傳感器網(wǎng)絡和云計算的電力安全器具管理研究

袁 超，黃 濤，劉 全，韓文建，吳木木

（江蘇方天電力技術有限公司，江蘇南京 211100）

目前電力行業(yè)設備密集且種類繁多，電力安全器具的使用次數(shù)不斷增加[1]，電力安全器具的資料信息較為分散，導致錄入信息時難以保證完全錄入，在海量電力安全器具的運行與資料信息搜索過程中，很難快速且準確地搜索到目標信息[2]。器具信息的準確搜索與實時錄入可便于電力作業(yè)人員實時性地全面了解器具信息，保障其安全施工。因此，必須對電力安全器具實施全面的管理。通過對電力安全器具進行管理，能夠?qū)崿F(xiàn)更加規(guī)范、安全的生產(chǎn)，保障電網(wǎng)的平穩(wěn)運行與電力部門的正常生產(chǎn)[3-4]。因此，設計一種高效、全面的電力安全器具管理方法，成為當前電力領域的研究熱點。

文獻[5]采用遺傳算法，求出計量中心自動化存儲系統(tǒng)的最優(yōu)存儲位置，優(yōu)化了計量中心自動化存儲系統(tǒng)中計量器具的搜索時間。該方法能夠有效降低計量器具的搜索時間，提高了系統(tǒng)的搜索效率，但該方法未考慮信息錄入全面的問題。文獻[6]采用物聯(lián)網(wǎng)技術，通過傳感器和服務器，管控人員安全器具，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫優(yōu)化系統(tǒng)算法，完成了電力安全作業(yè)管理系統(tǒng)的設計。該方法能夠減少作業(yè)風險，但該系統(tǒng)的實時性較差。

針對上述問題，文中提出了應用傳感器網(wǎng)絡和云計算技術實現(xiàn)電力安全器具管理的方法，通過運用傳感器網(wǎng)絡和云計算技術獲取電力安全器具管理數(shù)據(jù)，構(gòu)建電力安全器具在位狀態(tài)監(jiān)測模型和電力安全器具管理模型，從而實現(xiàn)科學、高效、全面的電力安全器具管理。

1 基于傳感器網(wǎng)絡和云計算技術的電力安全器具管理方法

1.1 獲取電力安全器具管理數(shù)據(jù)

利用云計算技術在電力數(shù)據(jù)庫[7]中對電力安全器具管理數(shù)據(jù)進行計算，獲取電力安全器具管理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)資源數(shù)據(jù)的集中管理，能夠動態(tài)地獲取電力安全器具管理數(shù)據(jù)，云計算技術為管理電力安全器具數(shù)據(jù)提供強大的計算能力[8]。由于電力安全器具的數(shù)量以及使用次數(shù)較多，故需構(gòu)建電力安全器具使用的全過程信息化數(shù)據(jù)集合，方便對其進行集中管理以及數(shù)字化管理。獲取電力安全器具管理數(shù)據(jù)的具體步驟如下：

為了提高搜索效率，保證目標搜索項目均可被搜索到，設計整體項目集A（項目集A包括電力安全器具從采購、檢測、入庫、領用、臺賬、檢查、維護、實驗到報廢全過程的信息化數(shù)據(jù)），在項目集A中挑選k個數(shù)據(jù)對首個頻繁項集B1（電力安全器具維護與實驗數(shù)據(jù)集合）進行構(gòu)造，其數(shù)據(jù)的選取原則為P≥q，其中，P表示數(shù)據(jù)的求取概率，q表示項目集的最小支持度。其構(gòu)造表達式具體為：

式（1）中，b表示頻繁項集B1中的構(gòu)成項。

構(gòu)造數(shù)據(jù)的候選集C（電力安全器具維護數(shù)據(jù)集合）與其第二個頻繁項集B2（電力安全器具入庫數(shù)據(jù)集合），其中候選集C的構(gòu)造數(shù)據(jù)需要在首個頻繁項集B1中選出，選擇基準為刨除包含非頻繁項的二維項集E（電力安全器具采購數(shù)據(jù)集合）；第二個頻繁項集B2則在候選集C中選取數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)的選取原則[9]為P

式（3）中，a表示頻繁項集B2中的構(gòu)成項。

當首個頻繁項集B1和第二個頻繁項集B2的構(gòu)成項滿足b=a時，對二者進行合并[10]。同理，合并其他頻繁項集，最終完成候選集的構(gòu)造：

式（4）中，Bn表示第n個頻繁項集，Bn+1表示第n+1 個頻繁項集，ai表示第n個頻繁項集Bn中的構(gòu)成項；bi表示第n+1 個頻繁項集Bn+1中的構(gòu)成項。

頻繁項集的合并過程具體如圖1 所示。

圖1 頻繁項集的合并過程

然后同上一步驟，構(gòu)造數(shù)據(jù)的第n個頻繁項集；

在構(gòu)造的n個頻繁項集中對關聯(lián)規(guī)則進行考察，其關聯(lián)規(guī)則置信度公式為：

按照式（5）預設值小于置信度的規(guī)則，可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效獲取。

按照上述步驟，利用云計算技術對電力數(shù)據(jù)庫中電力安全器具管理關聯(lián)數(shù)據(jù)進行計算，獲取的數(shù)據(jù)包括電力安全器具的資料數(shù)據(jù)與安全管理數(shù)據(jù)[11]。

1.2 監(jiān)測電力安全器具在位狀態(tài)

基于獲取的電力安全器具管理數(shù)據(jù)，應用傳感器網(wǎng)絡構(gòu)建一個電力安全器具在位狀態(tài)監(jiān)測模型，對電力安全器具實施在位狀態(tài)監(jiān)測。構(gòu)建的電力安全器具在位狀態(tài)監(jiān)測模型的構(gòu)成模塊為終端監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊以及現(xiàn)場檢測模塊[12-14]，這些模塊均需要依托傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)其具體功能，模型具體構(gòu)造如圖2 所示。

圖2 電力安全器具在位狀態(tài)監(jiān)測模型具體構(gòu)造模塊圖

終端監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊以及現(xiàn)場檢測模塊能夠通過傳感器網(wǎng)絡實施數(shù)據(jù)交互，交互數(shù)據(jù)包括控制及狀態(tài)數(shù)據(jù)流[15]。

其中終端監(jiān)測模塊的作用是對電力安全器具的在位狀態(tài)實施遠程監(jiān)測，該模塊是整個模型的應用層，能夠為電力安全器具管理人員提供快捷方便的在位狀態(tài)監(jiān)測界面[16]。終端監(jiān)測模塊匯集了現(xiàn)場檢測模塊收集的節(jié)點設備信息，能夠進行數(shù)據(jù)的展示、預警以及存儲[17]。利用終端監(jiān)測模塊，電力安全器具管理人員能夠?qū)崟r獲取電力安全器具在位數(shù)據(jù)，其預警功能能夠?qū)﹄娏Π踩骶叩臒o端調(diào)動進行預警，當管理人員收到警報后，能夠在后臺對該電力安全器具的整體調(diào)動數(shù)據(jù)進行獲取，并對相關處理人員進行調(diào)配。

數(shù)據(jù)傳輸模塊負責對電力安全器具在位狀態(tài)數(shù)據(jù)進行傳輸[18]，該模塊是整個模型的最底層，也是模型的基礎配置，利用智能設備能夠采集并傳輸電力安全器具的在位狀態(tài)數(shù)據(jù)，該模塊具備實時性。

現(xiàn)場檢測模塊處于數(shù)據(jù)傳輸模塊與終端監(jiān)測模塊之間，負責獲取并處理現(xiàn)場監(jiān)測設備數(shù)據(jù)[19]，獲取設備數(shù)據(jù)后能夠?qū)υO備數(shù)據(jù)進行發(fā)送和處理、對數(shù)據(jù)趨勢進行分析以及將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)傳輸模塊。

利用電力安全器具在位狀態(tài)監(jiān)測模型能夠?qū)﹄娏Π踩骶邔嵤崟r監(jiān)測[20]，當在位狀態(tài)發(fā)生變化時，狀態(tài)數(shù)據(jù)會被自動記錄，并對當前狀態(tài)進行自動更新，電力安全器具管理人員能夠?qū)崟r獲取電力安全器具當前的狀態(tài)，以對其進行管理。

1.3 實現(xiàn)電力安全器具管理

完成電力安全器具在位狀態(tài)監(jiān)測后，應用云計算技術構(gòu)建一個電力安全器具管理模型，最大程度地實現(xiàn)電力安全器具管理的優(yōu)化和效率的提升[21]。根據(jù)云計算智能化管理、資源維護和自動化查詢等特點，構(gòu)建的電力安全器具管理模型包括維護基礎信息模塊、管理電力安全器具模塊、查詢統(tǒng)計模塊。

電力安全器具管理模型的具體模塊構(gòu)成如圖3所示。

圖3 電力安全器具管理模型模塊構(gòu)成

分析圖3 可知，在維護基礎信息模塊中，各單元的具體功能如下：電力安全器具歸屬信息維護單元具體功能包括新供電所添加、供電所刪除、供電所對應信息修改；電力安全器具供應商信息維護單元具體功能包括新供應商添加、供應商刪除、供應商對應信息修改；電力安全器具時間信息設置單元具體功能包括對檢驗設置提示時間、對報廢工具設置提示時間、對未歸還工具設置提示時間；設定保管柜信息單元具體功能包括保管柜具體位置信息添加、保管柜具體位置信息修改以及保管柜具體位置信息刪除。

管理電力安全器具模塊主要應用云計算技術實現(xiàn)其管理功能，其構(gòu)造包括7 個單元，各單元對應的功能分別為管理器具申購流程、管理器具發(fā)放流程、管理器具接收管理流程、管理器具領用流程、管理器具退還流程、管理器具檢驗流程、管理器具廢棄流程。

查詢統(tǒng)計模塊中各單元的具體功能為供電所實時臺賬查詢、供給商實時信息查詢、供電所實時信息查詢、工具領用、廢棄與檢查實時信息查詢。

2 實驗驗證與分析

2.1 搭建測試環(huán)境

對設計的應用傳感器網(wǎng)絡和云計算技術的電力安全器具管理方法進行實驗驗證。搭建的測試環(huán)境具體如表1 所示。

表1 搭建的測試環(huán)境

在搭建的測試環(huán)境下進行電力安全器具管理實驗，測試電力安全器具管理方法的器具搜索性能。為了對比實驗方法的器具搜索性能，需要比較實驗方法的器具搜索效率與器具錄入全面性，當器具搜索效率更高且器具錄入更全面時，即可證明實驗電力安全器具管理方法的器具搜索性能更好。

2.2 實驗結(jié)果分析

為了確保實驗結(jié)果具備對比性與可靠性，實驗選取1 000 個電力安全器具信息數(shù)據(jù)作為實驗數(shù)據(jù)，分別采用文獻[5]方法、文獻[6]方法和所提方法的電力安全器具管理方法，對電力安全器具信息數(shù)據(jù)進行6 次搜索后，比較不同方法的電力安全器具管理方法的器具搜索效率，對比結(jié)果如圖4 所示。

圖4 不同方法的器具搜索效率對比

分析圖4 可知，采用不同方法的電力安全器具管理方法對器具信息數(shù)據(jù)進行6 次搜索后，文獻[5]方法的平均器具搜索效率為61%，文獻[6]方法的平均器具搜索效率為32%，而所提方法的平均器具搜索效率為95%。由此可知，所提方法的器具搜索效率較高，該文主要采用傳感器網(wǎng)絡，通過構(gòu)建的終端監(jiān)測模塊，實現(xiàn)電力安全器具信息在位狀態(tài)監(jiān)測，達到快速搜索數(shù)據(jù)的功能，從而提高器具搜索效率。

為了驗證電力安全器具信息錄入的實時性，分別采用文獻[5]方法、文獻[6]方法和所提方法的電力安全器具管理方法，對選取的1 000 個電力安全器具信息數(shù)據(jù)進行錄入，對比不同方法的電力安全器具管理方法的器具信息錄入時間，其結(jié)果如圖5 所示。

圖5 不同方法的器具信息錄入時間對比

分析圖5 可知，當器具信息數(shù)據(jù)量為600 MB 時，文獻[5]方法的器具信息錄入時間為28 s，文獻[6]方法的器具信息錄入時間為38 s，而所提方法的器具信息錄入時間為7 s；當器具信息數(shù)據(jù)量為1 000 MB時，文獻[5]方法的器具信息錄入時間為32 s，文獻[6]方法的器具信息錄入時間為42 s，而所提方法的器具信息錄入時間為8 s。由此可知，所提方法的器具信息錄入時間最短，其信息錄入的實時性較好，該文所構(gòu)建的數(shù)據(jù)傳輸模塊，能夠?qū)崟r傳輸電力安全器具的在位狀態(tài)數(shù)據(jù)，使器具信息錄入具有較高的實時性。

在此基礎上驗證不同方法的器具信息錄入的全面性，其對比結(jié)果如表2 所示。

表2 不同方法的器具信息錄入對比

根據(jù)表2 可以看出，文獻[5]方法的電力安全器具管理方法中安全圍欄（網(wǎng)）的器具信息未錄入，文獻[6]方法的電力安全器具管理方法中標示牌的器具信息未錄入，而所提方法的電力安全器具管理方法中器具信息均錄入。由此可知，所提方法的電力安全器具管理方法的器具信息錄入全面性較高，所提方法主要應用云計算技術管理電力安全器具模塊，能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)進行處理，從而使器具信息錄入全面。

3 結(jié)束語

為了解決器具搜索效率低、器具信息錄入不全、實時性較差的問題。文中提出了應用傳感器網(wǎng)絡和云計算技術實現(xiàn)電力安全器具管理的方法。采用云計算技術，獲取電力安全器具管理數(shù)據(jù)，并應用傳感器網(wǎng)絡，構(gòu)建電力安全器具在位狀態(tài)監(jiān)測模型和電力安全器具管理模型，從而實現(xiàn)電力安全器具管理。實現(xiàn)了器具搜索性能的提升，對于實現(xiàn)電力安全器具的科學、高效、全面管理具有重要意義。然而受到時間和電力安全器具信息數(shù)據(jù)的限制，在對比實驗中得出的實驗結(jié)果具有一定的片面性，在未來的研究工作中，希望可以獲得更多的數(shù)據(jù)來支持電力安全器具的管理。