李曉莉， 吳 奇

1. 國(guó)家電網(wǎng)上海市電力公司 上海 200122 2. 上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院 上海 200240

1 課題背景

按照相關(guān)規(guī)定，在客戶進(jìn)行新裝、增容或改造送(受)電工程時(shí)，應(yīng)對(duì)客戶受(送)電裝置電氣圖紙和有關(guān)資料進(jìn)行審查。同時(shí)，在客戶送(受)電工程竣工驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)對(duì)電氣試驗(yàn)記錄進(jìn)行檢查，以保證國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和供電方案切實(shí)執(zhí)行，減少客戶用電安全事故，提高客戶安全用電水平。在具體工作中，圖紙量多，且不同受電客戶的設(shè)計(jì)資料差異大，用電檢查人員對(duì)設(shè)計(jì)圖紙資料及電試資料的檢查是一項(xiàng)重要且難度較大的工作。

目前，設(shè)計(jì)圖紙和電試報(bào)告的審查培訓(xùn)主要依靠授課教師收集部分圖紙資料，復(fù)印或掃描后帶至課堂進(jìn)行講解。由于圖紙資料多、完整收集難度大，且圖紙復(fù)印、掃描質(zhì)量不佳等原因，導(dǎo)致培訓(xùn)效果大打折扣。另一方面，現(xiàn)有的資料審查實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)較少，而且培訓(xùn)效果欠佳?；谝陨锨闆r，若能開(kāi)發(fā)一套針對(duì)用電檢查人員的資料審查實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，將不同電壓等級(jí)和不同接線方式的典型受電工程設(shè)計(jì)圖紙、電試報(bào)告等資料提前錄入，培訓(xùn)考核時(shí)教師能對(duì)每份資料中的典型問(wèn)題修訂設(shè)置，將是十分有益的[1-3]。此外，還可建立基于可拓關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)[4-7]的用電資料等級(jí)程度表示方法，進(jìn)而對(duì)不同用電資料按權(quán)值進(jìn)行有效分類。

目前二叉樹(shù)模型已成功應(yīng)用至電子產(chǎn)品期權(quán)項(xiàng)目定價(jià)探討[8]、評(píng)價(jià)對(duì)象抽取[9]、投資決策[10,11]等方面。筆者提出一種用電資料存儲(chǔ)查詢二叉樹(shù)模型，對(duì)用電資料進(jìn)行建模，按重要性和關(guān)聯(lián)程度將不同電壓等級(jí)、不同接線方式的典型受電工程設(shè)計(jì)圖紙及電試報(bào)告等資料進(jìn)行編排，存儲(chǔ)進(jìn)二叉樹(shù)模型。

在模型的基礎(chǔ)上，再對(duì)用電檢查人員資料審查實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)，綜合考慮用電檢查人員崗位工作及培訓(xùn)需求，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)界面友好且功能合理，為提高審查水平打下了基礎(chǔ)。

2 用電資料模型

用電檢查人員資料審查實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)包括不同電壓等級(jí)、不同接線方式的典型受電工程設(shè)計(jì)圖紙與電試報(bào)告等內(nèi)容。根據(jù)待審查資料影響因素的關(guān)聯(lián)性，建立用電資料審查實(shí)訓(xùn)評(píng)價(jià)模型。

2.1 評(píng)價(jià)模型庫(kù)

評(píng)價(jià)模型庫(kù)M是由元模型組成的模型向量：

M=(m1,m2,…,m|M|)

(1)

式中：mi表示第i個(gè)模型；|M|表示模型的容量，即模型庫(kù)中所含模型的個(gè)數(shù)。

稱所有適合參與某類查詢問(wèn)題的模型集合為當(dāng)前有效模型庫(kù)，用Cval表示，且Cval?M，Cval≠?，其容量為|C|。

2.2 元模型遴選步驟

(1) 計(jì)算模型庫(kù)中各模型對(duì)當(dāng)前問(wèn)題的評(píng)價(jià)值。

(2) 對(duì)各模型的評(píng)價(jià)值按誤差指標(biāo)進(jìn)行處理，并對(duì)一個(gè)模型的所有誤差指標(biāo)做歸一化處理，求誤差指標(biāo)的均值。

(3) 比較各模型誤差指標(biāo)歸一化處理后的均值，選擇兩個(gè)均值最小的模型Cp、Cq，滿足Cp均值≤Cq均值，作為元模型，如圖1所示。

圖1 模型庫(kù)示意圖

2.3 基于元模型的樹(shù)型模型庫(kù)

進(jìn)行以下定義： 節(jié)點(diǎn)包含數(shù)據(jù)項(xiàng)及指向其它節(jié)點(diǎn)的分支，節(jié)點(diǎn)的度指節(jié)點(diǎn)所擁有的子樹(shù)棵數(shù)；葉節(jié)點(diǎn)即度為0的節(jié)點(diǎn)，又稱終端節(jié)點(diǎn)；分支點(diǎn)指除葉節(jié)點(diǎn)外的其它節(jié)點(diǎn)，又稱非終端節(jié)點(diǎn)。若節(jié)點(diǎn)x有子樹(shù)，則子樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)即為節(jié)點(diǎn)x的子女。若節(jié)點(diǎn)x有子女，則x為子女的雙親樹(shù)。

在建立樹(shù)型模型庫(kù)時(shí)，遵循以下規(guī)則。

規(guī)則1： 每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都有相應(yīng)的評(píng)價(jià)模型，且所有節(jié)點(diǎn)上評(píng)價(jià)模型的評(píng)價(jià)能力互不相同。

規(guī)則2： 如果存在左右子樹(shù)，則左右子樹(shù)所有節(jié)點(diǎn)上模型的評(píng)價(jià)能力都小于根節(jié)點(diǎn)上模型的評(píng)價(jià)能力。

規(guī)則3： 所有左節(jié)點(diǎn)上模型的評(píng)價(jià)能力均大于右節(jié)點(diǎn)上模型的評(píng)價(jià)能力。

規(guī)則4： 左子樹(shù)模型和右子樹(shù)模型也是評(píng)價(jià)模型庫(kù)。

基于上述規(guī)則，以元模型作為樹(shù)型模型庫(kù)的根(Root)，以元模型的評(píng)價(jià)能力為中心，求出各模型相對(duì)于元模型評(píng)價(jià)能力的距離。對(duì)上述距離進(jìn)行歸一化處理，即為各模型與元模型評(píng)價(jià)能力的關(guān)聯(lián)度，同時(shí)得到關(guān)聯(lián)度區(qū)間[Rmin,Rmax]。選擇兩個(gè)關(guān)聯(lián)度最大的模型作為元模型的子模型(Level 2水平)，且滿足在樹(shù)型結(jié)構(gòu)中左節(jié)點(diǎn)上模型的關(guān)聯(lián)度>右節(jié)點(diǎn)上模型的關(guān)聯(lián)度。

按如下算法選擇Level 2下方的子模型： 以左節(jié)點(diǎn)上的模型為中心，求出剩余各模型相對(duì)于左節(jié)點(diǎn)上子模型評(píng)價(jià)能力的距離；對(duì)所得到的距離進(jìn)行歸一化處理，即為剩余各模型與左節(jié)點(diǎn)上子模型評(píng)價(jià)能力的關(guān)聯(lián)度；選擇兩個(gè)關(guān)聯(lián)度最大的模型作為左節(jié)點(diǎn)上模型的子模型。以右節(jié)點(diǎn)上的模型為中心，求出剩余各模型相對(duì)于右節(jié)點(diǎn)上模型評(píng)價(jià)能力的距離；對(duì)該距離進(jìn)行歸一化處理，即為剩余各模型與右節(jié)點(diǎn)上模型評(píng)價(jià)能力的關(guān)聯(lián)度；選擇兩個(gè)關(guān)聯(lián)度最大的模型作為右節(jié)點(diǎn)上模型的子模型。重復(fù)上述過(guò)程，直至所有模型都被放入樹(shù)型模型庫(kù)的節(jié)點(diǎn)上，如圖2所示。

圖2 樹(shù)型模型庫(kù)示意圖

圖2所示樹(shù)型結(jié)構(gòu)模型具有如下性質(zhì)。

性質(zhì)1： 若樹(shù)型模型庫(kù)的層次從1開(kāi)始，則在模型樹(shù)的第i層最多有2i-1個(gè)節(jié)點(diǎn)。

性質(zhì)2： 高度為k的模型樹(shù)最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為2k-1。

性質(zhì)3： 對(duì)于任何一棵模型樹(shù)，如果其葉節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為n0，度為2的非葉節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為n2，則有n0=n2+1。

對(duì)第3條性質(zhì)進(jìn)行證明： 統(tǒng)計(jì)樹(shù)中節(jié)點(diǎn)的總數(shù)為n，設(shè)樹(shù)中度為1的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)為n1，因?yàn)闃?shù)只有度為0、度為1和度為2的節(jié)點(diǎn)，所以樹(shù)中節(jié)點(diǎn)總數(shù)n=n0+n1+n2；樹(shù)中分支條數(shù)(邊數(shù))為e，因?yàn)闃?shù)中根節(jié)點(diǎn)沒(méi)有雙親節(jié)點(diǎn)，邊數(shù)為0，其它每一結(jié)點(diǎn)都有且只有一個(gè)雙親節(jié)點(diǎn)，邊數(shù)各為1，所以二叉樹(shù)中總邊數(shù)e=n-1=n0+n1+n2-1；由于每個(gè)度為2的節(jié)點(diǎn)發(fā)出2條邊，每個(gè)度為1的節(jié)點(diǎn)發(fā)出1條邊，度為0的節(jié)點(diǎn)發(fā)出0條邊，因此總邊數(shù)e=2n2+n1；將兩個(gè)關(guān)于邊的等式聯(lián)立，有n0+n1+n2-1=2n2+n1，得n0-1=n2，即n0=n2+1。

2.4 二叉樹(shù)模型的權(quán)重

用R表示審查資料各影響因素的特征矩陣,N表示影響資料審查的各因素，c表示各個(gè)時(shí)刻,μ(v) 表示資料審查各因素c相應(yīng)量值v的隸屬度,由m個(gè)因素N、n個(gè)時(shí)刻(c1、c2、…、cn)、評(píng)價(jià)量值μ(vxj)(x=1,2,…,m;j=1,2,…,n)構(gòu)成的陣列為：

(2)

Rmn稱為資料審查的特征矩陣。

若以Rw表示影響每一評(píng)價(jià)資料各項(xiàng)因素的權(quán)矩陣，并以wi(i=1,2,…,n)表示每一資料第i項(xiàng)因素的權(quán)重，則有一層關(guān)聯(lián)權(quán)特征矩陣：

(3)

具有若干層次影響因素的資料審查，對(duì)應(yīng)的權(quán)重也分為若干層，以兩層為例，兩層關(guān)聯(lián)權(quán)特征矩陣為：

(4)

式(4)中cik表示資料審查影響層次模型中第i項(xiàng)主要影響因素所屬的第k項(xiàng)次要影響因素，與其對(duì)應(yīng)的權(quán)重用wik(i=1,2，…,n)來(lái)表示。其余層次關(guān)聯(lián)權(quán)特征矩陣可依次類推。

對(duì)資料審查系統(tǒng)各項(xiàng)影響因素相應(yīng)的隸屬度通過(guò)關(guān)聯(lián)變換得到各自的關(guān)聯(lián)因數(shù)ξxj，進(jìn)而構(gòu)造關(guān)聯(lián)因數(shù)特征矩陣，記為Rξ：

(5)

3 模型庫(kù)的插入位置和剔除算法

3.1 插入位置算法

3.2 剔除算法

在樹(shù)型模型庫(kù)中刪除一個(gè)節(jié)點(diǎn)，必須將因刪除節(jié)點(diǎn)而斷開(kāi)的樹(shù)重新連接起來(lái)，同時(shí)確保模型庫(kù)樹(shù)的性質(zhì)不會(huì)丟失。此外，為了保證在執(zhí)行刪除后樹(shù)的搜索性能不降低，還需要確認(rèn)重新連接后樹(shù)的高度不能增加。

此處有如下規(guī)則： 如果被刪節(jié)點(diǎn)沒(méi)有子模型，直接刪除；如果被刪節(jié)點(diǎn)缺右子樹(shù)，可以使它的左子模型頂替原有位置；如果被刪節(jié)點(diǎn)缺左子樹(shù)，可以使它的右子模型頂替原有位置；如果被刪節(jié)點(diǎn)左、右子樹(shù)都存在，重新對(duì)其父節(jié)點(diǎn)及其以下所有節(jié)點(diǎn)模型的評(píng)價(jià)能力進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，計(jì)算被刪節(jié)點(diǎn)上所有子樹(shù)上模型與被刪節(jié)點(diǎn)父節(jié)點(diǎn)上模型評(píng)價(jià)能力的關(guān)聯(lián)度，選擇兩個(gè)關(guān)聯(lián)度最大的模型作為被刪節(jié)點(diǎn)父節(jié)點(diǎn)上模型的子節(jié)點(diǎn)模型，且左節(jié)點(diǎn)上模型相對(duì)于父節(jié)點(diǎn)上模型評(píng)價(jià)能力的關(guān)聯(lián)度大于右節(jié)點(diǎn)上模型相對(duì)于父節(jié)點(diǎn)上模型評(píng)價(jià)能力的關(guān)聯(lián)度。

4 基于樹(shù)型模型庫(kù)的用電資料審查算法

4.1 關(guān)聯(lián)變換算法

由式(5)可明顯看出，各項(xiàng)影響特征的隸屬度較為分散，不利于各因素在整體上的對(duì)比，有必要集中為一個(gè)值，一般采用加權(quán)集中處理。在此，提出一種確定權(quán)重的新方法，即先求出各因素在各時(shí)刻的特征之和，然后對(duì)各因素的特征作歸一化處理，得出各因素的關(guān)聯(lián)因數(shù)，再以查詢資料的重要性權(quán)值為中心，作各因素在各個(gè)時(shí)刻與用電資料的距離，最后對(duì)同一因素各個(gè)時(shí)刻的距離作均值處

理，即為各因素相對(duì)于待查詢用電資料的關(guān)聯(lián)度。

(1) 求出各因素特征的算術(shù)平均值：

(6)

(2) 對(duì)各因素特征進(jìn)行歸一化處理：

(7)

(3) 以Nk(1≤k≤m)為中心，計(jì)算Mi(i=1,2,…,k-1,k,k+1,…,m)到Nk(1≤k≤m)的距離dik(Ni,Nk)，得到：

(8)

(4) 組成資料審查各因素Ni(i=1,2,…,k-1,k,k+1,…,m)對(duì)因素Nk(1≤k≤m)的關(guān)聯(lián)度：

(9)

式(9)中rik表示用電資料審查實(shí)訓(xùn)影響系統(tǒng)第i項(xiàng)影響因素對(duì)第k項(xiàng)的關(guān)聯(lián)度。

4.2 用電資料審查分析

(1) 分析資料審查系統(tǒng)各因素間的關(guān)系，建立系統(tǒng)的遞階層次結(jié)構(gòu)。

(2) 用關(guān)聯(lián)變換算法處理各影響因素的權(quán)特征，得到各因素相對(duì)于審查問(wèn)題的關(guān)聯(lián)度。

(3) 計(jì)算各因素與待審查目標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，并進(jìn)行排序。

(4) 以關(guān)聯(lián)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)研究各因素對(duì)審查問(wèn)題的影響程度。

5 系統(tǒng)應(yīng)用

以國(guó)網(wǎng)上海市電力公司培訓(xùn)中心的用電檢查人員資料審查實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)為例進(jìn)行應(yīng)用論述。該系統(tǒng)硬件部分依托10kV典型客戶實(shí)訓(xùn)室中的計(jì)算機(jī)與交換機(jī)，不用進(jìn)行重新配置，硬件框架如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)硬件框架圖

系統(tǒng)軟件分為兩大模塊： 教員模塊和學(xué)員模塊。其中，教員模塊具有賬號(hào)管理、圖紙錄入和修改、發(fā)送試卷等系統(tǒng)權(quán)限；學(xué)員模塊僅具有題庫(kù)練習(xí)和答題功能，不具備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更改的權(quán)限。系統(tǒng)軟件框架如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件框架圖

教員模塊包含三套系統(tǒng)。

(1) 登錄系統(tǒng)(圖5)。允許教員進(jìn)行各類賬號(hào)的注冊(cè)、修改、管理操作(圖6)，防止無(wú)權(quán)限人員對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行更改或破壞，保證系統(tǒng)不會(huì)因人為因素出現(xiàn)問(wèn)題。

圖5 登錄界面

圖6 用戶管理界面

(2) 圖紙管理系統(tǒng)。允許進(jìn)行圖紙和試卷管理，將圖紙有效錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，方便查詢和教學(xué)。

(3) 圖紙?jiān)u測(cè)系統(tǒng)。允許進(jìn)行考核和審批，以及分發(fā)和回收試卷操作，審批過(guò)程中可以與正確圖紙進(jìn)行比對(duì)，方便發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，提高批卷效率。

學(xué)員模塊同樣包含三套系統(tǒng)。

(1) 登錄系統(tǒng)。允許進(jìn)行學(xué)員賬號(hào)注冊(cè)、修改操作，防止無(wú)權(quán)限人員進(jìn)入進(jìn)行操作練習(xí)。

(2) 練習(xí)系統(tǒng)。允許學(xué)員訪問(wèn)試題庫(kù)進(jìn)行自由練習(xí)，通過(guò)練習(xí)提高讀圖識(shí)圖能力，全面提高審圖能力。

(3) 考核系統(tǒng)。接收教員發(fā)送的試卷進(jìn)行考核,教員發(fā)出開(kāi)始考核命令后，自動(dòng)接收試卷，并彈窗提示開(kāi)始考核,答題完畢后可提前交卷。

通過(guò)對(duì)10kV典型配電資料實(shí)訓(xùn)審查研究，確認(rèn)用電檢查人員進(jìn)行圖紙審核時(shí)需提交的資料明細(xì)包括： ① 受電工程設(shè)計(jì)及說(shuō)明；② 負(fù)荷組成及用電設(shè)備清單；③ 影響電能質(zhì)量的用電設(shè)備清單；④ 主要電氣設(shè)備一覽表；⑤ 受電裝置接線圖及平面布置圖；⑥ 繼電保護(hù)及電能計(jì)量方式；⑦ 隱蔽工程設(shè)計(jì)資料；⑧自備電源及接線方式。

系統(tǒng)提供了10kV受電工程設(shè)計(jì)圖紙，可以在以下方面進(jìn)行性能比對(duì)： ① 所有高低壓設(shè)備選型是否合理，是否有淘汰和高能耗設(shè)備；② 變電所的總體布置是否合理，是否滿足防潮要求，易燃爆氣體、危險(xiǎn)品是否處理妥當(dāng)，設(shè)備進(jìn)出口通道是否符合規(guī)定等；③ 變電所進(jìn)線方式是否符合工詢方案要求；④ 無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備配置是否合理；⑤ 是否有沖擊、不對(duì)稱和諧波負(fù)荷的治理措施；⑥ 電能計(jì)量與準(zhǔn)確度等級(jí)是否滿足要求；⑦ 防電倒送連鎖與閉鎖配合是否完善；⑧ 五防裝置是否合理；⑨ 線路路徑、導(dǎo)線截面積載流量是否合規(guī)；⑩ 保護(hù)裝置配置?？梢?jiàn)，基于二叉樹(shù)模型的用電檢查人員資料審查實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可以有效提供待查問(wèn)題的所需資料，實(shí)際應(yīng)用中效果良好。

6 結(jié)論

針對(duì)以往電力培訓(xùn)資料隨機(jī)存儲(chǔ)等缺點(diǎn)，建立了用電資料二叉樹(shù)模型庫(kù)，并研究了插入位置算法和剔除算法，在模型庫(kù)的基礎(chǔ)上建立了用電檢查人員資料審查實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，系統(tǒng)采用關(guān)聯(lián)變換算法，軟硬件技術(shù)成熟，可切實(shí)提高用電檢查人員的審查水平，應(yīng)用效果良好。

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