用电信息采集设备的远程监控方法、装置及系统与流程

1.本发明涉及用电信息采集系统技术领域，尤其涉及一种用电信息采集设备的远程监控方法、装置及系统。


背景技术：

2.随着当前用电网络将越来越庞大，电网设备的监控管理也面临着严峻的考验。用电信息的获取已从最初的人工抄表方式发展为采用智能电表采集用电信息的方式，当前智能电表的建设数量也在飞快提高，其中智能电表对用电信息数据的采集方式多为rs485总线、电力线载波技术和微功率等无线抄表方式。
3.上述各类抄表方式中，基于rs485通信网络抄表是对rs485总线技术的应用，该方式抗干扰能力强，数据传输率较高，但这种方式维护时需要再次规划布线，重新搭建总线网络，施工极其复杂繁琐，建设成本较高；电力线载波通信是以电力线为传输媒介，通过载波通信方式传输通信信号，但该方式收噪音干扰极其严重，特别是电力线本身便存在固有的脉冲干扰，对传输的通信信号干扰严重，集中器接收到智能电表的信号后的数据表现为数据丢失率与数据错误率较高，会严重影响智能电表的使用。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现方法简单、监控精度高、监控过程中信息丢失率与错误率低的用电信息采集设备的远程监控方法、装置及系统。
5.为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.一种用电信息采集设备的远程监控方法，步骤包括：
7.s01.采集用电设备的多项用电信息；
8.s02.将采集的用电信息复制成多份并分别添加同一时间戳，在预设时间段内的不同时刻将各份带有同一时间戳的用电信息分别发送给集中器；
9.s03.将集中器接收到的各份带有同一时间戳的用电信息转换为二进制代码，对各转换得到的二进制代码中所有数位的值进行统计，根据所有数据位出现的概率对接收到的用电信息进行降噪处理，得到降噪后用电信息进行发送；
10.s04.接收所述降噪后用电信息，并使用设备数据监控模型对接收到的降噪后用电信息进行统计分析以获取异常的用电信息，根据分析结果发送控制指令以控制采集终端，所述设备数据监控模型中包含用电信息采集设备的历史用电信息以及正常运行时的标准数据。
11.进一步的，所述步骤s03中，通过对各个所述二进制代码的所有数位的值的概率进行统计，将每个数位中数位出现概率最高的值作为对应数位的值，然后将所有数位出现概率最高的值进行组合得到降噪后用电信息。
12.进一步的，所述步骤s03中得到降噪后用电信息时，还包括将降噪后用电信息进行
压缩，形成压缩数据包，集中器将所述压缩数据包发送给监控服务器；步骤s04中所述监控服务器接收到集中器发送的所述压缩数据包后，先进行解压处理以得到用电信息。
13.进一步的，所述设备数据监控模型为使用数据库中用电信息采集设备的历史数据构建得到；使用历史数据构建所述用电信息采集设备数据监控模型时，还包括数据清洗处理步骤，包括：
14.s401.在历史数据中随机生成k个具有n维的点作为中心点，k为大于等于2的正整数；
15.s402.计算所有历史数据到k个中心点的距离，分别判断各历史数据所对应的距离最近的中心点；
16.s403.将各历史数据分别划分到距离最近的中心点所属的群中；
17.s404.计算各个群中历史数据的中心点，得到各群的目标中心点，将各群的中心点移动到当前计算出的目标中心点的位置处；
18.s405.重新计算各历史数据所对应的距离最近的群的中心点，并重新将历史数据分到对应的群中；
19.s406.重复执行步骤s404-s405，直到中心点不再变化或者中心点位置变化满足预设条件为止；
20.s407.检查所有群中的历史数据，将历史数据中异常值超过预设比例的群从数据库中删除，得到清洗处理的数据。
21.进一步的，所述步骤s01中用电信息包括每个用电设备的电量变化、电压波动、用电最高峰值、负荷运载状况、用电功率、功率因数、用电规模、用电时间段和用电设备的地码址中任意多项。
22.进一步的，所述步骤s04中，使用设备数据监控模型对接收到的用电信息进行统计分析包括：采用对比分析法，按照统一时间标准维度或空间标准维度将获得的用电信息与存储在数据库中的用电信息分别进行横向和纵向对比，根据对比结果获取异常的用电信息，其中在统一时间标准维度下进行横向对比时，将在同一时间条件下不同的采集终端和集中器的数据对比，以及与相同时间条件下的标准数据对比，在统一的空间标准维度下进行纵向对比时，将同一台采集终端和集中器的当前数据与历史数据进行对比，以及与采集终端和集中器预设的标准数据对比。
23.进一步的，所述步骤s02中将用电信息发送时，采用以下通信协议格式：同步头、地址码、命令字、数据维度1、数据正文1、数据维度2、数据正文2,
……
,数据维度n、数据正文n、校验码，其中n为采集终端所采集的数据的维度。
24.一种用电信息采集设备的远程监控装置，包括服务处理器和分布存储器，所述服务处理器连接所述分布存储器，所述分布存储器中存储有服务自管理程序，所述服务自管理程序配置用于存储机器可读指令，所述服务处理器执行所述服务自管理程序，以实现如上述的用电信息采集设备的远程监控方法。
25.一种用电信息采集设备的远程监控系统，包括：
26.数据采集模块，用于获取采集终端采集的用电设备的多项用电信息；
27.集中处理模块，用于将所述信息获取模块获取的用电信息复制成多份并分别添加同一时间戳，在预设时间段内的不同时刻将各份带有同一时间戳的用电信息分别发送给集
中器；以及对集中器接收到的各份带有同一时间戳的用电信息转换为二进制代码，并对各转换得到的二进制代码中所有数位的值进行统计，根据所有数据位出现的概率对接收到的用电信息进行降噪处理，得到降噪后用电信息发送给服务管理模块；
28.服务管理模块，用于接收所述降噪后用电信息，并使用设备数据监控模型对接收到的降噪后用电信息进行统计分析以获取异常的用电信息，根据分析结果发送控制指令，所述设备数据监控模型中包含用电信息采集设备的历史用电信息以及正常运行时的标准数据。
29.进一步的，所述信息采集模块采用采集终端实现，所述集中处理模块包括复制发送单元以用于将采集的用电信息复制成多份并分别添加同一时间戳，在预设时间段内的不同时刻将各份带有同一时间戳的用电信息分别发送给集中器，以及降噪处理单元以用于对集中器接收到的各份带有同一时间戳的用电信息转换为二进制代码，并对各转换得到的二进制代码中所有数位的值进行统计，根据所有数据位出现的概率对接收到的用电信息进行降噪处理，得到降噪后用电信息发送给服务管理模块，所述复制发送单元设置在采集终端侧，所述降噪处理单元布置在集中器侧，所述服务管理模块布置在监控服务器中。
30.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过将采集终端采集的用电信息复制为多份，并在不同时间将各份用电信息发送给集中器，利用不同时段输电线路不同的工况和干扰可能影响用电信息的地方不同的特性，通过对各份用电信息的二进制代码的同一数位出现概率进行统计，从而过滤掉因偶然因素对用电信息造成的干扰，并且能够将丢失的信息进行补充，使得降噪后的用电信息相对于采集终端采集的原始用电信息丢失率和错误率大大降低。
附图说明
31.图1是本实施例用电信息采集设备的远程监控方法的实现流程示意图。
32.图2是本发明在具体应用实施例中实现用电信息采集设备的远程监控的实现流程示意图。
33.图3是本实施例用电信息采集设备的远程监控系统实现监控的原理示意图。
34.图4是在另一实施例中本发明用电信息采集设备的远程监控装置的结构原理示意图。
具体实施方式
35.以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
36.如图1所示，本实施例用电信息采集设备的远程监控方法的步骤包括：
37.s01.采集终端采集用电设备的多项用电信息；
38.s02.将采集的用电信息复制成多份并分别添加同一时间戳，在预设时间段内的不同时刻将各份带有同一时间戳的用电信息分别发送给集中器；
39.s03.将集中器接收到的各份带有同一时间戳的用电信息转换为二进制代码，并对各转换得到的二进制代码中所有数位的值进行统计，根据所有数据位出现的概率对接收到的用电信息进行降噪处理，得到降噪后用电信息进行发送；
40.s04.接收降噪后用电信息，并使用设备数据监控模型对接收到的降噪后用电信息进行统计分析以获取异常的用电信息，根据分析结果发送控制指令以控制采集终端，设备数据监控模型中包含用电信息采集设备的历史用电信息以及正常运行时的标准数据。
41.本实施例通过将采集终端采集的用电信息复制为多份，并在不同时间将各份用电信息发送给集中器，利用不同时段输电线路不同的工况和干扰可能影响用电信息的地方不同的特性，通过对各份用电信息的二进制代码的同一数位出现概率进行统计，从而过滤掉因偶然因素对用电信息造成的干扰，并且能够将丢失的信息进行补充，使得降噪后的用电信息相对于采集终端采集的原始用电信息丢失率和错误率大大降低。
42.上述步骤1中用电信息具体包括每个用电设备的电量变化、电压波动、用电最高峰值、负荷运载状况、用电功率、功率因数、用电规模、用电时间段和用电设备的地码址等，具体可以根据实际需求配置。
43.本实施例步骤s03中，通过对各个二进制代码的所有数位的值的概率进行统计，将每个数位中数位出现概率最高的值作为对应数位的值，然后将所有数位出现概率最高的值进行组合得到降噪后用电信息。即将各份用电信息的二进制代码的同一数位出现最高概率的值进行组合来实现用电信息降噪，可以有效过滤掉因偶然因素对用电信息造成的干扰。
44.为了避免干扰严重时采集终端向集中器发送的用电数据的份数不足而导致统计结果失准，本实施例进一步配置根据载波信号受干扰的程度来动态的控制采集终端向集中器发送的用电数据份数m和时间段t，例如：当载波信号受干扰的程度较大时可将m和t增大，当当载波信号受干扰的程度较小时将m和t减小。
45.载波信号受干扰的程度具体可以通过经验判断或根据实际需求配置，确定载波信号受干扰的程度的时段后，采集终端在不同时段再采取不同的用电数据份数m和时间段t，在受干扰较强的时间段使用较大的m和t，在受干扰较弱的时间段使用较小的m和t。
46.本实施例s03中得到降噪后用电信息时，还包括将降噪后用电信息进行压缩，形成压缩数据包以减少数据传输量，集中器将压缩数据包发送给监控服务器；步骤s04中监控服务器接收到集中器发送的压缩数据包后，先进行解压处理以得到用电信息。
47.本实施例用电信息采集设备数据监控模型为使用监控服务器的数据库中用电信息采集设备的历史数据构建得到；使用历史数据构建用电信息采集设备数据监控模型时，还包括数据清洗处理步骤，包括：
48.s401.在历史数据中随机生成k个具有n维的点作为中心点，k为大于等于2的正整数；
49.s402.计算所有历史数据到k个中心点的距离，分别判断各历史数据所对应的距离最近的中心点，即判断所有历史数据分别和k个中心点中的哪一个点的距离最近；
50.s403.将各历史数据分别划分到距离最近的中心点所属的群中；
51.s404.计算各个群中历史数据的中心点，得到各群的目标中心点，将各群的中心点移动到当前计算出的目标中心点的位置处；
52.s405.重新计算各历史数据所对应的距离最近的群的中心点，并重新将历史数据分到对应的群中；
53.s406.重复执行步骤s404-s405，直到中心点不再变化或者中心点位置变化满足预设条件为止；
54.s407.检查所有群中的历史数据，将历史数据中异常值超过预设比例(如10％)的群从数据库中删除，得到清洗处理的数据。
55.上述k具体可以根据经验配置，也可以在实际测试中采用先设置初始值然后不断尝试调整k值的方式，当所分出的群中出现异常值占比最大的群以后停止调整，确定此时的k值即为最终值。
56.本实施例通过上述数据清洗处理步骤，将历史数据进行数据清洗，去除掉历史数据中异常值，可以使得所建立的用电信息采集设备数据监控模型更加精准。
57.本实施例步骤s04中，使用设备数据监控模型对接收到的用电信息进行统计分析包括：采用对比分析法，按照统一时间标准维度或空间标准维度将获得的用电信息与存储在数据库中的用电信息分别进行横向和纵向对比，根据对比结果获取异常的用电信息，其中在统一时间标准维度下进行横向对比时，将在同一时间条件下不同的采集终端和集中器的数据对比，以及与相同时间条件下的标准数据对比，在统一的空间标准维度下进行纵向对比时，将同一台采集终端和集中器的当前数据与历史数据进行对比，以及与采集终端和集中器预设的标准数据对比，以使得分析结果更加全面且准确。
58.进一步的，本实施例还包括采用分组分析法、预测分析法、漏斗分析法和ab测试分析法对用电信息进行统计分析，其中分组分析法通过将用电信息划分为多组，分别采用不同的分析方法进行统计分析，根据用电信息的数据性质、特征，按照指定指标将用电信息数据总体划分为不同的部分，分析用电信息的内部结构和相互关系以获取用电信息的规律特性；预测分析法基于用电信息当前的数据，对未来的数据变化趋势进行判断和预测，预测分析具体分为两种：一种是基于用电信息的时间序列预测；另一种是回归类预测，即根据用电信息指标之间相互影响的因果关系进行预测；漏斗分析法则是用于分析用电信息在重要环节上的转化率；ab测试分析法也属于一类对比分析法，ab测试分析法具体是用于对比当前获取的用电信息a和数据库历史用电信息b两组结构相似的样本，并基于样本指标值来分析各自的差异。在具体应用实施例中，可以采用上述对比分析方法、分组分析法、预测分析法、漏斗分析法和ab测试分析法中任意一种或多种的组合方式来实现对用电信息的分析，通过两种以上的分析方法组合，可以进一步提高分析精度。
59.本实施例步骤s02中将用电信息发送时，具体采用以下通信协议格式：同步头、地址码、命令字、数据维度1、数据正文1、数据维度2、数据正文2，
……
，数据维度n、数据正文n、校验码，其中n为采集终端所采集的数据的维度。即采用同步头+地址码+命令字+数据维度1+数据正文1+据维度2+数据正文2+
……
+数据维度n+数据正文n+校验码的格式生成用电信息数据包进行发送，以确保后续建立用电信息采集设备的设备数据监控模型时每个维度的数据完备且不会出现错乱。
60.在具体应用实施例中，如图2所示，步骤s01、步骤s02可配置为由采集终端实现，步骤s03由集中器实现，步骤s04由监控服务器实现。即由采集终端采集多项用电信息后，按照步骤s01的方式进行复制、加时间戳后发送给集中器，集中器接收到各份用电信息数据后，按照步骤s03的方式进行数据位的概率统计以实现降噪处理，再将降噪处理后的用电信息发送给监控服务器，由监控服务器对用电信息进行统计分析，同时依据分析结果发送控制指令。上述实现用电信息采集设备的远程监控的详细步骤为：
61.步骤1：安装采集终端，采集终端与用电设备通过电力线载波进行连接，获取用电
设备的各项用电信息，各项用电信息具体为每个用电设备的电量变化、电压波动、用电最高峰值、负荷运载状况、用电规模和用电时段。
62.具体可在用户侧安装采集终端，采集终端的通信模式可以配置为双模工作模式，使得采集终端在网络信号不够时，可以更换网络模式，通过数据传输效率，以此达到更好的工作效果，同时采集终端支持多频通信。采集终端与用电设备内嵌入电力载波模块，采集终端与用电设备之间由于采用电力线载波通信进行连接通信，因而只要接入电源即可实现通信，不仅可以获取用电设备的各项用电信息，采集终端还可以控制开关用电设备的输送电流。采集终端的用电信息的通信协议格式具体为：同步头+地址码+命令字+数据维度1+数据正文1+据维度2+数据正文2+
……
+数据维度n+数据正文n+校验码。
63.步骤2：在预设范围内设置集中器，集中器与预设范围内的各个采集终端进行无线连接，采集终端将步骤1获得的用电信息复制成m份，并将这m份用电信息加上同一时间戳，然后在时间段t内不同时间将这m份带有同一时间戳的用电信息发送至集中器，m为大于1的正整数。
64.集中器与采集终端的连接方式采用基于zigbee标准的微功率短距离无线通信。还可在集中器内设置中心节点模块和gprs模块。在中短范围内，微功率短距离无线通信更加优异，集中器与预设范围内的采集终端通过采用微功率短距离无线通信，信号之间干扰较少、耗能低下，不需要布线操作，且设备安装相对方便、系统维护简单。
65.步骤3：集中器在时间段t内接收带有同一时间戳的m份用电信息后，将该m份用电信息转化为二进制代码，对该m个二进制代码的所有数位的值的概率进行统计，每个数位中以此数位出现概率最高的值作为此数位的值，将所有数位出现概率最高的值进行组合得到降噪后的用电信息，其中，用电数据份数m和时间段t根据载波信号受干扰的程度来动态设置大小，当载波信号受干扰的程度较大时将m和t增大，当当载波信号受干扰的程度较小时将m和t减小，以避免干扰严重时采集终端向集中器发送的用电数据的份数不足而导致统计结果失准。
66.步骤4：集中器将降噪后用电信息数据整合压缩，同时将压缩后的数据包发送至监控服务器，集中器与监控服务器通过蜂窝通信技术进行连接，。
67.集中器与监控服务器之间还包括根据多跳路由通信协议建立通信节点传输数据，在每个预设距离内都建立一个通信节点，服务器与集中器的通信频道截图采用230mhz频段的无线专网信道，通过建设通信节点扩大通信范围，增强无线通信信号，可以避免因距离产生的通信信号衰弱、因发射功率有限而导致通信信号中断情况等的问题，保障电网通信的正常运行。
68.步骤5：监控服务器接收步骤4发送的压缩数据包后进行解压处理，将用电信息数据和统计分析结果存储至数据库。
69.监控服务器接收压缩数据包后进行解压处理，根据数据库内的历史数据建立用电信息采集设备的设备数据监控模型，使用该设备数据监控模型对新接收的用电信息数据进行统计分析，具体采用对比分析法、分组分析法、预测分析法、漏斗分析法和ab测试分析法中任意两种以上的组合方式来实现对用电信息的分析，将用电信息数据和统计分析结果存储至数据库。
70.步骤6：根据数据库内的历史数据建立用电信息采集设备数据监控模型，使用监控
模型对新接收的用电信息数据进行统计分析，根据统计分析结果，发送控制指令。
71.监控服务器根据统计分析结果发送控制指令至集中器，集中器再转发至采集终端，采集终端对用电设备的连接电路开关进行控制，实现对用电网络线路平衡的控制和用电设备的监控。用户也可以通过移动端等设备访问监控服务器，监控服务器接收查询指令后调用数据库，将访问到的数据根据需求发送给用户，以查看采集终端获取得用电数据和分析结果。上述利用历史数据建立设备数据监控模型之前还包括数据清洗处理，以使得所建立的用电信息采集设备数据监控模型更加精准。
72.进一步的，服务器与集中器之间的通信节点可以通过缩小应用范围的同时来增加建设一定的数量，并且在通信节点的应用范围内连接多个集中器，集中器也因此与多个通信节点进行连接通信，当某个通信节点出现故障或者因访问量太大导致数据传输速率达到上限时，集中器与服务器之间通过定时访问不同的通信节点，让数据传输路径可以寻找并选择最优路线，通过空闲的通信节点进行数据传输，不再需要选择最短路线。
73.在具体应用实施例中，在采集终端内部内嵌控制系统，当某个用电设备出现异常或故障时或达到预设的自动控制条件时，采集终端通过内嵌的控制系统可以自动关闭该用电设备的连接电路，保障用户的用电安全，用户还可以与采集终端进行通信连接，如通过使用移动端对采集终端发送控制指令，采集终端根据接收到控制指令控制用电设备的连接电路开关，也能控制用户选择的用电设备的电路开关。
74.本实施例通过安装采集终端、集中器、通信节点和服务器，并根据各设备应用范围、场景、需求和功能的不同，设备之间采用不同的通信连接方式，可以极大提高用电信息的采集和传输效率，避免通信信号被干扰和范围有限的问题，保障用电信息的正常获取，同时通过灵活运用多种无线通信连接方式，安装方便、不用架设通信线路，还可以节约大量的施工和维护成本。
75.如图3所示，本实施例用电信息采集设备的远程监控系统包括：
76.数据采集模块，用于采集用电设备的多项用电信息并发送给集中器；
77.集中处理模块，用于将集中器接收到的用电信息复制成多份并分别添加同一时间戳，在预设时间段内的不同时刻将各份带有同一时间戳的用电信息分别进行发送；以及接收各份带有同一时间戳的用电信息并转换为二进制代码，并对各转换得到的二进制代码中所有数位的值进行统计，根据所有数据位出现的概率对接收到的用电信息进行降噪处理，得到降噪后用电信息；
78.服务管理模块，用于接收降噪处理模块发送的降噪后用电信息，并使用设备数据监控模型对接收到的降噪后用电信息进行统计分析以获取异常的用电信息，根据分析结果发送控制指令，设备数据监控模型中包含用电信息采集设备的历史用电信息以及正常运行时的标准数据。
79.上述数据采集模块具体可配置在采集终端或者由采集终端实现。上述集中处理模块包括复制发送单元以用于将采集的用电信息复制成多份并分别添加同一时间戳，在预设时间段内的不同时刻将各份带有同一时间戳的用电信息分别发送给集中器，以及降噪处理单元以用于对集中器接收到的各份带有同一时间戳的用电信息转换为二进制代码，并对各转换得到的二进制代码中所有数位的值进行统计，根据所有数据位出现的概率对接收到的用电信息进行降噪处理，得到降噪后用电信息发送给服务管理模块，复制发送单元具体设
置在采集终端侧，降噪处理单元具体布置在集中器侧。服务管理模块包括用于进行统计分析的统计分析单元以及用于发送控制指令的发送单元，还包括用于接收到压缩数据包后，先进行解压以获取降噪后用电信息的解压单元。服务管理模块具体可配置在监控服务器中。上述各模块除采用上述的设置方式外，也可以根据实际需求采用其他的配置方式，如采用独立于采集终端的数据采集模块、独立的集中处理模块等。
80.上述集中处理模块与服务管理模块之间还包括通信节点模块，用于进行数据传输。
81.上述服务管理模块还连接有储存模块，用于存储接收的用电信息数据和统计分析的结果。
82.本实施例用电信息采集设备的远程监控系统的各模块之间采用不同的通信连接方式，如数据采集模块与用电设备之间采用电力线载波通信进行连接，集中处理模块与数据采集模块的连接方式为微功率短距离无线通信，服务管理模块与集中处理模块之间采用蜂窝通信技术进行连接，可以极大提了用电信息的采集和传输效率，避免通信信号被干扰和范围有限的问题，且通过多种无线连接方式，无需重新架设通信线路，不仅安装方便，还可以节约大量施工和维护的成本。
83.本实施例用电信息采集设备的远程监控系统与上述用电信息采集设备的远程监控方法对应，在此不再一一赘述。
84.在另一实施例中，如图4所示，本发明用电信息采集设备的远程监控装置还可以为：包括服务处理器和分布存储器，服务处理器连接分布存储器，分布存储器中存储有服务自管理程序，服务自管理程序配置用于存储机器可读指令，服务处理器执行服务自管理程序，以实现如上述的用电信息采集设备的远程监控方法。
85.上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。