新疆防雷防靜電智能在線監測與管理服務平臺

杜軍 杜夢迪 李帥 武泳柏 張莉

摘要：以提高新疆地區雷電災害風險評估工作實效性、準確性和規范性為目標，通過對雷電災害風險評估相關參數的分析研究，建立了具有新疆區域特色，涵蓋多個行業性質特點的防雷防靜電監測與管理服務，在此基礎上研發了新疆防雷防靜電智能在線監測與管理服務平臺。該平臺可以實現業務系統之間的業務集成，同時保持了各個業務應用系統之間的相對獨立和松耦合。根據目前投入業務運行情況來看，基本滿足新疆各級防雷技術服務機構在線監測與管理需求。

關鍵詞：雷電;平臺設計;在線監測;雷電防護;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

雷電是一種伴有光、聲等現象的瞬時放電過程，這種瞬時釋放高電壓、強輻射的電流對人類生產生活有著很大的影響。雷電的危害不僅是造成巨大的經濟損失，人員傷亡，同時還有可能誘發火災甚至爆炸。現如今是信息化的時代，互聯網電子產品無處不在，而雷電產生的電場對通訊，電網有著重大的危害，直接導致雷電造成的經濟損失越來越明顯，潛在威脅越來越嚴重。因此雷電被聯合國列為最嚴重的十種自然災害之一，我國則是將其認定為信息時代的潛在危害[1-4]。

雷電防護工作是至關重要的，但是沒有一個系統性的監測和報警系統，使安裝的防雷設施未做到實時監測，從而導致很多防雷設施異常狀態時不能及時發現，給用戶帶來極大的安全隱患。因此，雷電在線監測的意義重大，不但可以提高防雷減災工作的科學化、專業化和規范化水平，更是可以及時封鎖遭受雷擊危害的通道，降低雷電災害風險。建立防雷防靜電實時在線監測管理與服務系統，才可以更好地實現安全防雷[5-8]。

1 設計思路

防雷防靜電智能在線監測與管理服務系統以多源數據的建模為基礎，以智能連接（Connection）、智能分析（Conversion）、智能網絡（Cyber）、智能認知（Conition）和智能配置與執行（Configuration）的5C體系為架構，建立虛擬與實體系統之間關系性、因果性和風險性的對稱管理，以持續優化決策系統的可追蹤性、預測性、精準性和強韌性，實現對實體系統活動的全局協同優化[9]。

云端為一個提供集成服務的SoS（Sytem on System）決策網絡，以大數據、移動互聯等技術手段，提供統一的軟件系統，實現現場數據的實時采集和存儲，并通過WEB方式提供用戶的運維管理、參數設置、權限管理、遠程控制、信息發布、重要信息提前預警、數據精準推送等功能，是一個智能化的防雷、防靜電監控管理平臺[10]。

防雷防靜電智能在線監測與管理服務平臺建設主要由業務應用子系統、數據處理子系統和軸承子系統3個部分組成。其邏輯體系架構如圖1所示。

整個系統采用B/S架構，系統的服務程序軟件可單獨部署于服務器或云端服務器上，客戶可通過瀏覽器客戶端隨時隨地訪問系統平臺，便于系統的管理與維護，同時能夠更好地支持多種網絡環境的應用[11-12]。

云端服務器平臺由多個云主機組成，可根據用戶規模動態調整。云服務平臺采用數據和業務分離的方式，現場采集數據交由云集群數據庫統一管理，保證了用戶重要數據的一致性。業務云主機采用彈性方式，由一到多個云主機組成，保證服務的持續不間斷[13]。

本系統主要由以下四部分組件構成，即前端監測儀表、信虹RTU控制組件、傳輸網絡、監管中心與監管APP。其中前端監測儀表包括地阻、雷電流、SPD、靜電、雜散電流、大氣電場、溫度、濕度、電氣安全等。信虹RTU控制組件由XHRTU由微處理器控制，主要是負責對現場信號、工業設備的監測和控制，其支持RS485總線、CAN總線、Zigbee等多種總線方式，可實現云監測管理中心對現場在線監測設備的遙測、遙控、遙信和遙調等功能。傳輸網絡則是有多種方式可選，有線公網/專網、無線網（GPRS/4G/NB-Iot等）、衛星等。監管中心由云服務平臺、數字大屏、操作員站、工程師站及管理軟件等組成。云服務平臺提供統一的軟件平臺，實現現場數據的實時采集、存儲和顯示，并通過WEB方式提供用戶的運維管理、參數設置、權限管理、遠程控制、信息發布、重要信息提前預警、數據精準推送等功能。

3 平臺的應用

3.1 平臺登錄界面

3.2 站點狀態查詢顯示

獲取所有已配置站點的狀態信息，目前分為正常、異常和離線3種狀態，可根據行業、名稱、狀態、省份、城市及區縣這幾個維度進行檢索。具備相關權限的用戶，可以對站點進行管理操作，包括新增、修改和刪除，支持內嵌地圖的方式進行站點的經緯度改動。

3.3 RTU狀態查詢顯示

獲取所有下掛RTU的狀態信息，目前分為正常、異常和離線3種狀態，可根據名稱、模式、IP、子網掩碼及網關這幾個維度進行檢索。具備相關權限的用戶，可以對RTU進行管理操作，包括新增、修改和刪除RTU相關配置信息，支持TCP和UDP兩種網絡工作模式，新增和修改操作后會自動重啟遠程RTU模塊，需注意相關IP變動帶來的通訊問題。

3.4 設備狀態查詢顯示

默認顯示SPD在線監測模塊的狀態，可根據站點、RTU模塊、設備類型3種方式進行查詢，目前支持的有SPD在線監測儀、接地電阻在線監測儀、雷電流在線監測儀、靜電在線監測儀、溫濕度在線監測儀、傾斜度在線監測儀、電氣安全在線監測儀、陰極保護在線監測儀等多種設備。具備相關權限的用戶，可對設備進行配置管理操作，新增設備和修改設備時，需注意RTU模塊-ID和串口號與實際接線是否一致，針對不同類型的設備，提供了對應不同參數信息的相關配置[14]。

3.5 數據查詢

3.5.1 實時數據查詢

實時查詢可通過行業、組織結構、站點動態篩選所屬RTU模塊，同時以RTU模塊為單位，展示數字量、模擬量、RS485下掛的所有設備數據，點擊具體設備后彈框顯示實時查詢操作頁面。

3.5.2 歷史數據查詢及導出

歷史數據可以針對站點、RTU模塊-ID、設備類型、設備ID、設備安裝位置、起止時間等要素進行篩選，展示效果會根據不同設備的不同信息進行動態改變，同時標注了對應時刻的設備狀態。對于查詢出的結果，實現了所見即所得，支持不同類型設備在線導出Excel文檔到本地。根據站點、RTU模塊-ID、設備類型、設備ID，實現了單個設備的歷史數據圖片展示，根據設備類型的不同，對應曲線數、間距、xy軸會相應變化，可通過相關趨勢進行分析。圖3為防雷防靜電智能在線監測與管理服務平臺歷史數據相關趨勢進行分析頁面。

3.6 數據統計

統計該系統中所有站點實時狀態、RTU模塊實時狀態、設備實時狀態、不同類型的設備數量、全國不同省份下掛的設備，以及最近一月所有告警數的變化量。單條站點的相關屬性統計，包括下掛RTU數量、下掛設備數量、設備類型分類統計、下掛設備的狀態統計以及近一個月內該站的狀態變化統計。單個RTU的相關屬性統計，包括下掛設備數、數字量、模擬量、RS485的3種類型的設備接入統計，設備狀態統計以及近一個月該RTU的狀態變化統計[15]。圖4為防雷防靜電智能在線監測與管理服務平臺數據統計頁面。

3.7 系統報警

根據站點、RTU、告警類型及起止時間，可以查詢當前系統未恢復的告警，返回結果中包含對應告警的詳細信息，可與設備維護記錄進行關聯。同時也可以查詢歷史告警記錄，返回結果中包含了告警相關狀態及詳細信息，同時統計了最近一段時間內的告警變化趨勢。

3.8 可視化

3.8.1 大屏展示

大屏展示部分提供了全網下最為關注的一些信息展示，頭部位置包括站點數量、RTU數量、設備數量、RTU異常數量的顯示，左側為站點設備異常和離線的前5位，右側為今日上報數據的實時顯示，中間部分的拓撲圖提供了每個區域下的站點數量展示。圖5為防雷防靜電智能在線監測與管理服務平臺大屏展示頁面。

3.8.2 首頁地圖

首頁地圖部分采用了百度API進行開發，地圖菜單提供了智能檢索、行業選擇、全國區域定位、圈選查詢等功能。底圖上面渲染了所有站點的對應位置和相應狀態，通過點擊站點可以實現彈窗顯示詳細信息。圖6為防雷防靜電智能在線監測與管理服務平臺大屏展示頁面。

3.9 系統管理

系統可通過多級菜單和樹形圖的方式，實現組織結構的動態操作、新增、刪除，修改后的樹形圖會自動重新加載。同時將組織結構與權限部分進行了關聯。同時角色部分一方面也與組織結構相關聯，另一方面對應菜單權限，通過修改不同角色的配置，可實現對應用戶的權限配置，靈活性更強[16-17]。在平臺上也可對系統的相關操作記錄進行查詢，同時可查詢操作類型、相關IP、操作賬號、操作時間、具體描述等信息。在系統出現異常時，關聯告警模塊會提出警告，實現了設備維護管理，可以多條件查詢設備維護的相關信息如維修原因和維修內容等。

4 結語

本項目在設計過程中，充分考慮業主方的使用需求，通過軟件系統來實現防雷防靜電智能的在線監測和管理?？汕袑嵉靥岣叻召|量和效率?？紤]到日后移動辦公和業務整合的可能性，已預留服務端和移動端的多種技術接口，在本系統穩定運行的基礎上，可以根據日后業務需求的變化，方便地接入新的功能模塊，如實現遠程辦公、移動端采集現場數據、提供對接門戶網站、公共平臺的模塊化服務等。

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