基于大數(shù)據(jù)的電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

劉晶晶,張華強(qiáng),陳嘉羽,褚 莉,楊 濤

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司物資分公司,安徽 合肥 230011)

供應(yīng)鏈管理的終極目的就是要把整個(gè)供應(yīng)鏈可視化、管理信息化,以最大限度地增加企業(yè)的綜合效益和降低企業(yè)的經(jīng)營(yíng)費(fèi)用,進(jìn)而提升企業(yè)的整體水平。電力物資供應(yīng)鏈包括電力網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、維護(hù)與保養(yǎng)等各個(gè)方面的資源,這些資源種類繁多,難以直接控制供應(yīng)鏈,無法保證電力網(wǎng)絡(luò)安全與穩(wěn)定。因此,協(xié)調(diào)電力物資供應(yīng)鏈,能夠強(qiáng)化安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)力度,這是提升企業(yè)整體水平的一個(gè)重要途徑。

相關(guān)學(xué)者深入研究了該問題,其中劉永勝等人[1]研究了基于供應(yīng)鏈視角的網(wǎng)購(gòu)食品安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別,采用扎根理論研究法,對(duì)網(wǎng)購(gòu)食品的消費(fèi)者差評(píng)信息進(jìn)行三級(jí)編碼,基于供應(yīng)鏈視角對(duì)網(wǎng)購(gòu)食品安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別,并利用定量的Borda序值法對(duì)子風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)估,但是該方法安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別存在縱向載荷值與預(yù)期最大值相差大的問題。許雯宏等人[2]研究了區(qū)塊鏈賦能乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)研究,為供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測(cè)進(jìn)行技術(shù)賦能,去中心化體系強(qiáng)化供應(yīng)環(huán)節(jié)質(zhì)量監(jiān)測(cè),數(shù)字簽名技術(shù)確保運(yùn)輸與儲(chǔ)存環(huán)節(jié)相銜接,以區(qū)塊鏈為底層技術(shù),構(gòu)建供應(yīng)鏈質(zhì)量安全信息監(jiān)測(cè)平臺(tái),但是該方法存在供應(yīng)鏈吞吐量低的問題。

針對(duì)上述問題,設(shè)計(jì)了一種基于大數(shù)據(jù)的電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該方法引入了大數(shù)據(jù)技術(shù),結(jié)合其他算法,實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè),以期提高供應(yīng)鏈吞吐量等。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是我國(guó)電力監(jiān)控系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)設(shè)施,供應(yīng)鏈安全已成為我國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全的一個(gè)重要內(nèi)容。基于此,設(shè)計(jì)了一種基于大數(shù)據(jù)的電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊、安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊組成,采用這種嵌入式的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),管控、調(diào)度和傳輸監(jiān)測(cè)信息。

1.1 數(shù)據(jù)采集模塊

系統(tǒng)采用AD7606數(shù)據(jù)采集模塊采集原始數(shù)據(jù),該模塊將各種芯片集成到同一塊電路板上,通過RS232串口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集,結(jié)合AT指令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集結(jié)果的語音展示[3]。

該采集模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用高精度16比特 ADC芯片AD7606,其最大取樣速度達(dá)到200 Ksps,并且具有5擋的過取樣設(shè)定模式,能夠有效地減少抖動(dòng)。采用并口方式跳線:R1懸空(未掛)、R20掛上K電阻;SPI接口模式跳線:R1掛上K電阻,R2懸空(未掛),R2少用BUSY口線,以確保采集過程的穩(wěn)定[4]。

圖1 AD7606數(shù)據(jù)采集模塊

1.2 數(shù)據(jù)處理模塊

選用89C52單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理模塊的中央處理單元,EPROM27256作為數(shù)據(jù)處理模塊外部存儲(chǔ)單元,P0端口用作地址和數(shù)據(jù)分時(shí)多路傳輸。存儲(chǔ)器的8比特內(nèi)存地址(P00到P07)經(jīng)由它的一個(gè)端口被輸出,ALE的下降邊緣把它輸入到鎖存器鎖存[5]。之后,將其和一個(gè)8比特外存地址(P20到P27)形成一個(gè)對(duì)32 K外部存儲(chǔ)器存儲(chǔ)空間的地址。

數(shù)據(jù)處理模塊中89C52單片機(jī)芯片結(jié)構(gòu),如圖2所示。

圖2 89C52單片機(jī)的芯片結(jié)構(gòu)

由圖2可知,P00～P07:P0口是一個(gè)漏極雙向打開端口,用1表示其狀態(tài),并作為一個(gè)高電阻的輸入;P10～P17:P1口是一個(gè)雙向 I/O端口,由內(nèi)向外拉動(dòng)[6]。當(dāng)P1口寫入數(shù)據(jù)1時(shí),該口的電平達(dá)到最高值,由此可作為輸入端口[7];P20～P27:P2口是雙向 I/O端口,當(dāng)P2口寫入數(shù)據(jù)1時(shí),該口的電平會(huì)達(dá)到最高,由此可作為輸入端口。

通過數(shù)據(jù)處理模塊,清洗與詞性標(biāo)注處理原始數(shù)據(jù)。將處理后的數(shù)據(jù)傳遞到供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊并分析[8-10]。

1.3 供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊

在評(píng)估模塊中,采用了模塊化的方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,其體系結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊

由圖3可知,該模塊通過外網(wǎng)介入和外部環(huán)境,將采集到的數(shù)據(jù)通過邊緣分布模塊傳輸?shù)胶诵哪K中,主要用于評(píng)估電力物資供應(yīng)商與使用者的雙邊關(guān)系。

1.4 安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊

供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊,將風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警與處理機(jī)制整合到電力資產(chǎn)歸屬單元,實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)預(yù)警與處理[11]。在系統(tǒng)中,使用光敏傳感器作為預(yù)警安全風(fēng)險(xiǎn)的主要設(shè)備。

光敏傳感器由于光線暗淡,發(fā)出低電壓信號(hào),由放大器放大后,傳送到單穩(wěn)觸發(fā)回路,以作警告,用以警告管理員[12]。當(dāng)警報(bào)聲停止(1～7 s),光敏傳感器進(jìn)入備用模式。電路以5 V直流電壓為電源,并給出了相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)警報(bào)電路,如圖4所示。

圖4 安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警電路

由圖4可知,整個(gè)電路原理圖由光敏感應(yīng)電路、二級(jí)電容耦合放大電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、報(bào)警電路等構(gòu)成,并分析電路[13]。光敏感應(yīng)器包括RG1、R1、電源及接地,其中RG1為光敏電阻。R1和光敏電阻RG1構(gòu)成電阻式串聯(lián)分壓器,R2、R3、C3、V1、C4、R4和VT2組成二級(jí)電容耦合放大電路;C3是一個(gè)反饋電容,其能穩(wěn)定電路中的靜止工作點(diǎn),從而使C3更穩(wěn)定,更可靠;C4是一個(gè)耦合電容,它的主要功能是起到隔直通交的耦合作用;R2是一個(gè)基極電阻,R3是集電極偏壓,從而確保三極管VT1處在一個(gè)放大狀態(tài);VT2與集電極偏置電阻R4相連,起到電路切換功能[14]。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路包括:集成電路U1、陶瓷電容C5、電位器RP1、電阻R5,該電路主要作用是保護(hù)電路不受外部干擾,提高電路的穩(wěn)定性。當(dāng)光敏傳感器感受到異常狀態(tài)時(shí),通過傳感器的報(bào)警聲可以調(diào)整RP1電位,觸發(fā)蜂鳴器H1發(fā)出蜂鳴器聲音,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)報(bào)警。

2 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)

2.1 潛在安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù),識(shí)別潛在安全風(fēng)險(xiǎn)。首先將兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)殘差作為特征值,標(biāo)準(zhǔn)化處理包含標(biāo)準(zhǔn)殘差在內(nèi)的指數(shù)后,構(gòu)建的特征指標(biāo)矩陣如下所示:

(1)

式中:mi、mj分別為采集的兩個(gè)相鄰樣本數(shù)據(jù);R為標(biāo)準(zhǔn)差;Δz為兩個(gè)相鄰樣本數(shù)據(jù)之間的采集時(shí)間差值;mij為特征指標(biāo);m′ij為特征指標(biāo)矩陣[15]。

通過歸一化處理特征數(shù)據(jù)后,結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)的聚類方式,獲取電力物資供應(yīng)鏈聚類結(jié)果。根據(jù)該結(jié)果確定聚類數(shù)量,進(jìn)而得到聚類有效性指數(shù),公式可表示為

(2)

式中:λij為聚類度量因子。將該公式計(jì)算結(jié)果作為聚類有效性的判定標(biāo)準(zhǔn),如果該值越高,則說明聚類劃分結(jié)果精度也就越高,由此也得到最優(yōu)聚類結(jié)果。根據(jù)該結(jié)果,可以對(duì)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分類,從而實(shí)現(xiàn)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。

2.2 安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)流程設(shè)計(jì)

基于潛在安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果,設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)流程如圖5所示。

圖5 安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)流程

由圖5可知,針對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)詳細(xì)流程,如下所示:

步驟一:通過互聯(lián)網(wǎng)采集電力資產(chǎn)供應(yīng)鏈數(shù)據(jù),并利用電力專用網(wǎng)絡(luò)對(duì)電力物資有關(guān)的公開公布數(shù)據(jù)、非公開數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

步驟二:處理電力資產(chǎn)供應(yīng)商所屬國(guó)家相關(guān)的言論信息、企業(yè)重要業(yè)務(wù)信息和政治活動(dòng)信息,獲取處理后的分詞、標(biāo)注結(jié)果,并將該結(jié)果存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。

步驟三:結(jié)合潛在安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果,構(gòu)建電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)的目標(biāo)函數(shù),公式為

(3)

式中:ω為權(quán)重;x為監(jiān)測(cè)指標(biāo);γi、κi分別為安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)的類外、類間特征量。

依據(jù)該目標(biāo)函數(shù),將處理的電力物資供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控系統(tǒng)信息、國(guó)家信息安全漏洞庫(kù)信息以及廠商所公布的產(chǎn)品缺陷信息,從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊提取出與電力物資供應(yīng)鏈有關(guān)的安全缺陷信息,并評(píng)估其可能造成的影響。

步驟四:通過供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模塊,為各個(gè)電網(wǎng)企業(yè)提供供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警;

步驟五:分析風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警結(jié)果,并將其推入至電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)的資產(chǎn)所有者;

步驟六:設(shè)置安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警時(shí)間限制,要求電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的資產(chǎn)所有者單位提交供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)處理方案,并追蹤與管理方案。

3 實(shí) 驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)裝置

在SCPI標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議下,結(jié)合Wi-fi無線通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置的開發(fā),結(jié)合以太網(wǎng)開放系統(tǒng)互聯(lián)模型進(jìn)行裝置的組態(tài)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)裝置的智能交互,并調(diào)用Sip_call接口創(chuàng)建實(shí)驗(yàn)裝置的消息控制指令,實(shí)現(xiàn)裝置的分組交換設(shè)計(jì),如圖6所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)

由圖6可知,將實(shí)驗(yàn)裝置與不同層次定義的協(xié)議集合起來,以函數(shù)的形式展現(xiàn),構(gòu)成一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)函數(shù)庫(kù),為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供函數(shù)庫(kù)支持。

3.2 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)看板

通過圖6所示結(jié)構(gòu)獲取電力物資供應(yīng)鏈銷售商版塊、制造商版塊和供應(yīng)商版塊的縱向荷載值,利用該值表示電力物資供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)指標(biāo)看板,如圖7所示。

圖7 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)看板

實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)周期、取數(shù)規(guī)則是以某個(gè)電網(wǎng)公司公布的指標(biāo)為準(zhǔn),具體如下:

實(shí)驗(yàn)指標(biāo)名稱:指標(biāo)執(zhí)行率;

統(tǒng)計(jì)周期:季度;

取數(shù)規(guī)則:在統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)完成電力供應(yīng)鏈物資采購(gòu);

指標(biāo)執(zhí)行率:當(dāng)指標(biāo)執(zhí)行率在[80%,100%]時(shí),指標(biāo)執(zhí)行率可達(dá)到100%;當(dāng)指標(biāo)執(zhí)行率在[50%,80%]時(shí),指標(biāo)執(zhí)行率可達(dá)到60%;當(dāng)指標(biāo)執(zhí)行率在[30%,50%]時(shí),指標(biāo)執(zhí)行率可達(dá)到40%;當(dāng)指標(biāo)執(zhí)行率在[0%,30%]時(shí),指標(biāo)執(zhí)行率可達(dá)到0%。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

為了驗(yàn)證基于大數(shù)據(jù)的電力供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,將供應(yīng)鏈的縱向載荷值和吞吐量作為指標(biāo),分別將文獻(xiàn)[1]、文獻(xiàn)[2]的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),與所研究系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析。

3.3.1 縱向荷載值

對(duì)比三種系統(tǒng)的供應(yīng)鏈縱向載荷值,結(jié)果如圖8所示。

圖8 三種系統(tǒng)供應(yīng)鏈縱向載荷值對(duì)比結(jié)果

由圖8可知,使用文獻(xiàn)[1]的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),監(jiān)測(cè)到的最高縱向載荷值為68 kN/m3,與預(yù)期最大值相差16 kN/m3;使用文獻(xiàn)[2]的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),監(jiān)測(cè)到的最高縱向載荷值為78 kN/m3,與預(yù)期最大值相差6 kN/m3;使用基于大數(shù)據(jù)的電力供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),監(jiān)測(cè)到的最高縱向載荷值為83.5 kN/m3,與預(yù)期最大值相差0.5 kN/m3。

3.3.2 吞吐量

對(duì)比三種系統(tǒng)的吞吐量,結(jié)果如表1所示。

表1 三種系統(tǒng)吞吐量對(duì)比結(jié)果 bit

由表1可知,使用文獻(xiàn)[1]的監(jiān)測(cè)系統(tǒng),和文獻(xiàn)[2]的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的吞吐量,比基于大數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要低,說明使用的基于大數(shù)據(jù)的風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)吞吐量較高。

通過上述比較結(jié)果可知,使用基于大數(shù)據(jù)的電力供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),供應(yīng)鏈縱向載荷值與預(yù)期值最接近,主要原因是應(yīng)用大數(shù)據(jù)方法在識(shí)別潛在安全風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合供應(yīng)鏈自身特點(diǎn),獲取的供應(yīng)鏈縱向載荷值與預(yù)期值基本一致。而供應(yīng)鏈吞吐量性能好,表明電力物資供應(yīng)鏈穩(wěn)定,也證實(shí)了系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)。

4 結(jié) 語

針對(duì)電力物資供應(yīng)鏈中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)問題,提出了基于大數(shù)據(jù)的電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),應(yīng)用了大數(shù)據(jù)技術(shù),該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過對(duì)其進(jìn)行嵌入式調(diào)度,識(shí)別潛在的安全風(fēng)險(xiǎn),并對(duì)其進(jìn)行自適應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)證明,該系統(tǒng)能夠使電力供應(yīng)鏈保持較高的穩(wěn)定性,且系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程較為簡(jiǎn)單,因此,具備較強(qiáng)的推廣性。