CN103676798A - 统一监检平台 - Google Patents

Abstract

统一监检平台(后文简称平台)解决这样几个问题，一、现有监控系统只能监控，不能检测，预警隐患；二、解决现有监控系统结构各异，没有统一标准；三、首创提出软件应用与硬件应用结合的产品的一种标准结构；四、平台是智能系统的一部分，为发展智能系统奠定基础。文章说明了平台硬件结构，分层结构，软件结构，分布式结构以及智能系统的结构模型。其中智能系统结构和分层结构是重点，智能系统的结构描绘了智能系统的结构模型和理论模型，分层结构将整个平台分成了采集层、后置层、数据中心、前置层、应用层，各层的职责明确，结构非常灵活，易于扩展；采集层是和硬件设备相关联，负责硬件设备采集数据的处理。

Description

统一监检平台

技术领域

统一监检平台解决目前监控系统只能监控，不能检测设备，不能预警隐患的问题，提出软件应用和硬件应用结合的产品的一种标准结构-平台分层结构。

背景技术

据国家电网公司官网公布数据，2011年公司售电量为30925亿千瓦时，输电线路长度为655131公里，如此长的输电网如何保证能安全运行，不出问题？如何能有效监测和预警安全隐患呢？电力行业，输电只是其中一个环节，还包括了，发电，变电，配电，用电和调度，这些环节都有大量的设备，如何有能保证所有设备都不出问题？如何有效监测和预警安全隐患呢？

2010年，煤矿事故起数约为1403起、死亡约2433人，同比减少213起、198人，分别下降13.2％和7.5％。2011年，在煤炭产量持续增长的情况下，全国煤矿发生事故1201起、死亡1973人，同比分别下降14.4％和19.0％。从数据上看，煤矿事故呈下降态势，但是事故仍然频发，下降的主要原因则是政府积极推动煤矿整顿关闭，积极推动企业兼并重组，积极推动煤矿整合技改。信息和智能技术在煤矿安全生产所起的作用远远不及国家政策，那么如何用信息和智能技术解决煤矿安全生产问题呢？如何有效监测和预警安全隐患呢？

不只电力，煤炭行业有安全隐患和事故问题，其它很多行业都存在这样的问题，比如电信，城铁，铁路，交通安全运输，自然灾害等，这些行业或领域一旦出现事故，带来的损失是巨大的，如何解决呢？可以通过信息技术解决，通过监控系统解决。

目前的监控系统没有标准化结构，无法做一体化管理，给用户的呈现的视图是各异的。以国家电网为例，它需要输电线路运行状态监控系统，变压器监控系统，GIS组合电器在线监控系统等；使用不同公司不同的监控系统，它们的结构，系统的展现完全是不相同的，就导致公司配备大量人员，用大量的时间做培训，而且这些不同的系统之间如何去综合分析问题？如何有效管理负责不同系统的人员，有效解决安全问题？这些处理不当，都会让公司的管理走向混乱，让公司的信息化受阻，让公司的运营成本增加。

目前的监控系统只能做到监控，几乎很难预警隐患，更不能做到检修。这些监控系统更多的是在事故发生时或者发生后发出警报，很少能够在系统发生前发出预警，有些虽然具备了在事故发生前发出预警有的能力，但是由于采集信息的不全，导致了预警能力非常弱，仍然以监控为主。检修功能就是取代大量的人工检测，这些监控系统是无法做到的，比如：国家电网每年都要投入大量的人员对线路检修，这种检修时间间隔，在这段时间间隔之内，事故无法预警和控制，仍然有很大的隐患。

目前这个时代软件应用和硬件应用是分开的，即将到来的时代是硬件应用和软件应用大结合的时代，比如物联网，数字城市等，再往后就是智能化时代。在即将到来的大结合时代，那些系统如果有一个标准的结构，对于系统的应用，设计，开发都有借鉴，指导的意义，正如OSI参考模型和TCP/IP对于网络一样，那么目前有这样的标准吗？智能化时代到底是什么，用什么可以做到智能？是目前那些有一定智能计算能力的系统就可以作为智能时代的标准，还是另有其它？

发明内容

统一监检平台(后文简称平台)解决目前监控系统只能监控，不能检测，预警隐患的问题；解决现有监控系统结构各异，没有统一标准的问题；解决软件应用和硬件应用结合的产品的没有标准结构的问题；它是智能系统的一部分，为发展智能系统奠定基础。平台首创的定义分层结构，将平台分为了采集层，后置层，数据中心，前置层，应用层；另附带平台软件结构，平台分布式结构做补充说明；依据国家电网公司组织结构，给出几套解决方案，进一步说明了平台分层结构的合理性，优越性等。在描述平台的结构之前给出了智能系统的一种理论模型。

下面结合附图对平台做详细说明。

图1是智能系统的结构图。

图2是平台的硬件结构和分层结构图。

图3是平台的软件结构图。

图4是平台的分布式结构图。

图5是国家电网公司的组织结构图。

图6是大集中方案结构图。

图7是数据中心方案结构图。

图8是分布式方案结构图。

图1.智能系统包括了外围的应用系统，执行系统，内部的信息处理系统，数据中心，方案执行控制系统，智能运算系统。智能运算系统包括了分析模块，自编程模块，方案生成模块，决策模块，中心控制模块。

a)应用系统1到应用系统n属于原始数据采集者或者获取者，它给信息处理系统提供自身日常的运行状态，采集和获取原始数据。

b)信息处理系统具备权限控制，信息的过滤，信息格式的转换，信息的加工。权限控制则是给应用系统分配权限。信息的过滤是屏蔽无用或者垃圾原始信息。信息格式的转换则是对应用系统1到n，不同的格式的信息转换为统一的格式。信息的加工是对原始信息初步加工，生成符合智能运算系统需要的信息种类，称为内部信息。

c)智能运算系统包括了分析模块，自编程模块，决策模块，方案生成模块，中心控制模块，上图红色部分已标注。

d)分析系统对内部信息与数据中心存储的信息进行对比分析，将两种信息通过一定的算法，生成特定的符号信息，对于数据中心没有存储的内部信息交由自编程模块处理。

e)自编程模块对新的内部信息根据一定的规则和算法进行处理，将其存储到数据中心，根据一定的算法生成符号信息，根据一定的算法生成这些符号信息的执行方式。

f)方案生成模块根据分析系统和自编程系统的符号信息对数据中心存储的信息进行对比分析，通过一定的算法对符号信息进行不同种组合。然后根据这些组合，从数据库提取出这些符号信息的执行方式，生成多种预案。

g)决策系统将预案，与数据中心存储的成功案例和失败案例进行对比，分析和运算，给出一个最佳的方案，或者将这些预案根据成功率排序。

h)中心控制模块则是管理和协调信息处理系统，分析模块，自编程模块，方案生成模块，决策模块，数据中心与方案执行管理系统。

i)方案执行控制系统将方案分解成执行指令，分发给各个执行系统，监控各个执行系统的执行情况和状态，将方案执行成功与失败情况交由中心控制模块。如果决策系统产生一个最佳方案，那么方案执行失败，反馈给中心控制模块，中心控制模块再调用分析模块对数据重新分析生成另一种方案，依此循环下去，直至成功，没有任何方案成功，只能宣告失败。如果决策系统产生的是多个预案，将这些预案根据成功率排序，那么方案执行控制系统依据成功率从高到低的原则，依次执行，直至成功，如果失败，交由中心控制模块处理。

j)执行系统1到n作为最终的执行单元，完成指令的执行。

图2.平台分为五层，从下到上为采集层，后置层，数据中心，前置层，应用层。

a)采集层：完成各种数据采集，过滤无用信息，将有用的信息通过无线网发送给后置层，接收和存储后置层发送的信息。从硬件角度讲它包括了各种监测设备，监测管理设备。

b)后置层：将采集层发送不同的数据格式转换成统一的格式，对采集层权限管理，将数据发送到数据中心，将数据中心有用的数据提取出来发送到采集层。从硬件角度来讲后置层包括若干个应用服务器。

c)数据中心：供前置层和后置层提取和存储数据。从硬件角度来讲包括若干个数据库服务器和文件服务器。

d)前置层：提供各种服务，从数据中心提取异常数据处理以后发送给应用层的各个应用系统，对应用层进行权限管理。从硬件角度来讲包括若干个应用服务器。

e)应用层：各种应用服务，web系统，智能手机终端app，桌面系统，PDA应用系统，IPAD应用系统等。从硬件角度来讲包括了web服务器，移动终端服务器，各种终端(pc机，智能手机，PDA，电视等)

以电网中导线温度监测为例，描述一下各层之间的交互。采集层：监检设备不断的给监检管理设备发送导线温度，监检管理设备根据存储的温度临界数据判断这些温度是否在正常范围内，如果不在，将数据发送到后置层，如果在则将其过滤掉；同时接受后置层发来的温度临界点数据，将其存储。后置层：将采集层发送的温度数据转化成统一格式，存入数据中心；同时将改变的温度临界点信息发送到采集层。数据中心：存储温度异常数据。前置层：提取温度异常数据，并且触发服务，发送到应用层。应用层：各个应用程序将异常信息呈现给用户。

图3.平台的软件结构由操作系统，数据库，应用服务器，后置应用程序，多个采集程序，前置应用程序，web服务器，移动服务器，多个应用系统，权限系统，监检系统组成。如下图所示。

平台软件结构与分层结构对比，采集程序属于采集层，后置应用程序属于后置层，数据库属于数据中心，前置应用程序属于前置层，web服务器，移动服务器，应用系统属于应用层。

a)操作系统：平台采用跨操作系统设计，具有很强的移植性，可以运行在多个操作系统上，如windows，unix，linux。

b)数据库：根据应用系统大小，用户需求的不同，平台可以兼容多种数据库，以达到可以为用户定制的目的。可以兼容数据库有oralce，mysql，sqlserver，db2等。

c)应用服务器：作为应用程序的容器，市场上大多数应用服务器的部署都是相似的，不同的是功能多少与稳定性，平台可以运行在多个应用服务器上，有开源的和商用的，开源的如jboss，商用的如weblogic，websphere，以满足不同的用户。

d)后置应用程序：运行在应用服务器上，与数据库交互，无限的接入采集程序，对采集程序设置访问权限，将不同采集程序的数据格式转换为统一格式。

e)采集程序：采集平台需要的各种数据，这些程序与硬件设备有很大的关联，数据格式不一，使用语言各异。比如说采集温度的设备，采集湿度的设备，都会编写相应的采集程序，以供平台使用。

f)前置应用程序：运行在应用服务器上，与数据库交互，无限接入多个应用服务，屏蔽应用服务与数据库直接交互，给应用服务提供服务，分配权限等，应用服务包括上图中的web服务器，移动服务器，多个应用系统等。

g)web服务器：应用系统的运行容器，这些应用系统主要是一些web系统。服务器有tomcat等。

h)移动服务器：应用系统服务端，这些应用系统并不是web系统，而是通过一些通讯协议访问平台的应用系统，比如通过http，或者3g协议访问平台的应用系统，最常用的就是在手机，PDA等移动设备，所以这里称为移动服务器。

i)应用系统：平台包括多个应用系统，它们提供给用户具体服务，比如说手机上的报警系统，设备故障统计系统等。

j)权限系统：作用在整个平台上，给平台的各个部分分配权限。

k)监检系统：作用在整个平台上，检测平台，监控平台的运行状态，预警平台的隐患。

图4.现在的大公司的结构非常复杂，导致公司信息系统结构复杂化，而分布式系统就是解决复杂企业应用的利器。统一监检平台同样需要解决复杂的公司结构所带来的复杂的系统结构，

域可以认为是一个公司，一个机构，一个行业，一个地区，它是因为地区不同，管辖范围不同，领域不同而给出的一个定义。

在平台的分层结构中，我们将平台分成了五层结构，以后在本文中五层结构就是指统一监检平台，作为平台的图形表示。

从域1到域8都部署了统一监检平台。域7与域1到域3是垂直管理关系，也就是说域7管理域1、2、3；域6与域4、5是垂直管理关系，也就是说域7管理域4，、5；域8与域6、7是垂直管理关系，也就是说域8管理域6、7。域1、2、3、4、5是平行关系，域6、7是平行关系。

凡是有垂直管理关系的域它们之间都会通过前置层交互，以达到数据同步的目的，业务同步等目的。域1、2、3的前置层与域7的前置层交互，域4、5前置层与域6前置层交互，域6，7前置层与域8前置层交互。

图5是国家电网公司的结构，图6到图8是针对国家电网公司的特点，依据平台，给出不同的的解决方案。

图5.国家电网公司由总部以及各省分公司组成，各省分公司都有自己管辖的电网，那么公司如何构建自己的统一监检平台呢？

图6.大集中方案是在各个省公司电网部署采集层，公司总部部署了后置层，数据中心，前置层，应用层，各个省公司的监控中心部署了应用层的终端设备。也就是说除了数据采集在各个省公司管辖的电网采集，平台所提供的所有应用服务都由总部统一提供，各省公司只需用终端设备访问应用服务。

这里要说明，数据中心的数据库服务器可以分布在不同地区，可以建立多个数据中心，当然了后置层需要多个还是一个根据需求而定，下文所有方案相同。

方案的优势：

数据的集中化管理。

由总部提供统一的应用服务，可以标准化公司管理，节约管理成本，加速公司的信息化。

总部可以根据平台提供的数据，在意外情况发生或者即将放生时，合理的分析，进行电力的跨域调度，以减少损失。

为向智能系统转变奠定数据基础，奠定统一管理的基础。

方案的劣势：

总部统一提供应用服务，让省公司很难满足自己的特定需求。

图7.数据集中方案改进了大集中方案，如下图所示，(说明：下面所有图只画出系统各层，不再画出各层所对应的硬件设备)，国网总部部署了后置层，数据中心，前置层，应用层，各省电力公司的电网部署采集层，各省电力公司的监控部门部署了应用层。这就解决了大集中方案的劣势，具备大集中方案的优势。但是有一个劣势，各省公司需要的相同应用服务要重复开发。

图8.分布式部署方案是统一监检平台分布式结构的一个应用，如下所示，国网总部与各分公司之间是垂直管理关系，所以他们之间是通过前置层交互，而国网总部并不需要部署采集层和后置层。

方案的优势：

各省公司可以根据自己的需求定制统一监检平台，有非常大的灵活性

方案的劣势：

数据没有集中化

很多应用服务重复开发

平台的优势：

平台是智能系统的一部分，它包括了智能系统的应用系统，信息处理系统，分析模块，为发展成为真正智能系统奠定基础，所以具备了一般系统无法比拟的优势，同时它给智能系统的发展做出了贡献。

平台的分层结构，明晰了各层之间的责任，各层之间相互独立，可以单独存在，可插拔，灵活多变；这种单独存在是相对的，在一个大的部署中，各个层还是需要的，只是不同的域可以部署任何单独的一层。比如一个域只需要部署前置层，数据中心，后置层，另一个域可以只部署采集层，其它域部署应用层。采集层程序很容易通过后置层接入系统，就算是采集层程序提供的数据不全或不完整，也不会影响整个系统的运行，系统的结构，只是对系统提供的相应功能有影响；前置层对应用服务的接入也是可插拔的，非常容易，一个应用服务的接入不会影响平台其它部分，其它的应用服务。

平台具有监控，检测，预警能力，在第一章平台提出的背景做了重点论述，它可以监控设备，可以检测设备，预警隐患，这也是与现有的监控系统最大的区别。

平台的标准化，包括了系统的分层结构，以及软件结构，对监检系统的应用有理论指导意义，另一方面方便用户的使用。

跨操作系统，多个数据中心，应用计算机集群技术。在设计平台的时候就已经确定，根据用户需求的不同可以在多个操作系统中运行，前置层和后置层可以应用计算机集群技术，支持多种数据库，可以建立多个数据中心。

非常容易构建分布式系统，因为平台采用分层结构，每层之间职责明确，各个层之间完全独立，所以要构建分布式只需要前置层和前置层之间交互，后置层和前置层交互，比较容易。

作用和意义：

为向智能系统转变奠定基础，为智能化的发展做贡献，加快智能化时代到来的步伐。现在的时代是信息化时代，下一个时代就是智能化时代，智能化不仅仅是机器人是智能化的标志，各个公司系统也完全走向智能化。其中本文中智能系统的结构为智能化发展提供了一种理论模型，可以应用到各个公司，各个行业，各个领域，包括机器人。以国网为例，2009年5月21日，国家电网在国际特高压大会上正式提出建设坚强的中国式智能电网，这种智能电网并不是智能系统，如果国网将电网系统改造成智能系统的话，那么它的运营需要相对较少的人员，而且具有划时代的意义。统一监检平台是智能系统的一部分，它为智能系统的实现迈出了坚实的一步，具有历史意义。

平台的分层结构与软件结构奠定了监检系统标准化结构，对监检系统的发展意义非凡。现有的监控系统玲琅满目，种类繁多，但是结构各异，表现方式让人眼花缭乱；一个大公司，需要购买多个监控系统以满足自己需要，但是这又给管理上带来的麻烦，而统一监检平台的分层结构和软件结构，让监控系统有了理论指导，有了标准化的结构，这就相当于网络的OSI参考模型。

统一监检平台可以应用到众多领域，为国家安全生产做出贡献。统一监检平台可以应用到电力行业，煤炭行业，电信行业，生产领域，道路安全，铁路，自然灾害监测，气象监测，水域监测等。如果使用完全可以减少事故发生数量，为国家挽回众多损失，减少人员伤亡；比如说在煤矿中使用，减少煤矿事故；在泥石流多发地带使用，确保人民生命和财产安全；2007年南方大雪，造成了电网多出瘫痪，多个城市大停电，特别是郴州，给国家和人民带来了巨大的灾难，如果有监检系统，虽然不能完全避免，但是可以将损失降到最低；2008年5月12日汶川大地震，这是中国最沉痛的一天，如果有监检系统，监控地震前的各种征兆，是不是在地震前可以撤出群众，如果有部分监检设备，在地震中保留下来，可以运行，会为救援工作带来多大方便。

Claims (3)

1.统一监检平台分层结构(说明书附图图2)，将系统分成五层，分别为采集层、后置层、数据中心、前置层、应用层；采集层：完成各种数据采集，过滤无用信息，将有用的信息通过无线网发送给后置层，接收和存储后置层发送的信息；后置层：将采集层发送不同的数据格式转换成统一的格式，对采集层权限管理，将数据发送到数据中心，将数据中心有用的数据提取出米发送到采集层；数据中心：供前置层和后置层提取和存储数据；前置层：提供各种服务，从数据中心提取异常数据处理以后发送给应用层的各个应用系统，对应用层进行权限管理；应用层：各种应用服务，包括了web系统，智能手机终端app，桌面系统，PDA应用系统，IPAD应用系统等。

2.根据权利要求1所述的分层结构，其对应的软件结构(说明书附图图3)是：采集程序对应采集层，后置应用程序对应后置层，数据库、文件服务器，对应数据中心，前置应用程序对应前置层，web服务器，移动服务器，应用系统对应应用层。

3.根据权利要求1所述的分层结构，其对应的硬件分层结构(说明书附图图2)是：采集层包括各种监测设备、监测管理设备，后置层包括若干个应用服务器，数据中心包括了若干个数据库服务器和文件服务器，前置层包括了若干个应用服务器，应用层包括了web服务器、移动终端服务器、各种终端。 

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