘要：以提高新疆地区雷电灾害风险评估工作实效性、准确性和规范性为目标，通过对雷电灾害风险评估相关参数的分析研究，建立了具有新疆区域特色，涵盖多个行业性质特点的防雷防静电监测与管理服务，在此基础上研发了新疆防雷防静电智能在线监测与管理服务平台。该平台可以实现业务系统之间的业务集成，同时保持了各个业务应用系统之间的相对独立和松耦合。根据目前投入业务运行情况来看，基本满足新疆各级防雷技术服务机构在线监测与管理需求。

关键词：雷电;平台设计;在线监测;雷电防护;新疆

Intelligent Online Monitoring and Management Service Platform for Lightning Protection and Anti-Static Prevention in Xinjiang

DU Jun*1DU Mengdi2 LI Shuai1 WU Yongbo1 ZHANG Li1

（1 Xinjiang Jinfeng Huayun Meteorological Technology Co.， Ltd， Urumqi， Xinjiang Uygur Autonomous Region，830002China;2 Information Center of Xinjiang Uygur Autonomous RegionMeteorological Service，Urumqi， Xinjiang Uygur Autonomous Region，830002China）

Abstract：Aiming at improving the effectiveness， accuracy and standardization of lightning disaster risk assessment in Xinjiang， through the analysis and Research on the related parameters of lightning disaster risk assessment， the lightning protection and anti-static monitoring and management service with Xinjiang regional characteristics and covering multiple industry characteristics has been established. On this basis， Xinjiang lightning and anti-static intelligent online monitoring and management service was developed platform. The platform can realize business integration between business system， while maintaining the relative independence and loose coupling between each business application system. According to the current operational situation， it basically meets the online monitoring and management needs of all levels of lightning protection technical service institutions in Xinjiang.

Key Words： Lightning; Platform design; Online monitoring; Lightning protection; Xinjiang

雷电是一种伴有光、声等现象的瞬时放电过程，这种瞬时释放高电压、强辐射的电流对人类生产生活有着很大的影响。雷电的危害不仅是造成巨大的经济损失，人员伤亡，同时还有可能诱发火灾甚至爆炸。现如今是信息化的时代，互联网电子产品无处不在，而雷电产生的电场对通讯，电网有着重大的危害，直接導致雷电造成的经济损失越来越明显，潜在威胁越来越严重。因此雷电被联合国列为最严重的十种自然灾害之一，我国则是将其认定为信息时代的潜在危害[1-4]。

雷电防护工作是至关重要的，但是没有一个系统性的监测和报警系统，使安装的防雷设施未做到实时监测，从而导致很多防雷设施异常状态时不能及时发现，给用户带来极大的安全隐患。因此，雷电在线监测的意义重大，不但可以提高防雷减灾工作的科学化、专业化和规范化水平，更是可以及时封锁遭受雷击危害的通道，降低雷电灾害风险。建立防雷防静电实时在线监测管理与服务系统，才可以更好地实现安全防雷[5-8]。

1 设计思路

防雷防静电智能在线监测与管理服务系统以多源数据的建模为基础，以智能连接（Connection）、智能分析（Conversion）、智能网络（Cyber）、智能认知（Conition）和智能配置与执行（Configuration）的5C体系为架构，建立虚拟与实体系统之间关系性、因果性和风险性的对称管理，以持续优化决策系统的可追踪性、预测性、精准性和强韧性，实现对实体系统活动的全局协同优化[9]。

云端为一个提供集成服务的SoS（Sytem on System）决策网络，以大数据、移动互联等技术手段，提供统一的软件系统，实现现场数据的实时采集和存储，并通过WEB方式提供用户的运维管理、参数设置、权限管理、远程控制、信息发布、重要信息提前预警、数据精准推送等功能，是一个智能化的防雷、防静电监控管理平台[10]。

防雷防静电智能在线监测与管理服务平台建设主要由业务应用子系统、数据处理子系统和轴承子系统3个部分组成。其逻辑体系架构如图1所示。

整个系统采用B/S架构，系统的服务程序软件可单独部署于服务器或云端服务器上，客户可通过浏览器客户端随时随地访问系统平台，便于系统的管理与维护，同时能够更好地支持多种网络环境的应用[11-12]。

云端服务器平台由多个云主机组成，可根据用户规模动态调整。云服务平台采用数据和业务分离的方式，现场采集数据交由云集群数据库统一管理，保证了用户重要数据的一致性。业务云主机采用弹性方式，由一到多个云主机组成，保证服务的持续不间断[13]。

本系统主要由以下四部分组件构成，即前端监测仪表、信虹RTU控制组件、传输网络、监管中心与监管APP。其中前端监测仪表包括地阻、雷电流、SPD、静电、杂散电流、大气电场、温度、湿度、电气安全等。信虹RTU控制组件由XHRTU由微处理器控制，主要是负责对现场信号、工业设备的监测和控制，其支持RS485总线、CAN总线、Zigbee等多种总线方式，可实现云监测管理中心对现场在线监测设备的遥测、遥控、遥信和遥调等功能。传输网络则是有多种方式可选，有线公网/专网、无线网（GPRS/4G/NB-Iot等）、卫星等。监管中心由云服务平台、数字大屏、操作员站、工程师站及管理软件等组成。云服务平台提供统一的软件平台，实现现场数据的实时采集、存储和显示，并通过WEB方式提供用户的运维管理、参数设置、权限管理、远程控制、信息发布、重要信息提前预警、数据精准推送等功能。

3 平台的应用

3.1 平台登录界面

3.2 站点状态查询显示

获取所有已配置站点的状态信息，目前分为正常、异常和离线3种状态，可根据行业、名称、状态、省份、城市及区县这几个维度进行检索。具备相关权限的用户，可以对站点进行管理操作，包括新增、修改和删除，支持内嵌地图的方式进行站点的经纬度改动。

3.3 RTU状态查询显示

获取所有下挂RTU的状态信息，目前分为正常、异常和离线3种状态，可根据名称、模式、IP、子网掩码及网关这几个维度进行检索。具备相关权限的用户，可以对RTU进行管理操作，包括新增、修改和删除RTU相关配置信息，支持TCP和UDP两种网络工作模式，新增和修改操作后會自动重启远程RTU模块，需注意相关IP变动带来的通讯问题。

3.4 设备状态查询显示

默认显示SPD在线监测模块的状态，可根据站点、RTU模块、设备类型3种方式进行查询，目前支持的有SPD在线监测仪、接地电阻在线监测仪、雷电流在线监测仪、静电在线监测仪、温湿度在线监测仪、倾斜度在线监测仪、电气安全在线监测仪、阴极保护在线监测仪等多种设备。具备相关权限的用户，可对设备进行配置管理操作，新增设备和修改设备时，需注意RTU模块-ID和串口号与实际接线是否一致，针对不同类型的设备，提供了对应不同参数信息的相关配置[14]。

3.5 数据查询

3.5.1 实时数据查询

实时查询可通过行业、组织结构、站点动态筛选所属RTU模块，同时以RTU模块为单位，展示数字量、模拟量、RS485下挂的所有设备数据，点击具体设备后弹框显示实时查询操作页面。

3.5.2 历史数据查询及导出

历史数据可以针对站点、RTU模块-ID、设备类型、设备ID、设备安装位置、起止时间等要素进行筛选，展示效果会根据不同设备的不同信息进行动态改变，同时标注了对应时刻的设备状态。对于查询出的结果，实现了所见即所得，支持不同类型设备在线导出Excel文档到本地。根据站点、RTU模块-ID、设备类型、设备ID，实现了单个设备的历史数据图片展示，根据设备类型的不同，对应曲线数、间距、xy轴会相应变化，可通过相关趋势进行分析。图3为防雷防静电智能在线监测与管理服务平台历史数据相关趋势进行分析页面。

3.6 数据统计

统计该系统中所有站点实时状态、RTU模块实时状态、设备实时状态、不同类型的设备数量、全国不同省份下挂的设备，以及最近一月所有告警数的变化量。单条站点的相关属性统计，包括下挂RTU数量、下挂设备数量、设备类型分类统计、下挂设备的状态统计以及近一个月内该站的状态变化统计。单个RTU的相关属性统计，包括下挂设备数、数字量、模拟量、RS485的3种类型的设备接入统计，设备状态统计以及近一个月该RTU的状态变化统计[15]。图4为防雷防静电智能在线监测与管理服务平台数据统计页面。

3.7 系统报警

根据站点、RTU、告警类型及起止时间，可以查询当前系统未恢复的告警，返回结果中包含对应告警的详细信息，可与设备维护记录进行关联。同时也可以查询历史告警记录，返回结果中包含了告警相关状态及详细信息，同时统计了最近一段时间内的告警变化趋势。

3.8 可视化

3.8.1 大屏展示

大屏展示部分提供了全网下最为关注的一些信息展示，头部位置包括站点数量、RTU数量、设备数量、RTU异常数量的显示，左侧为站点设备异常和离线的前5位，右侧为今日上报数据的实时显示，中间部分的拓扑图提供了每个区域下的站点数量展示。图5为防雷防静电智能在线监测与管理服务平台大屏展示页面。

3.8.2 首页地图

首页地图部分采用了百度API进行开发，地图菜单提供了智能检索、行业选择、全国区域定位、圈选查询等功能。底图上面渲染了所有站点的对应位置和相应状态，通过点击站点可以实现弹窗显示详细信息。图6为防雷防静电智能在线监测与管理服务平台大屏展示页面。

3.9 系统管理

系统可通过多级菜单和树形图的方式，实现组织结构的动态操作、新增、删除，修改后的树形图会自动重新加载。同时将组织结构与权限部分进行了关联。同时角色部分一方面也与组织结构相关联，另一方面对应菜单权限，通过修改不同角色的配置，可实现对应用户的权限配置，灵活性更强[16-17]。在平台上也可对系统的相关操作记录进行查询，同时可查询操作类型、相关IP、操作账号、操作时间、具体描述等信息。在系统出现异常时，关联告警模块会提出警告，实现了设备维护管理，可以多条件查询设备维护的相关信息如维修原因和维修内容等。

4 结语

本项目在设计过程中，充分考虑业主方的使用需求，通过软件系统来实现防雷防静电智能的在线监测和管理。可切实地提高服务质量和效率。考虑到日后移动办公和业务整合的可能性，已预留服务端和移动端的多种技术接口，在本系统稳定运行的基础上，可以根据日后业务需求的变化，方便地接入新的功能模块，如实现远程办公、移动端采集现场数据、提供对接门户网站、公共平台的模块化服务等。

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