CN110109807B - 一种空管重要设备的预警维护系统 - Google Patents

一种空管重要设备的预警维护系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空管重要设备的预警维护系统，其特征在于：至少包括：部署在空管设备的机房中的采集模块，采集模块包括运行在空管重要设备上的数据采集器、音频收集模块、音频分析器、数据聚合服务器；作为空管局域网与互联网中间层的传输模块，传输模块包括工业串口路由器；部署在公网上云服务器中的服务模块，服务模块包括数据库和应用服务器；与应用服务器进行数据交互的用户模块。本发明可实现在任何时间、任何地点通过手机对空管重要设备进行实时监控，掌握各服务器和系统的运行状况，并且在空管重要设备出现运行故障时及时推送提示工作人员并依照空管执行手册提供各种故障对应的解决方案，因此能够提高空管设备的安全服务水平。

Description

一种空管重要设备的预警维护系统
技术领域
本发明属于计算机互联网移动应用技术领域，利用音频告警识别技术和基于工业路由器的串口单向数据传输方法，具体涉及一种空管重要设备的预警维护系统。
背景技术
众所周知，民航业是国民经济的重要基础产业，是综合交通运输体系的有机组成部分，国家民航业的发展水平，很大程度上体现了国家的综合实力和现代化水平。在民航这个庞大体系当中，空管重要设备起到接收、存储和路由转发电报信息和数据的重要作用，保障着飞机的正常起飞、降落、巡航。可以说只有保障了空管重要设备稳定、正常的运行，才能有民航运输网络的正常工作。因此，针对空管重要设备的实时预警、维护是当前民航产业领域所面临的重大课题之一。
当前大部分空管设备的运行维护是由人工24小时现场监控，这样的情况不仅存在着大量人力资源的浪费，更可能因人为的疏忽而导致严重的安全问题。由于空管系统运行在专用网络，目前没有对空管系统进行实时运维监控和自动预警的解决方案，但空管人员对此具有很大的需求。因此本发明的出发点就是针对这种现实需求，根据空管系统的特点，设计对空管重要设备的重要运维指标进行实时监控和自动告警识别的系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是在于提供一种空管重要设备的预警维护系统。利用音频告警识别技术和基于工业路由器的串口单向数据传输方法，能够实现如下功能使得工作人员在任何时间、任何地点通过手机对空管重要设备进行实时监控，掌握各服务器和系统的运行状况，并且在空管重要设备出现运行故障时及时推送提示工作人员并依照空管执行手册提供各种故障对应的解决方案。
为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种空管重要设备的预警维护系统，至少包括：
部署在空管设备的机房中的采集模块(1)，上述采集模块(1)包括运行在空管重要设备上的数据采集器(7)、音频收集模块(5)、音频分析器(6)、数据聚合服务器(8)；
作为空管局域网与互联网中间层的传输模块(2)，上述传输模块(2)包括工业串口路由器(9)；
部署在公网上云服务器中的服务模块(3)，上述服务模块(3)包括数据库(11)和应用服务器(10)；
与上述应用服务器(10)进行数据交互的用户模块(4)。
进一步：上述数据采集器(7)采集空管重要设备运行状况的重要运维指标，并通过局域网将数据传输至数据聚合服务器(8)。
进一步：音频收集模块(5)通过拾音器将声音信息转换为模拟电流信号，通过音频连接线传输至音频分析器(6)。
进一步：音频分析器(6)将音频收集模块采集到的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号与索引库进行匹配，分析出具体告警信息，最后将告警信息通过局域网传输至数据聚合服务器(8)。
进一步：数据聚合服务器(8)将数据采集器采集到的运维指标信息与音频分析器分析得到的告警信息进行整合，将其通过串口单向传输至工业路由器。
进一步：工业串口路由器(9)接收到串口端发送来的运维重要指标监控信息以及预警信息，并将其发送至公网上的应用服务器(10)。
进一步：数据库(11)用于存储空管重要设备的运维监控数据，以及空管执行手册对于各种特殊情况的处理办法。
进一步：应用服务器(10)作为移动客户端(12)的服务端，接受移动客户端的访问，并向移动客户端返回实时监控的数据。
进一步：应用服务器(10)对数据进行解析并存储至数据库(11)中，同时针对传来的数据进行分析检查，若传来的信息指示空管重要设备的运行状况不正常，则根据数据库(11)中存储的空管执行手册，向移动客户端(12)推送预警以及相应的处理办法。
进一步：移动客户端(12)将监控数据以动态图表形式向用户呈现空管服务器的实时运行情况，同时接收应用服务器(10)发来的预警信息推送，向用户提示预警信息，并列出服务器提供的空管执行手册中指出的相关处理办法。
与现有技术相比较，本发明具有的优点和积极效果为：
本发明所提供的移动客户端可实现让工作人员在任何时间、任何地点通过手机对空管重要设备进行实时监控，掌握各服务器和系统的运行状况，并且在系统或服务器出现运行故障时及时推送提示工作人员并依照空管执行手册提供各种故障对应的解决方案，因此能够减少大量的人力资源浪费，并且提高空管重要设备安全服务水平。
附图说明
图1为本发明优选实施例的结构框图；
图2为本发明优选实施例中应用服务器接受客户端访问的流程图。
图3为本发明优选实施例中数据采集器采集数据的流程图。
图4为本发明优选实施例中音频处理部分的流程图。
图5为本发明优选实施例中工业路由器的流程图。
图6为本发明优选实施例中移动客户端数据呈现及信息预警流程图；
图7为本发明优选实施例与互联网物理隔绝的通信关系。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明提供的空管重要设备的预警维护系统进行详细说明。
请参阅图1，一种空管重要设备的预警维护系统，包括采集模块1、传输模块2、服务模块3和用户模块4；其中采集模块部署在空管重要设备的机房中，包含运行在空管重要设备上的数据采集器7和音频收集模块8，对所收集预警音频进行分析的音频分析器6，以及汇总服务器数据信息和音频预警信息的数据聚合服务器8；传输模块主要由空管设备机房中的工业串口路由器9构成；服务模块部署在公网上的云服务器中，包含数据库11和应用服务器10；用户模块以移动客户端12的形式，安装在用户的手机中。
所述的系统信息采集器运行在空管设备上，采集空管设备运行状况的重要运维指标，并通过局域网将数据信息传输至空管设备机房中的数据聚合服务器。
所述的音频收集模块是服务器嵌入式系统，负责收集服务器发出的预警音频并将其转换为模拟信号传输至音频分析器。
所述的音频分析器将预警音模拟信号转换为数字信号，根据芯片中录入的相关数据分析产生预警音频的服务器故障原因，并将分析得到的具体故障信息通过局域网传输到数据聚合服务器上。
所述的数据聚合服务器用于收集汇总系统信息采集器和音频分析器发送的各类数据，并通过只能单向传输数据的串口将采集到的数据传输到工业路由器上。
所述的工业串口路由器内置运营商的数据卡，通过3G/4G网络将系统信息采集器采集到的数据传送到应用服务器。
所述的数据库中存储有空管设备的运维监控数据，以及空管执行手册对于各种特殊情况的处理办法。
所述的应用服务器作为移动客户端的服务端，接受移动客户端的访问，并向移动客户端返回实时监控的数据。
所述的应用服务器对数据进行解析并存储至数据库中，同时针对传来的数据进行分析检查，若传来的信息指示空管设备的运行状况不正常，则根据数据库中存储的空管执行手册，向移动客户端推送预警以及相应的处理办法。
所述的移动客户端将监控数据以直观的动态图表形式向用户呈现空管服务器的实时运行情况。同时接收应用服务器发来的预警信息推送，向用户提示预警信息，并列出服务器提供的空管执行手册中指出的相关处理办法。
一、应用服务器(图2)：
图2是应用服务器处理客户端请求进行数据解析的流程图。其中步骤13、步骤14等待接受服务器的连接，当有出现客户端连接时转至步骤15。
步骤15判断请求的客户端类型，如果是工业串口路由器9连接，转至步骤16，如果是移动客户端12连接转至步骤22。
步骤16接收工业串口路由器9发送来的数据并进行解析，步骤17对数据进行检查，如果数据正常，执行步骤18，直接将数据存储至数据库11中；如果超出预设值(温度超过预警值、CPU使用率过高等)或解析到为音频报警信号，则在步骤19进行异常类型检查，步骤20将异常信息和步骤20查询出的解决方案以推送的形式发送至移动客户端12，随后执行步骤18的数据库11操作。
步骤22对移动客户端12的连接进行登录认证，如果验证失败则执行步骤23，驳回移动客户端12的连接请求；若果验证成功则进入步骤24得到客户端12传来的参数，并进入步骤25根据参数从数据库11中查询客户端需要请求的数据，通过步骤26封装成json数据串，步骤27将数据返回给移动客户端12。
二、数据采集器
图3为数据采集器的采集流程，其中步骤28空管设备运维监控数据以及步骤29进程监控数据为采集到的空管设备运行状况的重要运维指标。
步骤30是将采集到的数据封装为json串，并通过步骤32串口驱动，将采集到的单向数据通过局域网传输到数据聚合服务器8上，再由数据聚合服务器8传至工业串口路由器9。
步骤33判断由用户决定是否结束采集工作，若用户结束采集则系统信息采集器工作结束；若用户未结束采集工作，则转至步骤31，数据采集器7休眠0.5秒后，转至步骤28，重复进行上述采集工作。
三、音频分析器
图4为音频分析器的分析流程图。
音频收集模块中的步骤34拾音器采集到音频的模拟信号后，通过步骤35基于信号调制模数转换器的单片机将告警特的模拟信号转换成数字信号，再合并采集到的外围设备异常运行状态的系统音频告警信号频段。
在空管数据采集端建立特征信号索引库。将音频采集模块收集的信号与步骤36的索引库进行匹配，识别出实际的特征点，拼接后将完整的告警信息，步骤37通过局域网将告警信息传送至数据聚合服务器8。
四、工业串口路由器
图5为工业串口路由器接收数据聚合服务器8的数据并将其发送至应用服务器10的流程图。
步骤38为工业串口路由器9实时保持监听串口状态，步骤39为判断串口是否接受到传来的数据，若串口未接收到任何数据，则一直处于监听状态，返回步骤38。
步骤40为串口接收到数据，并过滤出系统信息数据聚合服务器8发来的数据。工业串口路由器则成功接收到数据聚合服务器8发来的数据。
步骤41为当串口接收到系统数据聚合服务器8数据时，则进行连接到服务模块3的应用服务器的工作。
步骤42为进行单向串口网络透传，运用内置运营商的数据卡，并通过3g/4g网络将数据聚合服务器8发来的专网数据单向传输至应用服务器。工业串口路由器9则成功将数据发送至应用服务器10。
五、移动客户端
图6是移动客户端设计流程图。
步骤56用户进入app后进入欢迎界面，等待app加载。步骤57进入登陆页面，用户输入账号密码，提交后应用服务器进行身份验证，若失败，会到登陆页面。若成功，进入步骤58。
客户端请求设备概况信息，其中包括设备名，内存总量，磁盘总量等信息，以json字符串的方式传送，客户端解析并列表显示。步骤59用户可以选择任意设备，步骤60通过事按钮件监听进入该服务器CPU动态图表。
每隔3秒向应用服务器请求服务器/进程详细信息，并解析至实体类中，同时，用户还可以通过侧滑菜单栏选择指标类型，图表根据用户选择的从实体类取值并动态更新。步骤58选择返回按钮则回到服务器概况页面。用户点击进程选项，则进入步骤49。
类似于步骤59，客户端请求被监控进程的概况信息，包括进程名，内存占用，磁盘占用等信息，步骤50同样列表显示。用户选择任意进程，步骤52进入CPU占用动态图表界面，同样，步骤53用户可以选择需要表项。
同时，客户端保持与应用服务器的长连接，步骤44当服务器产生异常报告时，主动发送到客户端。客户端通过拦截信令，弹出告警框，用户选择解析消息内容，并提供异常问题解决方案。
应用案例：
如图7所示，空管转报系统运行在民航空管专网中，整个系统存在与互联网物理隔绝的特性。空管专网内的设备可以通过空管系统局域网相互通信。
系统正常运行过程中，空管服务器上运行数据采集器(软件)，采集服务器运维指标数据，并将其通过空管专网传输至数据聚合服务器。同时音频采集器采集服务器所在机房的实时环境音，并通过音频分析器进行比对，识别是否存在告警音，若存在告警音，立刻将告警信息通过空管专网传输至数据聚合服务器。
数据聚合服务器将所有空管服务器和音频分析器发送来的运维指标数据、告警信息实时通过串口单向传输至工业串口路由器。
工业串口路由器通过4G网络接入互联网，并将串口接收到的数据通过互联网发送至云服务器中。通过以上步骤，即可将空管专网中的运维指标数据以及告警信息发送至互联网云服务器。
在互联网云服务器中搭建服务模块，包含数据库与应用服务器，分析、存储由工业路由器转发来的运维数据以及告警信息，同时提供移动客户端的访问服务。当出现运维数据异常或采集到的告警音频信息时，根据空管的执行手册，生成解决方案，向客户端发送告警推送以及相应解决方案。
用户可以通过移动客户端实时查看空管转报系统的运行状况，并在空管转报系统出现故障的第一时间收到告警推送，并根据提供的的解决方案及时处理异常情况。

Claims (6)

1.一种空管重要设备的预警维护系统，其特征在于：至少包括：
部署在空管设备的机房中的采集模块（1），上述采集模块（1）包括运行在空管重要设备上的数据采集器（7）、音频收集模块（5）、音频分析器（6）、数据聚合服务器（8）；上述数据采集器（7）采集空管重要设备运行状况的重要运维指标，并通过局域网将数据传输至数据聚合服务器（8）；音频收集模块（5）通过拾音器将声音信息转换为模拟电流信号，通过音频连接线传输至音频分析器（6）；
音频分析器（6）基于单片机的信号调制模数转换器将音频收集模块采集到的模拟信号转换为数字信号，再合并采集到的外围设备异常运行状态的系统音频告警信号频段，并将数字信号与索引库进行匹配，识别出实际的特征点，拼接后将完整的告警信息通过局域网传输至数据聚合服务器（8）；
数据聚合服务器（8）将数据采集器采集到的运维指标信息与音频分析器分析得到的告警信息进行整合，将其通过串口单向传输至工业路由器；
作为空管局域网与互联网中间层的传输模块（2），上述传输模块（2）包括工业串口路由器（9）；
部署在公网上云服务器中的服务模块（3），上述服务模块（3）包括数据库（11）和应用服务器（10）；
与上述应用服务器（10）进行数据交互的用户模块（4）。
2.根据权利要求1所述的空管重要设备的预警维护系统，其特征在于：工业路由器（9）接收到串口端发送来的运维重要指标监控信息以及预警信息，并将其发送至公网上的应用服务器（10）。
3.根据权利要求1所述的空管重要设备的预警维护系统，其特征在于：数据库（11）用于存储空管重要设备的运维监控数据，以及空管执行手册对于各种特殊情况的处理办法。
4.根据权利要求1所述的空管重要设备的预警维护系统，其特征在于：应用服务器（10）作为移动客户端（12）的服务端，接受移动客户端的访问，并向移动客户端返回实时监控的数据。
5.根据权利要求1所述的空管重要设备的预警维护系统，其特征在于：应用服务器（10）对数据进行解析并存储至数据库（11）中，同时针对传来的数据进行分析检查，若传来的信息指示空管重要设备的运行状况不正常，则根据数据库（11）中存储的空管执行手册，向移动客户端（12）推送预警以及相应的处理办法。
6.根据权利要求1所述的空管重要设备的预警维护系统，其特征在于：移动客户端（12）将监控数据以动态图表形式向用户呈现空管服务器的实时运行情况，同时接收应用服务器（10）发来的预警信息推送，向用户提示预警信息，并列出服务器提供的空管执行手册中指出的相关处理办法。
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