智慧物联动环监控平台及智能PDU 深度开发在医疗混合云数据中心的创新应用——以广州市番禺区中心医院为例

苏榕彬，赵伍杰，何耀德，黄幸青*，陈燕燕，韦 滨，雷 前

（1.广州市番禺区中心医院信息科，广州 511400；2.广州慧云网络科技有限公司，广州 510800；3.中国电信股份有限公司广州分公司，广州 510620；4.中南大学 粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083）

长期运维经验发现，动力环境发生异常情况后，能够通过信息中心机房及各楼层的接入间多监控单元的动环监控平台实现告警信息，透过网络邮件、微信和手机短信等多种方式不间断自动远程报警、通报、记录和管理，可提高运维设备长期运行的安全可靠性[1]。同时，如何做到针对日常动力环境监控系统管理全天候的7×24 h 实时化、无人参与智能化和数据信息网络化，实现方便、快捷、安全、可靠、实时、准确和无人值守动态集中监控管理，一直是用户的急切追求[2]。

物联网技术在不断发展，已经被广泛地运用在各个领域中，特别在医疗卫生行业，其技术应用逐渐影响着医院管理模式与方法，并对于促进医院数字化、智能化发展体现出一定的积极意义。现阶段医院已实现信息系统应用数据共享、业务协同和医疗智能化，具有高度现代化的数据中心机房。随着信息智能化模块业务的快速推进和发展，医院机房和接入间的配套设备日益增多，信息系统运行环境安全就变得尤为重要。如果运维和应用设备等出现了故障，将会影响整个管理系统的安全运行，对数据传输、数据存储及系统高效运行的安全可靠性构成了严重的威胁，如果不能及时进行处理，轻则可能损坏现有硬件设备，严重时则会造成全面瘫痪等难于预计的后果。如何保障机房重要设备的正常运行，有效延长现有设备的生命周期，降低设备的故障率，快速响应突发事故或者发现定位设备故障是医院信息化建设工作中的基础保障工作。计算机服务器的可靠运行主要是依靠当前数据中心机房、接入间和配电间等严格的基础环境条件要求来保证，特别是对工作环境的振动干扰、温度、湿度、酸碱度、PM2.5和洁净度的要求；对动力电源的电压、频率、稳定性及停电后的备用电源可供电时间的要求；对设备用机房内各种设备的电磁屏蔽、雷电干扰的要求;对机房内各设备的空间摆放、消防设施的要求；对机房内各设备的网络实时监控系统和进出人员动态实时管理的要求。

1 本地网现状分析

广州市番禺区中心医院是一所集医疗、教学、科研、预防、康复、急救和健教于一体的现代化大型综合三级甲等医院，是番禺区规模最大、技术力量最雄厚和服务水平最高的政府公立医疗机构，在番禺区卫生系统中起到主导作用，现已搭建了“1+X 区域医疗混合云平台”，并在医院内部署了双活医疗云数据中心机房本地节点。随着医院的不断现代化，关键信息基础设施的管理不能满足当前网络安全高要求的管理需求。因此，需要结合先进性、扩展性、管理性和安全性等特点，从实际需求出发，建设满足当前应用系统和未来若干年内系统扩展的基础设施监控平台，从而满足医院众多、复杂和高效业务应用需要。传统的人工常规性的动环设备巡检、维护存在如下缺点及隐患。

1）医疗混合云数据中心机房及各楼层的接入间多监控单元设备出现故障无法第一时间了解问题，导致突发事故通知不及时。尤其是夜间，如果发生机房盗窃、火灾等问题就会带来不可估量的财产损失及相关安全责任牵连[3]。

2）检查不全面或技术经验不到位，检查人员并不能对机房及接入间的每个设备状态、细节参数进行监测，所以有些设备出现故障难以寻找出真正原因，导致问题反反复复，对于一些UPS（不间断电源）、蓄电池、精密空调和门禁等无法实现更精细的设备管理及全生命周期记录。

3）由于服务区域分布广，接入间数量多，机房使用人工24 h 值守管理强度大，需要的人力资源多，支出成本高，效率效益低下。

4）人工巡查速度慢，耗时久，巡检间隔周期长，巡查不全面，设备、环境的隐患不能实时了解。

5）不能远程控制设备，当出现室温升高等环境问题时需要到现场处理。设备的管理不能及时联动起来，造成资源浪费，处理滞后，难以实现“双碳”目标。

2 智慧物联动环监控平台方案

为了全面实现中心医院智能信息化管理，通过在中心机房设计和实施了一套智能动环系统，对现场监控点的各种运维设备设施实现了全方位全天候的统一集中监控管理，通过定制化的实时监控界面，能及时发现异常情况或故障即可快速通过网络邮件、微信、现场声光、手机短信和有线电话等方式实现自动远程报警和通报，从而确保机房设备及管理系统的安全可靠连续运行，进而真正做到医院动力环境监控系统管理的全天候的7×24 h 实时化、无人参与智能化和数据信息网络化，实现医院的方便、快捷、准确、安全、可靠、长寿命和无人值守的集中监控管理[4]。

2.1 智能动环系统设计思路

该智能动环系统主要基于以下设计思路。

1）针对中心机房及各楼层的接入间多监控单元，搭建两级监控，构建高效稳健的集中监控管理系统。集中监控中心是整个智能动环系统的集中管理平台。通过对不同层级管理员可以进行权限设置和管理，针对不同级别故障等级进行定义、甑别和分类，对每一个监控设备进行远程监测、控制和自检[5]。

2）楼层接入间的现场监控单元是整个智能动环系统的基本组成部分。其主要功能是对上要向集中监控中心定期及时发送数据信息，对下则是要直接与监控设备进行物联网连接[6]。现场监控设备单元将本站点内各设备的供电状态、环境状态、安防状态及安全运行时间等相关数据定期上传到监控主机，再由监控主机及时上传到集中监控中心，实现统一监控和管理，从而提高整个智能动环监控系统的即时性、安全性和可靠性。由于采用的是分布式架构，其运行更及时、更稳定和更可靠。

2.2 智能动环监控硬件模块

通过技术功能分析，智慧动环监控平台由总/分硬件松耦合架构及监控采集模块，以及软件模块化设计架构及功能模块组成。智慧动环监控平台的总/分硬件松耦合架构及监控采集模块主要包括以下几个部分。

1）温湿度监控：通过采用总线式的温湿度多功能变送器，其传感器可以把实时检测的现场温湿度转换成精确的数字信号，保证了温湿度检测结果传输和管理的准确性。通过在数据中心机房加装温湿度变送器及机柜温度探针，采集现场局部及重要机柜的实时温湿度，便于智能动环监控系统管理员及时了解监控场所的即时温湿度值，从而通过相应地调节送风口的开放位置、数量及通风力度，必要时可设定空调运行温湿度值（温度18～27°C、相对湿度不大于60%），使得各监控点的温湿度趋于合理[7]。

2）漏水监控：实现监控区域的漏水监控，监控现场通过漏水控制器、漏水感应绳、固定胶贴、引出线和电源等，采用耐腐蚀、高强度和高敏感的感应绳，一旦遇到液体泄漏，即会接触到漏水绳发生变化，其控制器就会将告警信号即时传输至监控主机。主机则会第一时间报警和提醒相关人员及时赶到准确现场，排除故障和恢复运行。

3）UPS 监控：通过机房内的智能设备监控器，对UPS 备用电源内部的电压、电流、逆变器、电池、频率、功率、内部整流器、旁路和负载等各部件的运行状态进行实时监视。将采集到的数据传输至监控管理主机和监控中心系统，监控中心系统则可全面检查UPS 的运行状况。

4）蓄电池组监测：针对蓄电池组在线监测，实现对电池组中的组电压、组电流、总电流和总电压等参数进行数据采集和上传，从而让管理人员可以实时掌握各电池组的工作状态，能准确地把电池组的潜在危险排除在发生前，从而有效保证不间断电源系统的安全性。

5）配电空开监控：检测8 路空气开关状态，对重要配电开关跳闸断电事件记实时监控及预警。

6）精密空调监控：通过智能设备监控器与空调接口相连，实时、全天候和全面诊断空调运行状况，监控空调各部件的运行状态与参数，通过系统软件或通过网络远程控制等方法修改空调设置参数，实现空调的远程开关调节联动控制。根据GB 50174—2017《数据中心设计规范》[8]定义机房级别，灵活选择对应温湿度设定要求。

7）配电柜及PDU（电源分配单元）监测：通过智能设备监控器与配电设备相连，系统可实时、全天候和全面诊断设备运行状况，监控和上传运行状态与能耗参数，管理人员通过桌面软件即可在系统管理电脑上或通过网络远程查看。智能动环管理系统一旦监测到某个参数越过设定阈值，将自动切换到相关的运行画面，供管理人员即时精确处理。

8）远程开关照明：集中监控系统支持联动输出，当系统检测到时间为夜间时或者在集中监控管理软件中手动点击远程开关照明按钮时，远程控制监控主机或HDIT-MI0-08 模块，由监控主机实现对灯光开关控制。

9）光电烟感监测：安装可发出报警信号的光电烟感，通过实时监测模块将光电烟感的实时变化数据直接上传至监控主机，实时监测现场的火灾情况，联动摄像机进行拍照并及时报警。

10）门禁管理：通过门禁控制器、人脸机、电控锁和开门按钮组成。对于进出人员，包括员工信息、部门信息、卡证存续信息、人员出入时间和区域、进入范围时间区、远程摇控、门区开关、防盗、消防的联动设置及历史记录的查询、报表输出等，实现智能化管理。

11）视频监控：通过将多画面浏览、录像回放、视频远传、触发报警、视频控制和设备联动集于一体，具有丰富的报警联动功能[9]。

2.3 智能动环监控平台软件模块

智慧动环监控平台软件模块化设计架构及功能模块包括以下几个部分。

1）强大的智能联动能力，该智能动环管理系统能够对相关设备或子系统实现全自动化、智能联动控制，提高设备、系统运行效率，延长维护周期，避免人为意外延误操作。在消防系统报警后，可自动切断电源，控制门禁开门，摄像机即时录制现场画面，实现多网设备资源及多场景应用融合。

2）灵活的远程管理，不仅可本地管理，还可提供可靠的远程管理。可通过Web 浏览、手机APP 和微信公众号等方式，进行远程监控管理。通过中心机房动环监控平台进行授权验证，采用扫描二维码的方式通过智能PDU 控制机柜门禁的开启，同时实现远程控制机柜门的开启。通过二次开发实现微信小程序控制，从智能管理上、功能集成度和稳定性上较传统门禁方案有优势。

3）系统扩展能力强，基于分布式系统，即使系统扩展多个设备形成庞大的系统，系统依然保证监控管理的稳定、高效和实时，不存在由于系统过于庞大后系统反应慢、处理卡顿等情况。实现保存一年以上的日志，随着业务的需求发展实现横向线性扩容，为后续实施能耗节能分析及运营做准备。

4）高度的集中管理，具有高度的集中管理理念，不仅能将单个机房动环的各种状态数据进行集中监控，并且能够将多个分布在不同区域的机房实现跨区域集中监控。

5）支持异构平台的标准化，开放平台接入，所有接入间的二级动环监控系统、市电监控系统和安防系统等必须无缝接入现有的中心机房的动环监控平台，实现监控平台统一管理。

3 智慧物联动环监控平台

在新医改的大背景下，工业社会整体信息化程度不断加强，网络信息技术对健康医疗事业的影响日趋明显。特别是近年来，以大数据、云计算、物联网、区块链、第五代移动通信（5G）和移动互联等新兴信息技术为核心的新一轮科技革命直接推动了现代智慧医疗信息化和健康医疗大数据的应用发展[10]。因此推进智能动环管理系统，实现电子病历、电子影像、智慧服务、智慧诊断、智慧管理的智慧医院建设和医院管理信息标准化建设，成为了国家对于公立医院机构改革和高质量建设发展的示范目标之一。

通过将上述技术实践于番禺区中心医院“区域医疗混合云”的信息化建设，建设了智慧物联动环监控平台，实现了医院动力环境监控系统的智能化管理。智能化管理已在医疗云数据中心机房稳定运行，并将在二期工程中扩展到楼层接入间应用。

1）实现7×24 h 对机房动力、自然环境、消防系统和安全防护等设备进行实时监控；为信息及后勤管理部门变被动为主动管理，对生产环境的安全实现主动监控及管理，情报收集、预警及告警跟踪等，快速对故障问题定位、报警，提高突发性问题的处理效率，减少消防安全隐患，确保机房的安稳[11]。

2）无人值守，监控平台远程管理机房设备，调整参数、远程联动和信息查询，降低人工管理成本。落实“双碳”行动共建美丽家园，动环监控平台主动获取生产设备环境的能源消耗及使用情况，为优化管理提供数据支撑，为后续更深层次的能耗分析及智慧节能调度打下基础。

3）通过智能化动环集中监控维护系统实现数据采集、能耗管理、信息存储、故障分析、设备联动、通知告警、实时显示和数据上传的功能结合为一体，打破医院传统部门间的信息、设施管理孤岛技术难题，实现四网（业务网、办公网、安防物管网和能源支撑网）融合，统一充分利用愿景目标，突出体现四网融合意义，也是开创医院“四网”融合首次可行性试验[12]。

4 结束语

智慧物联动环监控平台采用硬件总/分松耦合架构和软件模块化设计架构，并对智能PDU 进行二次开发，满足医院运维管理人员在构建数字化、智能化基础设施管理方面的高要求，实现了对医院数据中心机房及各楼层接入间动环的高效、准确和低成本管理与维护的目标，并实现了与医院的“四网”的衔接和智能化管理，既具有开创性，同时也在其他医院具有可复制性，从而在一定程度上推动了我国医院信息的智慧化进程。