专利名称：电力安全感知平台及其事件发生起源路径追溯算法的制作方法
技术领域：
本发明是一种电力安全感知平台及其事件起源的路径追溯算法，能够便捷对电力系统进行检查，针对系统中发生的异常事件进行分析和起源追溯。
背景技术：
电力系统稳定运行关系着人民的生活和生产活动乃至国家和社会的稳定。电力系统的每一次故障都可能给社会造成无法估量的损失。所以，保证电力系统的安全运行是电厂等电力行业的首要任务。变电设备的巡检管理未采用管理系统通常会存在以下几个问题1、缺乏针对每个具体设备的巡检细节标准及操作规范；2、缺乏对每个设备的试验轮换任务和信息管理；3、 不便于领导对变电设备及巡检工作和状态直接及时的管理；4、表格记录的信息不便于统计查询，无法直接通过软件自动缺陷报警，统计各设备的历史状态变化，为设备检修服务。电力安全感知平台是有效保证电力系统安全的一项基础有效的工作。巡检的目的是掌握设备运行状况及周围环境的变化，及时发现设备缺陷的危及设备安全的隐患，保证设备的安全运行和电力系统的稳定。目前，国内大部分地区的电力设备巡检体系比较落后，有些地区甚至还没有巡检系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力安全感知平台及其事件起源的路径追溯算法。实现本发明目的的技术解决方案为一种电力安全感知平台，包括视频音频采集模块、模数转换器、数字信号处理模块、ARM控制器模块、FLASH存储器、SDRAM同步动态随机存储器、无线接收模块、单片机、串行通信接口、第一发送模块、第二发送模块、USB通信接口、网络通信接口和控制室处理模块；视频音频采集模块通过模数转换器、数字信号处理模块与ARM控制器模块相连，无线接收模块通过单片机、串行通信接口与ARM控制器模块相连，FLASH存储器、SDRAM同步动态随机存储器、串行通信接口、第一发送模块、第二发送模块、USB通信接口、网络通信接口都连接到ARM控制器模块；视频音频采集模块采集视频音频数据，数据经过模数转化器处理成数字信号，数字信号处理模块采用DSP对数字信号进行修改、删除、强化，ARM控制器模块把视频音频数据经第二发送模块发送到控制室处理模块；无线接收模块接收传感数据，并由单片机控制，经串行通信接口与ARM控制器模块相连，ARM控制器模块控制传感数据的传输，将传感数据由第一发送模块发送到控制室处理模块，控制室处理模块利用事件起源的路径追溯算法对传感器数据进行分析处理，追溯异常事件的发生源头以及发生过程。一种基于电力安全感知平台的事件起源路径追溯算法，具体步骤如下
步骤4. 1 电力安全感知平台外部的传感器采集传感数据，将传感数据的值与正常值域进行比较，分析得到该事件是正常事件，还是异常事件，综合正常事件和异常事件，得到基本事件集合叫:U = l，2,. .. ；其中表示第i个事件，η表示传感数据个数；
步骤4.2 根据上一步骤的基本事件集合，根据路径中各节点之间先验的关联性，定义并在各个基本事件之间加入发生所对应的转移动作；定义集合 ^σπαν=^^},]=!^,...!!!,记录基本事件之间发生的动作，其中如表示第j个转
移动作，m表示转移动作的总数；以及集合i (5F2M’x』C7ICW)，表示基本事件和动作之间映射的关系；
步骤4.3 从待处理的目标异常事件〃开始，对于每个基本事件，从集合 R(WEWTxACTION)中提取该事件对应的输入转移动作集合(Hro^k) e ACTION, \<k<m ,若= ,则对该事件进行第4. 4步骤的操作，否则继续，针对集合中的每个此如、，从集合R(、EVENTy.ACTION)中提取事件集合，e ΕΜΝΤ, <ρ <η，若
此集合中存在某均为正常事件，则进入步骤4.4;若均为异常事件，可视作多异常事件共同作用导致后续事件，则循环对每个^wiip进行步骤4. 3操作；
步骤4. 4:对于步骤4. 3中处理的事件0W、，记录从目标异常事件到该事件中所有关联的事件，并在各事件之间加入相应的转移动作得到结果 {m^nQ,GCtrnni,...,acimn^event^ ,表示某一条异常事件发生的路径，其中为源头
异常事件集合，如Honl、▲ 为事件的转移动作，綱吟·为目标异常事件；最后返回步
骤4. 3继续对进行处理，循环执行，直到所有异常事件均检测完毕为止；
步骤4. 5 通过步骤4. 3、4. 4可以获取到目标异常事件的所有追溯路径，其中每条路径的初始基本异常事件集合为目标异常事件的源头。本发明与现有技术相比，其显著优点电力安全感知平台及事件发生起源的路径追溯算法的设计目标是提高巡检工作的质量以及效率来提高设备维护的水平。具体的说，电力安全感知平台及事件发生起源的路径追溯算法的有益效果主要体现在以下几个方面
(1)企业的绩效显著提升，规范业务流程，工作效率得到提高
目前由于技术条件的限制，在变电运行管理环节上存在效率低、难于管理、巡视周期不固定的缺点。采用此平台，不仅弥补了以上不足，建立了必要的流程记录，消除了风险点， 优化了管理流程，使繁琐的工作变得流程清晰、易于操作，保障了电厂运行管理工作有章可循，显著提高企业绩效。(2)设备管理水平整体提高，保障了供电可靠性
设备管理在电力企业管理中具有举足轻重的地位，电力系统能否安全稳定运行，取决于设备管理水平。在原有的管理模式下，运行人员素质的参差不齐会造成设备信息准确度不高等状况。电力安全感知平台通过标准流程，使用红外温度传感器，通过非接触式测量温度，获得各电器设备各部位的温度，量化了设备的状态，由此判别设备状态；对设备按照预定检查项目进行管理，运行人员很方便的检测参数，无一遗漏；核对检查上传的数据状态， 对设备的缺陷进行管理，使现场巡检反馈信息真实可靠、具有时效性。利用系统对数据进行客观的统计、分析，为设备维护和更新改造提供科学依据。巡视检查、发现缺陷和缺陷消除等都要严格按照程序和标准办事，实行责任跟踪制度，防止出现责任不清的现象。(3)人力资源整合，减少了企业成本
采用电力安全感知平台，就不需要不同的技术人员进行数据采集。通过廉价的标签技术，巡检员就可以很快的将数据全部采集回来，综合分析，降低了企业的成本。(4)为故障的维修提供了依据。事件发生起源的路径追溯算法结合了 Petri网的托肯和变迁思想，在相互关联的事件之间加入转移动作，建立基本事件和动作之间映射的关系，最后可以获取到目标异常事件的所有追溯路径，其中每条路径的初始基本异常事件集合为目标异常事件的源头。采用事件发生起源的路径追溯算法，管理员就可以追溯故障发生的路径。不仅可以解决发生的故障，而且为避免下次的故障提供了保障。
图1是本发明电力安全感知平台中巡检员的手持PDA的硬件结构图。图2是本发明电力安全感知平台中巡检员的手持PDA的视频数据采集发送的示意图。图3是本发明电力安全感知平台中巡检员的手持PDA的传感数据采集发送的示意图。图4是本发明事件发生起源的路径追溯算法中基本事件与转移动作之间的关联图。图5是本发明事件发生起源的路径追溯算法中事件发生起源的路径追溯算法的流程图。
具体实施例方式RFID技术能够自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境，提供了强大的感知、理解并管理世界的能力，许多基于RFID的新应用迫切需要一种现有数据管理系统不具备的能力——追溯事件和查询结果的起源。同时RFID 数据具有不确定性、冗余性、蕴含时空性、需要在线响应等特点，为数据库、传感器网络、复杂事件处理等研究领域提出了许多新的挑战。本发明中提供了路径追溯算法，用以追溯某事件发生的起源。同时设计了电力安全感知平台，用以提高电厂安全的精细化管理水平，在厂区范围内，包括锅炉、汽机、电气、化水、燃运、检修、热工、安保，工作人员巡检时，按需采集或自动采集人员经过的传感器信息，用于安全生产，包括视频、音频、温度、湿度、含氧量、 风速、甲烷含量等各种安全生产参数。本发明所包含的内容如下
(1)电力安全感知平台组成工业级手持PDA，高清摄像头，拾音器，耳麦，红外温度传感器，头盔，LED增强光源，无线收发模块。一种背负式视频服务器功能的工业级手持PDA，支持视频传输，音频传输，RFID标签读取，与控制室服务器通信。(2)事件发生起源的 路径追溯算法。当电力工厂发生异常事件的时候，可以追溯这个异常事件的发生源头以及发生过程，使管理者了解到异常事件发生原因及过程，也可以避免类似事件的发生。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。本发明公开了一种电力安全感知平台及事件发生起源的路径追溯算法，包括电力安全感知平台和事件发生起源的路径追溯算法，为工厂的安全生产提供了保障。电力安全感知平台能够接收传感器数据和采集沿途的视频数据，使得管理者能够监测到整个系统的运行状态。事件发生起源的路径追溯算法对所有接收到的数据进行加工处理，能够分析产生异常事件的路径。具体实施如下
结合图1，电力安全感知平台包括视频音频采集模块1、模数转换器2、数字信号处理模块3、ARM控制器模块4、FLASH存储器5、SDRAM同步动态随机存储器6、2. 4G无线接收模块 7、单片机8、串行通信接口 9、433M发送模块10、3G发送模块11、USB通信接口 12、网络通信接口 13和控制室处理模块14 ；视频音频采集模块1通过模数转换器2、数字信号处理模块 3与ARM控制器模块4相连，2. 4G无线接收模块7通过单片机8、串行通信接口 9与ARM控制器模块4相连，FLASH存储器5、SDRAM同步动态随机存储器6、串行通信接口 9、433M发送模块10、3G发送模块11、USB通信接口 12、网络通信接口 13都连接到ARM控制器模块4。结合图2，视频音频采集模块1采集视频数据，数据经过模数转化器2处理成数字信号，数字信号处理模块3采用DSP对数字信号进行修改、删除、强化，ARM控制器模块4把视频音频数据经3G发送模块11发送到控制室处理模块14。结合图3，2. 4G无线接收模块7接收传感数据，并由单片机8控制，经串行通信接口 9与ARM控制器模块4相连，ARM控制器模块4控制传感数据的传输，将传感数据由433M 发送模块10发送到控制室处理模块14，控制室处理模块14利用事件起源的路径追溯算法对传感器数据分析处理，追溯这个异常事件的发生源头以及发生过程。视频音频采集模块由符合电力安全规范的头盔、高清摄像头、拾音器、耳麦、LED增强光源组成，高清摄像头、拾音器、耳麦、LED增强光源被组装到头盔中，巡检员沿途巡查并采集视频和音频数据，如遇异常事件发生，异常事件经视频和音频传送到控制室中，巡检员在控制室工作人员的指导下，可在一定程度上解决异常事件；2. 4G无线接收模块[7]用于接收各种传感器传送的传感数据，传感器有温湿度传感器、含氧量传感器、风速传感器、甲烷含量传感器等，传感器被安装到适当的地方用于获取相应的传感数据。控制室处理模块为一台普通PC机中，主要结合了事件发生起源的路径追溯算法。 当某节点发生异常事件的时候，可以追溯这个异常事件的发生源头以及发生过程。定义如下
基本事件Event分为正常事件和异常事件。正常事件是指该事件数据值在正常值域之内。
异常事件是指该事件数据值不在正常值域之内。 Petri网是一种用于描述离散的、分布式系统的数学建模工具，简单的Petri网含有四个基本元素
place库所一般用圆圈表示，可以形容为容纳资源/托肯的场所。它可以有容量限制也可以假设为容量无穷大。transition变迁一般用矩形或者一条短线表示，描述了从一个状态到另一状态的变化。变迁的发生是发生一般是原子性的，即不可中断。
arc有向弧一般用一段有向弧表示，由库所指向变迁或者由变迁指向库所，表征了两者之前一种偏序关系。弧上可以设定权值大小，即一次性消耗的资源数目。token托肯即网系统中的资源，托肯的数目即资源数。在活的网系统中，资源可以在库所变迁中不断流动。结合图4，事件发生起源的路径追溯算法采用类似Petri网的状态转移有向图，用圆圈表示一个基本事件，矩形表示一个转移动作。来追溯这个异常事件的发生源头以及发生过程。结合图5，算法的具体步骤如下
步骤4. 1 电力安全感知平台外部的传感器采集传感数据，将传感数据的值与正常值域进行比较，分析得到该事件是正常事件，还是异常事件，综合正常事件和异常事件，得到基本事件集合SfEAT=j = 1,2，...《 ；其中mw均表示第i个事件，η表示传感数据个数。步骤4. 2:根据上一步骤的基本事件集合，根据路径中各节点之间先验的关联性，定义并在各个基本事件之间加入发生所对应的转移动作；定义集合 ACTION ={ac&on^,^ = IX..m ,记录基本事件之间发生的动作，其中沉 腫,表示第j个转
移动作，m表示转移动作的总数；以及集合^Ι,&νΤχ^σΓ/ΟΑ/)，表示基本事件和动作之间映射的关系。步骤4. 3:从待处理的目标异常事件SWMta^l开始，对于每个基本事件，从集合R(EVENTy、ACTION)中提取该事件对应的输入转移动作集合iflciw } e ACTION, IS k ￡ ,若(她画,.)= ,则对该事件进行第3. 4步骤的操作，否则继续，针对集合中的每个 actio、,从集合 R、EVENT κ ACTION)中提取事件集合，(ew ^} € EVEMW < ρ ，若此集合中存在某均为正常事件，则进入步骤3.4;若ew^p均为异常事件，可视作多异常事件共同作用导致后续事件，则循环对每个^^ip进行步骤3. 3操作。步骤4. 4 对于步骤3. 3中处理的事件纖、,记录从目标异常事件到该事件中所有关联的事件，并在各事件之间加入相应的转移动作(^ )，得到结果 {ev^ij,ac&onx,actionh,eventm&t,表示某一条异常事件发生的路径，其中为源头
异常事件集合，aciioh ^Hcmb为事件的转移动作，为目标异常事件；最后返回步
骤3. 3继续对进行处理,循环执行，直到所有异常事件均检测完毕为止；
步骤4. 5 通过步骤3. 3、3. 4可以获取到目标异常事件的所有追溯路径，其中每条路径的初始基本异常事件集合为目标异常事件的源头。
权利要求
1.一种电力安全感知平台，其特征在于包括视频音频采集模块[1]、模数转换器[2]、 数字信号处理模块[3]、ARM控制器模块[4]、FLASH存储器[5]、SDRAM同步动态随机存储器[6]、无线接收模块[7]、单片机[8]、串行通信接口 [9]、第一发送模块[10]、第二发送模块[11]、USB通信接口 [12]、网络通信接口 [13]和控制室处理模块[14]；视频音频采集模块[1]通过模数转换器[2]、数字信号处理模块[3]与ARM控制器模块[4]相连，无线接收模块[7]通过单片机[8]、串行通信接口 [9]与ARM控制器模块[4]相连，FLASH存储器 [5]、SDRAM同步动态随机存储器[6]、串行通信接口 [9]、第一发送模块[10]、第二发送模块 [11]、USB通信接口 [12]、网络通信接口 [13]都连接到ARM控制器模块[4]；视频音频采集模块[1]采集视频音频数据，数据经过模数转化器[2]处理成数字信号，数字信号处理模块 [3]采用DSP对数字信号进行修改、删除、强化，ARM控制器模块[4]把视频音频数据经第二发送模块[11]发送到控制室处理模块[14]；无线接收模块[7]接收传感数据，并由单片机 [8]控制，经串行通信接口 [9]与ARM控制器模块[4]相连，ARM控制器模块[4]控制传感数据的传输，将传感数据由第一发送模块[10]发送到控制室处理模块[14]，控制室处理模块 [14]利用事件起源的路径追溯算法对传感器数据进行分析处理，追溯异常事件的发生源头以及发生过程。
2.根据权利要求1所述的电力安全感知平台，其特征在于视频音频采集模块[1]由头盔、高清摄像头、拾音器、耳麦、LED增强光源组成，高清摄像头、拾音器、耳麦、LED增强光源组装在头盔中。
3.根据权利要求1所述的电力安全感知平台，其特征在于控制室处理模块[14]为一台普通PC机。
4.一种基于电力安全感知平台的事件起源路径追溯算法，其特征在于具体步骤如下步骤4. 1 电力安全感知平台外部的传感器采集传感数据，将传感数据的值与正常值域进行比较，分析得到该事件是正常事件，还是异常事件，综合正常事件和异常事件，得到基本事件集合 EVENT= {event,} j = ,2,...η ；其中ew啤表示第i个事件，η表示传感数据个数；步骤4.2 根据上一步骤的基本事件集合，根据路径中各节点之间先验的关联性，定义并在各个基本事件之间加入发生所对应的转移动作；定义集合 ^CT/OF=^^},j = l,2....rn ,记录基本事件之间发生的动作，其中 表示第j个转移动作，m表示转移动作的总数；以及集合玛5F5WTX2CT/CW)，表示基本事件和动作之间映射的关系；步骤4.3 从待处理的目标异常事件开始，对于每个基本事件，从集合 RiEVBNTx ΑΟ ΟΙ )中提取该事件对应的输入转移动作集合} e ACTION, l<k<m ,若id 、)= ,则对该事件进行第4. 4步骤的操作，否则继续，针对集合中的每 Yactionk，从集合 R(^mrENTxACTION)中提取事件集合，e Ε￥ΕΝΤ, <ρ ，若此集合中存在某^^^ρ均为正常事件，则进入步骤4.4;若ewMp均为异常事件，可视作多异常事件共同作用导致后续事件，则循环对每个〃WMp进行步骤4. 3操作；步骤4. 4:对于步骤4. 3中处理的事件0W、，记录从目标异常事件到该事件中所有关联的事件，并在各事件之间加入相应的转移动作知得到结果 (evmQ,CtCi iorh,...Hofh,emM^ ,表示某一条异常事件发生的路径,其中为源头异常事件集合，滅腿^ Wtionb为事件的转移动作，讚吟啡为目标异常事件；最后返回步骤4. 3继续对进行处理,循环执行，直到所有异常事件均检测完毕为止；步骤4. 5 通过步骤4. 3、4. 4可以获取到目标异常事件的所有追溯路径，其中每条路径的初始基本异常事件集合为目标异常事件的源头。
全文摘要
本发明公开了一种电力安全感知平台及其事件发生起源路径追溯算法。巡检人员利用该平台对电力系统进行检查，该平台的设计主要由头盔、手持PDA组成。安装在头盔上的高清摄像头采集沿途的视频数据，数据被传输到手持PDA，并被模数转换器、数据压缩处理；手持PDA通过无线传输模块接收外部传感器发送的传感数据。视频音频数据和传感数据经手持PDA发送至后台控制室，控制室利用路径追溯算法分析，针对电力系统中发生的异常事件进行分析和起源追溯。该发明提高了电力系统的检查的方便性，具有很高的社会效益和经济效益。
文档编号H02J3/00GK102354975SQ201110314090
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者刘冬梅, 孙淑荣, 富春岩, 王永利, 罗庆平, 陶翔 申请人:南京理工大学