智慧物聯動環監控平臺及智能PDU 深度開發在醫療混合云數據中心的創新應用
——以廣州市番禺區中心醫院為例

蘇榕彬，趙伍杰，何耀德，黃幸青*，陳燕燕，韋 濱，雷 前

（1.廣州市番禺區中心醫院信息科，廣州 511400；2.廣州慧云網絡科技有限公司，廣州 510800；3.中國電信股份有限公司廣州分公司，廣州 510620；4.中南大學 粉末冶金國家重點實驗室，長沙 410083）

長期運維經驗發現，動力環境發生異常情況后，能夠通過信息中心機房及各樓層的接入間多監控單元的動環監控平臺實現告警信息，透過網絡郵件、微信和手機短信等多種方式不間斷自動遠程報警、通報、記錄和管理，可提高運維設備長期運行的安全可靠性[1]。同時，如何做到針對日常動力環境監控系統管理全天候的7×24 h 實時化、無人參與智能化和數據信息網絡化，實現方便、快捷、安全、可靠、實時、準確和無人值守動態集中監控管理，一直是用戶的急切追求[2]。

物聯網技術在不斷發展，已經被廣泛地運用在各個領域中，特別在醫療衛生行業，其技術應用逐漸影響著醫院管理模式與方法，并對于促進醫院數字化、智能化發展體現出一定的積極意義。現階段醫院已實現信息系統應用數據共享、業務協同和醫療智能化，具有高度現代化的數據中心機房。隨著信息智能化模塊業務的快速推進和發展，醫院機房和接入間的配套設備日益增多，信息系統運行環境安全就變得尤為重要。如果運維和應用設備等出現了故障，將會影響整個管理系統的安全運行，對數據傳輸、數據存儲及系統高效運行的安全可靠性構成了嚴重的威脅，如果不能及時進行處理，輕則可能損壞現有硬件設備，嚴重時則會造成全面癱瘓等難于預計的后果。如何保障機房重要設備的正常運行，有效延長現有設備的生命周期，降低設備的故障率，快速響應突發事故或者發現定位設備故障是醫院信息化建設工作中的基礎保障工作。計算機服務器的可靠運行主要是依靠當前數據中心機房、接入間和配電間等嚴格的基礎環境條件要求來保證，特別是對工作環境的振動干擾、溫度、濕度、酸堿度、PM2.5和潔凈度的要求；對動力電源的電壓、頻率、穩定性及停電后的備用電源可供電時間的要求；對設備用機房內各種設備的電磁屏蔽、雷電干擾的要求;對機房內各設備的空間擺放、消防設施的要求；對機房內各設備的網絡實時監控系統和進出人員動態實時管理的要求。

1 本地網現狀分析

廣州市番禺區中心醫院是一所集醫療、教學、科研、預防、康復、急救和健教于一體的現代化大型綜合三級甲等醫院，是番禺區規模最大、技術力量最雄厚和服務水平最高的政府公立醫療機構，在番禺區衛生系統中起到主導作用，現已搭建了“1+X 區域醫療混合云平臺”，并在醫院內部署了雙活醫療云數據中心機房本地節點。隨著醫院的不斷現代化，關鍵信息基礎設施的管理不能滿足當前網絡安全高要求的管理需求。因此，需要結合先進性、擴展性、管理性和安全性等特點，從實際需求出發，建設滿足當前應用系統和未來若干年內系統擴展的基礎設施監控平臺，從而滿足醫院眾多、復雜和高效業務應用需要。傳統的人工常規性的動環設備巡檢、維護存在如下缺點及隱患。

1）醫療混合云數據中心機房及各樓層的接入間多監控單元設備出現故障無法第一時間了解問題，導致突發事故通知不及時。尤其是夜間，如果發生機房盜竊、火災等問題就會帶來不可估量的財產損失及相關安全責任牽連[3]。

2）檢查不全面或技術經驗不到位，檢查人員并不能對機房及接入間的每個設備狀態、細節參數進行監測，所以有些設備出現故障難以尋找出真正原因，導致問題反反復復，對于一些UPS（不間斷電源）、蓄電池、精密空調和門禁等無法實現更精細的設備管理及全生命周期記錄。

3）由于服務區域分布廣，接入間數量多，機房使用人工24 h 值守管理強度大，需要的人力資源多，支出成本高，效率效益低下。

4）人工巡查速度慢，耗時久，巡檢間隔周期長，巡查不全面，設備、環境的隱患不能實時了解。

5）不能遠程控制設備，當出現室溫升高等環境問題時需要到現場處理。設備的管理不能及時聯動起來，造成資源浪費，處理滯后，難以實現“雙碳”目標。

2 智慧物聯動環監控平臺方案

為了全面實現中心醫院智能信息化管理，通過在中心機房設計和實施了一套智能動環系統，對現場監控點的各種運維設備設施實現了全方位全天候的統一集中監控管理，通過定制化的實時監控界面，能及時發現異常情況或故障即可快速通過網絡郵件、微信、現場聲光、手機短信和有線電話等方式實現自動遠程報警和通報，從而確保機房設備及管理系統的安全可靠連續運行，進而真正做到醫院動力環境監控系統管理的全天候的7×24 h 實時化、無人參與智能化和數據信息網絡化，實現醫院的方便、快捷、準確、安全、可靠、長壽命和無人值守的集中監控管理[4]。

2.1 智能動環系統設計思路

該智能動環系統主要基于以下設計思路。

1）針對中心機房及各樓層的接入間多監控單元，搭建兩級監控，構建高效穩健的集中監控管理系統。集中監控中心是整個智能動環系統的集中管理平臺。通過對不同層級管理員可以進行權限設置和管理，針對不同級別故障等級進行定義、甑別和分類，對每一個監控設備進行遠程監測、控制和自檢[5]。

2）樓層接入間的現場監控單元是整個智能動環系統的基本組成部分。其主要功能是對上要向集中監控中心定期及時發送數據信息，對下則是要直接與監控設備進行物聯網連接[6]。現場監控設備單元將本站點內各設備的供電狀態、環境狀態、安防狀態及安全運行時間等相關數據定期上傳到監控主機，再由監控主機及時上傳到集中監控中心，實現統一監控和管理，從而提高整個智能動環監控系統的即時性、安全性和可靠性。由于采用的是分布式架構，其運行更及時、更穩定和更可靠。

2.2 智能動環監控硬件模塊

通過技術功能分析，智慧動環監控平臺由總/分硬件松耦合架構及監控采集模塊，以及軟件模塊化設計架構及功能模塊組成。智慧動環監控平臺的總/分硬件松耦合架構及監控采集模塊主要包括以下幾個部分。

1）溫濕度監控：通過采用總線式的溫濕度多功能變送器，其傳感器可以把實時檢測的現場溫濕度轉換成精確的數字信號，保證了溫濕度檢測結果傳輸和管理的準確性。通過在數據中心機房加裝溫濕度變送器及機柜溫度探針，采集現場局部及重要機柜的實時溫濕度，便于智能動環監控系統管理員及時了解監控場所的即時溫濕度值，從而通過相應地調節送風口的開放位置、數量及通風力度，必要時可設定空調運行溫濕度值（溫度18～27°C、相對濕度不大于60%），使得各監控點的溫濕度趨于合理[7]。

2）漏水監控：實現監控區域的漏水監控，監控現場通過漏水控制器、漏水感應繩、固定膠貼、引出線和電源等，采用耐腐蝕、高強度和高敏感的感應繩，一旦遇到液體泄漏，即會接觸到漏水繩發生變化，其控制器就會將告警信號即時傳輸至監控主機。主機則會第一時間報警和提醒相關人員及時趕到準確現場，排除故障和恢復運行。

3）UPS 監控：通過機房內的智能設備監控器，對UPS 備用電源內部的電壓、電流、逆變器、電池、頻率、功率、內部整流器、旁路和負載等各部件的運行狀態進行實時監視。將采集到的數據傳輸至監控管理主機和監控中心系統，監控中心系統則可全面檢查UPS 的運行狀況。

4）蓄電池組監測：針對蓄電池組在線監測，實現對電池組中的組電壓、組電流、總電流和總電壓等參數進行數據采集和上傳，從而讓管理人員可以實時掌握各電池組的工作狀態，能準確地把電池組的潛在危險排除在發生前，從而有效保證不間斷電源系統的安全性。

5）配電空開監控：檢測8 路空氣開關狀態，對重要配電開關跳閘斷電事件記實時監控及預警。

6）精密空調監控：通過智能設備監控器與空調接口相連，實時、全天候和全面診斷空調運行狀況，監控空調各部件的運行狀態與參數，通過系統軟件或通過網絡遠程控制等方法修改空調設置參數，實現空調的遠程開關調節聯動控制。根據GB 50174—2017《數據中心設計規范》[8]定義機房級別，靈活選擇對應溫濕度設定要求。

7）配電柜及PDU（電源分配單元）監測：通過智能設備監控器與配電設備相連，系統可實時、全天候和全面診斷設備運行狀況，監控和上傳運行狀態與能耗參數，管理人員通過桌面軟件即可在系統管理電腦上或通過網絡遠程查看。智能動環管理系統一旦監測到某個參數越過設定閾值，將自動切換到相關的運行畫面，供管理人員即時精確處理。

8）遠程開關照明：集中監控系統支持聯動輸出，當系統檢測到時間為夜間時或者在集中監控管理軟件中手動點擊遠程開關照明按鈕時，遠程控制監控主機或HDIT-MI0-08 模塊，由監控主機實現對燈光開關控制。

9）光電煙感監測：安裝可發出報警信號的光電煙感，通過實時監測模塊將光電煙感的實時變化數據直接上傳至監控主機，實時監測現場的火災情況，聯動攝像機進行拍照并及時報警。

10）門禁管理：通過門禁控制器、人臉機、電控鎖和開門按鈕組成。對于進出人員，包括員工信息、部門信息、卡證存續信息、人員出入時間和區域、進入范圍時間區、遠程搖控、門區開關、防盜、消防的聯動設置及歷史記錄的查詢、報表輸出等，實現智能化管理。

11）視頻監控：通過將多畫面瀏覽、錄像回放、視頻遠傳、觸發報警、視頻控制和設備聯動集于一體，具有豐富的報警聯動功能[9]。

2.3 智能動環監控平臺軟件模塊

智慧動環監控平臺軟件模塊化設計架構及功能模塊包括以下幾個部分。

1）強大的智能聯動能力，該智能動環管理系統能夠對相關設備或子系統實現全自動化、智能聯動控制，提高設備、系統運行效率，延長維護周期，避免人為意外延誤操作。在消防系統報警后，可自動切斷電源，控制門禁開門，攝像機即時錄制現場畫面，實現多網設備資源及多場景應用融合。

2）靈活的遠程管理，不僅可本地管理，還可提供可靠的遠程管理。可通過Web 瀏覽、手機APP 和微信公眾號等方式，進行遠程監控管理。通過中心機房動環監控平臺進行授權驗證，采用掃描二維碼的方式通過智能PDU 控制機柜門禁的開啟，同時實現遠程控制機柜門的開啟。通過二次開發實現微信小程序控制，從智能管理上、功能集成度和穩定性上較傳統門禁方案有優勢。

3）系統擴展能力強，基于分布式系統，即使系統擴展多個設備形成龐大的系統，系統依然保證監控管理的穩定、高效和實時，不存在由于系統過于龐大后系統反應慢、處理卡頓等情況。實現保存一年以上的日志，隨著業務的需求發展實現橫向線性擴容，為后續實施能耗節能分析及運營做準備。

4）高度的集中管理，具有高度的集中管理理念，不僅能將單個機房動環的各種狀態數據進行集中監控，并且能夠將多個分布在不同區域的機房實現跨區域集中監控。

5）支持異構平臺的標準化，開放平臺接入，所有接入間的二級動環監控系統、市電監控系統和安防系統等必須無縫接入現有的中心機房的動環監控平臺，實現監控平臺統一管理。

3 智慧物聯動環監控平臺

在新醫改的大背景下，工業社會整體信息化程度不斷加強，網絡信息技術對健康醫療事業的影響日趨明顯。特別是近年來，以大數據、云計算、物聯網、區塊鏈、第五代移動通信（5G）和移動互聯等新興信息技術為核心的新一輪科技革命直接推動了現代智慧醫療信息化和健康醫療大數據的應用發展[10]。因此推進智能動環管理系統，實現電子病歷、電子影像、智慧服務、智慧診斷、智慧管理的智慧醫院建設和醫院管理信息標準化建設，成為了國家對于公立醫院機構改革和高質量建設發展的示范目標之一。

通過將上述技術實踐于番禺區中心醫院“區域醫療混合云”的信息化建設，建設了智慧物聯動環監控平臺，實現了醫院動力環境監控系統的智能化管理。智能化管理已在醫療云數據中心機房穩定運行，并將在二期工程中擴展到樓層接入間應用。

1）實現7×24 h 對機房動力、自然環境、消防系統和安全防護等設備進行實時監控；為信息及后勤管理部門變被動為主動管理，對生產環境的安全實現主動監控及管理，情報收集、預警及告警跟蹤等，快速對故障問題定位、報警，提高突發性問題的處理效率，減少消防安全隱患，確保機房的安穩[11]。

2）無人值守，監控平臺遠程管理機房設備，調整參數、遠程聯動和信息查詢，降低人工管理成本。落實“雙碳”行動共建美麗家園，動環監控平臺主動獲取生產設備環境的能源消耗及使用情況，為優化管理提供數據支撐，為后續更深層次的能耗分析及智慧節能調度打下基礎。

3）通過智能化動環集中監控維護系統實現數據采集、能耗管理、信息存儲、故障分析、設備聯動、通知告警、實時顯示和數據上傳的功能結合為一體，打破醫院傳統部門間的信息、設施管理孤島技術難題，實現四網（業務網、辦公網、安防物管網和能源支撐網）融合，統一充分利用愿景目標，突出體現四網融合意義，也是開創醫院“四網”融合首次可行性試驗[12]。

4 結束語

智慧物聯動環監控平臺采用硬件總/分松耦合架構和軟件模塊化設計架構，并對智能PDU 進行二次開發，滿足醫院運維管理人員在構建數字化、智能化基礎設施管理方面的高要求，實現了對醫院數據中心機房及各樓層接入間動環的高效、準確和低成本管理與維護的目標，并實現了與醫院的“四網”的銜接和智能化管理，既具有開創性，同時也在其他醫院具有可復制性，從而在一定程度上推動了我國醫院信息的智慧化進程。