基于物联网通信技术的应急电力物资智能仓储监控方法研究

吴慧刚

（国网浙江省电力有限公司丽水供电公司，浙江 丽水 323000）

0 引 言

在经济迅速发展的背景下，电力工业作为能源领域的核心面临着巨大挑战。而应急电力物资的智能仓储监控方法成为应对突发电力短缺或中断，保障电力稳定供应的重要手段。有研究人员提出基于智慧供应链的应急电力物资智能监控方法，结合电力物资的供应管理绩效指标，利用可视化技术实现电力物资监控[1]。但受仓储环境的影响，对于物资的定位缺乏时效性。因此，文章借助物联网通信技术的优势，设计应急电力物资智能仓储监控方法，以提升电力行业应急电力物资监控工作效率。

1 基于物联网通信技术的应急电力物资智能仓储监控方法的设计

1.1 应急电力物资智能仓储监控功能需求

应急电力物资智能仓储监控功能需求包括实时监控、数据采集与分析、预警与报警、物资管理以及安全管理5 个方面，以确保安全、高效地存储和管理仓库内的应急电力物资[2]。

第一，实时监控。系统需要实时监控仓库内的环境参数，确保应急电力物资保存在适宜的条件下。第二，数据采集与分析。系统需要自动采集仓库内的环境参数和设备状态数据，并进行分析和处理。第三，预警与报警。当仓库内的环境参数或设备状态出现异常时，系统需要自动发出预警或报警信息[3]。第四，物资管理。系统需要具备管理仓库内应急电力物资的能力。第五，安全管理。系统需具备完善的安全管理功能，以确保物资的安全。

1.2 应急电力物资智能仓储监控的物联网通信架构

构建应急电力物资智能仓储监控的物联网通信架构时，利用物联网技术实时监控并管理仓储环境、设备和物资[4-5]。该架构整合传感器、物联网设备、数据处理等模块，以实时采集和处理温湿度数据、视频信息等。应急电力物资智能仓储监控的物联网通信架构主要分为感知层、网络通信层、应用层，具体如图1 所示。

图1 应急电力物资智能仓储监控的物联网通信架构

1.3 部署无线传感器节点实时监控电力物资仓储环境

仓储环境监控系统无线传感器网络的路由设置采用分层协议的思想，以设计适用于电力应急物资仓储环境的路由，路由结构如图2 所示。

图2 传感器网络路由结构

仓储环境无线传感器网络节点部署的核心是感知模型，能够抽象地表示感知区域，反映服务质量与度量指标，并建立感知效果与空间形状的几何联系。文章设计的用于采集环境信息的感知模型可以表示为

式中：re(re＜r)为监测不确定性的量度；ε、α分别为传感器节点在监测r+re、r-re范围内事物时感知质量的衰减系数；χ为节点与待监测区域之间的距离。

以电力应急物资仓储的温湿度为例，监控环境要求湿度为40%～60%，精度为±3.0%。

1.4 物联网通信技术管理物资的定位

在物资仓储过程中，定位与存取作业既耗时又费力，效率低下会直接影响管理成本。无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）可提升管理效率。该技术利用唯一识别物与RFID 标签的对应关系，通过射频信号等信息实现定位追踪。定位模式主要包括信号强度、时域信息以及入射角定位3 种。

在已有的RFID 系统中，对内部标签进行准确定位，按照需求排列n个阅读器和m个定位基准标签，在不同的几何条件下得到的定位效果有所差别。假设有u个待定位标签，且由参考标签与待定位标签信号强度差值e决定最近邻居k，k∈(1,n)。利用最近邻居，建立强度-距离间的映射关系。设定阅读器在持续工作状态下，每隔30 s 进行检测一次，检测范围设置为1 ～7 级，则待定位标签的信号入射角度的向量计算公式为

式中：aix、aiy、aiz分别为第i个阅读器天线和待定位标签发出的射频信号在x、y、z轴的夹角。针对参考点的标签，设置信号入射角度向量，即

式中：six、siy、siz分别表示第i个阅读器天线和参考点标签发出的射频信号在x、y、z轴的夹角。参考标签与待定位标签信号强度之间的差值为

待定位的坐标为

式中：wi代表第i个邻居参考点的权重。

应急物资入库前，需要求解适合的定位。由于物资类型多样且进出频次不同，因此首次指派后，需要按入库时间排列位置，并结合物资查询次数，完成第二次指派。在二次货位分配时，目标函数主要关注应急物资的存取效率，因此需要将电力或应急物品的出入库频次与叉车在存取货物过程中所需的时间进行累加，并将其作为连续的权值因子，构建权值矩阵，即

式中：tj为叉车在原点至j物资放置点的运输时间；fi为第i个应急物资的出入库频率；pj为tj的向量。为实现二次物资分配优化目标，需要对模型进行优化，用公式表示为

2 实验测试与分析

2.1 实验准备

以某电力物资仓储中心为实验对象，验证文章所提方法的有效性。仓储中心分为设备、材料、工具以及备品备件4个区域。使用MATLAB搭建测试平台，设置2.4 GHz 全方位传感器，设定接收标签射频信号差值为10 dB，读取标签时间间隔为0.5 s，发送至个人计算机（Personal Computer，PC）的时间间隔也为0.5 s。读卡器与主机通过RS-232 串口线路进行连接，并将主机硬盘号作为唯一的机器代码。实验硬件配置如表1 所示。

表1 测试配置

2.2 实验结果与分析

分别用文献[1]提出的基于智慧供应链的应急电力物资智能监控方法和文章所提方法对某电力物资仓储中心监控区的部分物资进行定位。在4 个仓储区域中各自随机抽取3 个物资编号进行定位，并对比不同方法的定位时间，定位时间越短，说明方法的应用效果越好。文章所提方法的定位流程如图3 所示。

图3 物资定位流程

在确定2 种监控方法定位结果均为准确的同时，统计不同方法的定位时间，具体如表2 所示。

表2 定位时间 单位：s

由表2 可知，利用文章所提方法的定位时间为1.25 ～1.75 s，平均为1.43 s，远低于文献[1]提出的方法。因此，通过物联网通信与RFID 技术实现物资定位，能够有效提升应急电力物资监控效率，为管理提供有力支持。

3 结 论

基于物联网通信技术的应急电力物资智能仓储监控方法为应急电力物资的管理和监控提供了一种高效、智能的解决方案。通过物联网技术，实现仓储信息的实时采集、传输和处理，从而提高监控的准确性和实时性。然而，该方法在实际应用中仍存在一定的挑战，因此未来研究应进一步优化物联网通信技术，提高监控的稳定性和可靠性。