導(dǎo)語：新型變電物資綜合信息管理平臺研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:變電物資具有數(shù)量龐大和型號多樣化等特點，無論是信息采集手段，還是物資管理手段，對于電網(wǎng)公司設(shè)備管理部門均面臨著巨大的挑戰(zhàn)?；诖耍岢隽?a href="http://www.eimio.cn/lunwen/guanlilunwen/xxgllw/202011/730820.html" target="_blank">新型變電物資綜合信息管理平臺的解決方案，設(shè)計了平臺系統(tǒng)的軟件架構(gòu)和硬件結(jié)構(gòu)，包括APP程序、Windows程序、網(wǎng)絡(luò)通訊和智能倉庫等。所設(shè)計的智能倉庫采用射頻識別技術(shù)和人臉識別技術(shù)作為物資入庫和出庫信息的交互，采用Q－learning的RFID防沖突技術(shù)，避免了多個RFID標簽同時掃描造成數(shù)據(jù)丟失的問題;采用基于人臉幾何特征和局部描述子的三維人臉識別算法來解決人臉面部表情對識別精度的影響;并采用線性規(guī)劃模型和信息安全主動防御技術(shù)解決智能倉庫的物資優(yōu)化分配問題和網(wǎng)絡(luò)安全問題。通過運用所提解決方案，將實現(xiàn)變電物資的智能化、科學(xué)化和標準化管理。

關(guān)鍵詞:物資管理;智能倉庫;射頻識別;人臉識別;Q－learning

變電站是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的中樞，其安全穩(wěn)定運行直接關(guān)系著整個電網(wǎng)的安全，也關(guān)系著用戶的用電安全［1－2］。隨著智能變電站技術(shù)的發(fā)展，變電設(shè)備的高度集成化和智能化導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部集成了大量的零部件，某個小部件損壞即可造成變電設(shè)備異常運行甚至損壞，嚴重影響電網(wǎng)運行。電網(wǎng)公司變電運檢部門會定期對變電設(shè)備進行巡視，變電物資儲備是保證變電設(shè)備故障后進行檢修的前提。現(xiàn)有變電物資管理手段缺乏，均為人工管理，致使備品備件歷史信息丟失，物資管理資料零散，嚴重制約著變電設(shè)備的檢修工作。因此，合理、科學(xué)和規(guī)劃地管理變電物資具有重要的實際意義。在電力物資管理系統(tǒng)方面，文獻［3］將數(shù)據(jù)庫技術(shù)和工作流技術(shù)相結(jié)合，建立了電力物資管理信息系統(tǒng)。文獻［4］采用QRCode二維條形技術(shù)搭建了電廠物資管理系統(tǒng)，有效地解決了電廠物資信息的錄入問題。文獻［5］在現(xiàn)有電網(wǎng)公司ERP系統(tǒng)上基于掌上電腦技術(shù)構(gòu)建了電力物資到貨管理信息系統(tǒng)，實時高效完成物資到貨驗收。在電力物資管理硬件設(shè)計方面，文獻［6］利用RFID技術(shù)建立了電力物資倉儲管理系統(tǒng)，管理系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與倉庫內(nèi)自動化設(shè)備集成，提高了電力物資倉儲管理水平。上述研究成果具有一定的指導(dǎo)意義，但多數(shù)研究是從管理系統(tǒng)出發(fā)，更多考慮數(shù)據(jù)信息管理。大多數(shù)研究均缺乏硬件支撐，與實際情況不符，也并未考慮物資采購流程化、出入庫智能化和管理標準化。下面結(jié)合國網(wǎng)成都供電公司變電檢修中心實際情況和變電物資特有屬性，提出了一套變電站物資綜合信息管理系統(tǒng)設(shè)計方案。該方案實現(xiàn)了從變電物資信息采集到出入庫，再到采購訂單自動生成和審核等一系列流程的智能化和標準化，最大程度地提高變電檢修中心的物資管理水平。

1RFID原理與技術(shù)

無線射頻識別(radiofrequencyidentification，RFID)技術(shù)是20世紀90年代興起的一種通過無線射頻的非接觸方式對目標加以識別并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的自動識別技術(shù)［7－8］，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、倉儲、交通和商業(yè)等領(lǐng)域。一套完善的RFID系統(tǒng)主要由射頻標簽、射頻讀寫器和計算機系統(tǒng)3部分組成，具體如圖1所示。圖1RFID系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)射頻讀寫器通過內(nèi)部的天線裝置向周圍發(fā)送無線信號能量，在信號輻射范圍內(nèi)的射頻標簽通過電磁感應(yīng)產(chǎn)生能量，利用這個能量將射頻標簽自身攜帶的編碼信息發(fā)送出去;或者是有源射頻標簽利用自身能量主動發(fā)送編碼信息，射頻讀寫器在規(guī)定范圍內(nèi)將接受到的射頻標簽編碼信息進行解碼，并將解碼數(shù)據(jù)送至后臺計算機或者服務(wù)器進行展示或者其他處理。與傳統(tǒng)的條形碼或二維碼相比，使用RFID技術(shù)不需要接觸目標物體，只需保證目標物體的電子射頻標簽在射頻閱讀器感應(yīng)或者接收范圍內(nèi)即可完成信息識別。RFID系統(tǒng)的射頻閱讀器還可在短時間內(nèi)對高速運動的目標物體和大批量的目標物體進行精確識別。

2平臺體系總體架構(gòu)

新型變電物資綜合信息管理平臺包括軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)由APP程序和Windows程序組成。硬件系統(tǒng)由手持設(shè)備、RFID設(shè)備、高清攝像頭、服務(wù)器、顯示器、通訊設(shè)備和智能倉庫等組成。系統(tǒng)軟件總體架構(gòu)如圖2所示。在軟件系統(tǒng)中，APP程序與手持移動設(shè)備搭配使用，Windows程序與電腦、服務(wù)器搭配使用。APP程序和Windows程序通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或者無線網(wǎng)絡(luò)進行連接。在硬件系統(tǒng)中，手持設(shè)備首選手機或者平板電腦(PAD)。RFID設(shè)備包括RFID標簽、RFID閱讀器和RFID天線。高清攝像頭選用1080P及以上攝像頭。服務(wù)器包括數(shù)據(jù)服務(wù)器和Web服務(wù)器。顯示器需具備觸摸功能。通訊設(shè)備選用路由器、網(wǎng)關(guān)和集線器。智能倉庫是整個平臺的硬件核心，具有貨架、托盤和升降設(shè)備等基礎(chǔ)設(shè)備，并囊括了前面所述硬件設(shè)備。智能倉庫總體構(gòu)成如圖3所示。

3平臺功能設(shè)計

變電物資綜合信息管理平臺可實現(xiàn)電網(wǎng)公司基礎(chǔ)信息歸檔、變電物資入庫管理、出庫管理、缺貨提醒、采購訂單智能生成與審核、信息智能查詢與統(tǒng)計以及系統(tǒng)管理等功能。下面將重點對上述功能內(nèi)容進行詳細介紹。3．1基礎(chǔ)信息歸檔。基礎(chǔ)信息歸檔模塊的主要功能是對變電管理部門管轄變電站的所有主設(shè)備、輔助設(shè)備、各類備品備件(即組成電氣設(shè)備的零部件)和電網(wǎng)公司員工臉部等基本信息進行采集和歸檔，并定期對上述信息進行核對和更新。其中，設(shè)備的基本信息包括但不限于編碼、名稱、型號、物料編碼、生產(chǎn)日期與廠家、投運日期、缺陷、檢修記錄等。電網(wǎng)公司檢修人員通過手持設(shè)備對變電站內(nèi)所有主設(shè)備、輔助設(shè)備和各類備品備件進行采集，形式包括視頻、圖片及文字等;回到單位后，通過局域無線網(wǎng)(該網(wǎng)絡(luò)隸屬于電網(wǎng)公司內(nèi)網(wǎng))將采集的信息錄入到變電物資綜合信息管理平臺，后臺系統(tǒng)運用智能編碼算法對設(shè)備，尤其是備品備件進行唯一編碼，建立倉儲檔案信息。智能倉庫管理員使用人臉識別器對單位員工臉部信息進行掃描，并將所有面像文件生成面紋編碼錄入到平臺。3．2變電物資入庫管理。電網(wǎng)公司變電物資到貨后，智能倉庫管理員先從變電物資綜合信息管理平臺調(diào)取物資信息，核對信息正確后，并使用RFID閱讀器制作變電物資的電子標簽，然后將物資放置智能倉庫對應(yīng)位置，這樣就完成了變電物資入庫管理。3．3變電物資出庫管理。智能倉庫入口處有高清攝像頭，主要用于采集入庫人員的面部信息，與平臺中已存儲的面紋編碼進行對比，進行人臉識別校驗。因此，當(dāng)檢修人員需要變電物資時，檢修人員直接進入智能倉庫找到對應(yīng)的物資拿走即可，倉庫門口的RFID智能感應(yīng)門框能自動完成變電物資所有的出庫手續(xù)，同時在系統(tǒng)后臺形成一條完整的出庫信息，并智能歸檔。員工也可采用預(yù)約模式，通過手持設(shè)備進入APP，在變電物資出庫預(yù)約界面上填寫基本信息，智能倉庫管理人員收到預(yù)約單后，會提前將員工所需物資放到出庫區(qū)域，檢修人員可直接將變電物資拿走。同理，物資經(jīng)過智能感應(yīng)門框后會形成一條完整的出庫信息并智能歸檔。預(yù)約模式可省去檢修人員在智能倉庫中查找物資的繁瑣流程，節(jié)約了變電物資出庫的時間，提高了工作效率。3．4變電物資缺貨提醒。綜合信息管理平臺中錄入了變電物資入庫和出庫信息，并且系統(tǒng)后臺檢測到庫存數(shù)量低于設(shè)置的閾值就會自動提醒，并以通知的形式發(fā)給單位分管領(lǐng)導(dǎo)、物資管理專責(zé)和班組負責(zé)人等，提醒應(yīng)提前準備物資采購手續(xù)。3．5采購訂單智能生成與審核。目前，國網(wǎng)成都供電公司物資采購形式主要有電商采購、批次采購和緊急采購，3種采購形式對應(yīng)的采購模板是有區(qū)別的，要求將采購訂單模板導(dǎo)入系統(tǒng)后臺。當(dāng)然，物資采購訂單模板可以按照各個單位實際需求進行個性化定制。根據(jù)前面描述的變電物資缺貨后，系統(tǒng)后臺會將缺貨物資信息發(fā)送至“等待采購物資”列表，物資管理專責(zé)或班組負責(zé)人進入綜合信息管理平臺找到“等待采購物資”列表，選中待采購物資、填寫信息、選擇物資采購形式和提交訂單。提交采購訂單后，系統(tǒng)會將采購訂單發(fā)給單位分管領(lǐng)導(dǎo)審核，領(lǐng)導(dǎo)審核通過后，系統(tǒng)將采購訂單發(fā)給單位物資管理專責(zé)，管理專責(zé)對采購訂單信息進行核對無誤后，系統(tǒng)將采購訂單發(fā)回采購人員賬戶。此時，物資采購訂單可打印簽字，即可購買物資。當(dāng)員工有其他變電物資采購需求時，在綜合信息管理平臺中找到物資采購界面，通過查詢找到需要采購的物資，同理按照上述步驟即可完成變電物資的采購。采購訂單智能生成與審核功能解決了班組負責(zé)人對變電物資儲備情況不了解的現(xiàn)象，避免了審核人員不在，采購人員來回跑的麻煩。3．6信息智能查詢與統(tǒng)計。信息智能查詢與統(tǒng)計功能主要是對綜合信息管理系統(tǒng)中錄入的各類基本信息進行查詢，可實現(xiàn)對變電物資入庫、出庫、庫存數(shù)量進行統(tǒng)計，查詢和統(tǒng)計結(jié)果可導(dǎo)出為Excel文件。一方面，領(lǐng)導(dǎo)可以隨時掌握單位物資情況;另一方面，班組成員可隨時查閱管轄范圍內(nèi)變電站設(shè)備及其備品備件信息，做到心中有數(shù)，再也不用重復(fù)到庫房或者現(xiàn)場核實，提高了班組物資管理水平。3．7系統(tǒng)管理。系統(tǒng)管理功能主要是對綜合信息管理系統(tǒng)軟件部分進行維護管理，包括APP程序、Windows程序的漏洞修復(fù)、角色權(quán)限分配、密碼修改、系統(tǒng)日志記錄、軟件功能調(diào)試以及其他操作設(shè)置等，確保軟件與硬件設(shè)施互聯(lián)互通，并安全穩(wěn)定運行。

4系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4．1RFID標簽防沖突技術(shù)。智能倉庫中不同類型的變電物資都具有唯一的RFID標簽，當(dāng)檢修人員同時拿著多種類型的物資出庫時，RFID智能感應(yīng)門框存在無法同時檢測多個圖4RFID防沖突算法流程RFID標簽的問題［9－10］。為解決上述問題，所設(shè)計的系統(tǒng)采用基于Q－learning的RFID標簽防沖突技術(shù)［11－12］，該技術(shù)模擬馬爾科夫決策過程，通過a-gent與周圍環(huán)境進行不間斷的交互與學(xué)習(xí)，進而生成Q值函數(shù)，最終得到信道的最優(yōu)分配方案，算法具體流程如圖4所示。4．2人臉識別技術(shù)。人臉識別技術(shù)［13－14］是平臺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果精度未達到要求，變電物資管理信息就大量丟失，所謂的智能化管理也不存在了。為了避免面部表情變化給人臉識別精度帶來的困擾，采用人臉幾何特征和局部描述子構(gòu)造的三維(threedimensional，3D)人臉識別技術(shù)［15－16］。該技術(shù)使用多尺度形狀變化指數(shù)檢測到分布穩(wěn)定和易區(qū)分的關(guān)鍵點，分別在關(guān)鍵點上提取3D法向量分布直方圖描述子和協(xié)方差矩陣描述子，并將人臉測試數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫在一定的約束條件下進行匹配，進而得到最優(yōu)匹配結(jié)果。人臉識別算法流程如圖5所示。4．3信息安全防御技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展也伴隨著網(wǎng)絡(luò)攻擊手段多樣化，網(wǎng)絡(luò)安全對于本系統(tǒng)至關(guān)重要。采用主動防御技術(shù)［17］保證管理系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，其結(jié)構(gòu)如圖6所示。4．4貨物優(yōu)化分配技術(shù)。不同類型的變電物資的體積差異巨大，托盤是智能倉庫的最小儲貨單元，托盤的優(yōu)化使用對于智能倉庫管理員具有重要意義。本系統(tǒng)采用線性規(guī)劃模型建立了托盤與變電物資的優(yōu)化分配模型，以托盤能裝下變電物資數(shù)量為目標函數(shù)，考慮托盤尺寸和物資體積約束條件，具體數(shù)學(xué)模型為:式中:N為需要入庫的變電物資類型數(shù)量;fn為第n種變電物資需入庫數(shù)量;Ln，goods、Wn，goods和Hn，goods分別為第n種變電物資的長度、寬度和高度;Lm，trays、Wm，trays和Hm，trays分別為第m個托盤的長度、寬度和高度。

5結(jié)語

智能變電站因其高度智能化而必須配置大量的智能設(shè)備和智能檢測裝置，它們的存在使得變電物資管理復(fù)雜。為適應(yīng)國網(wǎng)成都供電公司提出的提質(zhì)增效目標，設(shè)計了一套新型變電物資綜合信息管理平臺，對系統(tǒng)整體設(shè)計、系統(tǒng)功能設(shè)計、硬件架構(gòu)設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計進行了詳細剖析。所設(shè)計的系統(tǒng)能精準契合國網(wǎng)成都供電公司變電設(shè)備管理部門對變電物資管理的實際需求，創(chuàng)新地實現(xiàn)變電物資的無紙化、智能化和標準化管理，縮減變電物資管理人員的工作量，最大程度提高變電物資管理工作水平，確保變電設(shè)備運維與檢修工作有序且高效開展。下一階段，將利用國網(wǎng)成都供電公司變電檢修中心現(xiàn)有變電物資管理資源，對所設(shè)計平臺進行實現(xiàn)，并落地驗證。

作者:譚洋洋 劉君 楊紅權(quán) 姜波 鐘鵬 郭松寧 王鋼 舒文靖 單位:國網(wǎng)成都供電公司