面向安卓系統(tǒng)的電氣設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺(tái)設(shè)計(jì)

胡浩軍+郭玲

摘 要： 隨著分布式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及故障診斷技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程協(xié)同診斷技術(shù)得到越來(lái)越多研究者的關(guān)注。在綜合以上技術(shù)的前提下，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于Android系統(tǒng)的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺(tái)。該系統(tǒng)服務(wù)器端采用了Struts2、Hibernate和Spring框架。結(jié)合Android Studio、MySQL和Tomcat等開(kāi)發(fā)環(huán)境，并借助網(wǎng)易云信相關(guān)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)群體性、分布性和協(xié)作性的虛擬設(shè)備診斷環(huán)境，實(shí)現(xiàn)用戶與專(zhuān)家之間的多種共享交互功能、故障會(huì)診的發(fā)起與分配以及故障診斷所需信息的管理和調(diào)用。

關(guān)鍵詞： 分布性； 遠(yuǎn)程協(xié)同診斷； Android； 故障診斷

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1006-8228（2018）01-04-05

Design of electrical equipment Remote Cooperative Fault Diagnosis platform for Android

Hu Haojun， Guo Ling

（School of Automation， Nanjing University of Science and Technology， Nanjing， Jiangsu 210094， China）

Abstract： With the development of distributed system， computer technology， network communication technology and fault diagnosis technology， more and more researchers pay attention to Remote Cooperative Fault Diagnosis （RCFD） technology. Based on the above technologies， a remote collaborative diagnosis platform for Android is designed and implemented， which uses the Struts2， Hibernate and Spring framework， and combines with Android Studio， MySQL， Tomcat and other development environments， via Netease.im， a virtual device diagnosis environment of group， distributed and collaborative is built. The system achieves a variety of shared interaction functions between experts and users， the initiation and distribution of fault diagnosis， and the management and invocation of information required for troubleshooting.

Key words： distribution； remote cooperative diagnosis； android； fault diagnosis

0 引言

在整個(gè)電力系統(tǒng)，電氣設(shè)備的地位舉足輕重，電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)直接影響到電力系統(tǒng)能否正常運(yùn)行[1]。由于大部分電力設(shè)備本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備的故障類(lèi)型也變得復(fù)雜多樣，并且電力設(shè)備故障經(jīng)常存在連鎖反應(yīng)，因此增加了現(xiàn)場(chǎng)維修人員的維修難度。傳統(tǒng)的故障維修方式，由于地域和時(shí)間限制，導(dǎo)致大部分診斷資源分散、診斷效率低、 斷成本高等弊端，已經(jīng)難以勝任復(fù)雜設(shè)備的維修任務(wù)。隨著互聯(lián)網(wǎng)科技的迅猛發(fā)展，遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷[2]（Remote Cooperative Fault Diagnosis RCFD）技術(shù)得到了越來(lái)越多研究者的研究，并在復(fù)雜設(shè)備故障診斷領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，有效的提高了故障診斷效率，降低了維修費(fèi)用。遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷技術(shù)是以計(jì)算機(jī)學(xué)、移動(dòng)計(jì)算技術(shù)和分布式人工智能等學(xué)科為基礎(chǔ)，為處在不同地域、相同甚至不同領(lǐng)域的診斷資源（診斷專(zhuān)家，技術(shù)人員，設(shè)備廠商等）提供一個(gè)開(kāi)放的協(xié)同診斷環(huán)境[3]。

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代的到來(lái)，為傳統(tǒng)行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇。通過(guò)利用信息技術(shù)、通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，傳統(tǒng)行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互促進(jìn)，共同發(fā)展。正是在此基礎(chǔ)上，本文將遠(yuǎn)程協(xié)同故障診斷技術(shù)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合，以移動(dòng)終端為診斷平臺(tái)，整合不同地域、領(lǐng)域的專(zhuān)家資源，實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障會(huì)診[4]。遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺(tái)包括服務(wù)器端和移動(dòng)終端。用戶使用移動(dòng)端發(fā)送診斷任務(wù)請(qǐng)求，系統(tǒng)會(huì)分析該診斷任務(wù)，然后根據(jù)已有的診斷專(zhuān)家的相關(guān)信息，將任務(wù)發(fā)送給合適的診斷專(zhuān)家，相應(yīng)的專(zhuān)家與用戶之間采用多種共享交互手段對(duì)故障進(jìn)行協(xié)同診斷。

1 關(guān)鍵技術(shù)

1.1 SSH框架

SSH框架是將Struts 2、Spring和Hibernate三個(gè)技術(shù)融合在一起的一種開(kāi)源框架，是目前比較流行的一種Web應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)框架[5]。

Struts 2是一個(gè)結(jié)合了Servlet和JSP技術(shù)，基于J2EE平臺(tái)實(shí)現(xiàn)MVC思想的優(yōu)秀開(kāi)源框架[6]。Struts 2框架充分體現(xiàn)了MVC開(kāi)發(fā)模式，較低的開(kāi)發(fā)周期、高維護(hù)性吸引了大量開(kāi)發(fā)人員的青睞。Struts 2框架整合了Servlet、JSP、自定義標(biāo)簽和信息資源等開(kāi)發(fā)技術(shù)，因此在使用框進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，開(kāi)發(fā)人員只需通過(guò)簡(jiǎn)單、集中的配置即可實(shí)現(xiàn)MVC開(kāi)發(fā)模式，極大的提高了開(kāi)發(fā)效率。endprint

Spring是一個(gè)具有高凝聚力和吸引力的企業(yè)級(jí)輕量框架。Spring框架采用IOC（Inversion of Control，控制反轉(zhuǎn)）和AOP（Aspect Oriented Program，面向切口編程）兩種技術(shù)為基礎(chǔ)，使得組件之間具有高度的解耦性。同時(shí)，高度的整合性使得Spring框架能夠與其他框架結(jié)合，從而為企業(yè)級(jí)應(yīng)用提供了一個(gè)一站式解決方案。Spring的可重用性，使得抽象出來(lái)的代碼可以移植到其他程序中，減少了開(kāi)發(fā)成本。

Hibernate是一個(gè)開(kāi)放源碼的持久化技術(shù)框架，它對(duì)JDBC進(jìn)行了輕量級(jí)封裝，使得開(kāi)發(fā)人員可以使用面向?qū)ο蟮乃枷雭?lái)操作關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，在Java客戶端程序以及Web應(yīng)用中，Hibernate可以像JDBC那樣對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。同時(shí)，作為一個(gè)優(yōu)秀的持久層框架，Hibernate也可以輕松和Struts 2、Spring等框架結(jié)合來(lái)解決系統(tǒng)問(wèn)題。

SSH架構(gòu)圖如圖1所示。

Struts 2管理Web層。首先，用戶在前臺(tái)網(wǎng)頁(yè)表單中填寫(xiě)的數(shù)據(jù)會(huì)傳給ActionForm，然后通過(guò)配置文件找到對(duì)應(yīng)的Action進(jìn)行處理，處理完成后再返回到指向的網(wǎng)頁(yè)，在Struts-config.xml文件匯中配置了Action的映射對(duì)象。

Spring管理業(yè)務(wù)層，即Service層類(lèi)。Service層主要處理業(yè)務(wù)流程和控制事物，擴(kuò)展了DAO類(lèi)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的一些操作，通過(guò)實(shí)現(xiàn)Service類(lèi)接口，融合多個(gè)DAO類(lèi)的功能來(lái)形成業(yè)務(wù)邏輯。

Hibernate管理持久層，業(yè)務(wù)層通過(guò)持久化類(lèi)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行增刪查改操作。Hibernate需要配置hbm.xml文件和PO（Persistent Object），是與數(shù)據(jù)庫(kù)中的表一一對(duì)應(yīng)的，然后定義DAO類(lèi)，主要負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)的交互。

1.2 網(wǎng)易云信技術(shù)[7]

網(wǎng)易云信是網(wǎng)易公司為廣大開(kāi)發(fā)者提供的一款即時(shí)通訊云服務(wù)產(chǎn)品，以PaaS為服務(wù)模式，向開(kāi)發(fā)者提供相關(guān)SDK開(kāi)發(fā)包以及開(kāi)源的API，讓開(kāi)發(fā)者能夠快速地將云信產(chǎn)品接入到自己的程序中。網(wǎng)易云信提供IM即時(shí)通訊、實(shí)時(shí)音視頻、專(zhuān)線電話、短信等多種功能。本系統(tǒng)采用了網(wǎng)易云信提供的IM即時(shí)通訊和實(shí)時(shí)音視頻服務(wù)。

IM服務(wù)提供了一整套即時(shí)通訊基礎(chǔ)能力，通過(guò)該平臺(tái)提供的產(chǎn)品服務(wù)可以將即時(shí)通訊、實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信快速的集成到開(kāi)發(fā)者自身應(yīng)用當(dāng)中。網(wǎng)易云信提供了一系列產(chǎn)品、技術(shù)解決方案，為開(kāi)發(fā)者適應(yīng)不同的應(yīng)用環(huán)境，主要產(chǎn)品有客戶端IM組件、客戶端IM基礎(chǔ)庫(kù)、全平臺(tái)SDK以及服務(wù)端API等。通過(guò)網(wǎng)易云信IM SDK，可以實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)功能有私信、即時(shí)聊天、消息通知、游戲?qū)?zhàn)通訊等。

網(wǎng)易云通信實(shí)時(shí)音視頻服務(wù)為開(kāi)發(fā)者提供了實(shí)時(shí)音視頻功能的相關(guān)接口，能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多人的音視頻功能。實(shí)時(shí)音視頻服務(wù)具有高穩(wěn)定、高品質(zhì)、高實(shí)時(shí)等特點(diǎn)，其小于200ms的延時(shí)、抗800ms的網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)、采樣率最高支持48KHz等特性極大的保證了音視頻的通話質(zhì)量。為滿足開(kāi)發(fā)者各種需求，實(shí)時(shí)音頻服務(wù)適用于各類(lèi)場(chǎng)景，例如社交聊天、視頻教學(xué)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域。

2 系統(tǒng)需求分析與設(shè)計(jì)

2.1 需求分析

遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺(tái)面向普通用戶和專(zhuān)家用戶。普通用戶為設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員，通過(guò)注冊(cè)登錄診斷平臺(tái)，完善各類(lèi)相關(guān)信息，主要包括：用戶單位信息、用戶單位設(shè)備信息、設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。當(dāng)普通用戶無(wú)法及時(shí)解決現(xiàn)場(chǎng)故障診斷時(shí)，可將本次診斷任務(wù)及相關(guān)數(shù)據(jù)分發(fā)給相應(yīng)的診斷專(zhuān)家，邀請(qǐng)?jiān)\斷專(zhuān)家解答，并對(duì)專(zhuān)家的解答給予評(píng)價(jià)。專(zhuān)家用戶通過(guò)平臺(tái)獲得來(lái)自普通用戶的診斷邀請(qǐng)以及設(shè)備故障的相關(guān)信息，根據(jù)自身情況來(lái)確定是否接受診斷請(qǐng)求。系統(tǒng)為用戶和接受邀請(qǐng)的專(zhuān)家提供一個(gè)能實(shí)時(shí)交流的平臺(tái)，專(zhuān)家和用戶通過(guò)平臺(tái)共享信息和數(shù)據(jù)，商討對(duì)策，從而達(dá)到對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行協(xié)同診斷的目的。診斷結(jié)束后，系統(tǒng)記錄本次診斷結(jié)果，同時(shí)更新診斷家列表。

2.2 方案設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用Struts、Spring、Hibernate的融合框架，結(jié)合它們各自的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。數(shù)據(jù)庫(kù)采用MySQL輕量級(jí)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠快速、靈活的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。在集成開(kāi)發(fā)環(huán)境方面，服務(wù)器開(kāi)發(fā)采用Eclipse開(kāi)發(fā)環(huán)境。Eclipse是流行的Java開(kāi)發(fā)工具，配合第三方插件，可以更快捷的開(kāi)發(fā)Web應(yīng)用。移動(dòng)端采用Android Studio開(kāi)發(fā)環(huán)境，它是Google公司推出的新一代Android開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)速度相比其他開(kāi)發(fā)工具更快。

2.2.1 服務(wù)器端設(shè)計(jì)[8]

服務(wù)器端包括：用戶信息管理、專(zhuān)家信息管理、企業(yè)信息管理、設(shè)備參數(shù)信息管理、診斷信息管理、公告信息管理六個(gè)功能模塊。各模塊功能如下。

⑴ 用戶信息管理。通過(guò)用戶名查詢相關(guān)普通用戶基本信息，對(duì)用戶信息進(jìn)行增加、刪除、查詢和修改操作。用戶信息管理主要管理用戶在注冊(cè)時(shí)所填寫(xiě)的基本信息，例如用戶名、密碼、單位名稱、聯(lián)系電話、郵箱、密保問(wèn)題和密保答案等。

⑵ 專(zhuān)家信息管理。通過(guò)專(zhuān)家用戶名或研究領(lǐng)域等查詢相關(guān)專(zhuān)家注冊(cè)時(shí)填寫(xiě)的信息，其操作和用戶是一樣的，這里不再?gòu)?fù)述。

⑶ 企業(yè)信息管理。該模塊主要管理所有用戶的單位信息，可進(jìn)行增刪查改操作。

⑷ 設(shè)備參數(shù)信息管理。包括用戶上傳的所有設(shè)備基礎(chǔ)信息，包括設(shè)備型號(hào)、設(shè)備規(guī)格、額定容量、額定電壓、額定電流、空載電流、短路電流等?？筛鶕?jù)設(shè)備型號(hào)進(jìn)行查找。正在運(yùn)行的設(shè)備會(huì)根據(jù)所在用戶單位進(jìn)行分類(lèi)，可查看正在運(yùn)行設(shè)備的在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)[9]。其中，設(shè)備的在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備智能化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集，存儲(chǔ)到該系統(tǒng)自帶的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后通過(guò)一些列接口轉(zhuǎn)存到本地關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶通過(guò)選擇相應(yīng)編號(hào)的設(shè)備，即可查看該設(shè)備在線數(shù)據(jù)。以變壓器的在線數(shù)據(jù)為例，可查詢變壓器最近15天的8種特征氣體（H2，CO，CO2，CH4，C2H2，C2H4，C2H6，總烴）的溶度。endprint

⑸ 診斷信息管理。可根據(jù)普通用戶名、專(zhuān)家用戶名或設(shè)備型號(hào)查詢?cè)\斷記錄，診斷記錄包含診斷信息，即：診斷專(zhuān)家，診斷時(shí)間，專(zhuān)家解答等信息。

⑹ 公告信息管理。管理員對(duì)平臺(tái)所有用戶推送的公告信息?？蓪?duì)公告信息進(jìn)行增刪查改操作。

2.2.2 客戶端設(shè)計(jì)

客戶端為基于Android系統(tǒng)的移動(dòng)終端，分為普通用戶端和診斷專(zhuān)家端。

普通用戶端主要功能如下。

⑴ 企業(yè)信息查詢。查詢當(dāng)前用戶所在企業(yè)的相關(guān)信息。

⑵ 設(shè)備信息查詢。查詢當(dāng)前用戶所在企業(yè)所有設(shè)備的基本信息。

⑶ 設(shè)備在線數(shù)據(jù)查詢。包括用戶所在企業(yè)所有設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

⑷ 未接受診斷查詢。用戶向診斷專(zhuān)家發(fā)出診斷邀請(qǐng)，但專(zhuān)家還未接受的診斷任務(wù)。

⑸ 已接受診斷查詢。遠(yuǎn)程診斷專(zhuān)家已接受的故障診斷請(qǐng)求，同時(shí)用戶可與相關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行交互。

⑹ 已完成診斷查詢。已經(jīng)完成的診斷任務(wù)，用戶可查看診斷記錄，同時(shí)對(duì)診斷結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

診斷專(zhuān)家端主要功能如下。

⑴ 診斷邀請(qǐng)查詢。查詢接受到的普通用戶診斷邀請(qǐng)，并選擇是否接受診斷請(qǐng)求。

⑵ 正在進(jìn)行的診斷查詢。查詢已接受的所有診斷任務(wù)，通過(guò)選擇相應(yīng)的任務(wù)可查看故障設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)入診斷狀態(tài)。

⑶ 已完成診斷查詢。查詢已完成的診斷任務(wù)。

2.2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要的數(shù)據(jù)庫(kù)表包括普通用戶信息數(shù)據(jù)表、專(zhuān)家信息數(shù)據(jù)表、設(shè)備信息數(shù)據(jù)表、設(shè)備在線數(shù)據(jù)表、故障診斷信息表等。數(shù)據(jù)庫(kù)E-R圖如圖2所示。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于Android系統(tǒng)的設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺(tái)主要由移動(dòng)終端、Web服務(wù)器、MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)以及網(wǎng)易云信服務(wù)器等部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3.2 工作原理

設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷是通過(guò)建立了動(dòng)態(tài)診斷聯(lián)盟[10]，采用互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，將不同地域、領(lǐng)域的診斷資源組織起來(lái)，并為相應(yīng)的診斷資源（診斷專(zhuān)家）提供一個(gè)虛擬的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷環(huán)境，在該環(huán)境中進(jìn)行設(shè)備故障的遠(yuǎn)程協(xié)同診斷，以資源的集成實(shí)現(xiàn)了故障診斷的優(yōu)化。

設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷流程如下：

⑴ 普通用戶在移動(dòng)端設(shè)備上發(fā)處診斷邀請(qǐng)，同時(shí)上傳設(shè)備相關(guān)信息（包括圖片、在線數(shù)據(jù)等）；

⑵ 故障診斷中心（服務(wù)器端）接收到用戶的診斷邀請(qǐng)后，對(duì)該次診斷任務(wù)進(jìn)行分析，根據(jù)故障特征選擇合適的診斷專(zhuān)家，然后將診斷邀請(qǐng)轉(zhuǎn)發(fā)送給這些診斷專(zhuān)家；

⑶ 診斷專(zhuān)家通過(guò)專(zhuān)家端移動(dòng)設(shè)備查看接受到的診邀請(qǐng)，并從服務(wù)器端下載相關(guān)信息，通過(guò)查看信息決定是否參與診斷，然后向診斷中心反饋診斷意向；

⑷ 在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，診斷中心根據(jù)接受到的診斷專(zhuān)家反饋信息，為決定參與診斷的專(zhuān)家以及用戶提供給一個(gè)獨(dú)立的診斷空間，進(jìn)行故障會(huì)診；

⑸ 普通用戶根據(jù)故障會(huì)診過(guò)程提出的診斷方案對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，并將本次診斷結(jié)果上傳到診斷中心；

⑹ 診斷中心根據(jù)診斷結(jié)果更新專(zhuān)家列表。

系統(tǒng)主要流程如圖4所示。

4 運(yùn)行環(huán)境

面向安卓系統(tǒng)的電氣設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺(tái)的運(yùn)行環(huán)境包括服務(wù)器端環(huán)境和移動(dòng)終運(yùn)行環(huán)境。

服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境：Windows Server 2012 R2，CPU 1核，內(nèi)存2GB；

移動(dòng)終端運(yùn)行環(huán)境：移動(dòng)終端為兩臺(tái)Android系統(tǒng)手機(jī)和Genymotion模擬器，CPU都為8核，系統(tǒng)版本分別為Android 5.0.2，Android 4.4.4和Android 5.1。

5 結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)的設(shè)備遠(yuǎn)程協(xié)同診斷平臺(tái)為電氣設(shè)備的故障診斷提供了可靠的遠(yuǎn)程診斷支持，通過(guò)對(duì)診斷資源進(jìn)行合理的分配，實(shí)現(xiàn)診斷資源分配最優(yōu)化、診斷精確化，從而使設(shè)備故障診斷及時(shí)、準(zhǔn)確和可靠，最大限度地減少了因設(shè)備故障沒(méi)能得到及時(shí)排除而導(dǎo)致的企業(yè)損失。SSH框架的應(yīng)用使得系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展性、維護(hù)性和解耦性。通過(guò)使用移動(dòng)終端設(shè)備，用戶和專(zhuān)家即可進(jìn)行設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)的共享以及設(shè)備故障的分析，從而達(dá)到了系統(tǒng)使用的便攜性特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)實(shí)踐，與以往的故障診斷系統(tǒng)相比，本診斷平臺(tái)提出的新型會(huì)診方式在故障診斷的可靠性和準(zhǔn)確性上顯著提高，已經(jīng)能完成比較復(fù)雜的設(shè)備故障協(xié)同診斷。同時(shí)，本系統(tǒng)仍然存在一些缺陷，比如當(dāng)用戶和專(zhuān)家數(shù)量龐大時(shí)，在診斷任務(wù)如何更有效的發(fā)送給相關(guān)專(zhuān)家上還存在不足。

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