基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)急電力物資智能倉(cāng)儲(chǔ)與調(diào)配管理研究

李 偉

國(guó)網(wǎng)四川省電力公司物資公司，四川 成都 610052

電力供應(yīng)是保證社會(huì)穩(wěn)定的重要因素，自然災(zāi)害和突發(fā)事故容易導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)癱瘓，進(jìn)而嚴(yán)重影響企業(yè)的生產(chǎn)，造成巨大的損失，甚至影響到社會(huì)穩(wěn)定以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此需要有效的應(yīng)急管理來(lái)修復(fù)電網(wǎng)故障，確保供電區(qū)域內(nèi)正常的生產(chǎn)，避免因?yàn)橥ｋ娫斐蓳p失。這就要求電力行業(yè)應(yīng)急管理部門(mén)具備極強(qiáng)的反應(yīng)力和應(yīng)急恢復(fù)能力，能夠在發(fā)生突發(fā)事件的時(shí)候做出快速?zèng)Q策，保證電力能夠盡快恢復(fù)。目前電力供應(yīng)方面應(yīng)急響應(yīng)能力和實(shí)戰(zhàn)能力較弱，電力應(yīng)急物資調(diào)配受到傳統(tǒng)方式的限制。在發(fā)生突發(fā)事件的時(shí)候需要快速進(jìn)行物資調(diào)配，這就要求合理規(guī)劃物資的調(diào)配路徑和方式，確保充分發(fā)揮應(yīng)急管理功能。應(yīng)急響應(yīng)是電力供應(yīng)中最關(guān)鍵的一環(huán)，因此物資的管理與調(diào)配優(yōu)化是電力企業(yè)最應(yīng)關(guān)注的問(wèn)題。

1 應(yīng)急電力物資需求特征

從實(shí)際情況來(lái)看，應(yīng)急電力物資需求呈現(xiàn)出十分明顯的特征，具體表現(xiàn)如下：第一，存儲(chǔ)量大。與其他物資相比，應(yīng)急電力物資的制作耗時(shí)長(zhǎng)，依靠普通庫(kù)存模式難以完成電力物資的庫(kù)存管理，難以滿足相關(guān)需求，因此需要借助物資儲(chǔ)備的方式進(jìn)行管理，滿足大量存儲(chǔ)的需求，為物資及時(shí)供應(yīng)做充足的準(zhǔn)備。第二，季節(jié)性。電網(wǎng)由大量線路以及設(shè)備組成，這些物品在外界環(huán)境中運(yùn)行時(shí)，一旦遭受惡劣天氣或者氣候?yàn)?zāi)害，如地震、雷電以及暴雨等，可能受到破壞，需要對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。這對(duì)修復(fù)物資提出更高的要求，不僅強(qiáng)調(diào)緊急性，而且由于每個(gè)季節(jié)的特征不同，易發(fā)生的災(zāi)害類型不同，所需的物資也呈現(xiàn)季節(jié)性變化，因此，必須做好物資的準(zhǔn)備工作。第三，要求高。物資管理內(nèi)容復(fù)雜，物資品種多樣，這要求工作人員必須具有豐富的專業(yè)知識(shí)，能夠掌控物資儲(chǔ)備全過(guò)程，這樣才可以保證電力物資倉(cāng)儲(chǔ)的靈活與完備。第四，及時(shí)性。電力與現(xiàn)實(shí)生活緊密相關(guān)，一旦故障不能及時(shí)處理，必然會(huì)擴(kuò)大影響范圍，在這種情況下，需要根據(jù)實(shí)際增大電力物資的供應(yīng)，確保物資供應(yīng)的及時(shí)有效，保障生產(chǎn)與生活穩(wěn)定。第五，不確定性。主要是指設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到諸多不確定性因素的影響。第六，關(guān)聯(lián)性。系統(tǒng)構(gòu)成十分復(fù)雜，電氣設(shè)備和線路之間的連接都比較復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)之間有密切的關(guān)聯(lián)性。這導(dǎo)致物資供需也十分復(fù)雜，在具體的操作中需要進(jìn)行合理調(diào)配、科學(xué)安排。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2.1 射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中最典型的技術(shù)，是基于電子信息技術(shù)所研發(fā)出來(lái)的，是借助電磁感應(yīng)動(dòng)態(tài)化追蹤設(shè)備與物品作為管理參考的技術(shù)，可充分識(shí)別與讀取信息，作為數(shù)據(jù)管理的參考部分，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量管理。RFID 技術(shù)包含標(biāo)簽、閱讀器和運(yùn)行系統(tǒng)3 個(gè)部分。在技術(shù)構(gòu)成中，標(biāo)簽是指對(duì)被探測(cè)物品信息的存儲(chǔ)。標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)系統(tǒng)，接收不同類型的射頻識(shí)別信息并進(jìn)行信號(hào)反射。使用解碼器完成解碼操作后傳輸給操作系統(tǒng)，再將命令分發(fā)出去。將這一技術(shù)使用在電力應(yīng)急物資的儲(chǔ)備和調(diào)度中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備以及物資運(yùn)輸、儲(chǔ)備、監(jiān)督、存儲(chǔ)的管理，實(shí)現(xiàn)智能化和智慧化的調(diào)配。

2.2 傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是進(jìn)行信息獲取的重要基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)信號(hào)的采集以及處理。傳感技術(shù)有強(qiáng)大的自組織功能，在無(wú)人操作的情況下也可以實(shí)現(xiàn)自我調(diào)配，建立起以數(shù)據(jù)為中心的網(wǎng)絡(luò)。如果將其使用在應(yīng)急物資調(diào)配中，能夠動(dòng)態(tài)化實(shí)時(shí)監(jiān)督庫(kù)存，精準(zhǔn)反饋物資調(diào)配和存儲(chǔ)的信息。這會(huì)讓物資調(diào)度和調(diào)配工作更安全高效，確保能夠在短時(shí)間之內(nèi)最快恢復(fù)電力供應(yīng)。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電網(wǎng)應(yīng)急物資儲(chǔ)備定額

3.1 應(yīng)急物資儲(chǔ)備的定額管理

應(yīng)急電力物資定額是物資管理中最重要的內(nèi)容，結(jié)合電力企業(yè)內(nèi)外部環(huán)境來(lái)保證電力供應(yīng)的正常穩(wěn)定，以經(jīng)濟(jì)合理性作為指導(dǎo)原則來(lái)儲(chǔ)備物資數(shù)量。在應(yīng)急物資管理中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠保證物資的定額管理水平，確保物資倉(cāng)儲(chǔ)管理的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以得到實(shí)時(shí)監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)充和合理預(yù)測(cè)，及時(shí)響應(yīng)物資需求，結(jié)合物資波動(dòng)自動(dòng)調(diào)節(jié)。如果出現(xiàn)資產(chǎn)閑置或是過(guò)度使用，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出預(yù)警，物聯(lián)網(wǎng)會(huì)將信息傳輸給管理系統(tǒng)，從而進(jìn)行合理管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使結(jié)合季節(jié)變化來(lái)預(yù)測(cè)物資需求成為可能，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)物資的管理。如果物資存儲(chǔ)環(huán)境的溫度濕度發(fā)生變化，會(huì)及時(shí)向管理人發(fā)出預(yù)警信息，方便對(duì)物資的管理[1]。

3.2 利用遺傳算法優(yōu)化定額測(cè)算模型

結(jié)合遺傳算法全局優(yōu)化的特征對(duì)反向傳播（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值與閾值進(jìn)行優(yōu)化，可以提高預(yù)測(cè)效果，在測(cè)算中可實(shí)現(xiàn)對(duì)種群個(gè)體迭代擇優(yōu)。之后建立BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練、遺傳操作，計(jì)算適應(yīng)度，得到最優(yōu)的權(quán)值和閾值，持續(xù)更新即可得到全局最優(yōu)的預(yù)測(cè)值。創(chuàng)建定額測(cè)算模型之前，需要先進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作，再進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)入、清洗以及標(biāo)準(zhǔn)化處理，設(shè)置變量范圍和個(gè)體編碼，結(jié)合數(shù)據(jù)大小進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理?？梢圆捎脴O值處理法、歸一處理法以及向量規(guī)范化。

使用遺傳算法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化分析，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在使用上具備自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)的優(yōu)勢(shì)，可以在計(jì)算中大大發(fā)揮作用，提升網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)性能。這說(shuō)明計(jì)算得出的權(quán)值和閾值更合理，網(wǎng)絡(luò)逼近實(shí)際效果，所存在的誤差也會(huì)減少，迭代獲取最優(yōu)良的數(shù)值即可實(shí)現(xiàn)對(duì)BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。將所獲取的最優(yōu)權(quán)值和閾值通過(guò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)神經(jīng)的優(yōu)化訓(xùn)練，將測(cè)試的數(shù)據(jù)傳輸給訓(xùn)練完成的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，使用數(shù)據(jù)輸入模型的方式進(jìn)行誤差計(jì)算，將數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出并且繪制圖紙[2]。

3.3 算法示例

對(duì)使用頻率高的應(yīng)急電力物資儲(chǔ)備定額進(jìn)行計(jì)算。以低壓電纜為例，假設(shè)A 地區(qū)有3 個(gè)電力應(yīng)急物資儲(chǔ)備倉(cāng)庫(kù)，對(duì)3 年共36 個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)原始數(shù)據(jù)求平均值，以月初的初始庫(kù)存為儲(chǔ)備定額，以月總出量為庫(kù)存因素，以平均庫(kù)存為成本因素進(jìn)行預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間是響應(yīng)因素，使用儲(chǔ)備定額來(lái)計(jì)算，缺失的數(shù)據(jù)可估算補(bǔ)充，進(jìn)行歸一化和標(biāo)準(zhǔn)化處理。在計(jì)算過(guò)程中考慮存在的不確定性因素，將庫(kù)存、成本、風(fēng)險(xiǎn)作為影響因素，使用遺傳算法來(lái)優(yōu)化定額計(jì)算。擬合非線性函數(shù)的4 個(gè)輸入?yún)?shù)和1 個(gè)輸出參數(shù)。非線性函數(shù)形成權(quán)值和閾值，在數(shù)據(jù)中挑選6 組進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，剩下的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試，使用遺傳算法來(lái)尋優(yōu)，訓(xùn)練數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)誤差絕對(duì)值和值作為個(gè)體適應(yīng)度，將電力應(yīng)急物資儲(chǔ)備定額進(jìn)行最優(yōu)估算預(yù)測(cè)，得到函數(shù)曲線。實(shí)施BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，將所挑選的36 個(gè)月的輸入數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練對(duì)象，得到經(jīng)過(guò)訓(xùn)練之后的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)值，可觀測(cè)訓(xùn)練數(shù)據(jù)和測(cè)試數(shù)據(jù)之間的方差是否存在擬合現(xiàn)象，如果存在，則證明網(wǎng)絡(luò)性能良好[3]。接下來(lái)根據(jù)每個(gè)變量取值區(qū)間用循環(huán)計(jì)算方式，將所有可能的數(shù)據(jù)組合輸入BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型中，最終得到最優(yōu)儲(chǔ)備定額計(jì)算測(cè)算，將原始數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)值進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)庫(kù)存量、成本、風(fēng)險(xiǎn)以及技術(shù)都會(huì)對(duì)電力應(yīng)急物資儲(chǔ)備產(chǎn)生影響，定額會(huì)隨著月出庫(kù)量的增加而上升，隨著需求預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度增長(zhǎng)而減少，證明需求預(yù)測(cè)會(huì)對(duì)儲(chǔ)備定額產(chǎn)生積極的影響，說(shuō)明如果需求預(yù)測(cè)值的準(zhǔn)確性降低會(huì)影響儲(chǔ)備定額計(jì)算。

3.4 物資配送的優(yōu)化模型

在傳統(tǒng)物資配送中，均將最小成本管理作為目標(biāo)，但是應(yīng)急物資調(diào)配存在不同的目標(biāo)需求，期望能夠?qū)⑽镔Y的調(diào)配實(shí)現(xiàn)最優(yōu)，即最短的運(yùn)輸距離、最少的運(yùn)輸時(shí)間、最低的運(yùn)輸成本。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的使用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)應(yīng)急物資運(yùn)輸狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，跟蹤物資調(diào)配情況，了解裝配環(huán)節(jié)，通過(guò)安裝各種傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)物資運(yùn)行狀態(tài)、地理位置和車(chē)輛等情況的掌握，對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行智能分析可實(shí)現(xiàn)對(duì)異常情況的報(bào)警，從而優(yōu)化配送過(guò)程。假設(shè)從一個(gè)地區(qū)運(yùn)輸應(yīng)急物資到多個(gè)受災(zāi)點(diǎn)，物資調(diào)配的過(guò)程中，需求點(diǎn)之間存在競(jìng)爭(zhēng)應(yīng)急物資的情況，都希望盡快得到所需要的應(yīng)急物資。此時(shí)需要將這一個(gè)地區(qū)物資儲(chǔ)備庫(kù)中的物資進(jìn)行合理調(diào)配，如果物資有限，可將其理解為非合作博弈的應(yīng)急物資模型，該模型為：

其中t表示應(yīng)急階段，N 則表示在這一環(huán)節(jié)中存在的無(wú)數(shù)需求點(diǎn)。而Gi表示守在需求點(diǎn)的函數(shù)，l的組合是指受災(zāi)點(diǎn)的組合。非合作博弈模型的相關(guān)因素比較多，應(yīng)急物資的配送速度還受到運(yùn)輸路況等影響，路況越好則運(yùn)輸越通順，應(yīng)急單位成本與庫(kù)存和需求均相關(guān)，物資和儲(chǔ)備兩者之間的關(guān)系影響到救災(zāi)工作的質(zhì)量，要保障救災(zāi)成本最小化，受災(zāi)點(diǎn)調(diào)配策略需要選擇最優(yōu)的方案來(lái)保證整體效果最優(yōu)化，確保配送成本最小[4]。

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能倉(cāng)儲(chǔ)使用

4.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的物資智能倉(cāng)儲(chǔ)結(jié)構(gòu)

智能倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在應(yīng)急物資調(diào)配中需要滿足多個(gè)功能，首先是對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)管讓相關(guān)部門(mén)能夠掌握物資的詳細(xì)情況；其次是對(duì)整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)流程的優(yōu)化管理；最后是對(duì)整個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)過(guò)程中所涉及的人員和設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在這3 個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中發(fā)揮了十分積極的作用。當(dāng)前的應(yīng)急智能倉(cāng)儲(chǔ)架構(gòu)主要分為業(yè)務(wù)、設(shè)備管理、安全管理、基本信息、數(shù)據(jù)管理模塊，多模塊的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的物流信息采集，數(shù)據(jù)信息集成，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的智能化管理[5]。

4.2 智能電力物資的倉(cāng)儲(chǔ)運(yùn)作

物資被運(yùn)送到倉(cāng)庫(kù)時(shí)通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)和傳感器、定位系統(tǒng)等信息技術(shù)進(jìn)行物資信息的采集和錄入，再利用RFID 電子標(biāo)簽讓人們更詳細(xì)地了解物資到達(dá)情況，如在變壓器標(biāo)簽上錄入變壓器容量以及類型等信息，智能系統(tǒng)會(huì)根據(jù)這些物資的相關(guān)信息考慮庫(kù)位分配，在物資入庫(kù)之后通過(guò)打印入庫(kù)清單了解物資情況。智能揀貨出庫(kù)能夠定義多個(gè)揀貨的規(guī)則，在出貨方面強(qiáng)調(diào)先進(jìn)先出、最快出庫(kù)和最大倉(cāng)儲(chǔ)利用的原則，從而確定出入庫(kù)時(shí)間，并且將貨物信息傳送到倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng)中及時(shí)更新物資庫(kù)存的信息。

物資調(diào)配系統(tǒng)的核心就是在發(fā)生突發(fā)事件以后能夠及時(shí)將物資從儲(chǔ)備地點(diǎn)運(yùn)輸?shù)叫枨蟮攸c(diǎn)，此時(shí)路徑選擇十分關(guān)鍵?？墒褂玫铱怂固乩―ijkstra）算法計(jì)算得到最優(yōu)路徑，各個(gè)倉(cāng)庫(kù)按照最優(yōu)路徑來(lái)調(diào)配資源，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的價(jià)值。調(diào)配中心在發(fā)出指令之后，各個(gè)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)接收到信息，提供物資種類數(shù)據(jù)和位置，讓物資調(diào)配更精準(zhǔn)、更及時(shí)，保證物資以最快時(shí)間出庫(kù)并運(yùn)輸?shù)街付ǖ牡攸c(diǎn)，可以在物資車(chē)輛上加裝跟蹤設(shè)備，輸送完畢后，及時(shí)反應(yīng)物資的運(yùn)送情況，保證物資運(yùn)送安全可靠。

5 結(jié)語(yǔ)

應(yīng)急電力物資調(diào)配是應(yīng)急管理中十分重要的一環(huán)，在突發(fā)事件后需要在第一時(shí)間內(nèi)提供物資，確保電網(wǎng)及時(shí)修復(fù)?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的智能倉(cāng)儲(chǔ)和物資調(diào)配為電網(wǎng)應(yīng)急處理提供了保障。通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)和傳感技術(shù)對(duì)物資展開(kāi)信息化處理，加快物資調(diào)配速度以及調(diào)配質(zhì)量，保證能夠高質(zhì)量完成救災(zāi)。