[訊息論壇] ICE Messaging Forum 王瑀
<應用篇> 都會區自來水公司即時資訊整合方案
多個國內外機構統計資料已證實，中國是世界上水資源最為缺乏的國家之一，屬於水資源重度缺乏地區。在水資源緊缺的同時，中國又面臨著奧運城市建設、經濟發展、人口增加、人民群眾生活水平提高的新形勢，對水資源的需求不斷增加。
政府對水資源問題高度重視，制定了應對水資源危機的各種措施，大量的提高供水能力和節約用水就是其中一項。在這種背景下，都會區自來水企業近年來不斷採用新的技術、新的生產流程，用以提高都會區的水資源提供能力和高效的服務質量。
RTU、SCADA、GIS、即時訊息中介軟體的技術結合應用，將使都會區自來水公司的資訊整合系統可以對自來水供水過程及供水管網資料作全面、即時、準確的綜合管理，更能隨時掌握城市自來水系統的最新資料，做為水資源的規劃設計、運行調度、以及決策使用的依據。
就都會區自來水公司而言，其供水管網特點是：分散式、網路化。為了安全、穩定、可靠地管理好遍佈全城的自來水供水管網，一定要有一個滿足其企業特點的、現代化的、先進的企業整合系統。
為了滿足都會區自來水公司對供水過程和供水管網的規劃、調度、和指揮，資訊整合系統需具備的基礎功能包括了：
在我們規劃的即時系統中，實現設備控制功能和設備狀態採集功能的是 SCADA系統；而實現資料顯示及分析功能的是
GIS。
由於 SCADA 系統和 GIS 之間有大量的資料需要交換，那麼為了解決整合系統自下而上的訊號採集和實現自上而下的控制與管理，就必須要有一個可靠的資訊傳輸交換中心來支撐
(實現資料傳輸交換功能)；這個中心必須具備準確無誤的、即時的資料傳輸、和面對大量應用要求的處理能力。
一般的做法是 SCADA 系統保持不動，來自 RTU 的即時資料仍定時直接寫入即時資料庫中，GIS 則是通過資料介面對即時資料庫進行訪問，取得設備動態資料。
這樣的整合方式行之有年，在用戶端點數量不大時尚可運行無礙。但是，以其作為資料交換中心的做法，仍會遭遇到以商用資料庫做為資料交換中心一樣的古典問題：死結、回應無效、與效能衰退，而且在系統規模越龐大時就越明顯。
為了避免上述問題存在，本系統採用了艾揚科技具備即時訊息技術的產品
iPush® Server 和 iPush® Embedded，分別做為系統中心端與現場端資訊傳輸交換的樞鈕。
這樣的應用避免了以資料庫為中心存在的資訊交換瓶頸，主動且有智慧地將資訊傳遞給需要接收的程式／系統，使得都會區自來水企業實現整合系統變得更加即時、方便、靈活、容易、和彈性。
都會區自來水公司資訊整合系統的構架如圖一所示，它是建立在 Internet 或者 Intranet 基礎之上的，具有完全開放式的結構。
此系統主要包括：
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訊息中介軟體 (MOM, Message-oriented
Middleware)
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供水管網地理資訊系統 (GIS, Geographic
Information System)
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供水過程即時資料採集與監控系統 (SCADA,
Supervisory Control And Data Acquisition)
我們現在將整個系統拆解一一說明。
供水過程即時資料採集與監控系統 (SCADA)
供水過程即時資料採集與監控系統 SCADA 一般分為兩級，即：
第一級，控制管理級 (主控中心，調度控制中心)；
第二級，程序控制級 (RTU)，分別位於供水管網壓力監控站和供水管網中途加壓監控站。
<程序控制級>
對於程序控制級，一般公司的做法是將大量的現場設備連接在 RTU 上，需要某個現場設備資料時，就對其進行需求訪問，或者對其進行定時刷新
(Refresh)，然後將結果傳回。但這樣的做法不但會浪費系統頻寬，而且不能算是真正的即時。
我們的解決方案是將 iPush® Embedded 植入 RTU 或控制器上，使其變成「主動資訊節點」，可將各現場設備所得資料，即時主動地向控制中心或各種遠端的應用程式送出，避免上述問題的出現。
程序控制級架構如下圖二所示：
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圖二、程序控制級架構
(使用 iPush® Embedded) |
<控制管理級>
對於控制管理級 (主控中心，調度控制中心)，一般公司的做法是將資料庫作為系統中心，所有資料交由資料庫進行交換和傳輸。
這樣做的問題是與資料庫的連線數量太多，資料庫無法支援大量且連續的資料存取，大量的資料庫連線會造成資料庫的效能很差；另外，系統也無法提供各種用戶端設備的支援，用戶端的即時性也差。
為了解決上述問題，我們將擁有即時資訊技術的 iPush® Server 放入系統中，並使其成為資料中心。這樣資料庫只需連接至
iPush® Server，當成 iPush® Server
的用戶端即可儲存資訊，而用戶端不需經過資料庫即可獲得即時資訊；用戶端除了查詢歷史資訊外無需訪問資料庫， 大大降低了資料庫的負載；用戶端只接收有訂閱的資訊，無需定時查詢資料庫而浪費頻寬。
以擁有即時資訊技術的 iPush® Server 為系統資料中心，還可以使得 SCADA
系統的控制命令在網路良好的情況下，以毫秒為單位地傳輸到現場設備端，現場設備端的狀態也以毫秒為單位傳輸到控制中心，避免因為命令下達的不即時，或者狀態回報的不即時而造成損失。
控制管理級架構如圖三所示：
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圖三、控制管理級架構
(使用 iPush® Server) |
供水管網地理資訊系統 (GIS) 整合
應用供水管網地理資訊系統 (GIS)，除了有相對靜態的空間特徵屬性資料外，往往也會有一些動態時序的事件，所需取得並處理的是動態時序資料，或稱為「Temporal
Event Data」，亦即此種資料本身是有時序性的。
此類資料，多由事件或設備現場以人工或自動化方式取得，在輸入資料庫後，再由 GIS Server 設法取用。在時序統計分析的應用中，此類做法是司空見慣的；然而，如果是追求即時反應的場合，此種做法會有很大的侷限。
我們的做法是由裝有 iPush® Client AP、GPS 的現場設備 (資料發送端)，經有線或無線通訊方式，將點位元資料與量測資料即時回傳至
iPush® Server；再由 iPush® Server
主動向資料接收端 (用戶端 AP) 即時傳送點位元資料與量測資料，同時錄寫一份進資料庫，供作歷史資料查詢與統計分析用；最後用戶端利用
Tracking Layer 進行運算及展示。這樣做的優點有：
供水管網地理資訊系統架構如圖四所示：
訊息中介軟體 (MOM)
在上述解決方案中，扮演即時資訊平台角色的訊息中介軟體即為艾揚科技的 iPush®
Server 與 iPush® Embedded。
這兩樣產品的詳細規格，我們就不在此再進行介紹，讀者可以參考先前相關的週報介紹。
採用艾揚科技的 iPush® Server 與 iPush®
Embedded 產品，完美無縫整合 GIS 與 SCADA 的都會區自來水公司即時資訊整合方案，其系統立體架構如圖五所示：
以 iPush® Server 與 iPush®
Embedded 產品做為解決方案的核心，無縫地連接現場 RTU 與遠端控制中心，同時利用各種 API 與其他應用系統結合，構建一個完整的訊息供應鏈。
在 SCADA 系統方面，將即時資訊傳輸的功能交由訊息中介軟體承擔，可以有效改善傳輸效率；在 GIS 方面，系統不必再定時向
SCADA 的即時資料庫索取資料，而是經由訊息中介軟體主動推送資料給 GIS 系統。
兩個系統可以共同維護一個歷史資料庫，來自 RTU 的即時資料可以一方面即時傳播到 GIS 或 SCADA 系統的圖形化操作介面上，同時也寫入歷史資料庫。
除此之外，GIS 內有各種與產業準則相關的應用模組，彼此之間也可以選擇訊息中介軟體做為資料傳遞的工具；像警報運算與發佈，就可以經由訊息中介軟體，主動發佈於所有相關人員的操作台上，不至於發生
SCADA 已經發佈警報，而 GIS 上的警報發佈硬是延遲數秒的狀況。這在與民生息息相關的都會區自來水供應系統來說，是非常重要的改進與價值。
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