一种基于多源数据融合的供电设备智能运维系统及方法

技术领域

本发明涉及智能运维技术领域，具体涉及一种基于多源数据融合的供电设备智能运维系统及方法。

背景技术

随着我国城市轨道交通的快速发展，运营里程和线路站点不断增加，给城市轨道交通运营管理带来了巨大的挑战。供电系统是城市轨道交通的核心系统之一，其关键供电设备的运营管理水平直接影响着城市轨道交通的安全、高效和节能。作为供电系统的基本组成单元，变电所的运行状态数据涵盖了视频图像数据、环境监测数据、报警数据和设备运行数据等多种信息源。

然而，传统的供电运营管理模式采用了多个信息系统分别对这些数据进行采集、存储和管理，如视频监控系统、电力监控系统、电调系统和单体设备监测装置等，这些信息系统之间缺乏有效的数据交互和集成手段，造成数据的冗余和分散，增加了对城轨供电设备运维工作的复杂度和重复性。

发明内容

本发明为克服现有技术中城轨供电设备运维方法缺乏有效的数据交互和集成手段，造成数据的冗余和分散，导致城轨供电设备的运维工作的复杂度和重复性较高的缺陷，提出如下技术方案：

第一个方面，本发明提出一种基于多源数据融合的供电设备智能运维系统，包括：

状态感知子系统，用于采集供电设备的多源数据。

数据封装模块，用于将所述多源数据进行数据封装，得到用户数据协议包。

解析发布模块，用于对所述用户数据协议包进行解析，并将解析后的主题数据上传至代理服务器进行主题发布。

代理服务器，用于接收解析发布模块上传的主题数据，并将主题数据发送给已订阅所述主题数据的运维平台。

运维平台，用于接收向代理服务器订阅的主题数据，并对所述主题数据进行分析，将分析结果分发至用户端进行交互展示。

作为优选的技术方案，所述系统还包括用于采集供电设备的视频数据和图像数据的巡检子系统。所述运维平台接收向代理服务器订阅的主题数据，以及所述视频数据和所述图像数据，并对所述主题数据、所述视频数据和所述图像数据进行分析，将分析结果分发至用户端进行交互展示。

作为优选的技术方案，所述数据封装模块根据预设的数据点表和通信协议，对所述多源数据进行数据组包并添加报文头，得到用户数据协议包。

作为优选的技术方案，所述解析发布模块对所述用户数据协议包进行报文头检验，当检验通过后，则对所述用户数据协议包进行解析并将解析结果包装成满足运维平台需求的标准协议主题包，然后将所述标准协议主题包上传至代理服务器进行主题发布。

作为优选的技术方案，所述代理服务器被配置为：

响应于用户端的主题发布请求，检测运维平台是否存在相应的主题发布队列。

当运维平台存在相应的主题发布队列，则向用户端发送主题发布队列已存在的响应，结束。

当运维平台不存在相应的主题发布队列，则判断用户端身份是否合法，若是，则向运维平台发送创建主题发布队列响应，运维平台创建主题发布队列并更新主题数据信息，结束。若否，则向用户端发送用户身份错误响应，结束。

作为优选的技术方案，所述代理服务器包括本地代理服务器和远程代理服务器。所述代理服务器被配置为：

响应于用户端的主题订阅请求，检测用户端身份是否合法。

若用户端身份不合法，则向用户端发送用户身份错误响应，结束。

若用户端身份合法，则查询本地代理服务器是否存在与所述主题订阅请求匹配的主题。

若本地代理服务器存在与所述主题订阅请求匹配的主题，则向运维平台发送主题订阅成功响应，运维平台创建主题接收队列，结束。

若本地代理服务器不存在与所述主题订阅请求匹配的主题，则向远程代理服务器发送订阅请求。

若从远程代理服务器中收到订阅成功响应，则向运维平台发送主题订阅成功响应，运维平台创建主题接收队列，结束。

若未从远程代理服务器中收到订阅成功响应，则向用户端发送主题订阅失败响应，结束。

作为优选的技术方案，所述多源数据包括环境监测数据、供电设备实时运行数据和告警数据中的一种或多种。

作为优选的技术方案，所述运维平台包括：

巡检数据处理单元，用于利用图像识别技术对视频数据和图像数据进行处理，生成巡检报告。

报警管理单元，用于对供电设备的异常状态和故障进行报警处理。

设备管理单元，用于对供电设备进行包括实时状态显示、历史状态查询和状态统计分析处理。

智能分析单元，用于对供电设备进行包括状态评估、故障诊断和寿命预测处理。

大数据服务单元，用于对供电设备的多源数据进行存储。

作为优选的技术方案，所述设备管理单元、报警管理单元和智能分析单元产生的运算数据分别存储于第一数据库和第二数据库；所述大数据服务单元对供电设备的多源数据进行数据持久化处理并存储至第三数据库。

第二个方面，本发明还提出一种基于多源数据融合的供电设备智能运维方法，包括：

采集供电设备的多源数据。

将所述多源数据进行数据封装，得到用户数据协议包。

对所述用户数据协议包进行解析，并将解析后的主题数据上传至代理服务器进行主题发布。

代理服务器将接收的主题数据发送给已订阅所述主题数据的运维平台。

运维平台接收向代理服务器订阅的主题数据，并对所述主题数据进行分析，将分析结果分发至用户端进行交互展示。

与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

(1)本发明基于多源数据融合的思想，将采集的供电设备的多源数据进行了数据封装和解析，并将得到的主题数据传输至运维平台进行了有效的集成和交互，提高了数据的完整性和一致性，实现了数据的标准化和规范化，避免了数据的冗余和分散。

(2)本发明通过代理服务器和运维平台进行主题数据的发布和订阅，将分析结果分发至用户端进行交互展示，实现了数据的动态更新和实时反馈，以及数据的可视化和智能化，降低了城轨供电设备运维工作的复杂度和重复性。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的基于多源数据融合的供电设备智能运维系统的架构图。

图2为本申请实施例所提供的基于多源数据融合的供电设备智能运维系统的工作流程图。

图3为本申请实施例中代理服务器进行主题发布的流程图。

图4为本申请实施例中代理服务器进行主题订阅的流程图。

图5为本申请实施例所提供的基于多源数据融合的供电设备智能运维方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将参照附图和优选的技术方案来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书中所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。应当理解，优选的技术方案仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

在下文描述中，探讨了大量细节，以提供对本发明实施例的更透彻的解释，然而，对本领域技术人员来说，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明的实施例是显而易见的，在其他实施例中，以方框图的形式而不是以细节的形式来示出公知的结构和设备，以避免使本发明的实施例难以理解。

具体而言，图1和图2分别为本申请实施例所提供的基于多源数据融合的供电设备智能运维系统的架构图和工作流程图。

如图1和图2所示，该基于多源数据融合的供电设备智能运维系统包括：状态感知子系统100、数据封装模块300、解析发布模块400、代理服务器500和运维平台600。

本实施例中，所述状态感知子系统100用于采集供电设备的多源数据。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述多源数据包括环境监测数据、供电设备实时运行数据和告警数据中的一种或多种。

在具体实施过程中，状态感知子系统100通过干式变压器、低压柜、整流器、双向变流器以及放电传感器、振动传感器、无线测温传感器、环境温湿度传感器、浸水传感器、噪音传感器和局放传感器等智能设备测量设备的温度、电压、电流、振动和噪声等数据，然后用PSCADA(Power Supervisory Control And Data Acquisition，电力监视控制与数据采集)系统获取设备的告警数据，判断设备是否有异常或故障，采集供电设备的实时运行状态数据和告警数据。

可以理解的是，针对传统的电力监控系统缺乏对设备和变电所环境全方位多源数据的监控和融合管理问题，构建变电所状态感知子系统100，将加装的智能传感器采集的变电所环境监测数据、供电设备实时运行数据、PSCADA系统采集的告警数据等多源数据进行采集融合，为后续运维平台600提供了多维数据支撑，极大地提升了设备全方位运维管理的效率，降低了运维管理的时间成本和人力成本。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述系统还包括用于采集供电设备的视频数据和图像数据的巡检子系统200。

在具体实施过程中，巡检子系统200通过红外热成相机、高清球机和挂轨巡检机器人等设备拍摄设备采集视频数据和图像数据。

可以理解的是，针对传统城轨供电运维需要使用人力进行大量的定期巡检、抄表等工作，运维人力成本高，人员设备隐患大的问题，构建巡检子系统200，并由运维平台600进行管理，系统自动完成变电所的巡视和报表打印等工作，预计巡检频次可提升60％、运维人力成本可降低27％，智能巡检代替人工巡检，高效可靠，能显著降低运维人力成本，及时发现运行隐患，保障人员设备的安全。

本实施例中，所述数据封装模块300用于将所述多源数据进行数据封装，得到用户数据协议包。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述数据封装模块300根据预设的数据点表和通信协议，对所述多源数据进行数据组包并添加报文头，得到用户数据协议包。所述数据点表包括设备码、属性名、偏移量、字节长度、解析方式和小数点移位。

本实施例中，所述解析发布模块400用于对所述用户数据协议包进行解析，并将解析后的主题数据上传至代理服务器500进行主题发布。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述解析发布模块400为物联网服务模块。所述物联网服务模块对所述用户数据协议包进行报文头检验，当检验通过后，则对所述用户数据协议包进行解析并将解析结果包装成满足运维平台600需求的标准协议主题包，然后将所述标准协议主题包上传至代理服务器500进行主题发布。

本实施例中，所述物联网服务模块为iot服务模块，所述iot服务模块通过Netty技术框架并使用modbus4j技术包对所述用户数据协议包进行报文头检验，当检验通过后，则对所述用户数据协议包进行解析并将解析结果包装成满足运维平台600需求的标准协议主题包，然后将所述标准协议主题包上传至代理服务器500进行主题发布。

本实施例中，所述代理服务器500用于接收解析发布模块400上传的主题数据，并将主题数据发送给已订阅所述主题数据的运维平台600。

可选地，在本申请的一个实施例中，如图3所示，图3为本申请实施例中代理服务器500进行主题发布的流程图，所述代理服务器500被配置为：

响应于用户端的主题发布请求，检测运维平台600是否存在相应的主题发布队列。

当运维平台600存在相应的主题发布队列，则向用户端发送主题发布队列已存在的响应，结束。

当运维平台600不存在相应的主题发布队列，则判断用户端身份是否合法，若是，则向运维平台600发送创建主题发布队列响应，运维平台600创建主题发布队列并更新主题数据信息，结束。若否，则向用户端发送用户身份错误响应，结束。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述代理服务器500包括本地代理服务器500和远程代理服务器500。如图4所示，图4为本申请实施例中代理服务器500进行主题订阅的流程图，所述代理服务器500被配置为：

响应于用户端的主题订阅请求，检测用户端身份是否合法。

若用户端身份不合法，则向用户端发送用户身份错误响应，结束。

若用户端身份合法，则查询本地代理服务器500是否存在与所述主题订阅请求匹配的主题。

若本地代理服务器500存在与所述主题订阅请求匹配的主题，则向运维平台600发送主题订阅成功响应，运维平台600创建主题接收队列，结束。

若本地代理服务器500不存在与所述主题订阅请求匹配的主题，则向远程代理服务器500发送订阅请求。

若从远程代理服务器500中收到订阅成功响应，则向运维平台600发送主题订阅成功响应，运维平台600创建主题接收队列，结束。

若未从远程代理服务器500中收到订阅成功响应，则向用户端发送主题订阅失败响应，结束。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述代理服务器500为分布式的消息中间件。

本实施例中，所述分布式的消息中间件为Kafka消息中间件。

在具体实施过程中，解析发布模块400以Netty技术框架进行技术实现，先对上传的报文解析报文头，校验通过之后再根据点表的协议对数据进行解析，并包装成Kafka服务订阅者需求的标准协议包，发送到Kafka消息中间件进行消息发布。Kafka服务以发布/订阅消息队列通信模式进行技术实现，通过Kafka消息中间件对实时数据进行管理，将完整的数据流道分隔为“数据生产”和“数据消费”两个部分，降低系统的耦合度，提高系统的鲁棒性。

Kafka服务发布者以发布主题的形式，向Kafka消息中间件发布主题消息。本实施例中发布者为使用Netty网络解析技术的iot服务模块，此服务将各站的状态感知子系统100发送的udp包按照点表的解析协议及数据解析工具包将数据进行解析并组装成标准协议包发送至Kafka消息中间件进行主题发布。

订阅者代理服务器500发送订阅请求，代理服务器500对订阅请求进行匹配。匹配成功后，将符合条件的发布者信息发送给订阅者，之后将订阅者的订阅请求与身份验证信息发送给发布者。本实施例中订阅者为设备管理服务、报警中心服务、智能分析服务以及大数据集群CDH(Cloudera发行版Hadoop)，分别对数据进行业务消费和持久化消费。

订阅者收到代理服务器500返回信息后，创建用户主题接收队列，等待数据接收。发布者验证订阅者身份后，向主题接收者发送数据。订阅者通过监听Kafka消息中间件的推送对实时数据进行业务消费处理，其中业务处理过程中产生的中间数据和告警数据存储到第一数据库和持久化到第二数据库中。并将前端所需的数据包装之后返回给前端以供用户交互，大数据服务获取状态数据后进行数据持久化，储存到第三数据库中。本实施例中，所述第一数据库为Mysql数据库，所述第二数据库为缓存数据库Redis，所述第三数据库为大型数据库Hbase。

可以理解的是，针对传统的运维管理模式的多源数据不互通的缺点，设计了基于Netty网络通信技术和Kafka消息中间件管理技术的低耦合、高鲁棒性的数据融合管理方案，将变电所产生的视频、图像、环境数据、告警和设备实时数据等多源数据融合，增加了系统对数据的处理效率，大幅提升了系统对变电所一次供电设备运行数据监控的实时性。

本实施例中，所述运维平台600接收向代理服务器订阅的主题数据，以及所述视频数据和所述图像数据，并对所述主题数据、所述视频数据和所述图像数据进行分析，将分析结果分发至用户端进行交互展示。

本实施例中，所述用户端包括PC端和移动端。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述运维平台600包括：巡检数据处理单元、报警管理单元、设备管理单元、智能分析单元和大数据服务单元。

所述巡检数据处理单元用于利用图像识别技术对多源数据进行处理，生成巡检报告。

在具体实施过程中，所述巡检数据处理单元利用图像识别技术对多源数据进行处理，分析设备是否有裂缝、锈蚀、变形等缺陷，生成巡检报告和告警信息，通知运维人员及时处理。

所述报警管理单元用于对供电设备的异常状态和故障进行报警处理。

在具体实施过程中，所述报警管理单元对城轨供电设备的异常状态和故障进行报警和处理，包括报警的生成、推送、确认、清除等操作，以及报警的分类、等级、原因、处理方案等信息的展示和分析。

所述设备管理单元用于对供电设备进行包括实时状态显示、历史状态查询和状态统计分析处理。

在具体实施过程中，所述设备管理单元对城轨供电设备的基本信息和状态信息进行管理和维护，包括设备的添加、删除、修改、查询等操作，以及设备的实时状态显示、历史状态查询、状态统计分析等功能。

所述智能分析单元用于对供电设备进行包括状态评估、故障诊断和寿命预测处理。

在具体实施过程中，所述智能分析单元对城轨供电设备的状态数据进行智能分析和处理，包括设备的状态评估、故障诊断、寿命预测、维修建议等功能，以及设备的状态趋势、故障分布、寿命分布等信息的可视化展示。

所述大数据服务单元用于对供电设备的多源数据进行存储。

在具体实施过程中，大数据服务单元对城轨供电设备的状态数据进行大数据存储和处理，包括数据的采集、清洗、转换、加载等操作，以及数据的查询、统计、分析、挖掘等功能。

本实施例中，所述设备管理单元、报警管理单元和智能分析单元产生的运算数据分别存储于Mysql数据库和Redis数据库。所述大数据服务单元对供电设备的多源数据进行数据持久化处理并存储至Hbase数据库。

可以理解的是，本实施例提出的多源数据融合的思想，将采集的供电设备的多源数据进行了数据封装和解析，并将得到的主题数据传输至运维平台600进行了有效的集成和交互，提高了数据的完整性和一致性，实现了数据的标准化和规范化，避免了数据的冗余和分散。通过代理服务器500和运维平台600进行主题数据的发布和订阅，将分析结果分发至用户端进行交互展示，实现了数据的动态更新和实时反馈，以及数据的可视化和智能化，降低了城轨供电设备运维工作的复杂度和重复性。

其次，参照附图描述根据本申请实施例提出的基于多源数据融合的供电设备智能运维方法，应用于如上述任一实施例所述的基于多源数据融合的供电设备智能运维系统。

图5是本申请实施例的基于多源数据融合的供电设备智能运维方法的流程示意图。

如图5所示，该基于多源数据融合的供电设备智能运维方法包括以下步骤：

S1：采集供电设备的多源数据。

S2：将所述多源数据进行数据封装，得到用户数据协议包。

本实施例中，所述多源数据包括环境监测数据、供电设备实时运行数据和告警数据。

本实施例中，根据预设的数据点表和通信协议，对所述多源数据进行数据组包并添加报文头，得到用户数据协议包。所述数据点表包括设备码、属性名、偏移量、字节长度、解析方式和小数点移位。

S3：对所述用户数据协议包进行解析，并将解析后的主题数据上传至代理服务器500进行主题发布。

本实施例中，所述解析发布模块400为物联网服务模块。所述物联网服务模块对所述用户数据协议包进行报文头检验，当检验通过后，则对所述用户数据协议包进行解析并将解析结果包装成满足运维平台600需求的标准协议主题包，然后将所述标准协议主题包上传至代理服务器500进行主题发布。

本实施例中，所述物联网服务模块为iot服务模块，所述iot服务模块通过Netty技术框架并使用modbus4j技术包对所述用户数据协议包进行报文头检验，当检验通过后，则对所述用户数据协议包进行解析并将解析结果包装成满足运维平台600需求的标准协议主题包，然后将所述标准协议主题包上传至代理服务器500进行主题发布。

S4：代理服务器500将接收的主题数据发送已订阅所述主题数据的运维平台600。

本实施例中，所述分布式的消息中间件为Kafka消息中间件。

在具体实施过程中，解析发布模块400以Netty技术框架进行技术实现，先对上传的报文解析报文头，校验通过之后再根据点表的协议对数据进行解析，并包装成Kafka服务订阅者需求的标准协议包，发送到Kafka消息中间件进行消息发布。Kafka服务以发布/订阅消息队列通信模式进行技术实现，通过Kafka消息中间件对实时数据进行管理，将完整的数据流道分隔为“数据生产”和“数据消费”两个部分，降低系统的耦合度，提高系统的鲁棒性。Kafka服务发布者以发布主题的形式，向Kafka消息中间件发布主题消息。本实施例中发布者为使用Netty网络解析技术的iot服务模块，此服务将各站的状态感知子系统100发送的udp包按照点表的解析协议及数据解析工具包将数据进行解析并组装成标准协议包发送至Kafka消息中间件进行主题发布。

订阅者代理服务器500发送订阅请求，代理服务器500对订阅请求进行匹配。匹配成功后，将符合条件的发布者信息发送给订阅者，之后将订阅者的订阅请求与身份验证信息发送给发布者。本实施例中订阅者为设备管理服务、报警中心服务、智能分析服务以及大数据集群CDH(Cloudera发行版Hadoop)，分别对数据进行业务消费和持久化消费。订阅者收到代理服务器500返回信息后，创建用户主题接收队列，等待数据接收。发布者验证订阅者身份后，向主题接收者发送数据。订阅者通过监听Kafka消息中间件的推送对实时数据进行业务消费处理，其中业务处理过程中产生的中间数据和告警数据存储到第一数据库和持久化到第二数据库中。并将前端所需的数据包装之后返回给前端以供用户交互，大数据服务获取状态数据后进行数据持久化，储存到第三数据库中。本实施例中，所述第一数据库为Mysql数据库，所述第二数据库为缓存数据库Redis，所述第三数据库为大型数据库Hbase。

S5：运维平台600接收向代理服务器500订阅的主题数据，并对所述主题数据进行分析，将分析结果分发至用户端进行交互展示。

可以理解的是，本实施例提出的多源数据融合的思想，将采集的供电设备的多源数据进行了数据封装和解析，并将得到的主题数据传输至运维平台600进行了有效的集成和交互，提高了数据的完整性和一致性，实现了数据的标准化和规范化，避免了数据的冗余和分散。通过代理服务器500和运维平台600进行主题数据的发布和订阅，将分析结果分发至用户端进行交互展示，实现了数据的动态更新和实时反馈，以及数据的可视化和智能化，降低了城轨供电设备运维工作的复杂度和重复性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列，现场可编程门阵列等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。