山東省調水工程泵站云化網絡建設介紹

郭振璐

(山東省調水工程運行維護中心蓬萊管理站，山東 蓬萊 265600)

山東省膠東地區引黃調水工程位于山東省膠東半島北部，工程自打漁張引黃閘引取黃河水輸送至威海市的米山水庫，途徑博興縣、壽光市、濰坊寒亭區、萊州市、蓬萊市、芝罘區和文登市等16個縣(市、區),橫跨整個膠東地區，輸水線路總長482km。工程管理機構按照三級設置：一級為設置在濟南的山東省調水工程運行維護中心，簡稱“省中心”；二級為沿線途徑地級市設置的6個分中心；三級為泵站、水庫和干線工程經過縣區設置的管理處。對應三級管理機構，設置調度中心、調度分中心和現地站三級調度職能。其中，調度中心設置在省中心，王耨泵站設置備用調度中心。各級泵站主要由廠房、閘站、管道等組成，運行模式分為調水運行和日常運行。自動化控制系統采用遠地DCS分布式控制，主要分為中控室和現地站兩部分。現地站以PLC控制器為核心采集水流量、輸水泵運行電氣量以及各級閥門狀態等信息，通過本地局域網將數據傳送到中控室統一處理顯示。由于工程線路長、項目多、數量大，當泵站傳統的網絡調度中心面對多組件監控問題時，還無法做到運行數據的實時共享，部分重要數據需要人力去現地站現場校驗核對。隨著云計算、大數據等新一代數字信息技術的飛速發展和5G網絡的到來，用戶對于實時數據的要求越來越高，對于泵站的調水管理工作也提出了新的挑戰。所以目前亟須通過統一的數據采集和管理平臺，實現資源有限整合與信息高度共享的目標。在縱向維度打通調度中心、分中心以及現地層數據網絡，橫向維度打通生產控制、信息管理和外部網絡，避免不同業務之間網絡重疊，使用統一平臺實現監測、監控等不同業務的統一管理，從而有效提高系統的運行效率。

1 傳統網絡與云化網絡

傳統網絡各組件監控會占用部分人力，而且運行數據很難達到實時準確地上報。傳統運維管理架構見圖1。現地站運行數據經校驗后上報到實時監控中心，由分調度指揮中心初步分析和工程管理核對視頻監控后統一上報總調度中心，調度步驟比較煩瑣，時效性較差。為了實現各泵站數據快速上云，達到云化一體管控的目標，山東省調水工程運行維護中心進行了云化數據網絡的建設。

圖1 傳統網絡架構

與傳統網絡相比，改造后的云化網絡讓運維管理更加精細、運維調度更加智能、信息服務更加便捷，此次建設改造從底層網絡結構入手，在主干網增添OptiX OSN 7500設備，該設備采用統一交換架構并具備分組傳送能力，可以實現對數據業務的高效統計復用，能夠確保高質量的語音業務傳送，從而使核心匯聚接入層數據能夠實時傳輸。在現地層增設網絡攝像頭，與中控室后臺監控軟件相結合，把重點設備運行情況經過服務器實時傳送到監控室，進一步減少人工操作。此數據經中控網絡可傳送到總控中心，并且可以對站點進行篩選查看，實現總控的統籌管理。云化網絡架構見圖2。在架構上把現地站數據模塊化，數據采集更加具有針對性，各模塊數據在上報到云平臺之后進行分析處理，對于出現的故障數據及時告警，各級監控中心在全景數據呈現的情況下能夠及時準確地下達調度命令，真正實現管控析一體化。

圖2 云化網絡架構

在新網絡架構之上搭建數字會議系統，以便進行各級部門之間的技能培訓以應對緊急突發事故。該系統于各級泵站設立會商室，在調度室安裝固定麥克風，主要參會人員在本席位使用麥克風進行發言，通過遠程視頻會議系統，將圖像同時采集，用于本地顯示系統或者傳送至遠端客戶端。

2 網絡建設

網絡建設從底層網絡設備開始重新規劃，增加性能更加強大的OptiX OSN 7500設備，補充現地監控設施，部署全網視頻會議系統，打通各級分部與調度總部的通信網絡。

2.1 基礎網絡架構

膠東調水自動化調度系統的主干網采用環形結構組建核心層和匯聚層，組網情況見圖3。核心層是整個網絡的主干部分，不僅要負責整個網絡的流量傳輸，還要配合防火墻設備進行用戶的安全準入認證，所以對于核心層的交換機在可靠性、容錯性、低延遲等方面具有較高的要求。匯聚層處于網絡的中間部分，連接著核心層與接入層，負責數據的分發功能。在高數據量負載的情況下，可以有效減輕核心交換機的壓力，同時匯聚層可以實施策略控制工作組的接入和局域網的隔離。接入層則主要面向用戶連接和訪問網絡。核心層以山東省調水工程運行維護中心為主調中心，以王耨泵站為備調中心，以清胥溝(南水北調機房)、北堤穿涵閘和宋莊泵站為中繼站，在核心層組建1個10Gbit/s兩纖雙向復用段保護環，發生故障時，SDH自愈環會進行主備倒換繼續路由，能夠在50ms內恢復端到端業務，用戶感知不到網絡重組，保證了網絡的穩定運行。

圖3 核心匯聚組網示意圖

匯聚層以王耨泵站為核心節點，以膠東調水和引黃濟青干渠沿線的12個泵站和北堤為匯聚節點，組建膠東環和引黃濟青環，受地理位置及光纜纖芯租用情況影響，以煙臺分局、高疃泵站和星石泊泵站組建煙臺環，光傳輸網絡拓撲情況見圖4。

圖4 光傳輸網絡拓撲示意圖

接入層為各級管理泵站，在各泵站建立兩張網絡，分別用于生產和管理，配置單向訪問策略，僅允許管理網訪問生產網絡，以便查看泵站運行數據，禁止反向查看，且僅管理網接入匯聚網絡。此次增加的OptiX OSN 7500設備具有以下優點，可以有效地支撐整個網絡的安全穩定運行：?采用的統一交換架構，能夠兼容分組模式、時分復用模式以及兩者的混合模式；三種模式之間可以進行板級擴展，平滑轉換，減少網絡重疊，有效降低傳送成本；?層次化的運維能力，能夠完成從底層網絡隧道檢測到直連設備鏈路聯通再到整體業務的環回測試；實現了網絡分層故障定位，在故障時迅速檢測并進行保護倒換，從而提升網絡的可靠性；?內置波分技術，在單根光纖能夠進行多個波長的數據傳輸，可以與波分設備完成多種靈活的組網方案。基于該設備提供的高性能傳輸數據能力，可以實現實時數據的交互和上報。

2.2 互聯設備部署與規劃

基于底層網絡建設，把各級泵站底層網絡打通，以便實現運行數據的實時共享。為了方便管理，提供實時監控畫面，將本級泵站重點監控畫面通過網絡上報到調度中心。

攝像頭均根據地址規劃標段提供的規劃設定私網IP，為了方便區分各攝像頭，把各攝像頭在管理頁面以功能命名。各級泵站部署架構見圖5。通過網絡攝像頭，可根據現地服務器調閱所有監控畫面，各級服務器規格配置按照泵站實際攝像頭數量定制。

圖5 網絡攝像頭部署

調度電話采用Aeonix調度通信平臺，該調度平臺是在HTML5WEB的基礎上開發的通用型平臺，不僅支持電腦瀏覽器頁面操作，還可以在智能手機和平板電腦上操作，使用更加便捷，操控臺具有添加會議人員、掛斷和禁言等功能。其拓撲結構見圖6。

圖6 調度電話拓撲示意圖

調度操作員可以進行多方會議或者預約會議，且該平臺使用開放的標準協議接口，可以接入標準化的音頻設備。調度員能夠實時對調度系統中的呼叫保存錄音，以便會議后進行分析。其服務器采用N×N備份模式部署架構，見圖7。

圖7 N×N備份模式

數據隨機保存到可用的服務器中，且每臺服務器具備自動復制功能，即使單節點服務器出現異常，數據源也可以馬上切換到可用備份服務器數據庫。

3 智能視頻會議管理系統

在面對復雜調度場景和緊急突發事件，緊靠調度電話無法統籌全局，作出正確的決策。基于以上底層網絡和互聯網絡設備，搭建起基于各級泵站的站點級數據管理、視頻會議系統。隨時查看各站點重要運行數據，以便智能決策，實現真正的統籌管理。

整個系統要保證高可靠性：支持媒體版備份、IP地址網口備份、單元與主控板備份等，支持視頻會議系統24小時無故障運行，系統架構見圖8。

圖8 通信網絡架構

本通信網絡通信采用IP網絡傳輸數據，視頻協議采用H.264格式編碼，支持高清視訊終端，最高可以提供1080P視頻圖像。音頻協議采用AAC-LD/LC格式編碼，支持H.239、BFCP高清雙視頻流協議。通過該平臺可以把演講稿同步顯示，實現全景式會議。

基于以上各級網絡及通信設備的搭建，最終實現網絡數據實時共享，達到總部統攬各級泵站狀況、分部實時上報信息到總部的目標，在遇到緊急突發狀況時，網絡視頻將會發揮越來重要的作用。

4 結 語

在當前云化數據信息技術飛速發展的背景下，用戶對于實時可視化數據和總部統籌安全管理調度需求愈加迫切，泵站的自動化與智能化運維能力就顯得非常必要。加強現地網絡可靠性，保證網絡數據的連續性，云視頻會議為泵站傳遞新技術和應急管理提供了可靠保障。云化網絡的建設改造為泵站的自動化運維和智能化統籌管理打下了堅實的基礎。