【优品论文】——《电力双视监控管理平台的设计与实现》

电力双视监控管理平台的设计与实现专业：计算机科学与技术 学号：xxx 姓名：xxx指导老师:xxx摘 要：电力设备在运行时会产生热量，利用红外热成像技术监视电力设备运行时的温度信息，可以准确了解该设备的运行状况。红外摄像头可以自动采集电力设备的温度信息。本文主要论述了一个管理该温度记录的信息管理平台，通过该平台对这些信息进行统计分析，将数据以更加科学形象的方式展现在用户面前，并提供信息的检索功能，这将对电力设备的预防性维护提供很大的帮助。关键词：电力设备；红外热成像；温度记录；信息管理；1 引言本论文描述了一个用于管理电力设备运行记录的信息管理平台的设计与实现。电力设备在运行时，根据焦耳定律会产生一定的热量。在电器设备出现异常时，这种发热会更加明显。根据电力设备的发热情况，可以判断设备的故障信息 1。利用红外热成像技术生产的红外摄像头监控电力设备的发热情况，可以判断设备的运行状态 2。对红外摄像头采集的电力设备运行记录进行统计分析，能够对设备的预防性维护提供数据支持。本平台正是在红外摄像头采集电力设备的温度信息之后，对这些信息进行的科学管理。2 需求分析2.1 电力双视监控管理平台项目的背景和说明随着中国社会的工业化发展，人们对电力能源的需求越来越大，电力系统的安全性关乎国民生计，社会发展对变电站的远程监控提出了更高的要求。网络信息技术的发展，使人们对信息的收集和检索有了强大的工具。将信息管理系统应用到变电站监控数据的分析上，将大大提高变电站工作人员的效率，增加电力设备维护的可靠性。近年来，随着红外热成像技术的发展，利用红外热成像技术监视电网设备的温度情况越来越受到人们的关注，出现了很多红外监测仪，用来采集电网设备的温度系数 3。针对市场上出现的很多红外监控前端，却没有与之相应的后端信息管理平台，用于对红外监测仪采集到的温度系数进行统计分析。利用计算机强大的计算能力和信息处理能力，对电网设备的温度记录进行信息化的管理，成为电力系统的发展方向之一 4。电力双视监控管理平台的设计与开发，正是在变电站红外监控和可见光监控的基础上，对系统采集到的电网设备温度信息、图像信息和视频信息进行统计分析，以更加直观明了的方式展现在工作人员面前，并提供信息的检索功能，在大大减轻了工作人员劳动量的同时，让工作人员以一种更加简单科学的方式监控电网设备的运行情况。2.2 电力双视监控管理平台项目整体系统概述 本平台针对的是广州飒特电力红外技术有限公司提供的 SAT-MC602C 热像仪，该热像仪能够提供的数据包括：工作站信息（工作站即指当前系统所运行的变电站的相关信息） 、云台信息（云台即指一个用于双视监控的双视设备） 、监控面信息（监控面指摄像头在特点的角度所照的照片） 、监控区域信息（监控区域信息指监控面上多个重点监测的部位所作的图形化标识） 、监控任务信息（监控任务确定了热像仪一次巡视的工作内容）和任务巡视记录（一次巡视采集到的温度系数）等。根据硬件设备提供的数据内容，平台设计功能应包括以下几点：1) 监控分析曲线图，用于显示选定区域的温度曲线；2) 温度报表，用于显示选定监测区域的温度报表信息；3) 报警记录信息，用于显示所有的报警记录信息，并提供查看报警信息的超链接，还应该提供报警查询功能；4) 查看报警信息，用于查看指定的报警记录所对应的详细报警信息，包括相应的报警图像，设备温度，报警温度等数据；5) 监控记录信息(以区域为单位)，以监控区域为单位显示一段时间内的监控记录信息，支持分页查看，显示信息包括监控是否正常，是否有报警，区域信息，记录时间等；6) 远程监控，厂家提供了用于对远程红外摄像和可见光摄像进行查看和控制的ActiveX 控件。平台在开发时应考虑将该控件嵌入到平台中，以实现对远程红外摄像和可见光摄像的查看和控制；7) 相关下载，提供对该平台使用文档、远程监控 ActiveX 控件等相关资料的下载。另外，对于一个完整的信息管理系统，还应有一整套的用户及权限管理规则，用于区别不同的管理人员对信息拥有不同的管理权限。3 平台设计 3.1 电力双视监控管理平台总体架构设计该平台属于典型的 Web 开发，平台设计采用 B/S 的三层模式，即客户端的表现层、Web 服务器端的业务层和数据库服务器端的持久层 5。平台采用 J2EE 技术架构设计，使用了 Spring MVC + MyBatis 的框架 6 7。采用分层设计的思想，可以降低各个功能模块的耦合度，提高平台的可维护性。3.1.1 系统总体层次结构设计考虑平台要处理的实际业务，平台的数据应该位于各个变电站的本地服务器上，平台服务器要从各个变电站的本地服务器上读取数据，然后展现在用户面前。这是一个典型的分布式系统，所以平台结构设计采用一个新的领域驱动插件 Takia8，如图 1 所示。该插件可以更好的适应分布式系统开发。持久层采用了比较轻的MyBatis，平台设计采用分层结构，在业务功能上面，把权限管理和远程站点管理独立出来，而其他的业务模块划分到一类中。图 1 平台总体层次结构图3.1.2 系统细分层次结构设计监控平台的技术层次细分如图 2 所示。平台的表现层以 HTML 网页的 WEB-UI 为主，基于 JQuery 为核心，合理应用 AJAX 技术来实现分级数据加载，FLAH 用于图标展示，而远程数据监控采用 ActiveX 嵌入方式。逻辑层主要负责业务模块划分，分为用户权限模块，日志系统，报表和图标系统，以及远程监控系统。在该平台上，对报表和图标系统需要进行功能增强，根据用户的需求增加报表种类，优化报表参数选择功能等。数据来源分为三个部分，本地管理数据库，数据备份数据库，和外部数据。其中跟权限，站点信息相关的参数保存在本地管理数据库中，数据备份保存从站点提取的经过处理分析的温度数据，而外部数据是直接通过远程接口从站点读取数据。领域驱动层是基于内存的建模组件，可以将不同的数据来源进行屏蔽，对业务模块提供统一服务 9。领域框架提供了缓存系统以保证系统的性能。远程组件目前规划了两种形式，一种是基于 hessian 的远程数据接口 10，还有一种是基于第三方供应商提供的 dll 开发库。在 dll 能够满足需求的情况下使用 dll来提取站点数据，如果没有提供相应功能，平台会使用 hessian 远程接口，直接到站点数据库读取需要的数据。操作系统( W i n d o w s S e r v e r )W E B U I J A V A S C R I P T / J Q U E R Y其他表现层技术( A c t i v e X )权限系统 日志系统报表系统 远程监控系统T a k i a 领域驱动模型 ( S p r i n g a n d M y b a t i s 驱动 )D L L链接库( 第三方 )M y b a t i s 仓储 缓存管理模块 H e s s i a n 远程数据交换服务本地数据库 数据备份 外部数据表现层逻辑层数据层F L A S H / A J A X领域层S p r i n g 开源框架数据库服务器基础设施层图 2 平台细分层次结构图3.1.3 系统逻辑架构设计由图 3 所示，整个平台由三大部分构成。一部分是服务器上的监控平台，一部分是工作站上的第三方监控系统，另外一部分是平台的骨架系统。平台用户均通过浏览器对系统进行访问。工作站系统 ( 工控机部署 )W e b 服 务 器双 视 监 控 工 作 站 系 统 ( 第 三 方 )基 于 . N E T 的 G U I 应 用 程 序内部局域网温 度 报 表 模 块双视监控平台 ( I r P l a t f o r m 2 ) ( 服务器部署 )浏 览 器H e s s i a n远程服务D L L 服 务( 第 三 方 D L L 控 件 )领域消息总线 ( 异步或同步 )映射D a t a b a s e数据库服务( M y b a t i s )监 控A c t i v e X无 线 终 端( 网 络 暂 时 不 支 持 )H t t p 请求控制器视图响应T a k i a 统一领域驱动开发框架S p r i n g 驱 动( 服 务 器 J V M )H t t p 请求响应嵌入参数设置平 台 统 一表 现 层安全拦截器监 控 记 录 模 块业务层模块集合图 表 分 析 模 块实 时 报 警 模 块 远 程 监 控 配 置 数 据 挖 掘 模 块用 户 管 理 模 块 菜 单 管 理 模 块 字 典 管 理 模 块 模 块 领 域 对 象 聚 集消息发送接收数据存储查询平台数据库( 用户权限信息 , 站点 , 云台配置 , 报表统计等信息 )数据存储查询分析数据备份库数据抽取服务接口服务接口H e s s i a n 协议缓存服务供应商内部协议云 台 驱 动 数 据 库 驱 动I r P l a t f o r m 2 服 务 骨 架 程 序( 根 据 需 求 抽 取 自 定 义 本 地 库 数 据 )S p r i n g H e s s i o n远 程 服 务 框 架J V M 虚 拟 机. N E T 运 行 库工作站数据库 ( 第三方数据库 ) ( 站点信息 , 监控点信息 , 监控区域信息 , 任务信息 , 监控记录信息 , 报警记录信息 )数据抽取数据查询数据插入供应商内部协议H e s s i a n 协议报表数据提取C摄像机 1C摄像机 2C摄像机 3供应商内部协议供应商内部协议供应商内部协议供应商内部协议视频传输图 3 平台逻辑架构图与以往不同，该平台设计将数据库进行了隔离，即平台和工作站各自维护自己的数据库系统，独立维护各自的数据。数据交换方面采用 Dll 控件时。服务器程序通过 JNI 调用 Dll 控件，网络数据传输由 Dll 负责，Dll 控件直接连接到工作站系统中，提取需要的数据，并使用Socket 通过网络完成数据传输工作；对于一些功能如果 dll 没有提供相应接口，我们使用 Hessian 方式通过工作站骨架程序，直接提取数据库中需要的数据给平台使用，数据通过 Hessian（基于 Http 的序列化）协议进行传输。3.2 电力双视监控管理平台模块设计3.2.1 用户及权限管理模块设计用户及权限管理模块，用于设置平台的安全规则，根据平台设置的规则，不同的用户拥有不同的权限，不同的权限对应不同的软件功能。该模块设计主要包括以下功能。1） 用户账号管理用户信息包括用户名，密码，以及姓名等，其中用户名将作为登陆名使用，全系统唯一。用户信息管理包括信息的录入修改、删除、浏览和查询等功能。系统管理员有权限修改其他用户的密码信息。平台可以为每个用户分配不同的操作角色，每个用户只能对应一种操作角色。在登陆至系统之后，将按照所对应角色显示相应的操作界面以及功能按钮。可以为每个用户进行不同的资源信息分配，以限制操作人员所能够操作的信息范围，比如分配变电站资源信息等。用户账号管理的界面设计如图 4 所示：图 4 用户账号管理界面2） 密码管理操作人员能够修改自己的密码信息。3） 权限管理定义整个系统内的操作权限信息。每个操作权限信息包括所要执行的方法，权限名称信息等。在具体实现时，每个操作权限将与相对应的功能相对应。没有权限的操作人员将无法看到相应的功能部件，也无法进行相应的操作。4） 菜单管理定义整个系统内的菜单信息，每个菜单均涉及到相对应的操作，包括菜单链接信息以及菜单名称。在具体实现时，每个菜单将与能看到的系统菜单相对应，没有权限的操作人员将不能看到相应的菜单，也不能进入相应界面进行操作。5） 角色管理角色管理包括角色信息的录入，修改，删除，浏览和查询等功能，每种角色都有指定的菜单信息和对应的操作权限。还需要对某些角色指定是否需要限制某一类操作信息，在该类操作信息限制下，被分配此角色的操作人员仅可操作限定的信息（比如变电站） 。6） 日志管理对应平台运行的日志，也需要有不同的管理权限，只是具有权限的操作人员才能够查看系统内记录的一切操作信息。平台能够按操作人员，时间，操作类型对日志信息进行查询操作。系统管理员可以针对日志信息进行删除操作，删除过期的日志信息。系统管理员可以配置日志删除策略，在时间过期时（以天计） ，平台自动删除系统内的日志信息。3.2.3 平台业务模块设计该模块是平台功能的主要展示部分，用于对数据库中保存的温度记录信息进行统计分析，以一种简单直观的方式展现在用户面前，并提供信息的检索功能。该模块主要包括以下几个部分：1) 监控记录：以区域为单位显示一段时间内的监控记录信息，显示信息包括监控是否正常，是否有报警，区域信息，时间等，还需要提供监控记录的查询功能，可以按照云台、监控点、监控区域、时间等条件进行查询。2) 报警记录：显示所有的报警记录信息，提供分页功能，默认显示当天的报警记录信息。报警信息可按云台，监测点，监测区域，时间进行过滤显示。可点击详细地报警记录信息查看详细情况。具有一定操作权限的操作人员，可以对报警记录信息进行修正，以确认此并不是一个有效的报警信息，并且注明相应的修正说明。3) 温度报表：选定监测区域的温度报表信息，按天（以小时计） ，月，年进行分别统计报表，显示报表名称（可修改） ，每个区间温度信息，最终显示最高温度，最低温度，平均温度，以及温升数据等。提供打印功能。4) 监控曲线图：按天（默认为当天） ，显示选定的监测区域的温度曲线图信息，并显示最高温度，最低温度，最高温度区域，时间，最低温度区域，时间，以及平均温度信息。显示标题（可修改） ，并提供打印功能，将曲线图打印出来。3.3 数据库设计根据电力双视监控平台的需求分析，在跟硬件提供商沟通之后，对电力双视监控平台进行数据库设计。在保证平台有更好的扩充性和完整性的情况下，主要设计了如下数据库表：工作站表（Station） 、云台表（Monitor） 、监控点（监控面）表（Point） 、监控区域表（Area） 、监控任务（Task） 、监控任务点（TaskPoint） 、监控任务执行记录（TaskLog） 、监控点执行记录（TaskPointLog） 、监控区域执行记录（TaskAreaLog） 、报警记录信息（Alarm）等共 24 张表。数据库表整体表间关系图如图 5 所示。图 5 数据库表间关系3.3.1 监控区域表（Area ）监控区域即在一个监控点上，对于多个重点监测的部位所作的图形化标识。一个图形化标识称之为一个监控区域，此区域可以由不同的形状进行标识，如三角形，四边形，多边形等，监控区域表设计如表 1。属性名 类型 字段名 字段类型 描述id long area_id int(11) 区域主键monitor R monitor_id int(11) 引用的云台point R point_id int(11) 引用的监控点sn String area_sn varchar(64) 图形 snname String area_name varchar(64) 名称alarmMaxTempfloat area_alarmMaxTempfloat 上限报警温度alarmMinTemp float area_alarmMinTemp float 下限报警温度emissivity float area_emissivity float 辐射率ambTemp float area_ambTemp float 环境温度distance float area_distance float 距离humidity float area_humidity float 相对温度tempAdjust float area_tempAdjust float 温度校正description String area_description varchar(512) 描述layerId int area_layerid int(11) 图层类型 idlayertypeid int area_layertypeid int(11) 标识区域类型points String area_points varchar(256) 区域点集normolTemp float area_normolTemp float 一般报警温度seriousTemp float area_seriousTemp float 严重报警温度criticalTemp float area_criticalTemp float 紧急报警温度redueType int area_redueType int(11)showTmepInfo int area_showTmepInfo int(11) 是否显示温度(1为是，0 为否)表 1 监控区域表 Area(area_table)3.3.2 监控任务（Task ）整个双视监控是以任务的方式进行工作，即通过任务设置使监控按照特定的任务设置运行。监控任务即描述云台设备在一天内或几天内的监控，因为云台不能时时在监控（当然也可以设置） 。监控任务即描述一次运行的监控信息的设置，任务由操作人员进行设置。监控任务可以重用，即多次运行。监控任务表设计如表 2。表 2 监控任务表 Task(task_table)属性名 类型 字段名 字段类型 描述id long task_id int(11) 任务主键monitor int monitor_id int(