耿貞偉，蘇文偉

（云南電網(wǎng)有限責任公司信息中心，昆明 650217）

0 前言

我國目前普遍使用的傳統(tǒng)型非入侵式監(jiān)測設備是一種遠程安全監(jiān)測設備，系統(tǒng)運行容量較小并且需要高額的造價與維護非用，延展性較差、反應較為緩慢且系統(tǒng)的監(jiān)測視角范圍有限，由于我國目前還沒有運行遠程安全監(jiān)測系統(tǒng)做出統(tǒng)一的標準與規(guī)范，使得非入侵式檢測系統(tǒng)的運行和維護工作面臨很多問題，更難以對多標簽數(shù)據(jù)內容進行分類，給供電公司的各個部門增加了許多壓力[1]。因此，積極設計和完善的多標簽分類安全監(jiān)測系統(tǒng)是十分有必要的。這就要求相關設計人員立足于當前時代發(fā)展特點，靈活運用現(xiàn)代科技手段并結合實際狀況來設計新的多標簽分類監(jiān)測系統(tǒng)，提前設計好實施計劃與方案，有利于工作順利開展[2]。多標簽分類監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過實踐的檢驗，是較為符合系統(tǒng)運作靈活及高速處理信息等特點的一種新型監(jiān)測系統(tǒng)。

1 多標簽分類非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)

1.1 非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)硬件設計

采CUI-TECHPNXP 270技術處理平臺作為用非入侵式監(jiān)測系統(tǒng)的硬件配置的核心內容[3]。該平臺主選取ERS 2.4處理芯片，參照結構PXAN-2.4模型作為配置結構，自愈Intel CASXALEN嵌入式微處理器作為核心模塊，有效地使圖像處理主頻率能夠保持在420-462M Hz之間。為了更好地保證非入侵式負荷監(jiān)測系統(tǒng)的性能，在系統(tǒng)中添加PNA 2.6微處理器以及Intel speed-step動態(tài)監(jiān)測技術[4]。在設計系統(tǒng)硬件配置的過程中考慮到監(jiān)測系統(tǒng)使用的廣泛性和長期性特征，因此需要兼顧它的兼容性，保證系統(tǒng)可以升級到PNXA2.4-2.8等級，從而實現(xiàn)對設備核心板、主板、處理器、LCD串口等模塊的優(yōu)化。電力監(jiān)測系統(tǒng)平臺的硬件框圖如圖1所示。

圖1 非入侵式負荷監(jiān)測系統(tǒng)硬件框圖

系統(tǒng)硬件結構中包括的系統(tǒng)協(xié)調器模塊、路由節(jié)點模塊以及一些其它模塊，他們的串口結構和主要配置基本上是相同或相似的。因此可以把整個電路結構視為一個整體，提高圖像的清晰度，方便日后對于所監(jiān)測的圖像數(shù)據(jù)進行處理[5-7]。檢測內存占用比例及CPU占用率、應用服務器和數(shù)據(jù)庫等相關系統(tǒng)硬件配置的基本情況以及監(jiān)測軟件平臺的運行狀況，可以對系統(tǒng)質量起到保障作用。對檢測指標進行記錄得到的系統(tǒng)配置情況如下表所示:

表1 監(jiān)測系統(tǒng)硬件配置數(shù)據(jù)

參照上表信息并結合多標簽分類技術提取出系統(tǒng)內部各個硬件配置的相關數(shù)據(jù)進行對比與分析，可以優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)格式，及時地發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的偏差從而妥善處理[8]。為了優(yōu)化子系統(tǒng)內部功能元件的分配和促進資源功率的有效分配并保障分配具有一定合理性，需要系統(tǒng)設置出最佳方案來實現(xiàn)資源配置過程中可供選擇的最佳監(jiān)測路徑和標簽分配路徑，以實現(xiàn)在大數(shù)據(jù)基礎之上構建多標簽分類的目標。構建非入侵式負荷監(jiān)測系統(tǒng)的過程中除了要注重標簽分類外，還要重視實時監(jiān)測效果，因為標簽分類很大程度上也是為了更好地掌握與評估監(jiān)測情況服務的[9-10]。這個過程需要運用SVM資源分配檢測方法并與大數(shù)據(jù)技術相結合進行。為了實現(xiàn)優(yōu)化設計系統(tǒng)硬件配置及相關結構，并使系統(tǒng)在運行過程中可以具備較好的整合和交換功能，實現(xiàn)同步整合和異步交換的統(tǒng)一，需要在軟件設計的過程中針對不同的標簽特征采用不同的分類方法。

1.2 非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計

為了更精準地研究非入侵式負荷監(jiān)測的準確性和時效性，結合嵌入式技術對非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)軟件進行設計。首先設分類標簽特征的最大值與最小值分別為A和B，監(jiān)測過程中的干擾值為C。為參數(shù)控制度，K是監(jiān)測范圍，需要控制在一定數(shù)值內。監(jiān)測系統(tǒng)所在的中心點用n來表示，持續(xù)監(jiān)測時間用t來表示。E為監(jiān)測偏差情況。通過對E進行實時跟蹤和監(jiān)測可以掌握監(jiān)測準確性。設φz為系統(tǒng)糾偏參數(shù)，U為監(jiān)測錯誤偏差的最大容許范圍，W是坐標偏差的非線性函數(shù)，假設E的變量區(qū)域在{f1,fn}之間，則監(jiān)測偏差變量取值范圍算法為：

如果設R為監(jiān)測系統(tǒng)在運行過程中的精準值，α為監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定指數(shù)，τ為系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測特征參數(shù)，并且α∈ {α1,αn+1}，則可對監(jiān)測圖像的自適應調整參數(shù)進行計算，具體算法如下。

由上述公式可以看出，偏差E在不同的取值范圍內其標簽分類算法也不盡相同，盡管整體分類計算原理基本保持一致，也需要對部分標簽特征參數(shù)進行調整和轉換。使監(jiān)測偏差E在取值范圍內盡可能多地與不同情況進行組合，可以通過對比結果分析出電力系統(tǒng)易出現(xiàn)故障的環(huán)節(jié)和相關影響因素，便于及時地改正監(jiān)測過程中出現(xiàn)的失誤，減少故障發(fā)生的概率。監(jiān)測處理步驟的優(yōu)化結果如圖2所示。

通過應用上圖的監(jiān)測處理步驟并結合之前的監(jiān)測公式將所收集到的參考數(shù)據(jù)進行相關計算和整合。除此之外，仔細觀察監(jiān)測圖像，可以清晰地反應出電力系統(tǒng)在運行過程中的路徑分配和數(shù)據(jù)傳輸狀況。有利于將復雜的監(jiān)測步驟簡單化，進而達到對比研究的目標。這些操作都將對非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)的軟件設計提供必要的前提保障。運行狀況以及相關參數(shù)。通過對這些數(shù)據(jù)的分析可以更好地研究多標簽分類非入侵式負荷監(jiān)測的系統(tǒng)運行規(guī)律，從而實現(xiàn)更智能化的監(jiān)測。在監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸過程中，當非侵入式監(jiān)測系統(tǒng)檢測到的數(shù)據(jù)在正常范圍內上下波動時，監(jiān)測系統(tǒng)自動默認為所監(jiān)測到的電力數(shù)據(jù)為正常狀態(tài)，不需要發(fā)出警報?？梢坏┎杉降奶卣鲾?shù)據(jù)超出正常范圍，監(jiān)測系統(tǒng)就會自動排查發(fā)生故障的區(qū)域并及時發(fā)出警報，從而保證系統(tǒng)運行安全，具體的非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)運行流程如圖3所示。

圖3 非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)運行流程

非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)的設計中融入警報功能可以成為優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)的一大特點。該功能可以通過對比標簽分類結果自動定位監(jiān)測區(qū)域，監(jiān)測故障情況及安全隱患，便于及時解決和處理潛在或已有問題，使故障造成的損失達到最小，更好的完成監(jiān)測任務。

1.3 多標簽分類非侵入式負荷監(jiān)測的實現(xiàn)

非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)和傳統(tǒng)的分布式侵入式監(jiān)測系統(tǒng)恰恰相反，它具有簡單的硬件配置和復雜的分析軟件。分析軟件能夠采集數(shù)據(jù)進行復雜的數(shù)學分析并獲得有用信息。系統(tǒng)根據(jù)這些信息來辨識或者估計每個負荷的類型、

2 實驗結果分析

為了有效檢測基于多標簽分類的非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)的運行效果，并對所監(jiān)測到的相關數(shù)據(jù)信息進行及時處理，預測評估系統(tǒng)檢驗故障的效率，設計了相關的對比試驗。將傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)與本文的監(jiān)測系統(tǒng)運行情況進行對比實驗和數(shù)據(jù)結果分析。首先檢查實驗設備保證其處于正常狀態(tài)，設置合理的實驗參數(shù)并保證實驗環(huán)境允許實驗正常進行。這樣才能夠保證實驗結果具備準確性和有效性。

實驗參數(shù)主要包括配系統(tǒng)負荷數(shù)據(jù)、標簽特征，分類數(shù)值等，對以上相關數(shù)據(jù)進行記錄，可以掌握監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況，從而進行實驗。監(jiān)測過程中，首先要采集故障信息，也就是系統(tǒng)造成故障的原因。包括：系統(tǒng)的電壓不穩(wěn)定、環(huán)境干擾因素、設備點偏移、信息傳輸不佳、系統(tǒng)設備在運行過程中受到磨損影響設備正常運行、電源開關出現(xiàn)故障、出廠設置或動態(tài)性能故障以及偶然性暫停故障等等。將這些故障按照故障輕重等級，由輕到重一共分為了五個等級分類標簽，并進行相關記錄。

為了檢驗在非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)的運行情況以及多個時間段系統(tǒng)實際運行的效果，結合上表數(shù)據(jù)對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行規(guī)范，在此基礎之上設置相同的環(huán)境和數(shù)據(jù)參數(shù)進行對比監(jiān)測系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常數(shù)值的行為狀況仿真實驗。為了更加準確直觀的判斷非入侵式負荷監(jiān)測系統(tǒng)的運行效果對實驗結果進行繪制，具體實驗結果如下圖所示。

圖4 對比實驗檢測結果

通過對比以上實驗檢測結果不難發(fā)現(xiàn)，兩組監(jiān)測系統(tǒng)的精確度曲線存在較大的差別相對于傳統(tǒng)的分布式監(jiān)測系統(tǒng)而言，本文提出的多標簽分類的非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)的實際監(jiān)測精準度更好，可達到90 %以上，實際運行效果更加明顯，相較于傳統(tǒng)的分布式監(jiān)測系統(tǒng)，非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)的操作也更加簡單，人力消耗量小。將傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)和多標簽分類的非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)應用過程中數(shù)據(jù)的異常情況進行對比分析，另外通過研究發(fā)現(xiàn)，本文所提出的基于多標簽分類的非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)在理論上可比傳統(tǒng)的分布式監(jiān)測系統(tǒng)更具備準確性和高效性，可以高效省時地監(jiān)測出系統(tǒng)數(shù)據(jù)的中斷以及所發(fā)生的異常狀況。并且有很多傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)所沒有的優(yōu)勢，例如：在監(jiān)測過程中受到外界的干擾更微弱，監(jiān)測效果呈現(xiàn)得更快捷方便易察覺。在同等干擾環(huán)境下，更能準確反應被監(jiān)測環(huán)境及數(shù)值變化情況，可以做到精準監(jiān)測各項數(shù)據(jù)，由于上述實驗運行較為復雜，對環(huán)境和精度要求響度比較高在此不多做展示?？傊?，實驗結果證實基于多標簽分類的非入侵式負荷監(jiān)測系統(tǒng)相對于當前已有的監(jiān)測系統(tǒng)有更高的實用價值，充分滿足研究要求。

3 結束語

通過對非侵入式負荷監(jiān)測系統(tǒng)的設計和逐步完善，提高監(jiān)測系統(tǒng)的運行效果，并通過實驗對比證實基于多標簽分類的非入侵式負荷監(jiān)測系統(tǒng)相比傳統(tǒng)監(jiān)測更加精準便捷，并且易于操作，節(jié)省了監(jiān)測所需要的時間和人力資源，維護起來簡單可操作，節(jié)省金錢和社會資源。不僅給人類生活帶來了便利，給社會穩(wěn)定發(fā)展帶來了保障和依靠，充分符合當前節(jié)約型社會發(fā)展的需要。另外，該系統(tǒng)除了具備方便快捷，準確安全等性能外，運行狀況也較為良好，內容清晰監(jiān)測效果好，反映問題的精準度也較高。