劉晶晶,張華強,陳嘉羽,褚 莉,楊 濤

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司物資分公司,安徽 合肥 230011)

供應(yīng)鏈管理的終極目的就是要把整個供應(yīng)鏈可視化、管理信息化,以最大限度地增加企業(yè)的綜合效益和降低企業(yè)的經(jīng)營費用,進而提升企業(yè)的整體水平。電力物資供應(yīng)鏈包括電力網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、維護與保養(yǎng)等各個方面的資源,這些資源種類繁多,難以直接控制供應(yīng)鏈,無法保證電力網(wǎng)絡(luò)安全與穩(wěn)定。因此,協(xié)調(diào)電力物資供應(yīng)鏈,能夠強化安全風(fēng)險監(jiān)測力度,這是提升企業(yè)整體水平的一個重要途徑。

相關(guān)學(xué)者深入研究了該問題,其中劉永勝等人[1]研究了基于供應(yīng)鏈視角的網(wǎng)購食品安全風(fēng)險識別,采用扎根理論研究法,對網(wǎng)購食品的消費者差評信息進行三級編碼,基于供應(yīng)鏈視角對網(wǎng)購食品安全風(fēng)險進行系統(tǒng)識別,并利用定量的Borda序值法對子風(fēng)險的嚴重程度進行評估,但是該方法安全風(fēng)險識別存在縱向載荷值與預(yù)期最大值相差大的問題。許雯宏等人[2]研究了區(qū)塊鏈賦能乳制品供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測研究,為供應(yīng)鏈質(zhì)量安全監(jiān)測進行技術(shù)賦能,去中心化體系強化供應(yīng)環(huán)節(jié)質(zhì)量監(jiān)測,數(shù)字簽名技術(shù)確保運輸與儲存環(huán)節(jié)相銜接,以區(qū)塊鏈為底層技術(shù),構(gòu)建供應(yīng)鏈質(zhì)量安全信息監(jiān)測平臺,但是該方法存在供應(yīng)鏈吞吐量低的問題。

針對上述問題,設(shè)計了一種基于大數(shù)據(jù)的電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)。該方法引入了大數(shù)據(jù)技術(shù),結(jié)合其他算法,實現(xiàn)了供應(yīng)鏈安全風(fēng)險檢測,以期提高供應(yīng)鏈吞吐量等。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)是我國電力監(jiān)控系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)設(shè)施,供應(yīng)鏈安全已成為我國網(wǎng)絡(luò)安全的一個重要內(nèi)容?；诖?設(shè)計了一種基于大數(shù)據(jù)的電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、供應(yīng)鏈安全風(fēng)險評估模塊、安全風(fēng)險預(yù)警模塊組成,采用這種嵌入式的風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng),管控、調(diào)度和傳輸監(jiān)測信息。

1.1 數(shù)據(jù)采集模塊

系統(tǒng)采用AD7606數(shù)據(jù)采集模塊采集原始數(shù)據(jù),該模塊將各種芯片集成到同一塊電路板上,通過RS232串口實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)采集,結(jié)合AT指令實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集結(jié)果的語音展示[3]。

該采集模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用高精度16比特 ADC芯片AD7606,其最大取樣速度達到200 Ksps,并且具有5擋的過取樣設(shè)定模式,能夠有效地減少抖動。采用并口方式跳線:R1懸空(未掛)、R20掛上K電阻;SPI接口模式跳線:R1掛上K電阻,R2懸空(未掛),R2少用BUSY口線,以確保采集過程的穩(wěn)定[4]。

圖1 AD7606數(shù)據(jù)采集模塊

1.2 數(shù)據(jù)處理模塊

選用89C52單片機作為數(shù)據(jù)處理模塊的中央處理單元,EPROM27256作為數(shù)據(jù)處理模塊外部存儲單元,P0端口用作地址和數(shù)據(jù)分時多路傳輸。存儲器的8比特內(nèi)存地址(P00到P07)經(jīng)由它的一個端口被輸出,ALE的下降邊緣把它輸入到鎖存器鎖存[5]。之后,將其和一個8比特外存地址(P20到P27)形成一個對32 K外部存儲器存儲空間的地址。

數(shù)據(jù)處理模塊中89C52單片機芯片結(jié)構(gòu),如圖2所示。

圖2 89C52單片機的芯片結(jié)構(gòu)

由圖2可知,P00～P07:P0口是一個漏極雙向打開端口,用1表示其狀態(tài),并作為一個高電阻的輸入;P10～P17:P1口是一個雙向 I/O端口,由內(nèi)向外拉動[6]。當P1口寫入數(shù)據(jù)1時,該口的電平達到最高值,由此可作為輸入端口[7];P20～P27:P2口是雙向 I/O端口,當P2口寫入數(shù)據(jù)1時,該口的電平會達到最高,由此可作為輸入端口。

通過數(shù)據(jù)處理模塊,清洗與詞性標注處理原始數(shù)據(jù)。將處理后的數(shù)據(jù)傳遞到供應(yīng)鏈安全風(fēng)險評估模塊并分析[8-10]。

1.3 供應(yīng)鏈安全風(fēng)險評估模塊

在評估模塊中,采用了模塊化的方法進行風(fēng)險評估,其體系結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 供應(yīng)鏈安全風(fēng)險評估模塊

由圖3可知,該模塊通過外網(wǎng)介入和外部環(huán)境,將采集到的數(shù)據(jù)通過邊緣分布模塊傳輸?shù)胶诵哪K中,主要用于評估電力物資供應(yīng)商與使用者的雙邊關(guān)系。

1.4 安全風(fēng)險預(yù)警模塊

供應(yīng)鏈安全風(fēng)險預(yù)警模塊,將風(fēng)險預(yù)警與處理機制整合到電力資產(chǎn)歸屬單元,實現(xiàn)供應(yīng)鏈安全風(fēng)險的實時預(yù)警與處理[11]。在系統(tǒng)中,使用光敏傳感器作為預(yù)警安全風(fēng)險的主要設(shè)備。

光敏傳感器由于光線暗淡,發(fā)出低電壓信號,由放大器放大后,傳送到單穩(wěn)觸發(fā)回路,以作警告,用以警告管理員[12]。當警報聲停止(1～7 s),光敏傳感器進入備用模式。電路以5 V直流電壓為電源,并給出了相應(yīng)的安全風(fēng)險警報電路,如圖4所示。

圖4 安全風(fēng)險預(yù)警電路

由圖4可知,整個電路原理圖由光敏感應(yīng)電路、二級電容耦合放大電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、報警電路等構(gòu)成,并分析電路[13]。光敏感應(yīng)器包括RG1、R1、電源及接地,其中RG1為光敏電阻。R1和光敏電阻RG1構(gòu)成電阻式串聯(lián)分壓器,R2、R3、C3、V1、C4、R4和VT2組成二級電容耦合放大電路;C3是一個反饋電容,其能穩(wěn)定電路中的靜止工作點,從而使C3更穩(wěn)定,更可靠;C4是一個耦合電容,它的主要功能是起到隔直通交的耦合作用;R2是一個基極電阻,R3是集電極偏壓,從而確保三極管VT1處在一個放大狀態(tài);VT2與集電極偏置電阻R4相連,起到電路切換功能[14]。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路包括:集成電路U1、陶瓷電容C5、電位器RP1、電阻R5,該電路主要作用是保護電路不受外部干擾,提高電路的穩(wěn)定性。當光敏傳感器感受到異常狀態(tài)時,通過傳感器的報警聲可以調(diào)整RP1電位,觸發(fā)蜂鳴器H1發(fā)出蜂鳴器聲音,實現(xiàn)系統(tǒng)的自動報警。

2 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計

2.1 潛在安全風(fēng)險識別

運用大數(shù)據(jù)技術(shù),識別潛在安全風(fēng)險。首先將兩個相鄰采樣點的測量數(shù)據(jù)和標準殘差作為特征值,標準化處理包含標準殘差在內(nèi)的指數(shù)后,構(gòu)建的特征指標矩陣如下所示:

(1)

式中:mi、mj分別為采集的兩個相鄰樣本數(shù)據(jù);R為標準差;Δz為兩個相鄰樣本數(shù)據(jù)之間的采集時間差值;mij為特征指標;m′ij為特征指標矩陣[15]。

通過歸一化處理特征數(shù)據(jù)后,結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)的聚類方式,獲取電力物資供應(yīng)鏈聚類結(jié)果。根據(jù)該結(jié)果確定聚類數(shù)量,進而得到聚類有效性指數(shù),公式可表示為

(2)

式中:λij為聚類度量因子。將該公式計算結(jié)果作為聚類有效性的判定標準,如果該值越高,則說明聚類劃分結(jié)果精度也就越高,由此也得到最優(yōu)聚類結(jié)果。根據(jù)該結(jié)果,可以對潛在的安全風(fēng)險進行分類,從而實現(xiàn)潛在的安全風(fēng)險識別。

2.2 安全風(fēng)險監(jiān)測流程設(shè)計

基于潛在安全風(fēng)險識別結(jié)果,設(shè)計安全風(fēng)險監(jiān)測流程如圖5所示。

圖5 安全風(fēng)險監(jiān)測流程

由圖5可知,針對安全風(fēng)險監(jiān)測詳細流程,如下所示:

步驟一:通過互聯(lián)網(wǎng)采集電力資產(chǎn)供應(yīng)鏈數(shù)據(jù),并利用電力專用網(wǎng)絡(luò)對電力物資有關(guān)的公開公布數(shù)據(jù)、非公開數(shù)據(jù)進行采集。

步驟二:處理電力資產(chǎn)供應(yīng)商所屬國家相關(guān)的言論信息、企業(yè)重要業(yè)務(wù)信息和政治活動信息,獲取處理后的分詞、標注結(jié)果,并將該結(jié)果存入數(shù)據(jù)存儲模塊。

步驟三:結(jié)合潛在安全風(fēng)險識別結(jié)果,構(gòu)建電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險監(jiān)測的目標函數(shù),公式為

(3)

式中:ω為權(quán)重;x為監(jiān)測指標;γi、κi分別為安全風(fēng)險監(jiān)測的類外、類間特征量。

依據(jù)該目標函數(shù),將處理的電力物資供應(yīng)鏈風(fēng)險監(jiān)控系統(tǒng)信息、國家信息安全漏洞庫信息以及廠商所公布的產(chǎn)品缺陷信息,從數(shù)據(jù)存儲模塊提取出與電力物資供應(yīng)鏈有關(guān)的安全缺陷信息,并評估其可能造成的影響。

步驟四:通過供應(yīng)鏈安全風(fēng)險預(yù)警模塊,為各個電網(wǎng)企業(yè)提供供應(yīng)鏈安全風(fēng)險預(yù)警;

步驟五:分析風(fēng)險預(yù)警結(jié)果,并將其推入至電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險監(jiān)測的資產(chǎn)所有者;

步驟六:設(shè)置安全風(fēng)險預(yù)警時間限制,要求電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)的資產(chǎn)所有者單位提交供應(yīng)鏈風(fēng)險處理方案,并追蹤與管理方案。

3 實 驗

3.1 實驗裝置

在SCPI標準協(xié)議下,結(jié)合Wi-fi無線通信協(xié)議實現(xiàn)實驗裝置的開發(fā),結(jié)合以太網(wǎng)開放系統(tǒng)互聯(lián)模型進行裝置的組態(tài)設(shè)計,實現(xiàn)實驗裝置的智能交互,并調(diào)用Sip_call接口創(chuàng)建實驗裝置的消息控制指令,實現(xiàn)裝置的分組交換設(shè)計,如圖6所示。

圖6 實驗裝置結(jié)構(gòu)

由圖6可知,將實驗裝置與不同層次定義的協(xié)議集合起來,以函數(shù)的形式展現(xiàn),構(gòu)成一個風(fēng)險監(jiān)測函數(shù)庫,為實驗驗證提供函數(shù)庫支持。

3.2 實驗指標看板

通過圖6所示結(jié)構(gòu)獲取電力物資供應(yīng)鏈銷售商版塊、制造商版塊和供應(yīng)商版塊的縱向荷載值,利用該值表示電力物資供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性。

實驗指標看板,如圖7所示。

圖7 實驗指標看板

實驗指標的統(tǒng)計周期、取數(shù)規(guī)則是以某個電網(wǎng)公司公布的指標為準,具體如下:

實驗指標名稱:指標執(zhí)行率;

統(tǒng)計周期:季度;

取數(shù)規(guī)則:在統(tǒng)計周期內(nèi)完成電力供應(yīng)鏈物資采購;

指標執(zhí)行率:當指標執(zhí)行率在[80%,100%]時,指標執(zhí)行率可達到100%;當指標執(zhí)行率在[50%,80%]時,指標執(zhí)行率可達到60%;當指標執(zhí)行率在[30%,50%]時,指標執(zhí)行率可達到40%;當指標執(zhí)行率在[0%,30%]時,指標執(zhí)行率可達到0%。

3.3 實驗結(jié)果與分析

為了驗證基于大數(shù)據(jù)的電力供應(yīng)鏈安全風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性,將供應(yīng)鏈的縱向載荷值和吞吐量作為指標,分別將文獻[1]、文獻[2]的監(jiān)測系統(tǒng),與所研究系統(tǒng)進行對比分析。

3.3.1 縱向荷載值

對比三種系統(tǒng)的供應(yīng)鏈縱向載荷值,結(jié)果如圖8所示。

圖8 三種系統(tǒng)供應(yīng)鏈縱向載荷值對比結(jié)果

由圖8可知,使用文獻[1]的監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測到的最高縱向載荷值為68 kN/m3,與預(yù)期最大值相差16 kN/m3;使用文獻[2]的監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測到的最高縱向載荷值為78 kN/m3,與預(yù)期最大值相差6 kN/m3;使用基于大數(shù)據(jù)的電力供應(yīng)鏈安全風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng),監(jiān)測到的最高縱向載荷值為83.5 kN/m3,與預(yù)期最大值相差0.5 kN/m3。

3.3.2 吞吐量

對比三種系統(tǒng)的吞吐量,結(jié)果如表1所示。

表1 三種系統(tǒng)吞吐量對比結(jié)果 bit

由表1可知,使用文獻[1]的監(jiān)測系統(tǒng),和文獻[2]的監(jiān)測系統(tǒng)的吞吐量,比基于大數(shù)據(jù)的風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)要低,說明使用的基于大數(shù)據(jù)的風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng)吞吐量較高。

通過上述比較結(jié)果可知,使用基于大數(shù)據(jù)的電力供應(yīng)鏈安全風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng),供應(yīng)鏈縱向載荷值與預(yù)期值最接近,主要原因是應(yīng)用大數(shù)據(jù)方法在識別潛在安全風(fēng)險的基礎(chǔ)上,結(jié)合供應(yīng)鏈自身特點,獲取的供應(yīng)鏈縱向載荷值與預(yù)期值基本一致。而供應(yīng)鏈吞吐量性能好,表明電力物資供應(yīng)鏈穩(wěn)定,也證實了系統(tǒng)風(fēng)險監(jiān)測結(jié)果精準。

4 結(jié) 語

針對電力物資供應(yīng)鏈中存在的安全風(fēng)險問題,提出了基于大數(shù)據(jù)的電力物資供應(yīng)鏈安全風(fēng)險監(jiān)測系統(tǒng),應(yīng)用了大數(shù)據(jù)技術(shù),該監(jiān)測系統(tǒng)通過對其進行嵌入式調(diào)度,識別潛在的安全風(fēng)險,并對其進行自適應(yīng)風(fēng)險監(jiān)測。實驗證明,該系統(tǒng)能夠使電力供應(yīng)鏈保持較高的穩(wěn)定性,且系統(tǒng)設(shè)計過程較為簡單,因此,具備較強的推廣性。