基于大數(shù)據(jù)的電力能源信息采集方法研究

包迅格，張景明，張 吉，尚天婷

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司 信息通信分公司，浙江 杭州 310020）

0 引 言

電力能源信息指的是在電力能源網(wǎng)運(yùn)行過程中所產(chǎn)生出的信息數(shù)據(jù)，一般情況下會(huì)蘊(yùn)含大量有效信息，因此電力能源信息采集是獲取信息的有效途徑，相應(yīng)的采集方法也應(yīng)勢而生[1]。我國針對電力能源信息采集方法的研究起步較晚，主要是通過通信電力能源信息處理的方式統(tǒng)一采集。但由于電力能源信息基數(shù)龐大且類型不一，導(dǎo)致傳統(tǒng)采集方法在實(shí)際應(yīng)用中存在采集波特率低的缺陷，因此優(yōu)化設(shè)計(jì)電力能源信息采集方法具有現(xiàn)實(shí)意義，能夠?yàn)殡娏δ茉葱畔⒉杉矫娴陌l(fā)展提供支持[2]。大數(shù)據(jù)的核心就是統(tǒng)一處理巨量資料，具有聚類能力強(qiáng)和處理效率高的特點(diǎn)[3-5]。為此，本文將大數(shù)據(jù)應(yīng)用在電力能源信息采集方法設(shè)計(jì)中，致力于從根本上提高電力能源信息采集波特率，進(jìn)而提高其采集效率。

1 大數(shù)據(jù)

大數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)越性徹底打破了時(shí)間及空間的限制，在海量信息中挖掘出有價(jià)值的信息，以多元的方式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，形成龐大的信息隊(duì)列，其中也隱含了實(shí)時(shí)性的優(yōu)勢。大數(shù)據(jù)借助信息化技術(shù)為依托，通過在大量數(shù)據(jù)中提取出有價(jià)值的信息，并挖掘數(shù)據(jù)中存在的內(nèi)部規(guī)律。結(jié)合國外對大數(shù)據(jù)的研究，主要將大數(shù)據(jù)以技術(shù)原理為準(zhǔn)則分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)兩類，廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。

2 電力能源信息采集方法設(shè)計(jì)

2.1 加載信息

在電力能源信息采集過程中，首先連接鏈路層，接入采集設(shè)備加載原始電力能源信息，再通過圖像加載電力能源信息信號，顯示信號波形[6]。加載電力能源信息信號具體流程為對原始電力能源信息進(jìn)行數(shù)據(jù)通路，然后通過矢量化處理電力能源信息信號生成拓?fù)?，最后通過WAV格式來描述電力能源信息信號，由數(shù)據(jù)編碼通信運(yùn)行電力能源信息屬性，錄入電力能源信息信號屬性。

2.2 顯示信息物理特征

基于獲取的電力能源信息信號，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)中的Apache Drill對采集到的信號進(jìn)行物理特征切割，并顯示采集要素[7]。由于加載后的電力能源信息信號通常采用ESR1格式，為了更好地顯示電力能源信息信號的物理特征，可以通過傅立葉變換和遙控指令兩種方式實(shí)現(xiàn)信號的定時(shí)和遠(yuǎn)程控制。本文以信號短時(shí)平均能量表示電力能源信息信號物理特征，設(shè)信號短時(shí)平均能量表達(dá)式為E，可得：

式中：n代表的是信號字符長度，為實(shí)數(shù)；m代表的是Apache Drill切割函數(shù)長度，為實(shí)數(shù)；x代表的是采集頻率；w代表的是開發(fā)環(huán)境延遲。根據(jù)式（1）計(jì)算得到的電力能源信息信號物理特征，經(jīng)過數(shù)據(jù)引擎的空間結(jié)構(gòu)處理和3D可視化擴(kuò)展，針對電力信息信號的物理特征，建立一種綜合可集成的并能根據(jù)具體需求多層次顯示信號的數(shù)據(jù)通道。

2.3 加權(quán)融合電力能源信息特征

以顯示得到的電力能源信息物理特征為依據(jù)，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)加權(quán)融合電力能源信息特征[8]。本文以電力能源信息特征的重要程度為指標(biāo)，基于大數(shù)據(jù)的云計(jì)算計(jì)算電力能源信息特征距離Sim(x,y)，其表達(dá)式為：

式中，n代表的是特征矢量，i代表的是特征個(gè)數(shù)，w指的是平滑系數(shù)，m代表的是摩擦系數(shù)，k代表的是權(quán)值系數(shù)，g代表的是隸屬度函數(shù)，μ代表的是特征嵌入維數(shù)，x代表的是一維距平化Hamming距離橫坐標(biāo)，y代表的是一維距平化Hamming距離縱坐標(biāo)。電力能源信息一維距平化Hamming距離橫縱坐標(biāo)能夠直接決定其特征屬性中的具體點(diǎn)位信息，即為特征描述[9]。以此得出的電力能源信息特征距離如表1所述。

表1 電力能源信息特征距離

根據(jù)表1所示的電力能源信息特征距離，為便于計(jì)算本文采用對稱性特征距離屬性，基于大數(shù)據(jù)技術(shù)下的Hadoop分布式非結(jié)構(gòu)化表示若干個(gè)小的電力能源信息特征集合，進(jìn)而加權(quán)融合電力能源信息特征[10]。設(shè)大數(shù)據(jù)下電力能源信息特征加權(quán)融合為P=αe-α(c-o)，其中α代表的是特征數(shù)量，e代表的是特征的先驗(yàn)概率，c代表的是特征集合中時(shí)間，o代表的是特征加權(quán)融合創(chuàng)建時(shí)間[11]。以此為電力能源信息特征的分?jǐn)?shù)索引，其分?jǐn)?shù)越高證明在采集時(shí)的優(yōu)先級越高，保證盡可能提取更多的電力能源信息結(jié)點(diǎn)。

2.4 跟蹤電力能源信息

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)加權(quán)融合電力能源信息特征后，還需要處理電力能源信息的發(fā)射點(diǎn)與采集路徑。而后基于大數(shù)據(jù)分析電力能源信息，假定經(jīng)過濾波轉(zhuǎn)換后，電力能源信息信號的能量傳輸呈現(xiàn)逐步遞減趨勢，則可將基于大數(shù)據(jù)Rapid Miner跟蹤電力能源信息信號的目標(biāo)函數(shù)設(shè)為C，可得：

式中，k代表的是信號能量值。以此作為電力能源信息信號跟蹤的依據(jù)，確定電力能源信息信號的采集路徑。

2.5 實(shí)現(xiàn)電力能源信息采集

針對跟蹤到的電力能源信息信號，本文將捕獲的UWB脈沖基帶調(diào)制為弱無線信號與局部偽碼相關(guān)聯(lián)，用閾值方法或求最大值方法確定電力能源信息信號是否被捕獲。如果計(jì)算出的值大于閾值，則說明已成功捕獲該電力能源信息信號，并進(jìn)行后續(xù)跟蹤工作。

在此基礎(chǔ)上，通過基于PB級數(shù)據(jù)采集技術(shù)完成電力能源信息采集，處理后的信息列表項(xiàng)為Mobile Service類Layer屬性的集合，其將編輯過的元素分配到信號對象Feature Layer的實(shí)例中，在信號采集緩沖區(qū)中判斷所選的信號，如果選擇簡化信號處理點(diǎn)，則將信號處理點(diǎn)實(shí)例化為Sketch Graphic Layer的Geometry屬性并寫入緩沖區(qū)。通常情況下，電力能源信息數(shù)據(jù)采集結(jié)果的刷新周期為10 s，通過設(shè)置合適的刷新周期目的是防止修改、丟失以及不可重讀電力能源信息，至此實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的電力能源信息采集方法研究。

3 實(shí)驗(yàn)分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為驗(yàn)證基于大數(shù)據(jù)電力能源信息采集方法的有效性，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析，在某電力能源信息數(shù)據(jù)庫中選取2 000個(gè)區(qū)域范圍為（0,10 000）中的100 M（±0.02 M）字節(jié)信息。使用本文基于大數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)方法采集電力能源信息，將采集端口連接至計(jì)算機(jī)，通過MATALB軟件測得其數(shù)據(jù)采集波特率，記為實(shí)驗(yàn)組。再使用傳統(tǒng)方法采集電力能源信息，同樣將采集端口連接至計(jì)算機(jī)，通過MATALB軟件測得其數(shù)據(jù)采集波特率，記為對照組。數(shù)據(jù)采集波特率越高，代表同時(shí)段內(nèi)對電力能源信息的采集效率越高。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的基礎(chǔ)上，整理和生成如圖1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖1 電力能源信息數(shù)據(jù)采集波特率對比

由圖1可知，本文設(shè)計(jì)的方法采集波特率明顯高于對照組，在相同區(qū)域范圍內(nèi)對于電力能源信息采集效率更高，最高達(dá)0.194 bit/s。由此可知，本文設(shè)計(jì)方法可以解決電力信息采集波特率低的問題，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié) 論

本文為了提高電力信息采集效率，以實(shí)驗(yàn)分析的方式證明了設(shè)計(jì)采集方法在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，能夠解決傳統(tǒng)電力能源信息采集中存在的效率低的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未檢驗(yàn)本次電力能源信息采集波特率測定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度，因此為進(jìn)一步提高電力能源信息采集波特率測定結(jié)果的可信度，需在未來研究中加以補(bǔ)足，以期提高電力能源信息采集能力。