基于電力通信動靜態資源的光纜數據監測系統設計

張云峰 魏星 諸駿豪 程路明 沈愛敏 吳云鵬

摘 要：為提升電站光纜檢測自動化水平，以Spring框架和MyBatis框架作為系統開發框架，高級著色語言GLSL和C + +作為服務開發語言，從系統模塊、通訊模塊及數據3方面設計了基于電力通信動靜態資源的光纜數據實時在線監測系統。系統采用B/S架構來實現，并對海量光纜歷史數據進行分析及拓撲圖繪制，實現光纜數據的實時檢測、設備性能分析、系統管理等功能，指導和建議運維人員進行相關操作，進一步提升電站的智能化水平。

關鍵詞：光纜檢測;大數據分析;實時檢測;設備性能

中圖分類號：TP274 ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2022）02-0092-05

隨著網絡信息、智能傳感及信息融合等技術的產生和發展，智能電網建設得到快速發展，大量智能變電站改造和新建工程的投建改變了原有變電站的形態。高壓開關不斷的增多、電壓等級的提升和操作十分頻繁等情況均會對光纜的正常運行帶來一定程度的影響，故對光纜數據進行檢測是十分有必要的[1-7]。設計經濟和高效的光纜數據校核系統，對提升電站運維工作、減少停電檢修時間和加快光纜線路建設具有深刻的現實意義與應用價值[8-12]。

國內外學者針對光纜檢測系統進行了大量的研究，并取得階段行成果，形成具備多種測試、自動檢測、管理、報警、線路自動切換等功能各異的光纜實時在線檢測系統，在一定程度上提升光纜檢測的智能化水平確保通信線路的暢通[13-17]。

上述光纜在線檢測隨檢測設備不斷更換及檢測項目的不斷攀升造成檢測費用和工時不斷提升，且上述系統的智能化水平、準確率相對較低。鑒于此，開發設計基于電力通信動靜態資源的光纜數據在線監測系統，進一步提升電力系統智能化水平，為電力系統智慧化轉型奠定基礎。

1 系統設計

1.1 系統模塊設計

以光纜數據作為本次設計的目標，通過整理一線運維人員的正式需求，結合目前所掌握的技術能力來對整體的業務結構進行設計，具體業務結構如圖1所示。

由圖1可以看出，整體業務流程主要由用戶管理模塊和電站管理模塊構成。

系統管理模塊：基于用戶不同權限來對用戶組進行管理，不同用戶所擁有的管理權限不同，于此同時系統對用戶的登陸、添加及刪除進行控制。

電站管理模塊：該模塊是光纜校核系統的核心，對照系統的業務類型進行子模塊設計，例如首頁、光纜拓撲圖、資源管理、光配管理、設備性能分析等模塊。

1.2 通訊協議設計

為了便于系統與監測設備之間進行指令與數據交換，需要定義一套完善的通訊協議。光纜數據校核系統和監測設備之間采用CORBA協議進行通訊，整體通訊是雙向的。為了保障光纜校核系統的穩定性和數據傳輸的安全性，系統設計選用雙向隔離網閘來進行數據傳輸。

1.3 數據庫設計

在對光纜數據校核系統功能模塊和通訊協議設計后，再對系統的數據庫進行設計。本文設計系統主要包含工作人員信息、光纜實時運行數據、光纜線路信息、監控裝置信息、網管信息等。

2 系統實現

2.1 系統架構

基于電力通信動靜態資源的光纜數據校核系統選用B/S架構來進行設計。此架構的基礎為Web技術，是一種較為新穎的系統平臺模模式。此模式把客戶端統一在一起，功能核心最終集中于服務器進行實現，一定程度上達到對整體系統的使用、維護及開發進行簡化。光纜數據在線監測系統如圖2所示。

由圖2可知，設計的光纜數據校核系統分為數據采集層、數據處理層、功能應用層和展示層4層，各層嚴格遵守國網信息安全要求，全面保證數據、系統和網絡的安全。各層均同步開發，并通過相關數據接口進行層與層之間的銜接，不僅能夠保證系統整體的補充與擴建，還能保障系統開發的進行。

數據采集層：系統運行依賴的基礎數據有兩部分來源。一部分數據來源于設備網管系統，數據采集層通過采用CORBA等協議的接口，實現安全接口接入，對網絡中資源配置數據、拓撲數據、性能數據的采集;另一部分數據來源于TMS數據庫，數據采集層通過采集程序將TMS區域的站點、光纜、光路數據入庫。

數據處理層：依據任務調度服務，定時定期采集設備網管數據，同步TMS數據，通過數據處理分析服務分析采集層獲取的基礎數據，進行加工處理后，存入數據庫。

功能應用層：以一個或多個服務的方式，對獲取數據進行加工、分析、處理，實現多網絡融合的電力通信業務分析與主動運維系統各項應用功能，為客戶端程序提供數據訪問接口和消息推送服務。

展示層：通過圖形界面、聲光提示與用戶交互，向用戶提供多網絡融合的電力通信業務分析與主動運維系統功能。

數據庫：實現對采集資源配置數據、拓撲數據、性能數據，系統加工處理過的再生數據的持久化。

根據架構對系統進行部署，具體的部署如圖3所示。

2.2 數據層實現

本文為了使數據層更加方便操作，在Spring框架當中引入MyBatis框架，由Spring框架來進行統一管理。MyBatis在Spring框架中需要配置的參數主要有：SqlSessionFactory類參數、數據庫連接池參數等。配置文件如圖4所示。

該層的對象和數據庫之間是通過數據訪問對象（DAO）模式來進行相關操作的。

2.3 業務邏輯層實現

本系統業務邏輯層采用Spring框架進行實現，具體業務邏輯包含事務管理和各個模塊之間的關系管理等。使用Spring框架，提升表示層與數據層之間的整合度，并降低系統整體的耦合度。業務配置文件如圖5所示。

為了便于Spring對邏輯層代碼文件進行掃描，配置文件首先標明代碼文件的位置，之后配置事物管理器Transaction Manager，并在該過程中對數據庫連接池進行配置，最后編寫業務層邏輯代碼。

2.4 控制層實現

設計系統由Spring MVC框架來實現其系統的整體控制，Spring MVC的配置文件如下圖6所示。

如圖6所示，在Spring MVC配置文件當中設置相關控制的初始參數信息，之后根據設置的請求分發給后臺的控制器進行處理，從而實現控制。

3 系統測試

3.1 測試環境

系統測試軟、硬件環境分別如表1、表2所示。

3.2 功能測試

登錄模塊測試，系統登陸頁面如圖7所示。

對系統登陸界面進行測試，通過正確賬號登陸、錯誤賬號登陸及錯誤密碼3個案例對其進行測試。測試結果表明，通過正確賬號能夠登陸系統，而錯誤賬號和錯誤密碼登陸均提示無法進入系統。

3.3 系統功能測試

3.3.1 首頁測試

首頁包括站點統計（站點類型、電壓等級）、光纜統計（電壓等級、類型、敷設方式）、光纜運行狀態（正常、檢修中、待檢修）統計、光路統計（光路數據是否完整）、設備性能異常統計、設備數量（廠家、型號）統計等指標的綜合展示，測試結果如圖8所示。測試表明系統滿足功能要求

3.3.2 資源管理測試

資源管理包括站點、光纜、光路、設備臺賬管理。站點、光纜、光路、設備臺賬管理均能夠呈現所有站點列表，可以通過某些篩選條件進行篩選展示與導出，且光路管理還能并串接光路，驗證光路配線是否完整，不完整的光路顯示哪塊站點配線出現問題，測試如圖9所示。

由圖9可以看出，各項功能均滿足要求。

3.3.3 光配管理測試

光配管理主要包括光配信息維護、光配信息查看。其中，光配信息維護按站點配置該站點下配線連接關系，具體步驟：①創建該站點下配線模塊;②創建配線模塊盤信息，綁定端子與光纜關系，配置跳纖，維護用途。光配信息查看則是查看該站點下配線連接關系。光配管理測試如圖10所示，測試結果表明：設計滿足既定要求。

3.3.4 設備性能測試

設備性能分析主要呈現設備端口性能（收光功率、發光功率、光口溫度、誤碼狀態），查看歷史趨勢。光口性能測試如圖11所示，由測試結果可知，設計功能滿足實際要求。

4 結語

目前行業內的光纖在線監測系統存在滯后及智能化水平較低的問題，造成光纖故障頻發。本文集合電站光纜系統的實際需求，從系統架構、通訊結構及數據庫3方面入手設計出基于電力通信動靜態資源的光纜在線監測系統，為智能化電站的建設提供有力的支撐。并詳細介紹系統架構、數據層、業務邏輯層及控制層的具體實現方法。測試表明：系統功能滿足設計要求，電站網絡通訊的智能化水平提升。

隨著大數據技術的不斷發展，系統下一階段引入智能化校核算法，實現數據自動校核功能，同時也會將一些智能化算法融合到系統當中。

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