承载平台（精选六篇）
承载平台 篇1
一、海洋平台钻机井架现场测试
为了更加全面地了解海洋平台钻机井架的实际情况, 在对井架编号处理的基础上, 我们又进行了对海洋平台钻机井架的结构及外观检测分析、腐蚀检测分析及应力应变检测分析等。分析的结果表明:井架没有存在任何的载荷偏离中心、磁粉的探究损伤结果也没有显示出任何可以看见记录的裂纹。
1关于海洋平台钻机井架的腐蚀检测。采用的是TT100超声波的测量厚度的仪器对所有的杆的零件进行了超声波的测量厚度, 其中一些被海水腐蚀较厉害的杆件厚度对比情况请看下面的表格。 (腐蚀程度= (原始厚度-实际厚度) /原始厚度)
把上面表格中所有杆件的腐蚀程度计算出来, 可以得到钻机井架的平均腐蚀率为9.73%。
2应变测试。根据相关的标准规则和平台钻机井架现在拥有的加载条件, 分别对钻机井架施加190kN、220kN、350kN载重进行应变测试。在钻机井架的下面大腿部位一共布置了9个测点位置, 每个测点位置分别在主要位置的不同侧面布置了3个测试点。然后分别对每个部位的加载从高到低2次, 从低到高也是2此, 采取同一个测试点位置的平均数值, 记录应变的测试记录数据。
二、有限元分析
1为了给后面的整体稳定性提供一定的数字可靠的参考, 首先需要对钻机井架做出整体的有限元分析, 并且在这个基础上进行曲折的分析, 进而得到井架的整体稳定性安全数据。
2经过简化的钻井机架几何模型可以拆分为井架下面、上面、井架的支座及天车的箱梁四部分。由于海洋平台钻机机架是三维的杆件构造, 各个杆件不单单需要承受着轴向力, 还要承受着附加的弯矩力, 因此要采用三微量单位的方式。对于钻机井架不同截面型钢材所构成的梁和支撑, 可以在处理的时候对照不同的实际常数。根据实际的构造, 本文作者定义出了30中截面的类型, 同时也就对照了30组实际常数。综合思考了计算时间和内存的消耗, 这个有限元模型单位的大小假设设为100cm, 通过划分网格, 共有6850个节点和7076个单元。
3有限元的分析结果。钻机井架的最高承载限度是井架设计时所允许的最大负荷重量, 也可以认为是施加在井架结构上面的最大重量。只有对该工程情况进行有限元的分析计算后, 才能够明确钻机井架的极限强度。利用ANSYS、FEPG、SciFEA、JiFEX、KMAS等有限元的分析软件可以对最大载重量1700kN工程情况的有限元模型进行分析, 得到的最大应变压力和最大应力。其数值分别为7.56×10-4和190MPa。最大的综合位移距离为11.3cm, 数值适中。然而, 钻机井架的材料为16Mn, 结果, 最大应力远远小于期许的用应力。由此可见, 最大钩载载重情况下, 井架的强度足够强。
4有限元的计算结果分析。为了可以更确切地对有限分析元结果进行验证, 本文作者参考了一些生产厂家设计的钻机井架通过第三方的验证, 保证有限元计算分析结果的精准。在对比中发现, 在最高的钩载工情况下, 这一次有限元的计算结果得到的最大应力为160MPa, 结果只是相差了1.4%, 从而再次验证了此次有限元计算的精确性, 也说明了这次我们使用的有限元的计算方法是争取的。
三、井架承载能力计算及研究
将得到的无损坏海洋钻机井架的有限元计算应用力结果代入实际的承载能力计算公式, 再根据前面的实际测量数据, 我们就可以得到具体的损坏系数。由于钻机井架的平均腐蚀率为9.73%, 那么腐蚀引起的损坏系数f1= (1-0.0973) 2≈0.816。如果只有1根钻机井架的腿弯曲现象, 假设这段大腿长度为0.01km, 弯曲矢高为1.5cm, 杆部件的系数取10, 将以上的参数代入公式, 就能够得到杆件的初始弯曲损坏的系数f2=1-1.5a Ci=0.977。如果这个井架已经使用了18a, 那么井架的使用年数就等于18, 将上面的数值分别代入公式就可以得到应力其中损害系数f3=0.943。将计算得到的f1、f2、f3代入上面公式, 就得到了三种测试载重力的结果, 与实际测量的数据结果对比如下表格。
从上面表格中我们可以看出, 除了测试点4以外, 其他测试点的计算应力和实测力的误差都比较小, 测点4的数据表明了, 在三种测试的重荷下的计算应力均要比实测的应力小0.1左右。作者发现了测点4刚好位于存在弯曲部位的钻机井架的下面部位, 由于对杆件弯曲的影响, 这个地方的实际应力应该会增大, 这也证明了杆件弯曲会带来机井井架承载能力的大幅度下降。
结语
将现场测试得到数据转化为损坏的系数, 并将它代入钻机井架的实际承载能力计算公式进行计算应力, 结果表明了, 现场测试与理论上的结算结果很接近, 其中应力集中这一因素对井架的承载能力影响较大。对于使用时间较长的井架我们必须考虑加固或者更换。
摘要：海洋平台钻井架所处的环境比较恶劣, 很容易出现问题。因此, 对它的承载能力的研究很有意义。本文以某海洋平台钻机井架现场测试为研究案例, 发现了该钻机井架出现的一些问题, 针对这些问题, 本文对钻机井架进行了有限元分析和其承载能力的计算研究。
关键词：海洋平台,钻机井架,承载能力,计算研究
参考文献
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[5]王海峡, 赵广慧.波流极值载荷作用下隔水管的非线性分析[J].石油矿场机械, 2010 (11) :46-89.
[6]周国强, 刘金梅, 葛慰敏, 等.勘探三号海洋钻井井架动力特性测试与安全评估[J].石油矿场机械, 2011 (08) :120-145.
[7]王腾, 张修占, 朱为全.平台运动下深水钻井隔水管非线性动力响应研究[J].海洋工程, 2012 (03) :130-156.
承载平台 篇2
《龙腾世纪2》的故事和《龙腾世纪：起源》的部分时空背景重叠，玩家在游戏中将可选择主角的性别，但不可选择种族(预设为人类)，男性的预设姓名为Garrett Hawke，女性则为Marian Hawke，官方表示，将会针对男、女性主角的部份进行配音的工作。在《龙腾世纪2》中玩家将扮演少数几位从家园浩劫中逃出的幸运人士之一，为了能在这个面目全非的世界中活下去需奋力一战。该作采用全新的战斗机制。无论玩家扮演何种角色，战斗始终围绕你展开，像中军主帅那样来指挥，像斯巴达那样去战斗。游戏画面大幅进化，细节刻画更为出色。视觉风格与前作有别样不同。
《龙腾世纪2》在游戏玩法和游戏结构方面的每个修改都较前作有明显地升级。游戏战斗更加平衡，也更加血腥。你不必在与货物系统作斗争了，通过引入《质量效应》的转轮系统让游戏会话系统更有吸引力。半线性的游戏故事和重复的场景让原本很棒的一款RPG游戏显得非常无趣。尽管有这些缺点，《龙腾世纪2》仍然是一款值得重复游玩的作品。
《龙腾世纪2》可以灵活缩放视角，而且游戏中的战斗节奏要比《龙腾世纪：起源》快很多，正如官方宣传的那样玩家完全可以把《龙腾世纪2》当作一款ACT游戏来玩。《龙腾世纪2》的打击感实在是太优秀了，无论是战士的技能还是法师的魔法打在敌人身上都能让玩家感觉非常逼真。
《龙腾世纪2》的背景音乐与音效延续了《龙腾世纪：起源》的高水准，尤其是武器打击的音效比《龙腾世纪：起源》更逼真。如果说《龙腾世纪：起源》是刀刀至肉的话，那么《龙腾世纪2》就是刀刀入骨，搭配《龙腾世纪2》更快节奏的战斗游戏体验效果确实能让玩家尽兴。
游戏有上百种魔法特效，高端PC图形卡可将魔法的视觉效果发挥至极致。比如粒子边缘更圆润，与周遭环境融合得更好，没有让人倒胃口的硬过渡和接触点。
《龙腾世纪2》应用了DX11独有的曲面细分技术，使物体轮廓更加光滑可人；《龙腾世纪2》的引擎同时还支持置换贴图，以增强物体表面细节的丰满程度。此外还有玩家耳熟能详的SSAO和弥散景深赋予游戏更具说服力的画面表现：前者在多建筑的城市环境中十分有用，后者可模仿人的自然视觉(即忽视焦点之外的近距物体)。
对于这款游戏，需要什么样的配置玩家才能流畅的玩转起来?下面看看官方给出的配置需求。
最低配置：
系统：Windows XP 32位sP3／Windows Vista 32位SP2／Windows 7 64位
CPU：Intel Core 2 Duo 1.8 GHz或AMD Athlon 64 X2 1.8 GHz
内存：1GB (1.5 GB Vista and Windows 7)
显卡： Radeon HD 2600 Pro 256 MB / NVIDIA GeForce 7900 GS 256MB
光驱：Drive：DVD ROM drive required
硬盘：7 GB
声卡：兼容DirectX 9.0c推荐配置：CPU: Intel Core 2 Quad 2.4 GHz或AMD Phenom II X3 Triple core 2.8 GHz内存: 2GB (4 GB Vista andWindows 7)显卡：ATI 3850 512 MB / NVIDIA 8800GTS 512 MB DirectX11模式显卡：ATI HD 5850 / NVIDiA GTX 460
从配置单上看，玩家几乎可以轻松玩转《龙腾世纪2》，除了最低配置比《龙腾世纪：起源》高一点外，推荐配置基本上与1代相同，唯一不同的是《龙腾世纪2》支持DX11，那在DX11下自然需要一块DX11显卡，除此之外基本无压力!虽然硬件要求不高，但是一款好的显卡还是非常有必要的，下面这款显卡就是专为游戏而生的显卡。
显卡默认频率790MHz的核心频率高于公版显卡，而华硕的EAH6850加强版显卡还为玩家留有超频空间，这是因为其在供电部分采用了四相核心供电，而公版显卡仅为3相。多出一相供电可为显卡在高频下提供更加稳定的保障，另外显卡还采用了两个6pin外接独立供电，为超频打下坚实基础。而华硕EAH6850加强版显卡的最大亮点就是在供电模组上采用了S.A.P(SuperAlloy Power)超合金动力设计，高温合金的一种，是华硕特选金属在独家比例混合下，高温、高压制程环境中，诞生的超合金料件。在工业领域，这类合金因为在高温环境中有很高的持久、蠕变和疲劳程度，因此广泛应用于航空、航天、舰船、发电以及石油化工等工业中。超合金动力设计，带来性能提升的同时，更有效降低温度及延长使用寿命。
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有了一款好的显卡，还需要一款性价比高的主板才能将显卡的性能完全发挥。华硕M4A87T主板采用AMD 870芯片组支持高达5200MT／s的HyperTransport 3.0系统总线，支持PCI Express 2.0×16显卡。此外，它还对AMD最新的AM3和多核处理器进行优化，提供卓越的系统性能和超频能力。能够支持AMD Socket AM3多核处理器，AMD AM3处理器配备独特的三级高速缓存，具有极佳的超频能力和更低的功耗。除此之外，主板上搭配的华硕独家的智能技术，能够轻松提升CPU的性能并进一步榨取CPU的超频潜力。
承载平台 篇3
2013年1月,笔者著《论矿山物联网的结构性平台与服务性平台》[1]介绍了矿山物联网服务性平台的一些可能的应用服务,如分布式监测监控底层服务、为第三方提供公共服务、多学科协同工作服务以及矿山云服务等。矿山物联网的本质是服务,矿山物联网是一个承载服务的平台应该成为业界的共识。矿山的各种应用,如地质、测量、矿山建设、矿山生产、矿山安全、产品加工与运销、矿山生态等都是在该平台下的应用服务。传感、传输、信息处理、云计算、智能决策、大数据、现代控制、现代信息管理等技术都是为这些应用服务提供技术支撑的。
本文重点论述矿山物联网服务承载平台的作用与意义,分析矿山物联网应该具有的公共服务能力,如基于位置的服务、基于时间的服务、基于信息的服务、基于云的服务、基于大数据的服务、基于语义的服务等,概要给出矿山购买服务的模式。可以预见,这些服务能力会随着需求的提高和技术的发展而不断得到充实与扩展。
1 矿山物联网的本质———服务承载平台
1.1 “三自模式”及其带来的问题
矿山综合自动化建设已经取得了不俗的成绩,但从大的格局来讲,几乎所有矿山的综合自动化系统建设都是沿袭传统的理念与思路,即矿山自己建设、自己使用、自己维护模式。这种自建、自用、自维的“三自模式”从建设初期就没有考虑是否应具备将第三方的应用服务纳入到网络里的能力,一切均是自己来做,基本是一个封闭的系统。因此,极易出现“感知手段传统单一,缺乏泛在感知网络,重硬集成轻软集成,缺乏应用层面的信息融合,缺乏标准建设,多学科交叉应用不够”等问题[2]。这些问题已经严重阻碍了矿山综合自动化的进一步发展,大多数己经建设了综合自动化系统的矿山均反映系统没有起到应有的作用,甚至一些矿山的综合自动化系统成了摆设。
除上述问题外,“三自模式”并不符合矿山运行过程中对服务灵活伸缩的需求,如过断层、遇老空区、采空区发火等,可能临时需要压力监测、突水监测、注浆注氮系统测控等子系统。但在传统的“三自模式”下,要建设这些系统都需要经过立项、论证、审批、建设和验收等流程,而且一旦建设,就成为网络里固定的子系统,不管是不是仍有需要都不能从网络中撤除,因为一旦再需要,重复申请建设这样的子系统几乎是不可能的。
1.2 矿山物联网服务承载平台与购买服务模式
感知矿山物联网应该是一个服务承载平台。所谓服务承载平台,就是方便各种服务提供商为矿山提供各种服务,同时也能为今后不断增长的需要或随时可能的需要提供服务。例如针对过断层、过老空区、采空区发火等临时需求,在矿山物联网环境下,可以向相应的服务提供商购买这些方面的临时服务,将所需的压力监测、突水监测、注浆注氮系统测控等服务随时接入到网络中,一旦这种需求消失,随时可将这些服务从矿山物联网中撤除。
这种服务购买模式是解决现有矿山自动化系统“缺乏应用层面的信息融合,多学科交叉应用不够”等问题的有效模式。以矿震监测为例,图1给出了矿山物联网环境下的分布式矿震监测方法[3,4]。该方法可方便地将微震、声发射、电磁辐射等多种传感器以完全相同的方式接入网络,在主机中安装相应软件,即可实现多套不同的矿震监测系统。这些系统完全可以以服务的形式提供到网络中。例如,某服务提供商的微震监测服务较好,就可由其接入微震传感器,安装相应软件,提供微震监测服务;另一服务提供商的声发射监测比较有优势,就由其提供声发射监测服务;一段时间后,又一个服务提供商称可不再安装任何传感器,只将已有的矿震监测信息融合在一起,进行更为全面的矿震信息分析,则可购买该服务提供商的信息融合服务。在矿山物联网服务承载平台下,应用层面的信息融合、多学科交叉等很自然地实现了。显然这种服务购买模式更加适合矿山的需要,服务可以是长期的、短期的或临时的。
矿山物联网服务承载平台必须是一个开放式的网络。因此,感知矿山物联网建设过程中,标准建设是非常重要的,网络必须能开放给服务提供商,必须具有必要的服务能力,这也是感知矿山物联网与矿山综合自动化系统的区别。
2 矿山物联网的服务能力
所谓服务承载,就是能够为服务提供商提供便利,使其能方便地将服务提供到网络中,同时,这些服务具有良好的伸缩性。矿山物联网的建设应使得矿山逐步从“三自模式”向购买服务转变,这样可以最大限度地保护矿山用户的投资,更有利于矿山专业化运营以及服务提供商的专业化服务,同时也能保证矿山物联网真正成为一个活的、不断发展的网络。下面从6个方面说明矿山物联网服务承载平台的这种服务能力。实际上这6个方面是相互交融、不可割裂的。
2.1 基于位置的服务
矿山需要两大类型的基于位置的服务。人员与移动设备的定位、设备控制及动态管理等需要位置信息。过去这些定位都由各子系统实现,如人员定位与考勤系统,网络上并不具备这样的服务能力。而地面GPS系统及移动通信系统均具有网络提供位置服务的能力,各种有位置需要的应用服务只是直接利用这种能力,而不需要每个应用子系统实现定位。现在各种跑步应用手环和手机软件等都是利用了这种基于位置的服务。因此,矿山物联网应该具备这种位置服务能力,而不是由各个子系统分别实现定位。
另一类具有矿山特色的定位是对灾害源及故障的定位。原来的监测系统基本上都是集中式监测系统,以矿震监测为例,有电磁辐射监测系统、声发射监测系统、微震监测系统等。这些系统的不足:通道数有限,不能任意扩展;有线传输,不利于移动;功能单一,不能进行综合监测;价格昂贵,不利于推广应用。此外,这些集中式监测系统均不具备网络化灾害位置服务的能力,不能开放给其他服务提供商使用。矿山物联网的网络化分布式监测系统中,传感器和执行器以有线或无线方式直接接入主干传输网络,传感器与执行器布置灵活,适合快速布置、移动应用,使网络具备了分布式定位的能力,1.2节中已经说明了这些优势。可以预见,对于矿震灾害来说,利用物联网分布式感知技术与灾害源定位技术,只要安装不同类型的传感器,就可同时实现电磁辐射监测、声发射监测、微震监测等多种系统。通过多种监测信息的融合,实时感知煤岩动力灾害孕育、演化和诱发过程中的异常特征和前兆信息,将是实现矿震灾害预警的有效途径。
2.2 基于时间的服务
目前矿山综合自动化系统网络中并没有统一的时间,上述2种定位、精确控制等需求均难以实现。许多第三方的服务都是基于时间的,要让各方面的专家能专注于自己擅长的服务,矿山物联网就应该具有提供网络上时间服务的能力。简单来说,在矿山物联网环境下,每个矿工都会带一个智能可穿戴设备,如智能矿灯。可穿戴设备上必然有时钟,网络上如果没有时间服务功能,时间一长,每个时钟指示的时间必然会出现差异。而常用的手机由于网络上有时间服务能力,所指示的时间基本是一致的。
更为精细的时间服务能力体现在分布式网络化测量与控制中。如图1所示的分布式矿震监测中,各传感器之间的时间同步是灾害源定位的关键,网络具备时间服务能力使得该种系统的应用更为方便、快捷。
此外,全网具有时间服务能力,就能对全矿井发生的事件进行跟踪管理,如针对电力系统的故障,能非常方便地进行查找与跟踪;对事故发生的前后顺序进行有效判别等。
具有时间服务能力的网络才能真正实现所谓的四维矿山。
2.3 基于信息的服务
矿山的生产监控调度指挥、安全生产信息管理、生产计划与接续、专家决策支持、经营管理、设备运行管理、重大灾害预警预报、矿山设备故障分析等均需要大量的信息,都是基于信息的服务。这些均需多学科的参与协同工作。
矿山物联网技术的发展为这种多学科协同工作提供了可能。各学科在同一平台上工作,使用同样的数据,面对同一个矿山,无需任何行政手段,互不干涉,目的都是为矿山的安全生产提供服务,充分利用各方利益的分配与矛盾,自然而然地形成了一个真正市场化的协同工作环境。
这种网络化协同工作最典型的例子就是360与腾讯之间的贴身肉搏。但他们都是在同一个网络环境下,都要为同样的用户提供尽可能好的专业化服务,肉搏的结果是用户受益。站在广大用户的角度来看,他们的肉搏反而是一种很好的协同工作关系。网络的开放性为他们提供了用户所需要的,甚至是喜闻乐见的肉搏式协同工作环境。正是这种肉搏式协同工作最有可能成为物联网环境下协同工作方式的主流,最大的赢家是物联网用户。对于矿山物联网来说,最大的赢家就是矿山企业。
2.4 基于云的服务
矿山云服务平台通常会由某些专门的服务商来提供,如矿山灾害监测与预警云平台,由某个矿山灾害监测云计算开发商汇聚一批矿山安全专家(专家云)来为矿山提供服务;设备健康状况诊断云平台,由云服务中心汇聚一批矿山设备提供商来为矿山提供服务等。
仍以矿震监测为例,常用的监测方法有电磁辐射法、声发射法、微震监测法等。而现在矿震方面的专业已有定论,即对矿震需要进行综合监测。但随之而来的问题是监测方法越多,矿山越缺乏对这些监测信息进行解读和分析的专业人员。对信号的解读分析需要运用多物理场耦合理论与分析方法,可能包括采动影响下的围岩和煤体的变形与破坏失稳关系,灾变准则,煤与瓦斯突出、冲击地压、瓦斯粉尘超限、巷道流变失稳等灾害的判别准则等。寄希望于每个矿山均配备这种专业分析技术人员是不现实、也是不科学的。
云服务方式为矿山物联网解决这些问题提供了很好的方案。基于云服务的矿山灾害监测预警系统如图2所示[5]。不同矿山的物联网系统将灾害监测底层信息通过公共网络或专用网络传送到灾害监测预警云服务中心。云服务中心以IaaS模式提供虚拟化资源服务,包括矿山巷道、地质参数、通风等各种实际数据及模型的存储与计算资源的使用。以SaaS模式的分析软件供矿山企业用户及专家使用,实现用户、云中心、专家共同参与的矿山灾害监测与预警服务,最终形成的专家意见、分析报告及预警与防治对策等将通过云服务中心Web平台发布,供不同权限用户调阅。
矿山通风优化、矿山设备健康状况分析、灾害仿真与反演等许多应用均可采用这种云服务方式,可有效提高矿山运行效率,尽可能保障矿山生产安全。这是矿山物联网的独特之处。
2.5 基于大数据的服务
物联网产生大数据,大数据助力物联网。矿山物联网的应用必将会有大量的矿山物体联接到网络中,必定会产生大量的数据。这些数据来自不同的子系统,具有不同的结构与用途,各种类型的数据呈指数增长,渐渐超出了传统关系型数据库的处理能力,数据中存在的关系和规则难以被发现。而大数据技术很好地解决了这个难题,它能够在成本可承受的条件下,在较短的时间内将数据采集到数据仓库中,用分布式技术框架对非关系型数据进行异质性处理,通过数据挖掘与分析,从大量化、多类别的数据中提取价值。
以煤岩层破裂监测为例,目前有电磁辐射、声发射、微震等传感手段,可能会有数百个传感器联接在网络上。而这只是对煤岩层破裂信号实施了3个窗口的监测,要实现全谱系监测则需要更多类型、更多数量的传感器,这些信息要与地层参数、巷道情况、采动过程、推进速度等多因素联合,进行异质性处理,通过数据挖掘与分析,从大量化、多类别的数据中提取价值,来反演矿山应力分布与迁徙情况。
矿山其他灾害的监测与预警、矿山安全形势的评估等均需要大数据技术提供的服务。
2.6 基于语义的服务
目前矿山综合自动化技术主要基于互联网技术。互联网技术是为人使用而设计的,而不是为了让计算机理解网络里的内容。这反映到矿山监测监控系统中,监测监控的目的是为人使用,而不是让计算机系统理解矿山所发生的事件。专家决策支持、设备故障分析、灾害超前预警、事故反演等却均是需要计算机系统去实现的。计算机不能理解网络中的内容,因此难以实现这些基于计算机自动分析的系统。为解决该问题,互联网创始人Tim Berners-Lee在2000年提出了语义Web的概念和体系结构[6]。语义Web中,各种资源被人为地赋予了各种明确的语义信息,计算机可以分辨和识别这些语义信息,并对其自动进行解释、交换和处理。
语义网的体系结构共分7层[6],分别为编码定位层(Unicode+URI)、XML结构层(XML+NS+xmlschema)、资源描述层(RDF+rdfschema)、本体层(Ontology vocabulary)、逻辑层(Logic)、证明层(Proof)和信任层(Trust),如图3所示。
将语义Web融入矿山物联网中,让计算机有更强的能力去处理和“理解”数据,所期待的智能决策、超前预警、自动计划安排等才有可能实现。将矿山物联网中的所有物体和事件(虚拟物体)称作网络中的各种资源,需要人为地为其赋予各种明确的语义信息供计算机分辨、识别、理解、交换和处理,这样才可能实现基于知识的决策与处理,进而实现专家决策、故障与灾害超前预警、事故反演等。
3 结语
矿山综合自动化系统从设计开始就没有考虑容纳第三方的服务,因此在建设后期,逐步出现了系统封闭、标准不一、信息应用困难、对矿山技术人员要求高等问题。在多年实施矿山综合自动化的基础上,再实现矿山物联网,应该明确矿山物联网的本质是服务承载平台,矿山物联网必须具有相应的公共服务能力,如基于位置的服务、基于时间的服务、基于信息的服务、基于云的服务、基于大数据的服务、基于语义的服务等。可以预见,这些服务能力会随着技术和需求的发展而不断充实与增加,矿山物联网也会越来越实用,逐步向智慧矿山迈进。
摘要：矿山综合自动化系统由于没有考虑容纳第三方的服务,逐步显露出系统封闭、标准不一、信息应用困难、对矿山技术人员要求高等问题,阻碍了其发展。明确了矿山物联网的本质为服务承载平台,矿山物联网应具有相应的公共服务能力,包括基于位置的服务、基于时间的服务、基于信息的服务、基于云的服务、基于大数据的服务、基于语义的服务等,重点论述了矿山物联网应具备的服务能力和矿山购买服务,指出这些服务能力会随着技术和需求的发展而不断充实与增加,使矿山物联网逐步向智慧矿山迈进。
关键词：矿山物联网,服务承载,矿山购买服务,大数据
参考文献
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承载平台 篇4
当前,随着物联网、云计算、移动互联网的发展,一个以海量信息和数据挖掘为特征的大数据时代正在到来。在新一轮信息技术快速发展及广泛应用的背景下,越来越多的物体拥有了“智慧”,“智慧警务”便是其中之一,并已逐渐成为新一轮警务改革与发展的潮流。作为智慧警务的支撑平台,业务系统日常的IT运维管理工作看似平凡,但能否运用科学的方法进行组织,能否运用先进的IT管理工具将理念落地,从而保障业务稳定运行,提供稳定可靠的IT服务,这已经成为智慧警务彰显价值、安全可控、深化应用的重要支点。
2 智慧警务与IT运维的关系
智慧警务是以互联网、物联网、云计算、智能引擎、视频技术、数据挖掘、知识管理等为技术支撑,以公安信息化为核心,通过互联化、物联化、智能化的方式,促进公安行业多警种业务系统高度集成、协调运作,实现警务信息“强度整合、高度共享、深度应用”之目标的警务安全发展新理念和新模式。
2.1 智慧警务的五大要素
“智慧警务”建设已成为当代警务发展的新趋势,其具有感知、整合、共享、创新等特点,促使公安管理和警务理念都发生着重大转变。智慧警务主要包括了“人、台、流、库、享”五个要素。“人”:是智慧警务的建设主体和实现主体;“台”:智慧警务下,每个人都有工作台,并配有导入导出功能的工作工具,民警在工作台上拿单作业;“流”:依靠对各种社会流的“流管理”,实现对治安要素的“无地域”管理;“库”:让具有实名特征的社会流、工作中形成的办公流在流转的同时并储存,形成由信息集成而形成的生产库、可以进行汇总分析的共享库、按照需求进行智能处理的智能库、抽取关键参数可供检索的主题库等;“享”:信息资源一体化共享,将现有业务有机互联,实现由依靠人力资源等要素投入的警务模式向由知识、信息和技术等要素推动发展的警务模式的转变。
2.2 IT运维价值与支撑作用
一般来讲,智慧警务主要分为业务整合平台和综合应用系统两部分,构建一个“大整合、高共享、流程化”的警务综合系统,将相互独立的公安应用系统整合为一个统一的警务综合应用平台,能够很好地解决警务信息应用系统建设中常见的条块结合问题,同时能够解决好警务信息应用系统建设中的数据采集问题。然而,一旦出现IT支撑系统中出现不可预知的通讯故障、网络设备故障、服务器故障,都会直接影响智慧警务大平台的正常运转,造成“人、台、流、库、享”这个五个要素的脱节。因此,科学化、标准化、高效率的IT运维安全管理是实现智慧警务的重要保障,也是其实现整体设计目标的基础条件之一。
首先,随着智慧警务建设的不断发展,基础设施和业务系统分散管理问题开始凸现,存在着IT设备数量庞大、产品品牌繁杂、平台提供商众多、缺乏统一的管理标准等多项难题。而现有的IT运维解决方法却过于单薄,一条线是由单独一家服务商负责所有系统安装调试维护工作,一包到底;另一条线是利用每套系统(网络设备后台命令、服务器操作系统、数据库监控系统)自带软件进行管理。这些传统式、分散式的管理效率很低,很难提前一步发现监控设备或网络出现的故障。因此,要发挥IT运维安全管理的作用与价值,就必须采用整合的思路,打造一体化的IT运维安全管理平台。
其次,智慧警务运用先进信息安全技术手段,全面感测、分析、整合警务运行中的各项关键信息,通过对社会各个方面各个层次的公安需求做出明确、快速、高效、灵活的智能响应,为公安工作提供高效的警务安全管理手段,拓展便民服务的新空间。这些业务系统并非单独存在的,相互之间的关联性十分密切,业务流程比以前更加自动化,这就要求有更加智能的IT运维安全管理工具和服务来有效推动并优化这些流程,确保其达成高可用性、高可靠性的建设目标。
最后,IT运维和网络安全都是在为业务系统服务,系统故障或遭遇黑客攻击的结果都是应用无法使用,甚至造成数据丢失或被非法利用。安全是IT运维的重要组成模块,对于公安行业更是关键,反之,IT运维的标准化更能符合信息安全“纵深防御”的理念。
3 持续演化的IT运维管理需求
通过调查分析,Gartner公司推出了IT管理过程成熟度模型,通过此模型,运维部门能确定当前IT管理的水平,并通过IT规划得到相应的提升。整个IT管理过程成熟度模型分为几个阶段
第一阶段———混乱:此阶段,没有集中式的服务台,也没有用户通知机制。用户没有相关IT系统的文档,当系统不可靠或是出现故障时也很少或者没有人维护。
第二阶段———被动:此阶段,IT管理是救火式的,没有任何预防措施,应用持续运行和安全保障缺失。
第三阶段———主动:此阶段,IT管理注重预防措施,并进行问题管理,特别在变更管理,性能管理、自动化等方面有了极大进步。
第四阶段———服务:此阶段,IT管理逐渐转为服务管理,特别重视于服务水平管理以及能力管理。
第五阶段———价值:此阶段,达到IT管理最高水平,业务指标也开始作为IT管理衡量的标准。
而在IT管理方法论的历史上,推动IT管理活动发展且经过验证的观点还包括NSM(针对IT技术设施的网络系统管理)、ITSM(针对流程、人员管理的IT服务管理),这些目前已经被广泛应用的理念,在IT管理的发展过程中,发挥了巨大的作用。而现在,要想使IT运营获得更大提高,更加有效地推动业务发展,提升竞争力,则需要BSM(Business Service Management,即业务服务管理)。
“NSM→ITSM→BSM”将是IT管理逐步提升的经典路线模型,反应了IT运维管理需求持续提升,不断呈现自身价值的过程,是自然而然的迭代发展必然产物。
如今,我国公安行业中大部分地区已经顺利完成基础架构建设阶段,并处在以“IT资源”为中心,从“被动响应”到“主动管理”的转型阶段。此时,IT运维的安全管理仍是面向设备维护以及基础架构管理监控的,IT部门需要把网络、路由器、交换机、服务器等纳入一个平台上进行管理,提供7×24小时全天候对服务器、网络和数据库进行监控,并依托网管工具解决问题、优化系统,并逐步对应出合理化的流程,进行日常工作。而从发展上看,采用BSM理论打造现有的运维体系,则有利于公安行业促成智慧警务价值的提升。
举例来说,BSM的一个主要功能是实现IT资产与其支持的业务服务之间的动态映射。而BSM将IT基础设施视图从架构拓扑图转换为一个模型,其中给出资产与服务的关联,让IT部门能够将基础设施事件与服务能力关联起来。例如,在过去,管理员并不了解某台服务器变更是否会影响警务平台中联动应用。但通过采用BSM,可以了解更多详细信息。比如,这台服务器进行了IP变更,智慧警务上的网上办案、网上侦查、网上追逃、网上办公、网上办事和网上户口迁移(二代身份证)等业务系统都会得到感知通告,其联动和整体运维效率将得到大幅提升。
BSM支持IT部门将IT基础设施组件映射到它们支持的服务和业务流程。由此,IT部门可以集中精力完成能提高内部收益率,或是价值回报率的相应服务和流程,并相应地建立优先级。不仅如此,IT部门还可以更明确地衡量和说明其对业务价值的贡献。但是,如何充分利用已有的IT资源并持续优化资源配置,如何实现IT和业务目标相统一、持续推动业务发展、创造价值,则是BSM落地中的技术难题。
4 IT管理实践
从IT运维安全管理在收益价值链的位置来看,以往的IT基础设施管理、IT设备维护和管理、IT服务流程管理等,只是对智慧警务中的创新业务发挥着间接辅助作用。而唯有IT与业务融合的创新管理模型,才能IT系统及其运维管理工作的价值直接体现出来,这也正是我们展开BSM理念讨论和最佳实践的意义。实践BSM确实需要一个循序渐进的过程,需要运行在完善的IT基础设施之上,特别是BSM要从底层的IT基础设施管理开始,逐步上升到流程化管理,向着对业务的高效运维管理靠拢。
4.1“互联网+”时代下的新要求
近年来,随着公安信息化建设的深入推进,融合创新成为警务改革新趋势。在“互联网+”的战略发展背景下,以互联网、物联网、大数据、生物识别等为代表的新型信息安全技术应用于公安信息化建设之中,开启了以大数据整合、融合、应用为标志的智慧警务模式。
与其他省份,特别是与东部沿海省份相比,青海还属于我国欠发达地区,同时由于地域广阔,公共基础薄弱,给公安工作,特别是公安科技工作的开展,带来了一定的困难。但是,在青海省深化公安改革和大力推进“四项建设”中,积极争取公安部的支持,不断创新公安科技信息及信息安全工作理念,致力于服务青海建设和经济社会发展大局,走出了一条有青海特色的公安科技信息与信息安全发展之路。例如,依托PGIS平台,运用有线、无线、卫星等通信手段和北斗定位等技术的公安可视化指挥平台;通过信息化绩效考核等手段,加大全省移动警务系统的推广应用力度,进一步丰富基础信息采集的渠道和手段,提升基层民警信息化应用水平。按照公安部总体要求,完成全省公安信息资源共享服务平台建设,并开展数据资源的挂接工作,为整合数据资源打好安全应用基础等。
而随着上述信息系统的陆续上线,一方面增加了支撑信息服务的IT软硬件种类和数量,另一方面IT资源的运行状态与市州联网核心业务的关系越来越紧密。如何保障网络设备、系统处于一个安全稳定的运行环境,为数字警务提供一个良好的信息安全环境、为智慧警务数据大融合提供基础安全保障,便成为了信息网络安全建设工作中的重中之重。
4.2 IT运维阶段性建设规划
4.2.1 第一阶段:实时响应,故障处理难点突破
根据需求分析和产品功能测试,在第一阶段,总队选择了BTIM IT综合管理系统。BTIM基于DOTNET平台运行的应用系统,采用了Dotnet2.0框架及开发平台,按照分层架构设计思想进行建设,实现网管数据采集与处理的分离,数据处理与呈现的分离,共分为三个层次:数据采集层、数据处理层和功能显示层。这样的设计增强了系统的灵活性和扩展性,并为未来业务扩展和IT运维能力提升提供了前期条件。
在测试应用中我们发现,管理人员利用BTIM系统提供的告警延迟和告警事件压缩机制、基线告警等功能,实现了事件根源分析和告警事件关联抑制。
首先,告警延迟、告警事件压缩机制,可做误报过滤处理,减少告警事件数量。如图1所示,很多的时候,一个性能超标事件常常是因为某个偶然因素,会向上跳至超标线,而后迅速恢复至正常。如果将该种超标视为故障而报警的话,将会导致IT人员疲于奔命。
基线告警可做到精细化分析,以业务系统服务器CPU负载为例,白天使用人比较多,CPU利用率达到80%是正常的,但其它时间一般都维持在30%,告警条件是CPU利用率超越85%触发告警,如果夜里该业务系统服务器CPU利用率一直维持在80%左右,实际是不正常的,但并没有超越85%的阀值,也不会产生告警。如果采用基线告警就不一样,基线告警会以平时该业务系统服务器正常一天运行情况的负载变化为基准线,实际业务系统服务器在运行时,如果偏离该基准线到一定阀值,则产生告警事件,在以上场景中夜里不正常情况就会触发告警。
如图2中的告警事件关联抑制功能,可准确定位事件故障源,如某业务系统,由于关注参数很多,为减轻工作量,平时只关注Ping通是否正常,当Ping告警触发时,抑制该业务系统服务器的CPU、MEM告警,以免这些告警信息干扰故障源判断,立刻关联该业务系统核心网络设备情况,再关联该业务系统连接网络设备端口情况,结果该端口触发了告警,事件信息为该端口为关闭状态,原来有人误操作关闭了该端口,激活该端口则恢复正常。
根据实际情况,总队在IT运维建设第一阶段搭建完成了全省业务专网运维管理系统,实现了统一的检测监控管理、故障信息采集和处理。将网络管理、系统管理、安全管理、应用管理等功能结合在一起,实现统一的监控数据采集,一体化的报警数据处理,统一的故障处理流程。对全省的业务专网实现三个方面的监控,分为网络设备监控、主机监控、应用服务监控。
基础设备监控包括网络中的网络设备、服务器等物理设备做全面系统的监控,监控各个设备运行的性能状态,有无故障隐患等。
主机监控包括对各类应用服务器、数据库和中间件做全面的监控管理,监控各个关键的性能参数,保证它们处于正常运行的状态。
应用服务监控是最直观的一个环节,监控各类应用层面的服务,包括各个办公系统、Web服务等。
在一期项目中,将总队到市州二级网络全部进行了安全监管,包括总队的核心路由器、交换机、服务器,市州的防火墙,出口路由器等等,进行了整体的安全监控。通过实时的运维巡检,颜色告警等方式进行实时监控,达到了整体网络事前预控,事后第一时间响应的IT运维管理安全标准。根据设计规划管理目标,总队设计在第二期进行全省的统一管理,完成省内三级网设备均纳入到监管范围之内,从而实现总队集中管控、上下贯通的一体化运维监管平台。
4.2.2 第二阶段:三级监控,实现数据集中展示
一期项目建设完成之后,可以全面监控总队和市州的各个网络设备,但是对于下级区县的设备还不在监控范围之内,一旦下级设备或者网络出现问题,无法第一时间进行事件收集和统计,所以二期建设包括全省三级网的设备管理,实现全省设备的统一监管,上下贯通的层次化管理,可以从总队看到全省的网络运维实时状况,实现全省统一的监控数据采集,一体化的报警数据处理,统一的故障处理流程。
除了总队之外,二期项目规划各市州部署一套IT综合管理系统,通过网络层次化上下级贯通,实现全省的统一管理。
在数据集中展现平台建设时,总队召集其他业务厂商,要求提供接口数据,传送指标信息,从而建立统一管理门户,在一个页面上呈现不同管理角色人员所需要的管理数据,实现数据全局关联,为宏观决策提供依据,并根据管理角色划分为三层视角,即决策层、管理层和运维层。
决策层视角将从关注决策信息和结论信息入手,更多呈现关键数据,为运维决策工作提供依据;管理层通过多种主题分析,对当前IT运维工作中的一些重点问题进行全面分析,为下一阶段的运维工作提供数据;运维层通过呈现各类设备运行信息,可以整体看到分管的设备状态、对运维层工作提供管理视图。
通过打造统一管理门户,IT运维管理人员可以通过登录一个平台实现全面的决策管理、主题分析和设备运行分析。通过接入高效的基础信息,管理门户看到的内容将远远超过以前能看到的信息,无论是信息深度和实时性上都有极大提高,是真正意义上的管理门户。
4.2.3 第三阶段:实现业务管理,达成智慧运维
在具体实践中,需要首先明确总队IT资源管理范畴,然后将IT资源同业务系统相结合,进而建立业务架构图。从而将业务清晰化、视图化,将业务的使用情况、健康状况等呈现给IT运维和业务部门,以及企业的决策层,在此基础之上才有可能很好地执行SLA(Service-Level Agreement,服务等级协议),并最终进行业务关联分析,为决策层实现数据依据。
为此,总队设计“两步走+三个阶段”的建设思路。
第一步:“定参数”,这也就是前面两个阶段所实现的具体工作。通过总队和市州IT运维系统的建设,实现了监控体系完整覆盖到网络、安全、机房、服务器、数据库、中间件、应用等各个方面。初步实现基础设备的性能、故障、报表,各类数据流分析和资产管理,解决基础设施的故障根源定位和日常监控中的技术难点。
第二步:“参数映射”。作为建设重点,总队将利用基于业务管理的IT运维平台对这些参数从业务角度归类整合,这包括用户分布数据、环境数据、各类业务数据、业务运行指标数据、SLA数据……让所有业务关键参数醒目地投射到业务架构上,实时反映业务运行情况。完成此阶段之后,IT部门就可以构建业务视图,非常清晰地看到业务架构、业务运行、业务使用、事件原因分析、业务统计与分析结果,从而初步实现智慧运维。
5 结束语
通过两期建设,整体形成一个三级管控体系,成为全省的综合管理平台,监控全面,权限分明,统一管理制度,全面提高整体的网络运维工作。
参考文献
[1]李鹏.IT运维之道[M].北京:人民邮电出版社,2015.
承载平台 篇5
智能电网以电网物理架构的特高压、超高压、高压、中压和低压等多个电压等级的电力传输为基础,覆盖发电、输电、变电、配电、用电以及调度六个环节,实现基于电力流传输的业务流与信息流的融合。但智能电网通信网存在技术要求高与利用率低之间的矛盾,而采用信息与通信协同建设与优化,并向信息通信融合(ICT,Information Communication Technology)技术方向发展是解决该问题的有效途径。同样,信息系统的多业务要求通信网具备物理隔离出多个刚性管道的能力,以保证不同业务的管道安全与可靠性,根据业务信息种类和通信层管道资源情况分配管理管道资源,同时还必须与信息网协调互动向ICT的方向发展。因此,对电力企业而言,将ICT与电力生产需求相结合,使信息通信网更好地服务于电力系统,是非常必要的[1,2]。
信息和通信充分融合是配网通信网可持续发展、长期平滑演进的基础。配网通信网的建设验收、系统优化等与通信技术发展呈现不协调趋势,同时考虑到通信网络的变化和数据业务的增加,信息应用以通信为平台、通信管理以信息为支撑,通信与业务传输相互作用相互影响,因此,本文提出了信息与通信深度一体化推进电力信息通信向ICT方向发展,构建了一个具备综合支撑多种不同等级业务能力的配网通信网ICT测试平台,探索信息网与通信网协调建设、通信网络利用率评估、数据终端软硬件和信息资源的共享技术策略[3]。
1 配网通信网信息通信技术需求
1.1 信息与通信的深度一体化
智能电网是将智能化的二次设备IED的采集数据通过通信网络传送到控制中心进行分析和控制,配网通信网将智能监控终端RTU等采集的数据信息传送到配电主控站进行处理,而电力通信网络首先要将智能化二次设备或者智能终端与主控站控制中心互联起来,在配电通信网段存在网络拓扑复杂、业务接入点分散、承载业务种类多样、业务颗粒度多样化、混合组网方案中通信技术的多样化等典型特征。
配网中基于业务信息流的传输结构对通信方式提出实时性、可靠性和安全性要求,以及电力业务节点分散产生的广域多点接入要求,而电力辅助业务作为电力生产的支撑,对业务传输性能要求与现有电信网基本一致,因此,信息传输对通信网络性能具有很强的依赖性,需要通过业务信息与通信的深度一体化提高业务传输性能[4]。
1.2 ICT一体化测试平台需求
电力公司中对IT(Information Technology)与CT(Communication Technology)技术的应用覆盖了电力公司六个生产环节上的各个业务系统,同时国内外研究的新一代基于ICT网络模式的通信技术与电力业务趋于多样化演进,但IT与CT之间存在技术上与建设上的矛盾,在技术上IT将CT视为信息端到端传输的可靠管道、CT则不向IT开放其通信过程,从而制约了IT和CT性能提升;在建设上CT作为IT的辅助环节混合建设,造成CT的网络破碎化以及总建设成本上升[5]。
此外,在实际配网通信网建设工程验收阶段中,电力公司对基于业务承载能力的配网通信性能具有明确的指标要求,以及在系统运维阶段中需要对配网通信网进行不断的监测、优化及维护,提高系统综合业务传输的实时性、可靠性等。因此,需要实现业务和通信网络融合的ICT一体化测试平台,完成对配网通信网的建成验收、评价、运行维护以及优化等[6,7]。
2 ICT一体化在线测试平台设计
2.1 ICT一体化在线测试平台总体架构
当前电力公司通信网建设与通信设备选择通常以具体业务应用进行专项改造,即通信与业务“捆绑”,而相应测试需要制定专项业务内容与通信通道,但随着智能电网业务与通信方式的多样化发展,将建成独立的业务与通信网平台,由于通信网与业务相互隔离的测试,造成通信网性能无法满足业务性能需求。
因此,将业务与通信进行“捆绑式”测试,并设计一种基于配网通信网并将多种配用电业务融合的测试系统方案,如图1所示[8,9,10]。
1)ICT一体化在线测试平台测试功能设计
配网通信网在线测试平台主要核心功能在于业务承载能力的测试,其中,可靠性与实时性是广域工业控制网的核心指标,主控站与被控站在通信过程中将测试数据传送至ICT在线测试平台子系,通过帧结构及统计计算程序实现传输包数目、字节数等分析,实现基于业务传输时的时延、丢包率、传输数据包数目等在线统计分析与控制,并对比标准规范以反映可靠性与实时性。
(1)丢包率计算方法
实现丢包率(packet_loss_rate)测试需要统计测试系统发送数据包总数目(trans_num)、接收数据包总数目(rec_num),进而得到丢失数据包的总数目(packet_loss_num),利用式(1)完成测试。
(2)吞吐率计算方法
成功接收的数据包中字节数(packet_size)与业务秒数计算吞吐率(throughput)。即记录下接收方在延迟时间(delay_time)内,所接收到的数据包数量N,利用式(2)完成测试。
(3)传输时延计算方法
通过业务数据包添加时间戳标签(send_time),在主控站测量点与被控站测量点接收数据包并将当时的时间(rec_time)与所携带的时间戳比较,得到当前时延值(packet_time_delay),测试计算方法为:
2)ICT一体化在线测试平台业务源模型设计
目前,电力业务数据流具有突发性、周期性、随机性特征[11],通过业务流建模仿真实现配网通信网建成时无现场业务情况下的业务生成,以便于现场环境中与实验室条件下的通信性能测试。
(1)突发性业务流
采用ON-OFF模型即开/关模型来仿真关键突发业务源生成[12],ON-OFF模型是一般调制确定过程的一个特例,具有一个开状态和一个关状态。将输入排队调度系统设定为离散时间系统,以固定间隔时隙为基本时间单位,如图2所示。
开关模型的关键参数为ON与OFF期间的持续时间,决定了突发性业务流的传输时间及报文长度,其中ON状态持续时间服从期望值为1/p的几何分布,OFF状态持续时间服从期望值为1/λ的指数分布,如式(5)、(6)所示。
在开关分别处于ON与OFF期间时产生的业务模型如图3所示。
(2)随机性业务流
随机性数据业务到达在时序上表现出这样的特征,在任一时段内业务以一概率值出现一个信息单元,且前后到达情况无任何相关性,由随机过程及通信系统业务常用仿真模型可知,随机性业务数据的产生与到达可采用Poisson分布来表示,根据泊松流具有可加性,则多个数据业务源的相加仍是泊松流[13]。
由于数据报文到达概率服从参数为λ的Poisson分布,其数据报文到达时间间隔t将服从参数为的1/λ负指数分布,其分布密度如式(7)所示:
由式(7),进一步得到时间间隔为t时的分布函数如式(8)所示:
综合上述方法,可以得到在业务终端随机性数据业务流产生的数学模型。
(3)周期性业务流
周期性业务数据流按既定时间周期性触发,报文大小和分组长度一般为定长,也可按照测试需求定制所需周期性业务类型,从而可采用到达间隔时间具有一定周期性特征的业务源产生模型来模拟,如图4所示。
如图4,周期性业务数据流在固定间隔周期T内产生一次数据报文,业务源产生模型符合梳状函数特征,将间隔为τ的梳状函数作为恒定业务源f(t)的输出判决器,实现对业务源产生的周期性控制,如式(9)所示。
判决开关在恒定业务源发生器完成等间隔时间上τ的抽样,相关业务抽样点实现周期性业务输出,在产生周期性业务数据流时,需要进行业务内容、报文长度等关键参数的确定。
2.2 ICT一体化在线测试平台实例化设计
1)软件平台设计
配网通信网ICT测试软件平台采用基于SOA的服务架构,在Windows XP Professional操作系统平台上采用Visual Studio.NET开发环境,依据C/S模型并利用C#开发语言开发,结合MVC(Model View Controller)的思路与智能电网通信系统的特点采用分层方式构建测试软件平台,主要分为服务器和客户端两个部分[14]。测试平台架构按照模块化设计如图5所示。
如图5,业务规约模块建立了逻辑或物理的通信规约库,各业务通信规约可作为系统的规约插件实现灵活的修改、更换、删除和新增;规约报文传输解析模块根据不同的业务流中业务规约实现测试过程中对报文的解析、统计、响应;指标测试模块完成业务传输性能测试与通信性能测试;规约协议测试模块完成规约上的互通性、互联性测试。
软件实现模型结构由界面层、处理分析层、数据支持层构成,三层结构模型[15]以访问数据库为中心、TCP/IP为传输协议、电力业务规约与业务报文标准为业务交互方法,通过模块化平台建立,解决了电力系统ICT技术的发展与实施过程中对ICT测试方法与测试系统具有相应需求。
2)ICT一体化在线测试平台执行流程设计
测试系统架构主要由主控站、通信平台、业务终端及ICT测试平台构成,工程中应用流程如图6所示。
主控站与被控站之间利用业务源发生模型实现传输配置与同步;根据测试需求选择标准业务类型、测试时长,同时对辅助业务的选型及添加进行配置;通过业务传输过程中报文解析、统计、存储等操作,实现业务报文响应及测试结果的展示。
3 工程测试应用
3.1 ICT一体化测试平台工程测试应用
本测试平台应用于安徽省某供电局配网通信网试点工程测试中,工程融合了EPON与小无线混合组网、光纤与无线松耦合组网、PON与PLC混合组网等多种方案,对其中的PON与PLC混合组网方案采用ICT一体化测试平台进行测试,测试过程遵守IEEE std 1012-1986软件动态测试标准,以保证达到可交付使用状态。
其中,测试环境包括被测设备、测试设备、标准时钟源等,系统网络架构按2层配置,客户端和服务器端分别位于站控层和间隔层,根据图6完成测试配置,启动网络性能计算线程和业务数据写入线程并添加业务背景流,测试过程模拟业务设备主动上报业务,同时添加背景流完成与业务流量的叠加,得到主控站侧测试结果如图7、8所示,主控站侧接收响应并测试PON与PLC混合组网的通信性能与业务性能。
3.2 ICT一体化测试平台工程测试应用
1)通信性能数据分析
ICT一体化测试平台中获取通信性能指标数据,分析重要性能指标并与配网通信网建设指标相比较,评估工程建设的业务承载性能。
(1)时延分析
在ICT一体化测试平台中时延包括最大时延、最小时延以及统计分析得到的所有数据包平均时延,由测试结果得到最大时延为1.012 s,最小时延为0.023 ms,平均时延为0.201 ms,建设标准中对被控站信息主动上报流程的时延为4 s以内,通过与标准规范指标对比,该工程PON与PLC混合组网通信系统满足实时性要求。
(2)丢包率分析
丢包率测试反映通信网络传输业务信息流的可靠性,从ICT一体化测试平台数据中得到传输数据包总数目为14 250个,丢包数目为118个,通过重传时的数据包相结合,分析得到丢包率为0.82%,吞吐率为984 kbit/s,该工程PON与PLC混合组网通信系统丢包率和重传率符合配网通信业务传输Qo S要求。
2)业务性能统计分析
通过ICT一体化测试平台规约模块中规定的业务流传输,ICT一体化测试平台显示业务设备信息流传输的完成情况,分析配电自动化的“三遥”业务、业务全流程执行等业务承载性能,得到业务成功率、终端在线率、遥控成功率均为100%,从而该工程PON与PLC混合组网下承载的配网业务满足成功率要求。
4 结束语
承载平台 篇6
导管架平台桩基在波浪等环境载荷的作用下会受到上拔力的作用, 而导管架海洋平台桩基产生的超孔隙水压力对桩基抗拔承载力影响的研究文献较少, 美国石油协会 (API) 对导管架平台桩基抗拔承载力的计算也没有考虑其承载力的时效性, 所以有必要对超孔隙水压力与导管架海洋平台桩基抗拔承载力的关系进行研究分析。
1 抗拔承载力计算
抗拔桩与抗压桩承载机理不同, 在桩顶拉力作用下, 首先在上部桩土界面产生向下的摩阻力, 随着桩身上拔位移量的增加, 桩的中、下部的上拔阻力逐渐发挥。当桩侧总摩阻力达到极限时, 桩便发生急剧的、不停滞的上拔而破坏[5]。由于上拔荷载引起桩侧土体中应力水平的降低, 以及桩身受拉径向收缩的泊松效应影响, 一般抗拔桩的侧摩阻力发挥程度小于抗压桩[6]。由于抗拔桩的侧摩阻力受到桩长、桩径、地基土的类别、桩的荷载特性等许多因素的影响, 目前很难准确计算。在实际工程中, 通常是仿照抗压桩的静力计算公式估算桩侧摩阻力, 再乘上一个折减系数作为抗拔桩的承载力。美国石油协会 (API) 规定导管架平台桩基抗拔承载力等于或小于桩的总侧摩阻力的50%~67%[7]。由此可见, 规范中没有考虑由于打桩产生超孔隙水压力对其抗拔承载力的时效影响。
采用ABAQUS软件对打入桩基抗拔承载力的时效性进行分析, 以研究渗透系数对导管架海洋平台桩基抗拔承载力的影响。
2 有限元模型
文桩长61 m, 桩径为1.8 m, 打入深度为60 m。由于桩、土的结构、受力均具有轴对称性, 所以采用轴对称平面单元对问题进行分析。土的密度1 800kg/m3, 杨氏模量1.5×107Pa, 泊松比0.3, 内摩擦角20°, 渗透系数5×10-9m/s, 采用CAX8P单元, 在分析过程中采用Mohr-Coulomb本构模型。桩为弹性体, 密度2 500 kg/m3, 杨氏模量2.1×1011Pa, 泊松比0.167, 采用CAX8单元。
在几何模型中, 为消除边界条件的影响, 土体深度为110 m, 径向长度为45 m, 如图1所示。
桩土之间采用主-从接触算法。打桩产生的超孔隙水压力随深度的增加线性增长, 在径向上逐渐减小, 其值与距桩表面的距离的平方成反比[8]。
本文根据圆孔扩张理论[9,10]及静力触探仪测得的超孔隙水压力分布[11], 采用用户子程序模拟打桩结束瞬间桩周围土体中孔隙水压力的分布, 如图2所示。
3 结果分析
3.1 消散时间的影响
随着时间的发展, 超孔隙水压力逐渐消散。表1为桩-土界面30 m处孔隙水压力Pore、径向有效应力S11及桩基承载力Q随时间的变化值。从该表可看出, 随着时间的发展, 孔隙水压力消散至静水压力 (30 m处的静水压力300 k Pa) , 径向有效应力逐渐增加, 桩的承载力显著增大, 由打桩刚结束时的8.749×104k N增至1.319×105k N, 增加了50.8%。
图3为打桩结束10 s和100 d后桩顶位移-荷载关系曲线, 由图可见, 随着时间的发展, 桩基的极限抗拔承载力显著增大, 且达到极限承载力时的上拔位移从10 s时的0.075 m增大到100 d的0.13m。说明超孔隙水压力的消散使得桩周土体径向有效应力增大, 从而增大桩周侧摩阻力和桩的抗拔承载力。
3.2 土体渗透系数的影响
土体的渗透系数对超孔隙水压力的消散起着很重要的作用, 进而影响桩的承载力。图4为桩土界面30 m处径向有效应力随时间的变化曲线。由图可见, 在其他参数相同的条件下, 在相同时间内, 30 m处桩土界面的径向有效应力随着渗透系数的增大而增大, 超孔隙水压力完全消散的时间也大大减小。
表2为不同渗透系数下, 桩基承载力随时间的变化值。从表中可看出, 渗透系数越大, 桩基承载力增加越大, 且承载力在开始阶段增加较快, 后来逐渐趋于稳定。
注:括号中为承载力相对渗透系数5×10-10m/s的增长幅度。
图5为不同渗透系数下, 孔隙水压力消散100 d后桩顶位移-荷载关系曲线。由图5中可看出, 渗透系数越大, 桩的极限抗拔承载力越大, 且渗透系数为5×10-8m/s和5×10-9m/s的极限抗拔承载力相差不多。这是由于100 d内, 渗透系数较大的土中的超孔隙水压力已基本消散完全, 而渗透系数为5×10-10m/s的土体中的还留有一些超孔隙水压力。
为了消除渗透系数对有效应力变化的影响, 本文定义新的无量纲时间因数T=k (1+e) t/ (aγwr2) , 其中k为渗透系数;e为孔隙比;a为压缩系数;γw为水的比重;r为桩径。为了消除上覆土压力的影响, 引入无量纲径向土压力系数K=S11/ (γ'z) , 其中S11为径向有效应力, γ'为土的有效重度, z为深度。渗透系数对桩身顶部5 m、中部30 m和底部55 m处径向有效应力的影响见无纲量曲线lg T-K, 如图6所示。由图可见, 不同渗透系数下、不同深度处的桩侧土压力系数K的曲线基本重合, lg T小于-6.75时, K基本为常数;lg T在-6.75~-4.25之间土压力系数K可近似为直线, 方程为
因此桩基抗拔承载力方程可表示为
式 (2) 中, δ为桩土界面摩擦角, γ'为土的有效重度, z为土的深度, H为土的厚度。
3.3 桩底负压的影响
桩底端由于桩体在短时间内产生较大上拔位移, 孔隙水来不及消散而形成负压, 约为-1 800k Pa, 该负压对于抗拔桩的承载力是有利的, 负压承载力为4 578.1 k N。在桩底端负压作用下, 使得桩底附近土中的孔隙水压力为负值, 如图7所示。负压所提供的抗拔力为打桩结束瞬时承载力的5.2%左右, 且随时间发展迅速消散至初始静水压力600k Pa。图8为不同渗透系数下, 桩上拔0.3 m后, 桩底产生的负压随时间的消散曲线。由该曲线可看出, 随着时间的发展, 负压逐渐减小, 渗透系数越大, 负压消散至静水压力值所需时间越短。
3.4 公式验证
为验证数值计算模型及公式 (2) 的正确性, 式 (2) 的计算结果与文献[12]中的管桩承载力随时间变化的现场测试数据结果进行比较见表3。从表3中可看出, 由本文提出的公式计算求得的时效承载力与实测值基本一致, 验证了数值计算结果的正确性。
4 结论
通过对导管架海洋平台桩基抗拔承载力的数值模拟分析, 得到结论有:
(1) 桩的抗拔承载力随超孔隙水压力的消散而增加。
(2) 随着土体渗透系数增大, 桩基承载力增加, 且承载力在开始阶段增加较快, 后来逐渐趋于稳定。
(3) 提出了考虑渗透系数影响的桩基抗拔承载力的时效计算公式, 并通过现场测试结果验证了模型的正确性。
(4) 桩在上拔过程产生的负压增大了桩的抗拔承载力, 但其所占比例很小, 且消散时间很快。
摘要：采用ABAQUS软件对海洋平台打入式桩基的抗拔承载力的时效性进行了数值模拟分析。研究了海底土体的渗透系数对桩基的超孔隙水压力消散及桩基径向有效应力的增长规律, 进行了桩基上拔的模拟分析, 得到桩基抗拔承载力随时间增长规律, 建立了上拔荷载—位移的关系, 并考虑了上拔过程中桩底负压对抗拔承载力的影响。提出关于无量纲时间因数T和土压力系数K的抗拔承载力时效公式, 并现场测试数据进行了验证。研究结果表明, 渗透系数越大, 超孔隙水压力消散越快, 桩基的径向有效应力增加得越大, 桩基的抗拔承载力增加得也越大。桩底负压虽然对桩基的抗拔承载力是有利的, 但是其在桩基承载力中所占比例很小。
关键词：打入桩基,抗拔承载力,孔隙水压力,负压
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