基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術的應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)濟迅速發(fā)展的背景下，電力工業(yè)作為能源領域的核心面臨著巨大挑戰(zhàn)。而應急電力物資的智能倉儲監(jiān)控方法成為應對突發(fā)電力短缺或中斷，保障電力穩(wěn)定供應的重要手段。有研究人員提出基于智慧供應鏈的應急電力物資智能監(jiān)控方法，結合電力物資的供應管理績效指標，利用可視化技術實現(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)通信技術的優(yōu)勢，設計應急電力物資智能倉儲監(jiān)控方法，以提升電力行業(yè)應急電力物資監(jiān)控工作效率。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術的應急電力物資智能倉儲監(jiān)控方法的設計

1.1 應急電力物資智能倉儲監(jiān)控功能需求

應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)和設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，并進行分析和處理。第三，預警與報警。當倉庫內(nèi)的環(huán)境參數(shù)或設備狀態(tài)出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)需要自動發(fā)出預警或報警信息[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 應急電力物資智能倉儲監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)通信架構

構建應急電力物資智能倉儲監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)通信架構時，利用物聯(lián)網(wǎng)技術實時監(jiān)控并管理倉儲環(huán)境、設備和物資[4-5]。該架構整合傳感器、物聯(lián)網(wǎng)設備、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。應急電力物資智能倉儲監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)通信架構主要分為感知層、網(wǎng)絡通信層、應用層，具體如圖1 所示。

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

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)絡的路由設置采用分層協(xié)議的思想，以設計適用于電力應急物資倉儲環(huán)境的路由，路由結構如圖2 所示。

圖2 傳感器網(wǎng)絡路由結構

倉儲環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點部署的核心是感知模型，能夠抽象地表示感知區(qū)域，反映服務質(zhì)量與度量指標，并建立感知效果與空間形狀的幾何聯(lián)系。文章設計的用于采集環(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（Radio Frequency Identification，RFID）可提升管理效率。該技術利用唯一識別物與RFID 標簽的對應關系，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)部標簽進行準確定位，按照需求排列n個閱讀器和m個定位基準標簽，在不同的幾何條件下得到的定位效果有所差別。假設有u個待定位標簽，且由參考標簽與待定位標簽信號強度差值e決定最近鄰居k，k∈(1,n)。利用最近鄰居，建立強度-距離間的映射關系。設定閱讀器在持續(xù)工作狀態(tài)下，每隔30 s 進行檢測一次，檢測范圍設置為1 ～7 級，則待定位標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簽發(fā)出的射頻信號在x、y、z軸的夾角。針對參考點的標簽，設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簽發(fā)出的射頻信號在x、y、z軸的夾角。參考標簽與待定位標簽信號強度之間的差值為

待定位的坐標為

式中：wi代表第i個鄰居參考點的權重。

應急物資入庫前，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，目標函數(shù)主要關注應急物資的存取效率，因此需要將電力或應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行累加，并將其作為連續(xù)的權值因子，構建權值矩陣，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，需要對模型進行優(yōu)化，用公式表示為

2 實驗測試與分析

2.1 實驗準備

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，設置2.4 GHz 全方位傳感器，設定接收標簽射頻信號差值為10 dB，讀取標簽時間間隔為0.5 s，發(fā)送至個人計算機（Personal Computer，PC）的時間間隔也為0.5 s。讀卡器與主機通過RS-232 串口線路進行連接，并將主機硬盤號作為唯一的機器代碼。實驗硬件配置如表1 所示。

表1 測試配置

2.2 實驗結果與分析

分別用文獻[1]提出的基于智慧供應鏈的應急電力物資智能監(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)的部分物資進行定位。在4 個倉儲區(qū)域中各自隨機抽取3 個物資編號進行定位，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)控方法定位結果均為準確的同時，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，遠低于文獻[1]提出的方法。因此，通過物聯(lián)網(wǎng)通信與RFID 技術實現(xiàn)物資定位，能夠有效提升應急電力物資監(jiān)控效率，為管理提供有力支持。

3 結 論

基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術的應急電力物資智能倉儲監(jiān)控方法為應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，實現(xiàn)倉儲信息的實時采集、傳輸和處理，從而提高監(jiān)控的準確性和實時性。然而，該方法在實際應用中仍存在一定的挑戰(zhàn)，因此未來研究應進一步優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)通信技術，提高監(jiān)控的穩(wěn)定性和可靠性。