時(shí)空勢(shì)大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的電力應(yīng)急分布式通信會(huì)商系統(tǒng)①

鄧 創(chuàng)

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司 電力應(yīng)急中心,成都 610094)

“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”(Strong Smart Grid,SSG)是國(guó)家電力“十三五”發(fā)展規(guī)劃的重要建設(shè)內(nèi)容[1],其注重可靠性和智能化的動(dòng)態(tài)平衡,通過將電力流、信息流和業(yè)務(wù)流的深度融合關(guān)聯(lián),在大幅提升電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)效率的同時(shí),著重增強(qiáng)電網(wǎng)的魯棒性和安全性. 由于狀態(tài)和事故的不確定性,電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行存在不可避免的“失能”態(tài)勢(shì),因此從全局性穩(wěn)態(tài)控制出發(fā),應(yīng)急預(yù)警和控制是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的必要反饋環(huán)路和自適應(yīng)狀態(tài)調(diào)整的重要支撐部分.

時(shí)間和空間是電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基礎(chǔ)依據(jù),使得電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和事故都與時(shí)空緊密關(guān)聯(lián),國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)都將基于地理空間信息作為電力應(yīng)急系統(tǒng)的重點(diǎn)突破思路,其主要集中在全局網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)控制、地域網(wǎng)絡(luò)脆弱性、電力負(fù)荷特征管制等時(shí)、空、電多元因素.全局網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)控制主要是以電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、變電、配電、用電和調(diào)度的單一步驟信息抓取[2],每一步驟的狀態(tài)緊密依靠前一步驟的態(tài)勢(shì)發(fā)展,因此,采集數(shù)據(jù)量大、傳輸時(shí)延長(zhǎng),反饋控制效果差. 地域網(wǎng)絡(luò)脆弱性是基于GIS (Geographic Information System)映射到電力傳輸網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建以地理信息關(guān)聯(lián)集群調(diào)度指揮信息、應(yīng)急移動(dòng)視頻會(huì)商數(shù)據(jù)、應(yīng)急單兵需求等,使得電力應(yīng)急態(tài)勢(shì)以地圖形式顯示在可視化的平臺(tái)中[3],大幅提升了電網(wǎng)應(yīng)急系統(tǒng)的信息可用性.

通過與靈通度結(jié)合,構(gòu)建電力通信網(wǎng)絡(luò)的抗毀性模型,設(shè)計(jì)可靠性測(cè)度指標(biāo)[4],能夠?qū)﹄娏νㄐ啪W(wǎng)絡(luò)的保障能力進(jìn)行有效評(píng)估. 但是純物理網(wǎng)絡(luò)概念需要進(jìn)一步擴(kuò)展到實(shí)際電力運(yùn)營(yíng)元素中才能具有實(shí)質(zhì)性指導(dǎo)意義. 因此引入態(tài)勢(shì)標(biāo)繪系統(tǒng),融合地理信息系統(tǒng)[5],構(gòu)建一體化的應(yīng)急態(tài)勢(shì)多維特征表達(dá)平臺(tái),將能在不同異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下多源平臺(tái)態(tài)勢(shì)融合分析和協(xié)調(diào). 基于實(shí)體模型的二維軍標(biāo)標(biāo)繪技術(shù)[6]進(jìn)一步從地理信息角度提升應(yīng)急處理的精細(xì)度. 路徑選擇算法[7]、跨平臺(tái)符號(hào)轉(zhuǎn)換[8]、態(tài)勢(shì)標(biāo)繪元素分類體系[9]等新技術(shù)和方法的提出,優(yōu)化了電力應(yīng)急系統(tǒng)的適應(yīng)能力和基準(zhǔn).

NG (Next Generation)112 Crossroads應(yīng)急通信項(xiàng)目[10]于2016年被提出,面向異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合以及服務(wù)聚合的需求,提出了新型的應(yīng)急通信架構(gòu),其包括應(yīng)急服務(wù)路由代理ESRP (Emergency Service Routing Proxy),應(yīng)急呼叫路由功能ECRF (Emergency Call Routing Function)、邊界控制功能BCF (border control function)、傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)LNG (Legacy Network Gateway)以及位置信息服務(wù)器LIS (Location Information Server). 由此,可以以O(shè)TT(Over The Top)和VoLTE (Voice on Long Term Evolution)的模式接入到應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)中,從而提供更便捷的應(yīng)急通信服務(wù). KE Markakis等提出了EMYNOS下一代應(yīng)急通信項(xiàng)目[11],其設(shè)計(jì)了分離交互關(guān)聯(lián)的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),融合了位置管理、互操作管理以及內(nèi)容感知管理等功能形成服務(wù)中間價(jià),為業(yè)務(wù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及應(yīng)急通信節(jié)點(diǎn)提供快速的網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù). 學(xué)習(xí)增強(qiáng)型的應(yīng)急通信架構(gòu)RescueNet[12]設(shè)計(jì)了自適應(yīng)節(jié)點(diǎn)用于感知應(yīng)急通信區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)流量,并構(gòu)建了強(qiáng)交互的知識(shí)共享代理,有效提升了特定任務(wù)下流量突發(fā)劇增的通信服務(wù)效率.

然而,在實(shí)際電力應(yīng)急通信事件中,跨域、跨網(wǎng)、跨時(shí)的多地區(qū)、多部分協(xié)同應(yīng)急指揮和會(huì)商具有更高的實(shí)用需求,因此實(shí)際應(yīng)用中主要存在以下兩方面的問題.

(1)異質(zhì)應(yīng)急信息缺乏等效時(shí)空基準(zhǔn),難以支撐分布式應(yīng)急協(xié)作和管理. 傳統(tǒng)的多方在線會(huì)商基于流媒體協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)域內(nèi)單維傳輸,語(yǔ)音、文字和視頻中缺乏統(tǒng)一的地理信息標(biāo)志,異質(zhì)數(shù)據(jù)難以在數(shù)據(jù)層進(jìn)行基于時(shí)空信息的融合.

(2)對(duì)象間的空間關(guān)系在應(yīng)用層中表征效率低,態(tài)勢(shì)信息的可用程度依賴于決策者原有的知識(shí)庫(kù),難以提升電力應(yīng)急信息的作用效果. 由此電力網(wǎng)絡(luò)的事故發(fā)生隨機(jī)性、隨域性、隨時(shí)性嚴(yán)重,因此決策者很難從已過濾的數(shù)據(jù)中獲得具體的參考信息,事件發(fā)生的地點(diǎn)、周邊地理環(huán)境、現(xiàn)場(chǎng)路網(wǎng)分布、故障影響范圍、應(yīng)急資源的分布以及搶修隊(duì)伍力量部署位置等信息關(guān)聯(lián)關(guān)系弱.

因此,針對(duì)電力應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)存在的異質(zhì)數(shù)據(jù)融合難和信息關(guān)聯(lián)關(guān)系表征效率低的問題,本文研究了時(shí)空勢(shì)大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的電力應(yīng)急分布式通信會(huì)商系統(tǒng),設(shè)計(jì)了業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的動(dòng)態(tài)分布式電力應(yīng)急隨域架構(gòu),使得系統(tǒng)架構(gòu)能夠適應(yīng)電力應(yīng)急通信的特定需求,隨時(shí)擴(kuò)展系統(tǒng)功能. 提出了時(shí)空勢(shì)大數(shù)據(jù)異質(zhì)基準(zhǔn),設(shè)定的融合基準(zhǔn)能夠有效將不同數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到地理時(shí)空坐標(biāo)上. 制定了電力應(yīng)急通信協(xié)商態(tài)勢(shì)標(biāo)繪元素分類基礎(chǔ),準(zhǔn)確地評(píng)估跨地區(qū)、跨部門的業(yè)務(wù)應(yīng)急能力,減少了數(shù)據(jù)維護(hù)和地圖統(tǒng)一的難度. 通過在ArcGIS和Linux上搭建的電力應(yīng)急協(xié)商系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本文方法能夠有效提升協(xié)同響應(yīng)時(shí)間和系統(tǒng)態(tài)勢(shì)可視化的成功性.

1 業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的動(dòng)態(tài)分布電力應(yīng)急隨域架構(gòu)

業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的動(dòng)態(tài)分布式電力應(yīng)急隨域架構(gòu)設(shè)計(jì)首先是借鑒了軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network,SDN)的控制與傳輸相分離思想,將電力應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)與控制分離,通過與業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的軟件可編程組件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造[10],同時(shí)將應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備完成某一區(qū)域的互聯(lián)共享,基于應(yīng)用、用戶、會(huì)話的實(shí)時(shí)變化來實(shí)現(xiàn)不同的細(xì)粒度控制. 由此,將電力應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)從功能層面上虛擬劃分為應(yīng)用層、控制層和設(shè)備層三個(gè)維度,如圖1所示.

圖1 業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的動(dòng)態(tài)分布式電力應(yīng)急隨域架構(gòu)

1.1 隨域電力應(yīng)急通信應(yīng)用層

由于電力應(yīng)急通信具有隨時(shí)發(fā)生、優(yōu)先處理的特性,使得其對(duì)于網(wǎng)絡(luò)利用流量分時(shí)不均以及處理時(shí)延過大的問題.

隨域接入和通信的需求,要求電力應(yīng)急通信業(yè)務(wù)能夠依托于可編程按需定制,且無(wú)須通過繁瑣的底層設(shè)備配置,即可完成事故發(fā)生處到控制中心的端到端可靠實(shí)時(shí)傳輸.

因此,在電力應(yīng)急分布式通信會(huì)商系統(tǒng)中設(shè)定了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、快速響應(yīng)和預(yù)警處理,響應(yīng)對(duì)電力搶險(xiǎn)、線路故障、設(shè)備檢修、突發(fā)供電和系統(tǒng)崩潰等情況進(jìn)行歸一化處理. 在服務(wù)平臺(tái)端,設(shè)置對(duì)線路監(jiān)控的高清攝像設(shè)備,并與虛擬監(jiān)控平臺(tái)的場(chǎng)景和對(duì)象進(jìn)行快速關(guān)聯(lián)和表達(dá),由此能夠在會(huì)商系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的應(yīng)急狀態(tài)感知. 同時(shí),在服務(wù)處以下設(shè)定了應(yīng)急事件庫(kù),將能夠預(yù)知或者是已經(jīng)發(fā)生的電力網(wǎng)絡(luò)故障的應(yīng)急通信服務(wù)狀態(tài)、流程和需求進(jìn)行操作記錄. 當(dāng)故障發(fā)生時(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)急通信的實(shí)時(shí)響應(yīng)以及預(yù)警.

1.2 全局集中管理控制層

由于電網(wǎng)數(shù)據(jù)中心和SDN的建設(shè),使得電力應(yīng)急通信首次具備了協(xié)調(diào)全局網(wǎng)絡(luò)資源的控制器. 通過對(duì)北向接口的實(shí)體化定義,首先在與隨域電力應(yīng)急通信設(shè)定一個(gè)應(yīng)用服務(wù)請(qǐng)求解釋和分發(fā)處理的模塊,能夠?qū)⒎?wù)級(jí)別的原語(yǔ)快速轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)控制原語(yǔ). 設(shè)計(jì)優(yōu)先級(jí)管理、路由控制、帶寬配準(zhǔn)、質(zhì)量控制以及安全認(rèn)證,有效向應(yīng)急通信服務(wù)提供分發(fā)與控制分離的網(wǎng)絡(luò)交換. 通過南向接口,實(shí)現(xiàn)openflow控制精確感知當(dāng)前電力通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài),最快傳輸路徑能夠在控制器完成最優(yōu)規(guī)避,同時(shí)通過拓?fù)涔芾砗捅眄?xiàng)下發(fā)為應(yīng)急通信業(yè)務(wù)提供應(yīng)急通道.

1.3 業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的動(dòng)態(tài)接入設(shè)備層

業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)、動(dòng)態(tài)接入將是電力應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)底層設(shè)備建設(shè)的重點(diǎn). 電力應(yīng)急通信的場(chǎng)景復(fù)雜,在實(shí)際演練過程中,通信網(wǎng)絡(luò)被損毀的可能性很大,網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備地域上也是隨機(jī)的,因此往往承載在各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上,如固話、衛(wèi)星、基站、互聯(lián)網(wǎng)或者傳感器網(wǎng)絡(luò). 因此,為了實(shí)現(xiàn)在應(yīng)急事故中無(wú)差別隨遇傳輸要求,設(shè)計(jì)了位置管理、互操作兼容以及內(nèi)容感知功能模塊,利用基于地理位置的位置管理,實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)區(qū)域的底層設(shè)備快速接入,通過互操作兼容降低由于不同標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)的設(shè)備兼容問題,利用內(nèi)容感知功能,為應(yīng)急通信服務(wù)選定最優(yōu)的底層設(shè)備.

2 時(shí)空勢(shì)大數(shù)據(jù)異質(zhì)基準(zhǔn)

傳統(tǒng)的多方在線會(huì)商基于流媒體協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)域內(nèi)單維傳輸,語(yǔ)音、文字和視頻中缺乏統(tǒng)一的地理信息標(biāo)志,異質(zhì)數(shù)據(jù)難以在數(shù)據(jù)層進(jìn)行基于時(shí)空信息的融合. 因此本文將提出了時(shí)空勢(shì)大數(shù)據(jù)異質(zhì)基準(zhǔn),設(shè)定的融合基準(zhǔn)能夠有效將不同數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到地理時(shí)空坐標(biāo)上,如圖2所示.

2.1 情境事件的態(tài)勢(shì)模型

計(jì)算機(jī)可以根據(jù)當(dāng)前不同角色所處的不同地點(diǎn)、不同時(shí)間基于不同事件前提,提供按時(shí)按需按點(diǎn)的信息服務(wù),這是情境感知賦予到普適計(jì)算中能力,其能夠有效適應(yīng)電力事故和業(yè)務(wù)發(fā)生的隨機(jī)隨時(shí)隨域處理需求.

首先給定情境空間Cn,a1,a1,a2,a3,…,ak為k個(gè)線性不相關(guān)的事件,且有事件組合b=a1^a2^,…,ak,由此將原先單維事件向量向多維度任意擴(kuò)展,而a1與ak之間具有相對(duì)的自主性,使得每一個(gè)事件都能有自身發(fā)展、成長(zhǎng)和消亡過程,可以相互影響也可以相對(duì)獨(dú)立. 同時(shí),b作為分事件合集的效能必然不等于情境空間Cn的總效能.

圖2 基于時(shí)空勢(shì)的大數(shù)據(jù)處理狀態(tài)

根據(jù)幾何代數(shù)空間理論,內(nèi)積和外積運(yùn)算滿足加法的分配律和結(jié)合率,分事件合集的效能b與單一事件ak之間的關(guān)系如下：

由此,我們可以通過將電力通信應(yīng)急事故劃分為不同特征單事件,每一個(gè)事件中可以由時(shí)間、空間、態(tài)勢(shì)等組成,時(shí)間和空間可以與任一事件進(jìn)行組合,從而實(shí)現(xiàn)事件中的態(tài)勢(shì)特征嵌套. 設(shè)定的融合基準(zhǔn)能夠有效將不同數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到地理時(shí)空坐標(biāo)上.

2.2 基于時(shí)空勢(shì)的大數(shù)據(jù)處理模型

基于時(shí)空勢(shì)的大數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的首要任務(wù),是從電力應(yīng)急信息系統(tǒng)的原始數(shù)據(jù)中抽取出事故演進(jìn)態(tài)勢(shì),由此首先以情境事件態(tài)勢(shì)模型構(gòu)建出單區(qū)域P、單時(shí)段T和單事件E的態(tài)勢(shì)發(fā)展參數(shù),由此可以得到：

其中,p,t,e為電力應(yīng)急通信事故的地點(diǎn)、根據(jù)電力應(yīng)急通信的發(fā)生規(guī)律,可以得到時(shí)空勢(shì)的零階特征和二階特征,其中某一時(shí)刻的電力應(yīng)急通信事件的時(shí)空勢(shì)數(shù)據(jù)為,某一特定事件的時(shí)空勢(shì)數(shù)據(jù)可以具體化為為電力事故發(fā)生的具體地點(diǎn)和場(chǎng)所,為了網(wǎng)格化管理,可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格號(hào),即：

2.3 基于k-means的電力事故大數(shù)據(jù)稀疏過程

假設(shè)電力事故的數(shù)據(jù)特征可以抽象為n個(gè)數(shù)據(jù)集合,則有,其中每一個(gè)數(shù)據(jù)可以具有q個(gè)屬性,. 利用k-means算法可以將這個(gè)目標(biāo)數(shù)據(jù)群分為個(gè)簇.

步驟2. 根據(jù)歐氏距離公式,計(jì)算每個(gè)數(shù)據(jù)到簇的距離,將各數(shù)據(jù)分到最小距離的簇中,其中計(jì)算距離公式為：是第j個(gè)數(shù)據(jù)到第n個(gè)聚類中心的距離.

步驟4. 若迭代次數(shù)等于m,則結(jié)束聚類,否則判斷聚類結(jié)果是否滿足小于給定參數(shù)T,如果滿足則結(jié)束,不滿足重復(fù)步驟2、3.

3 電力應(yīng)急分布式通信會(huì)商系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的動(dòng)態(tài)分布式電力應(yīng)急隨域架構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)基于應(yīng)用、用戶、會(huì)話的實(shí)時(shí)變化來實(shí)現(xiàn)不同的細(xì)粒度控制,同時(shí),構(gòu)建時(shí)空勢(shì)大數(shù)據(jù)異質(zhì)基準(zhǔn),可將不同數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到地理時(shí)空坐標(biāo)上. 因此,電力應(yīng)急分布式通信指揮系統(tǒng)采用B/S模式,由GIS服務(wù)器、在線會(huì)商服務(wù)端、在線會(huì)商客戶端、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器構(gòu)成. 系統(tǒng)采用分布式部署方式,現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)應(yīng)急平臺(tái)通過在線會(huì)商系統(tǒng),快速將事故現(xiàn)場(chǎng)故障信息分發(fā)給各應(yīng)急平臺(tái)的會(huì)商者,同時(shí)將后方多部門的輔助決策信息及時(shí)交匯到應(yīng)急處置現(xiàn)場(chǎng),后方多部門之間也能實(shí)現(xiàn)信息的交換.

依據(jù)業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的動(dòng)態(tài)分布式電力應(yīng)急隨域架構(gòu),可將電力應(yīng)急分布式通信指揮系統(tǒng)劃分為九個(gè)功能層次,分別是電網(wǎng)業(yè)務(wù)地理信息服務(wù)層、電力通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)傳輸層、異構(gòu)多元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換層、圖元標(biāo)注繪制協(xié)同處理層、系統(tǒng)運(yùn)行日志管理層、網(wǎng)間網(wǎng)元實(shí)時(shí)通訊層、數(shù)據(jù)分布式共享層、電力業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)層,簡(jiǎn)明架構(gòu)如圖3所示.

圖3 電力應(yīng)急分布式通信指揮系統(tǒng)架構(gòu)

電網(wǎng)業(yè)務(wù)地理信息服務(wù)層向依據(jù)地理信息系統(tǒng)所制定的電網(wǎng)空間元素特征提供地理信息服務(wù)接口,形成針對(duì)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的標(biāo)注和繪制圖形基礎(chǔ). 電力通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)傳輸層與網(wǎng)間網(wǎng)元實(shí)時(shí)通訊層主要對(duì)電網(wǎng)通信設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一管理,實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)控制信令和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)連接、保持的安全性和可靠性傳輸. 異構(gòu)數(shù)據(jù)在格式和結(jié)構(gòu)上均存在明顯的差異性,因此將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為超鏈接文本方式,以比特流通過網(wǎng)頁(yè)數(shù)據(jù)通道. 圖元標(biāo)注繪制協(xié)同處理層負(fù)責(zé)電力地理信息系統(tǒng)中的電力元素溝通協(xié)作,從而確保地理圖上的對(duì)象能夠交互通信.為了統(tǒng)一管理電力應(yīng)急通信系統(tǒng)的復(fù)雜元素,需要依賴于系統(tǒng)運(yùn)行日志管理層對(duì)通信、運(yùn)行、計(jì)算、處理的狀態(tài)記錄和管理. 數(shù)據(jù)分布式共享層和電力業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)表現(xiàn)層能夠有效協(xié)同電力應(yīng)急通信服務(wù)的并發(fā)式處理需求.

4 電力應(yīng)急通信協(xié)商態(tài)勢(shì)標(biāo)繪與協(xié)同管理

應(yīng)急統(tǒng)一態(tài)勢(shì)標(biāo)繪元素分類體系是指由在線會(huì)商發(fā)起者或參與會(huì)商的其他數(shù)據(jù)擁有者提供基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù),會(huì)商參與者基于基礎(chǔ)地圖進(jìn)行標(biāo)繪,通過文字、地圖、標(biāo)繪符號(hào)、語(yǔ)音、視頻等信息的交互,共同商討電力故障應(yīng)對(duì)措施.

電力應(yīng)急態(tài)勢(shì)標(biāo)繪是對(duì)電力故障救援現(xiàn)場(chǎng)的過去、現(xiàn)在以及未來的隨時(shí)間變化的現(xiàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)進(jìn)行標(biāo)注分析. 電力應(yīng)急態(tài)勢(shì)圖主要是由應(yīng)急地圖和應(yīng)急趨勢(shì)圖構(gòu)成. 它在應(yīng)急一張圖基礎(chǔ)上,采用圖形符號(hào)標(biāo)繪電力應(yīng)急指揮部署、應(yīng)急處置方案、搶險(xiǎn)進(jìn)行線路和維修經(jīng)過,形成專業(yè)態(tài)勢(shì)圖.

電力應(yīng)急態(tài)勢(shì)信息包括災(zāi)情信息、應(yīng)急措施、應(yīng)急物資儲(chǔ)備、應(yīng)急人員調(diào)配四大類. 協(xié)同會(huì)商的處理過程如下：

(1)協(xié)同會(huì)商的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化： 進(jìn)行協(xié)同會(huì)商時(shí),系統(tǒng)利用GIS平臺(tái)提供的組件,將符號(hào)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制流存儲(chǔ)在大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)BLOB字段,實(shí)現(xiàn)符號(hào)的檢索、編輯和顯示等功能. 在線會(huì)商客戶端利用序列化技術(shù)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的二進(jìn)制流解析為符號(hào)對(duì)象,并在GIS平臺(tái)中顯示.

(2)協(xié)同會(huì)商的消息共享： 在進(jìn)行在線會(huì)商時(shí),需要解決參與各方在跨地區(qū)、跨網(wǎng)絡(luò)的會(huì)商協(xié)同問題,協(xié)同的內(nèi)容包括文字信息的協(xié)同、地圖標(biāo)繪的協(xié)同、文件信息(預(yù)測(cè)預(yù)警結(jié)果、處置參考建議、方案等)的協(xié)同. 任何參與者更新、添加、刪除信息后,都需要及時(shí)通知其余各方同步信息,實(shí)現(xiàn)信息的即時(shí)共享.

(3)協(xié)同會(huì)商的消息發(fā)布： 系統(tǒng)采用發(fā)布/訂閱模式,通過網(wǎng)絡(luò)控制中心,實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的廣播通信和集群控制的新模式,使得訂閱者能夠通過鏈路建立和服務(wù)選擇,實(shí)現(xiàn)對(duì)某一電力應(yīng)急通信服務(wù)的監(jiān)聽和獲取,并獲得互動(dòng)通信的權(quán)限. 當(dāng)不同的訂閱者根據(jù)自身狀態(tài)發(fā)布消息時(shí),整體業(yè)務(wù)會(huì)商將實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化. 態(tài)勢(shì)標(biāo)繪協(xié)同技術(shù)邏輯過程如圖4所示.

這種發(fā)布訂閱模式[11]可使系統(tǒng)具備更好的開放性和更為動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦?

5 實(shí)現(xiàn)與測(cè)試

5.1 電力應(yīng)急通信會(huì)商系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù),部署在Linux操作系統(tǒng)上,客戶端以ArcGIS API for Silverlight為GIS二次開發(fā)平臺(tái),利用WCF (Windows Communication Foundation)服務(wù)構(gòu)建在線會(huì)商服務(wù)器,客戶端和服務(wù)端均部署在Windows操作系統(tǒng)上,Visual Studio 2012為通用開發(fā)工具. 該系統(tǒng)是一個(gè)分布式的集成平臺(tái),其功能主要包括地圖共享、多用戶協(xié)同標(biāo)繪及管理、文件上傳下載、文字聊天、用戶管理、系統(tǒng)服務(wù)管理、音視頻會(huì)議、用戶操作日志記錄等.

圖4 態(tài)勢(shì)標(biāo)繪協(xié)同技術(shù)邏輯過程

5.2 應(yīng)急通信會(huì)商測(cè)試

實(shí)驗(yàn)中選取蘆山縣以及寶興縣地震時(shí)電力應(yīng)急通信服務(wù)情況,在系統(tǒng)中構(gòu)建5類角色在應(yīng)急通信會(huì)商系統(tǒng)中,分別設(shè)定領(lǐng)導(dǎo)組織應(yīng)急指揮組、專家支持組、元支持組、物資保障資源組、人員保障資源組等角色. 具體的會(huì)商測(cè)試參數(shù)和配置如表1所示. 可以看出,應(yīng)急通信會(huì)商系統(tǒng)在緊急事件中,數(shù)據(jù)采集量每天超過4 TB,數(shù)據(jù)種類多達(dá)1200種.

表1 應(yīng)急通信會(huì)商測(cè)試狀態(tài)配置

5.3 應(yīng)急通信會(huì)商系統(tǒng)運(yùn)行情況

當(dāng)設(shè)定角色之后,參與者將分配相對(duì)應(yīng)的操作權(quán)限,每位參與者的操作過程都能夠被其他參與者看到.在模擬過程中,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了初步的測(cè)試,主要測(cè)試協(xié)同響應(yīng)時(shí)間和系統(tǒng)可視化的流暢性. 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的效果如圖5所示.

圖5 事故態(tài)勢(shì)可視化顯示失敗概率

連續(xù)運(yùn)行應(yīng)急通信會(huì)商系統(tǒng),并通過設(shè)定不同的運(yùn)行參數(shù)值和記錄實(shí)際結(jié)果,得到系統(tǒng)協(xié)同響應(yīng)時(shí)間和系統(tǒng)可視化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù). 協(xié)同響應(yīng)時(shí)間,是電力應(yīng)急指揮中心發(fā)出應(yīng)急協(xié)商后各個(gè)分系統(tǒng)完成協(xié)同應(yīng)答,能夠開始應(yīng)急通信的時(shí)間,能夠正確的反映電力應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)于應(yīng)急通信業(yè)務(wù)的響應(yīng)能力和資源協(xié)調(diào)性能. 在本實(shí)驗(yàn)中設(shè)置了1～20個(gè)分布式系統(tǒng),進(jìn)行連續(xù)觀察,得到協(xié)同響應(yīng)時(shí)間性能如圖6所示.

圖6 系統(tǒng)運(yùn)行效果圖

如圖6所示,隨著接入系統(tǒng)數(shù)量的增加,本文改進(jìn)后的應(yīng)急通信會(huì)商系統(tǒng)由于采用了隨域電力應(yīng)急通信應(yīng)用層和全局集中管理控制層的方案,設(shè)備的接入和移除,與電力應(yīng)急通信業(yè)務(wù)無(wú)關(guān),提升了網(wǎng)絡(luò)的重用性.相對(duì)于原有方案應(yīng)急協(xié)商連接時(shí)間提升近31.5%.

事故態(tài)勢(shì)可視化是電力應(yīng)急通信會(huì)商系統(tǒng)基于GIS平臺(tái)能夠直觀的顯示當(dāng)前應(yīng)急事故發(fā)展態(tài)勢(shì)的表達(dá)效果. 本實(shí)驗(yàn)中設(shè)置不同事故發(fā)生數(shù)量,記錄不同時(shí)段下系統(tǒng)的顯示成功率.

圖7反映了電力應(yīng)急通信會(huì)商系統(tǒng)的事故可視化顯示失敗概率. 由于本文采用了時(shí)空勢(shì)大數(shù)據(jù)異質(zhì)基準(zhǔn),設(shè)定的融合基準(zhǔn)能夠有效將不同數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到地理時(shí)空坐標(biāo)上,使得原始觀察數(shù)據(jù)的混雜性和稀疏性降低,在并發(fā)事故顯示數(shù)量為20個(gè)和30個(gè)時(shí),均能保障態(tài)勢(shì)正常顯示.

圖7 協(xié)同響應(yīng)時(shí)間性能

6 結(jié)論

本文提出了時(shí)空勢(shì)大數(shù)據(jù)異質(zhì)基準(zhǔn),設(shè)定的融合基準(zhǔn)能夠有效將不同數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到地理時(shí)空坐標(biāo)上. 制定了電力應(yīng)急通信協(xié)商態(tài)勢(shì)標(biāo)繪元素分類基礎(chǔ),準(zhǔn)確地評(píng)估跨地區(qū)、跨部門的業(yè)務(wù)應(yīng)急能力,減少了數(shù)據(jù)維護(hù)和地圖統(tǒng)一的難度. 通過在ArcGIS和Linux上搭建的電力應(yīng)急協(xié)商系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證. 相對(duì)于原有方案應(yīng)急協(xié)商連接時(shí)間提升近31.5%,且在不同數(shù)量事故并發(fā)時(shí),均能保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行.

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