基于AdaBoost 算法的業務實現路徑規劃系統設計

王 哲，李禹梁，杜 漸，趙宏大

（1.國網江蘇省電力有限公司經濟技術研究院，江蘇南京 210000；2.江蘇省電力信息技術有限公司，江蘇南京 210000）

電力企業的管理部門和業務部門擁有各自的項目信息管理系統，造成項目信息系統建設分散、開發不均衡[1]，其項目管理內容不統一，缺乏信息全生命周期標準化規范[2]。缺少一套完整的項目生命周期管理系統來領導企業的項目信息管理，以支持未來智能信息項目大數據管理。根據國家電網公司的新戰略思路，國家電網公司將從國內領先的公共事業單位轉變為世界一流的綜合性能源互聯網企業，為緊跟時代步伐，文獻[3]為了使調度監控更加直觀，對整個預報系統進行了流程化調度開發，根據業務需要完成了系統結構的調整，快速更新同化預報業務流程監控系統，為短臨預報和精細化格點預報提供技術支撐。文獻[4]從費用提取、驗收登記、項目立項、經費管理、數據統計等方面對科研項目的管理進行規范化設計，實現了科研項目全過程精細化管理，增加科技信息關聯度，提高數據利用價值，為科研數據統計的準確性、及時性與實時掌握全院的科研狀況提供了保障。

但是以上方法的應用局限性較強，不適用于協調性較強的電力企業，電力業務完成度低，整體規劃效果差，針對這一問題，提出了基于AdaBoost 算法的業務實現路徑規劃系統設計。

1 系統結構設計

系統總體設計的主要工作是構建業務實現路徑規劃系統的整體結構，并將其分層[5]。分層結構系統中，由于每一層都是按層調用，且各層之間相對獨立，因此各層可以獨立理解、調試、修改，使復雜工作相對簡單，層次清晰[6]。該系統的整體結構分為4 層，分別為應用層、邏輯層、數據層、接口層，如圖1所示。

圖1 系統總體結構

數據采集層，即智能采集模塊用于收集電網設備的運行參數，然后通過RS-4.8 接口連接到GPRS 模塊上，通過TCP/IP 協議棧將其發送給上位機，用于數據存儲[7-9]。由于RS485 對共模干擾的抑制能力強、靈敏度高、傳輸距離遠，在工業控制領域有著廣泛的應用，可以在RS485 總線上連接多個端口[10-12]。若加入擴展電路，則可與128 個附屬通信。在實際應用中，GPRS 模塊可與RS485 總線上的多個采集模塊相連，大大提高了通信模塊的利用率[13]。

1.1 應用層

應用層主要包含6 個功能模塊：傳輸業務調度管理、PCM 業務調度管理、VPN 業務調度管理、光路業務調度管理、電話業務調度管理、業務調度應用程序[14]。在此基礎上，實現了傳輸業務調度管理。

1.2 邏輯層

邏輯層為系統用戶在使用系統功能時提供了人機交互界面，在Web 瀏覽器模式下，平臺支持終端[15]。在終端機器上只安裝Web 瀏覽器，沒有終端軟件模塊。

1.3 數據層

數據層在統計結果的基礎上，對采集到的業務數據、業務數據監控狀態和時間相關信息進行了詳細分析。因此，業務數據監控模塊采用時序分析方法，協議層采用簡單閾值法分析包的數量和序列[16]。此字符決定序列號和同步序列號中字符的比例，并請求消息協議。通過以上監控條件的對比分析，判斷數據是否異常并判斷監控結果，進而生成安全業務信息。

1.4 接口層

網絡接口服務器可以用來平衡負載，增加帶寬，提高處理效率。虛擬網絡端口是通過將兩個端口綁定到設備并共享一個IP 來建立的。該模塊主要實現接口文件的可視化，為網絡接口周期信息和文件導出提供支持。檢查網絡接口是否通過網絡接口環路。當網絡出現異常時，工作人員需要快速發現異常信息。監控網絡接口服務的網絡接口層結構如圖2所示。

圖2 網絡接口層結構

如圖2 所示，通過監控整個網絡的狀態，可以直接找到通信的網絡接口。事實上，大多數網絡通信異常都是由其他插件引起的，整個接口都有相應的鏈路異常信號。二次回路在線監測是對鏈路產生的異常信號進行準確定位，自動監測電力系統業務數據。

2 軟件功能設計

2.1 AdaBoost算法規劃樣本訓練

設定樣本集為：(ai1,ai2,…aim,bi)，其中，a是規劃變量，b表示兩個不同類型劃分結果。初始不同樣本間的權重，即為：

根據樣本權重生成規劃模型，再返回去規劃新樣本。增加其中錯判的樣本權重，用于下一輪測試。設n為迭代次數，在AdaBoost 算法中隨機選取一個參數λ(t)，用于直觀評估權重實數，起初λ(t)定義為：

式（2）中，?(t) 表示規劃結果弱分類器權重實數。分類器之間存在誤判現象，導致級聯后整個分類器的檢測率相對較低。為此，提出了一種添加兩級輔助分類器的方法，使級聯分類器獲得更好的誤檢率和檢測率。圖3 為AdaRoost 算法級聯圖。

圖3 AdaBoost算法級聯圖

2.2 系統登錄

為了進入系統，操作員首先要打開系統登錄界面，在用戶名輸入框中輸入預設的用戶名和正確的密碼。選擇用戶權限，按確定鍵，進入系統主界面。如果登錄連接超時或密碼輸入錯誤，連接將被鎖定，無法繼續登錄。用戶名后臺數據庫存儲密碼和用戶權限、數據庫更新和維護、圖形編輯、權限設置、用戶密碼修改等操作只能在具有管理員權限的后臺進行。

2.3 規劃方案實現

1）確定系統邊界

為了分析業務實現路徑規劃系統中的參與者和相應的用例，在進行需求分析之前，必須確定系統的邊界，明確與系統交互的外部對象。目前，該系統正處于實驗階段。它是一個獨立的系統，不與外部系統交互，只由系統操作員進行。系統操作員可以導入需要分配給系統的數據；輸入所需的管理操作，如數據管理操作、調度管理操作等；系統可以將調度結果輸出為報表。總之，目前的路徑規劃系統是一個獨立的系統，不與其他系統交互，其數據管理和調度的界限更清晰。

2）確定執行者

執行程序是系統之外的任何東西，它通過系統邊界與系統交互。明確的系統執行程序可以更好地抽象用例需求，為后續的系統設計和實現奠定基礎。在這一階段，路徑規劃系統被設計成一個獨立的系統，只有系統操作員與系統交互。所以系統只有一個執行器，即系統操作員。隨著系統不斷完善，將出現訂單分離系統、上層管理系統、實時信息服務器等外部系統。

3）確認規劃程序

圖4 為規劃主要流程圖。

圖4 規劃主要流程圖

3 實 驗

3.1 業務概況

統一的項目運營中心可以為項目信息資源提供集中處理、集中分析、按需推送、按需查詢等功能。電力公司項目管理相關的業務流程如圖5 所示。

圖5 業務流程

3.2 參數設置

1）該系統可以支持最多200 個在線用戶及20 個并發用戶。

2）單一用戶響應時間：訪問主頁和系統登錄的平均響應時間不超過3 s；每個服務在執行添加、刪除、修改和查詢服務時的平均響應時間不超過5 s。

3）并行響應時間倍增：當最大并行用戶數達到系統設計要求的并行用戶數時，平均響應時間不會超過單個用戶平均響應時間的兩倍。

4）交易失效率：每個交易的失效率不超過1%。

5）CPU 和內存利用率：當并發用戶數在設計要求范圍內時，應用服務器和數據庫服務器的平均CPU 利用率不超過60%；當并發用戶數不在設計要求范圍內時，應用服務器和數據庫服務器的平均CPU 利用率小于60%；當CPU 響應時間超過30 s 時，內存利用率小于50%；當CPU 響應時間不超過30 s時，內存利用率在50%～80%之間。

表1 為項目所遵循的標準規格。

表1 項目遵循的標準規范

3.3 實驗結果與分析

對國家電網綜合業務的7 項數據進行分析，結果如圖6 所示。

圖6 電網業務數據分析

在國家電網海量數據支持下，對比文獻[3]、文獻[4]與基于AdaBoost 算法系統路徑規劃效果，結果如表2 所示。

表2 不同系統下業務完成情況對比分析

由表2 可知，兩種傳統的業務管理系統業務完成度較低，甚至項目建議書和驗收的業務完成度不達標。基于AdaBoost 算法，系統的服務完成度最高可達100%。因此，系統的服務路徑規劃效果較好。

4 結束語

文中利用AdaBoost 算法設計了業務實現路徑規劃系統，并根據信息管理模式，對電網管理中的電源管理信息進行監控，不需要多個數據庫接口，解決了數據孤島問題，實現了現有電網數據的采集、存儲和發布，提高了數據規劃的效率，最大規劃效率可達100%，為業務實現路徑規劃系統的高效運行提供了保障。