基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)急電力物資智能倉儲監(jiān)控方法研究

吳慧剛

（國網(wǎng)浙江省電力有限公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000）

0 引 言

在經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的背景下，電力工業(yè)作為能源領(lǐng)域的核心面臨著巨大挑戰(zhàn)。而應(yīng)急電力物資的智能倉儲監(jiān)控方法成為應(yīng)對突發(fā)電力短缺或中斷，保障電力穩(wěn)定供應(yīng)的重要手段。有研究人員提出基于智慧供應(yīng)鏈的應(yīng)急電力物資智能監(jiān)控方法，結(jié)合電力物資的供應(yīng)管理績效指標(biāo)，利用可視化技術(shù)實現(xiàn)電力物資監(jiān)控[1]。但受倉儲環(huán)境的影響，對于物資的定位缺乏時效性。因此，文章借助物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的優(yōu)勢，設(shè)計應(yīng)急電力物資智能倉儲監(jiān)控方法，以提升電力行業(yè)應(yīng)急電力物資監(jiān)控工作效率。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)急電力物資智能倉儲監(jiān)控方法的設(shè)計

1.1 應(yīng)急電力物資智能倉儲監(jiān)控功能需求

應(yīng)急電力物資智能倉儲監(jiān)控功能需求包括實時監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集與分析、預(yù)警與報警、物資管理以及安全管理5 個方面，以確保安全、高效地存儲和管理倉庫內(nèi)的應(yīng)急電力物資[2]。

第一，實時監(jiān)控。系統(tǒng)需要實時監(jiān)控倉庫內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，確保應(yīng)急電力物資保存在適宜的條件下。第二，數(shù)據(jù)采集與分析。系統(tǒng)需要自動采集倉庫內(nèi)的環(huán)境參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析和處理。第三，預(yù)警與報警。當(dāng)倉庫內(nèi)的環(huán)境參數(shù)或設(shè)備狀態(tài)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)需要自動發(fā)出預(yù)警或報警信息[3]。第四，物資管理。系統(tǒng)需要具備管理倉庫內(nèi)應(yīng)急電力物資的能力。第五，安全管理。系統(tǒng)需具備完善的安全管理功能，以確保物資的安全。

1.2 應(yīng)急電力物資智能倉儲監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)

構(gòu)建應(yīng)急電力物資智能倉儲監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)時，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時監(jiān)控并管理倉儲環(huán)境、設(shè)備和物資[4-5]。該架構(gòu)整合傳感器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、數(shù)據(jù)處理等模塊，以實時采集和處理溫濕度數(shù)據(jù)、視頻信息等。應(yīng)急電力物資智能倉儲監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)主要分為感知層、網(wǎng)絡(luò)通信層、應(yīng)用層，具體如圖1 所示。

圖1 應(yīng)急電力物資智能倉儲監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)通信架構(gòu)

1.3 部署無線傳感器節(jié)點實時監(jiān)控電力物資倉儲環(huán)境

倉儲環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由設(shè)置采用分層協(xié)議的思想，以設(shè)計適用于電力應(yīng)急物資倉儲環(huán)境的路由，路由結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 傳感器網(wǎng)絡(luò)路由結(jié)構(gòu)

倉儲環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點部署的核心是感知模型，能夠抽象地表示感知區(qū)域，反映服務(wù)質(zhì)量與度量指標(biāo)，并建立感知效果與空間形狀的幾何聯(lián)系。文章設(shè)計的用于采集環(huán)境信息的感知模型可以表示為

式中：re(re＜r)為監(jiān)測不確定性的量度；ε、α分別為傳感器節(jié)點在監(jiān)測r+re、r-re范圍內(nèi)事物時感知質(zhì)量的衰減系數(shù)；χ為節(jié)點與待監(jiān)測區(qū)域之間的距離。

以電力應(yīng)急物資倉儲的溫濕度為例，監(jiān)控環(huán)境要求濕度為40%～60%，精度為±3.0%。

1.4 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)管理物資的定位

在物資倉儲過程中，定位與存取作業(yè)既耗時又費力，效率低下會直接影響管理成本。無線射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）可提升管理效率。該技術(shù)利用唯一識別物與RFID 標(biāo)簽的對應(yīng)關(guān)系，通過射頻信號等信息實現(xiàn)定位追蹤。定位模式主要包括信號強(qiáng)度、時域信息以及入射角定位3 種。

在已有的RFID 系統(tǒng)中，對內(nèi)部標(biāo)簽進(jìn)行準(zhǔn)確定位，按照需求排列n個閱讀器和m個定位基準(zhǔn)標(biāo)簽，在不同的幾何條件下得到的定位效果有所差別。假設(shè)有u個待定位標(biāo)簽，且由參考標(biāo)簽與待定位標(biāo)簽信號強(qiáng)度差值e決定最近鄰居k，k∈(1,n)。利用最近鄰居，建立強(qiáng)度-距離間的映射關(guān)系。設(shè)定閱讀器在持續(xù)工作狀態(tài)下，每隔30 s 進(jìn)行檢測一次，檢測范圍設(shè)置為1 ～7 級，則待定位標(biāo)簽的信號入射角度的向量計算公式為

式中：aix、aiy、aiz分別為第i個閱讀器天線和待定位標(biāo)簽發(fā)出的射頻信號在x、y、z軸的夾角。針對參考點的標(biāo)簽，設(shè)置信號入射角度向量，即

式中：six、siy、siz分別表示第i個閱讀器天線和參考點標(biāo)簽發(fā)出的射頻信號在x、y、z軸的夾角。參考標(biāo)簽與待定位標(biāo)簽信號強(qiáng)度之間的差值為

待定位的坐標(biāo)為

式中：wi代表第i個鄰居參考點的權(quán)重。

應(yīng)急物資入庫前，需要求解適合的定位。由于物資類型多樣且進(jìn)出頻次不同，因此首次指派后，需要按入庫時間排列位置，并結(jié)合物資查詢次數(shù)，完成第二次指派。在二次貨位分配時，目標(biāo)函數(shù)主要關(guān)注應(yīng)急物資的存取效率，因此需要將電力或應(yīng)急物品的出入庫頻次與叉車在存取貨物過程中所需的時間進(jìn)行累加，并將其作為連續(xù)的權(quán)值因子，構(gòu)建權(quán)值矩陣，即

式中：tj為叉車在原點至j物資放置點的運輸時間；fi為第i個應(yīng)急物資的出入庫頻率；pj為tj的向量。為實現(xiàn)二次物資分配優(yōu)化目標(biāo)，需要對模型進(jìn)行優(yōu)化，用公式表示為

2 實驗測試與分析

2.1 實驗準(zhǔn)備

以某電力物資倉儲中心為實驗對象，驗證文章所提方法的有效性。倉儲中心分為設(shè)備、材料、工具以及備品備件4個區(qū)域。使用MATLAB搭建測試平臺，設(shè)置2.4 GHz 全方位傳感器，設(shè)定接收標(biāo)簽射頻信號差值為10 dB，讀取標(biāo)簽時間間隔為0.5 s，發(fā)送至個人計算機(jī)（Personal Computer，PC）的時間間隔也為0.5 s。讀卡器與主機(jī)通過RS-232 串口線路進(jìn)行連接，并將主機(jī)硬盤號作為唯一的機(jī)器代碼。實驗硬件配置如表1 所示。

表1 測試配置

2.2 實驗結(jié)果與分析

分別用文獻(xiàn)[1]提出的基于智慧供應(yīng)鏈的應(yīng)急電力物資智能監(jiān)控方法和文章所提方法對某電力物資倉儲中心監(jiān)控區(qū)的部分物資進(jìn)行定位。在4 個倉儲區(qū)域中各自隨機(jī)抽取3 個物資編號進(jìn)行定位，并對比不同方法的定位時間，定位時間越短，說明方法的應(yīng)用效果越好。文章所提方法的定位流程如圖3 所示。

圖3 物資定位流程

在確定2 種監(jiān)控方法定位結(jié)果均為準(zhǔn)確的同時，統(tǒng)計不同方法的定位時間，具體如表2 所示。

表2 定位時間 單位：s

由表2 可知，利用文章所提方法的定位時間為1.25 ～1.75 s，平均為1.43 s，遠(yuǎn)低于文獻(xiàn)[1]提出的方法。因此，通過物聯(lián)網(wǎng)通信與RFID 技術(shù)實現(xiàn)物資定位，能夠有效提升應(yīng)急電力物資監(jiān)控效率，為管理提供有力支持。

3 結(jié) 論

基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)急電力物資智能倉儲監(jiān)控方法為應(yīng)急電力物資的管理和監(jiān)控提供了一種高效、智能的解決方案。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)倉儲信息的實時采集、傳輸和處理，從而提高監(jiān)控的準(zhǔn)確性和實時性。然而，該方法在實際應(yīng)用中仍存在一定的挑戰(zhàn)，因此未來研究應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，提高監(jiān)控的穩(wěn)定性和可靠性。