基于電子標簽和智能數據處理的電力物資檢測系統設計

趙文炎，盧澤鈺，郭宏偉

（國網冀北電力有限公司唐山供電公司，河北唐山 063000）

電網物資是保障電網安全、穩定、經濟運行的物質基礎，開展電網物資質量管理是國家、社會和企業的共同需要，是提高物資質量水平、保障電網安全穩定運行和提升供電服務質量的必然要求。電網高質量的發展、本質安全離不開物力支撐，不合格的物資流入電網系統將給電力系統的安全平穩運行造成威脅。為了防止電力系統安全事故，必須提升電力物資的檢測水平[1-6]。

在當前的物資檢測過程中，由于缺乏有效的管控措施，物資抽樣、取樣檢測數據等物資狀態難以追溯，這都給電網的建設和平穩運行埋下了嚴重的安全隱患。因此，該文為加強電力物資檢測的管控，一方面引入到貨觸發檢測機制與智能取樣技術結合電子標簽實現實時監視物資流向，在觸發抽取、取樣派單、現場取樣讀取、位置跟蹤以及檢測合格保存等關鍵節點進行高效管控；另一方面引入智能化數據處理技術，完成物資檢測的精益化管理[7-13]。

1 理論分析

1.1 需求分析與功能模塊設計

該文從系統工程的理論對電力物資的檢測流程進行分析，以系統所需實現的目的為導向進行需求分析。在物資檢測時，為每一項物資綁定標簽。該標簽伴隨物資入庫、流動、出庫的全部流程，直到物資報廢。根據系統所要實現的目的，逐步拆解，進而獲得系統的功能模塊如圖1 所示[14-16]。

圖1 系統功能模塊

該文結合電網公司的物資檢測流程，設計了如圖1 所示的物資檢測系統功能模塊架構。從圖中可以看出，文中設計的系統共包括物資賦碼、物資取樣、物資封樣、物資打卡、物資狀態查詢、物資稽查與告警、數據統計與分析7 個模塊，各個模塊的具體功能如下。

物資賦碼：該模塊用于物資到庫后的信息綁定。物資到貨后，倉儲管理人員按入庫順序隨機安裝電子標簽。賦碼信息同時維護至倉儲到貨信息中，與物資供應商、訂單號等信息進行綁定。該電子標簽是電力物資流轉的最重要標識，所有的檢測均基于該標簽進行。

物資取樣：該模塊用于物資檢測樣本的取樣原則制定。由于電子標簽是隨機的，物資取樣的方式也是隨機的，這保證了物資取樣的完全隨機化、確保取樣的公平公正性。

物資封樣：該模塊用于對取樣的電子標簽進行物資提取，取樣人員將提取的物資送至指定地點封樣。

物資打卡：該模塊用于對取樣封存的待測物資全程監控，并對檢測關鍵節點進行打卡管控，關鍵節點包括倉儲端、取樣、送樣、檢測、換貨等。打卡時將記錄用戶每次打卡的位置、上傳的照片視頻、打卡時間等相關信息，形成打卡時間線，便于用戶跟蹤核驗。

物資狀態查詢：該模塊可以實現對于物資是否合格、取送樣視頻、物資所在位置等信息的查看。

物資稽查與告警：該模塊用于倉儲管理人員對物資狀態的稽查，一方面通過地點定位查詢周邊物資狀態；另一方面，可通過掃描物資二維碼查看物資的所屬狀態。該模塊還可以結合物資出庫時間，用于對超期物資進行報警，結合推送功能以短信的形式發送至物資領用人手中。

數據統計與分析：在該模塊中，結合智能數據處理算法進行相關的數據統計與分析。系統可以結合物資的流向，生成鏈條報表、物資取送樣報表、物資檢測報表、物資退換貨情況報表。

1.2 電子標簽和智能數據處理

在該文的物資檢測系統中，電子標簽是電力物資管理流程中的重要標識，貫穿于物資管理的全部生命周期。電子標簽是射頻識別系統的組成之一，對于其基本組成包括讀寫器（Reader）、電子標簽（Tag）和應用系統。其中，電子標簽放置于實物體上，讀寫器用于與標簽間的通信，獲取電子標簽的相關信息。在電子標簽和讀寫器的通信過程中，由于多個讀寫器會共用無線信道，容易產生碰撞，造成互相干擾。因此需要在系統設計時，根據系統的實際需求設計智能數據處理算法，在防止碰撞的基礎上分離出不同的標簽信息。

電子標簽通過反射讀寫器發送無線信號的能量來傳輸數據，其中由讀寫器到標簽為前向傳輸。此時，電子標簽接收的能量密度可表示為：

其中，P1為發射功率，G1為讀寫器發射天線的輸出增益。標簽獲得的能量與標簽天線的極化方式有關，當處于正確極化時，其可獲得的最大功率為：

該文使用的電子標簽系統為多發多收式（MIMO），在進行防碰撞時，需要先建立該模式下的碰撞模型：

其中，S是輸入信號的矩陣，X是經無線信道傳播后得到的信號矩陣。在工程應用過程中，閱讀器接收天線的數目通常小于電子標簽數目，通常情況下M

對于W和H的更新，使用梯度下降原則：

為了衡量文中設計的電子標簽智能數據處理算法的性能，使用標簽識別數量和吞吐量作為算法的評價指標，二者的定義分別如下：

2 系統實現

2.1 數據處理后臺實現

結合上文的相關理論，從電力生產的實際環境出發，設計了電力物資檢測系統，系統的原理架構如圖2 所示。電力物資在采購后被賦予唯一標識的電子標簽，經閱讀器采集后進行流轉。系統后臺部署的計算機參數如表1 所示。

圖2 系統架構

表1 系統后臺部署的計算機參數

圖3 給出了系統的數據處理后臺界面和客戶端界面，其中圖3（a）是系統后臺的部分界面。可以看出，電力物資在經閱讀器采集后，系統后臺生成了唯一的標識碼。

圖3（b）、3（c）分別是系統客戶端的首頁與物資狀態界面，系統的客戶端可以在手機IOS 或Android系統上部署。從圖3（b）可以看出，系統首頁被劃分為物資打卡、統計查詢、物資稽查、轉儲申請、打卡日志等常用模塊，其中物資打卡可直接通過手機掃描設備上的電子標簽實現。圖3（c）是物資狀態界面。可以看出在該界面下，給出了某個編碼的物資所在位置與當前的狀態，保證了物資流轉全過程的有效監控。

圖3 系統后臺界面

2.2 電子標簽部署實現

在1.2 節中，對電子標簽的防碰撞模型及相關智能數據處理方法的相關理論進行介紹。在進行系統實現時，需要根據電力生產的實際生產環境設計系統的相關參數。該文使用的電子標簽系統的基礎參數如表2 所示。

表2 電子標簽系統部署的基礎參數

首先需要在該環境下確定讀寫器中天線的數量，文中對1.2 節中所屬的基于矩陣欠定分離的數據處理方法進行了仿真。同時為了對比文中所述算法的性能，在實驗時還引入了現在常用的anti-BSS 算法作為對比。

圖4 給出了兩個算法在表1 環境下的仿真結果。

圖4 算法仿真結果

圖4（a）中給出了兩個算法系統的吞吐量隨著讀寫器天線個數變化的曲線。可以看出，該文算法的吞吐量不論是峰值還是平均值均大于anti-BSS 算法。在天線個數為6 時，系統可達到最大的吞吐量，此時的系統吞吐量為2.23 Mbit/s；anti-BSS 算法在天線個數為3 時，達到最大吞吐量，此時吞吐量大小為1.05 Mbit/s。

圖4（b）給出了讀寫器天線數和可識別天線數的關系。從曲線的總體趨勢看，在anti-BSS 算法下，系統讀寫器天線的識別性能為1∶1的關系，即1 個讀寫器天線可識別一個電子標簽天線；該文的算法識別性能約為2∶1的關系，因此文中算法讀寫器的利用率更高。

3 結束語

該文通過對物資質量管理需求充分調研，設計了基于電子標簽和智能數據處理的物資檢測系統，充分實現供應計劃、檢測計劃、現場實際到貨的緊密聯動，迅速、高效地解決物資質量檢測流程中存在的問題，有助于實現質量信息評價面更廣、追溯力度更大、實用性更強的質檢新局面。