周明志，邵海，曹玲玲，馬寧

(1.江蘇正中國(guó)際工程咨詢有限公司，江蘇 南京 210008， 2. 國(guó)網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

基于移動(dòng)定位技術(shù)的電力應(yīng)急物資調(diào)度系統(tǒng)

周明志1，邵海2，曹玲玲2，馬寧2

(1.江蘇正中國(guó)際工程咨詢有限公司，江蘇 南京 210008， 2. 國(guó)網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830011)

目前電力應(yīng)急物資調(diào)度仍然局限于決策者的主觀分析，對(duì)此，將建立決策者與計(jì)算機(jī)智能分析相結(jié)合的電力應(yīng)急物資調(diào)度系統(tǒng)。首先，結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)以及移動(dòng)定位車確定電力受災(zāi)點(diǎn)和交通狀況，同時(shí)根據(jù)車輛到達(dá)概率最大初步確定運(yùn)輸路徑；然后，根據(jù)時(shí)間信息，物資存儲(chǔ)和需求信息建立物資滿意度函數(shù)；最后運(yùn)用進(jìn)化優(yōu)化方法求解出最優(yōu)物資分配方案。

移動(dòng)定位；物資調(diào)度；路徑選擇；滿意度函數(shù)；進(jìn)化算法

0 引 言

當(dāng)發(fā)生大規(guī)模電力突發(fā)事故時(shí)，電力應(yīng)急物資調(diào)度是電力搶修和恢復(fù)的物資基礎(chǔ)，但隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，海量的電力應(yīng)急信息嚴(yán)重影響了電力應(yīng)急指揮中心進(jìn)行電力應(yīng)急物資調(diào)度的效率。計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)可以在最短的時(shí)間里處理大量的信息，輔助決策者迅速做出電力應(yīng)急物資調(diào)度的方案，為電力救援提供了時(shí)間上的保證。

建立與計(jì)算機(jī)信息化相結(jié)合的電力應(yīng)急物資調(diào)度系統(tǒng)可以有效地將電力設(shè)備、人員和崗位的分散性與電力事故處理的集中性進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)處理，這是傳統(tǒng)的電力應(yīng)急管理平臺(tái)所不能及的，所以為了更好地對(duì)電力突發(fā)事故進(jìn)行決策分析，構(gòu)建安全有效的電力應(yīng)急物資調(diào)度系統(tǒng)已經(jīng)勢(shì)在必行[1-2]。

1 基于GIS的移動(dòng)定位技術(shù)

GIS技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科交叉的技術(shù)，它是以地理空間等信息為研究對(duì)象，分析方法則是采用對(duì)地理信息建模的方法，為許多系統(tǒng)提供基于空間動(dòng)態(tài)的地理空間數(shù)據(jù)，是集地理科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感技術(shù)和信息科學(xué)為一體的學(xué)科。GIS技術(shù)可以有效地對(duì)具有空間屬性的各種實(shí)體對(duì)象進(jìn)行管理，包括移動(dòng)的車輛，移動(dòng)的人員，地理分布的網(wǎng)點(diǎn)資源等，對(duì)涉及到這些具有空間屬性的實(shí)體對(duì)象進(jìn)行管理過(guò)程中的決策問(wèn)題快速而反復(fù)的測(cè)試分析和優(yōu)化目標(biāo)問(wèn)題。

電力應(yīng)急通信具有時(shí)間的突發(fā)性、地點(diǎn)的不確定性、通信容量的波動(dòng)性和環(huán)境的復(fù)雜性?；贕IS的移動(dòng)定位技術(shù)可以將有線應(yīng)急通信與無(wú)線應(yīng)急通信相結(jié)合，充分利用前者的覆蓋范圍廣、適應(yīng)性強(qiáng)和費(fèi)用低等特點(diǎn)以及后者的抗干擾性強(qiáng)和機(jī)動(dòng)靈活的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)所有通信渠道都已經(jīng)失去作用時(shí)，可以采取進(jìn)一步的應(yīng)急通訊方式，例如衛(wèi)星通信車、數(shù)字微波通信車和移動(dòng)電話通信車等[3]。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電力應(yīng)急物資調(diào)度系統(tǒng)是電力應(yīng)急指揮中心系統(tǒng)的一部分，主要負(fù)責(zé)電力應(yīng)急物資運(yùn)輸路徑的選擇以及電力應(yīng)急物資分配方案的確定。首先運(yùn)用GIS移動(dòng)定位技術(shù)得到儲(chǔ)備庫(kù)的物資儲(chǔ)存情況、受災(zāi)區(qū)的物資需求情況以及該地區(qū)的交通狀況；然后通過(guò)有線應(yīng)急通信與無(wú)線應(yīng)急通信渠道將獲取的信息傳輸給電力應(yīng)急指揮中心；最后運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行決策分析并下達(dá)命令。具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

3 模型的建立

3.1 物資運(yùn)輸路徑選擇模型

為了盡快對(duì)受災(zāi)區(qū)實(shí)施物資救援，調(diào)度車輛路徑優(yōu)化選擇問(wèn)題主要考慮車輛在最佳救援時(shí)間之前到達(dá)受災(zāi)區(qū)的概率要盡可能的大。

圖2 a到b路徑示意圖

P(t≤tjd)=

(1)

(2)

(3)

3.2 基于物資滿意度函數(shù)的電力應(yīng)急物資調(diào)度模型

3.2.1 目標(biāo)函數(shù)

在此引出物資滿意度函數(shù)作為電力應(yīng)急物資分配的標(biāo)準(zhǔn)，從而根據(jù)滿意度函數(shù)的定義方法并結(jié)合實(shí)際問(wèn)題的特殊性，得到如下所示關(guān)于受災(zāi)區(qū)j的物資滿意度函數(shù)Wj(xj)：

(4)

其中xj為送達(dá)受災(zāi)區(qū)j物資的數(shù)量，αj為受災(zāi)區(qū)j對(duì)應(yīng)急物資的急需程度，bj為受災(zāi)區(qū)j所需的應(yīng)急物資。

3.2.2 約束條件

由應(yīng)急物資數(shù)量和車輛召集數(shù)量限制可以得到如下所示約束條件：

∑xj≤a

(5)

(6)

其中a為儲(chǔ)備庫(kù)的應(yīng)急物資儲(chǔ)備數(shù)量，li最大可召集車輛的數(shù)量。

4 基于進(jìn)化優(yōu)化方法的模型求解

4.1 二進(jìn)制編碼

4.1.1 選擇算子

4.1.2 交叉算子

按一定的概率Pc交換兩個(gè)個(gè)體Xi和Xj中對(duì)應(yīng)位置的元素。

4.1.3 變異算子

按一定的概率Pm改變Xi中某個(gè)位置上的元素，且被改變的元素為隨機(jī)選取。

4.2 多目標(biāo)進(jìn)化優(yōu)化方法流程

步驟1：初始化規(guī)模為s的種群P(0)，并取進(jìn)化代數(shù)r=0。

步驟2：執(zhí)行選擇、交叉、變異等遺傳操作，生成相同規(guī)模的臨時(shí)種群Q(r)。

步驟3：合并種群P(r)和Q(r)，并記為R(r)。

步驟4：根據(jù)適應(yīng)度大小排序，選取R(r)中前s個(gè)優(yōu)勢(shì)個(gè)體，構(gòu)成下一代種群P(r+1)。

步驟5：判斷ε是否趨于穩(wěn)定。如果是，輸出優(yōu)化解集；否則，令r=r+1，轉(zhuǎn)步驟2。

5 算例分析

以IEEE14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，結(jié)合電網(wǎng)、地理、交通等信息建立電力應(yīng)急交通網(wǎng)絡(luò)圖，運(yùn)用上述算法計(jì)算各代種群中ε的值，得到如圖3所示的圖像。

圖3 ε的圖像

根據(jù)圖3可以看出，進(jìn)化優(yōu)化算法的種群從第47代開(kāi)始，ε的數(shù)值趨于穩(wěn)定，此時(shí)的物資分配結(jié)果趨于最優(yōu)，不妨取第48代種群為最優(yōu)種群，此時(shí)即為物資調(diào)度的最優(yōu)解集。得到電力應(yīng)急物資的分配方案后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或者應(yīng)急通信渠道將指令傳達(dá)給物資運(yùn)輸部門(mén)，并且根據(jù)物資運(yùn)輸路徑選擇模型得到的運(yùn)輸路徑將物資運(yùn)送到受災(zāi)區(qū)。如果交通狀況和受災(zāi)區(qū)災(zāi)情進(jìn)一步惡化，電力應(yīng)急指揮中心可以通過(guò)電力應(yīng)急通信系統(tǒng)進(jìn)行視頻實(shí)時(shí)指導(dǎo)救援工作。

6 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)利用移動(dòng)定位技術(shù)獲取受災(zāi)地區(qū)情況并且結(jié)合城市軌道交通應(yīng)急系統(tǒng)確定物資調(diào)度車輛最優(yōu)路徑和最優(yōu)應(yīng)急物資分配方案，并且運(yùn)用了基于目標(biāo)相對(duì)重要性的改進(jìn)進(jìn)化優(yōu)化算法進(jìn)行求解，從救援時(shí)間和救援物資方面保證了受災(zāi)區(qū)的救援效果。

[1] 陳鵬云，曹波，羅弦，等.中國(guó)電網(wǎng)主要自然災(zāi)害運(yùn)行數(shù)據(jù)及特征分析[J].中國(guó)電力，2014，7(47)：57-61.

[2] 田世明，陳希，朱朝陽(yáng)，等.電力應(yīng)急管理平臺(tái)研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32(1)：26-30.

[3] 候慧，周建中，張勇傳，等.應(yīng)對(duì)災(zāi)變的電力應(yīng)急指揮平臺(tái)及其在廣東省的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(17)：158-163.

[4] 王旭坪，阮俊虎，張凱，等.有模糊時(shí)間窗的車輛調(diào)度組合干擾管理研究[J].管理科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，14(6)：2-15.

[5] 劉鯖潔，陳桂明，劉小方.基于矩陣編碼的遺傳算法研究[J].計(jì)算機(jī)工程，2011,37(13)：160-162.

A Power Emergency Material Dispatch System Based on Mobile Location

Zhou Mingzhi1, Shao Hai2, Cao Lingling2, Ma Ning2

(1.Jiangsu Zhengzhong International Engineering Consulting Co. Ltd., Nanjing Jiangsu 210008, China;2. State Grid Xingjiang Electric Power Co. Economic and Technical Research Institute, Urumchi Xingjiang 830011, China)

As electric power emergency material dispatch is still confined to subjective analysis of the decision maker, a power emergency material dispatch system combining the decision maker and computer intelligent analysis is set up. Firstly, power affected points and transportation status are determined through GIS, GPS and mobile positioning vehicle, and transportation path is initially determined according to the maximum vehicle arrival probability. Then, the satisfactory rate function of the material is established based on time information as well as material storage and demand information. Finally, the optimal material distribution scheme is solved in the evolutionary optimization method.

mobile positioning； material dispatch； path selection； satisfactory rate function； evolutionary algorithm

10.3969/j.issn.1000-3886.2017.02.026

TM734

A

1000-3886(2017)02-0086-02

周明志(1973-)男，江蘇鹽城人，工程師，從事電力應(yīng)急、電力系統(tǒng)繼電保護(hù)方向研究。

定稿日期: 2016-09-04