基于物联网技术的应急电力物资智能仓储与调配管理研究

李 伟

国网四川省电力公司物资公司，四川 成都 610052

电力供应是保证社会稳定的重要因素，自然灾害和突发事故容易导致整个电网瘫痪，进而严重影响企业的生产，造成巨大的损失，甚至影响到社会稳定以及国民经济发展，因此需要有效的应急管理来修复电网故障，确保供电区域内正常的生产，避免因为停电造成损失。这就要求电力行业应急管理部门具备极强的反应力和应急恢复能力，能够在发生突发事件的时候做出快速决策，保证电力能够尽快恢复。目前电力供应方面应急响应能力和实战能力较弱，电力应急物资调配受到传统方式的限制。在发生突发事件的时候需要快速进行物资调配，这就要求合理规划物资的调配路径和方式，确保充分发挥应急管理功能。应急响应是电力供应中最关键的一环，因此物资的管理与调配优化是电力企业最应关注的问题。

1 应急电力物资需求特征

从实际情况来看，应急电力物资需求呈现出十分明显的特征，具体表现如下：第一，存储量大。与其他物资相比，应急电力物资的制作耗时长，依靠普通库存模式难以完成电力物资的库存管理，难以满足相关需求，因此需要借助物资储备的方式进行管理，满足大量存储的需求，为物资及时供应做充足的准备。第二，季节性。电网由大量线路以及设备组成，这些物品在外界环境中运行时，一旦遭受恶劣天气或者气候灾害，如地震、雷电以及暴雨等，可能受到破坏，需要对其进行修复。这对修复物资提出更高的要求，不仅强调紧急性，而且由于每个季节的特征不同，易发生的灾害类型不同，所需的物资也呈现季节性变化，因此，必须做好物资的准备工作。第三，要求高。物资管理内容复杂，物资品种多样，这要求工作人员必须具有丰富的专业知识，能够掌控物资储备全过程，这样才可以保证电力物资仓储的灵活与完备。第四，及时性。电力与现实生活紧密相关，一旦故障不能及时处理，必然会扩大影响范围，在这种情况下，需要根据实际增大电力物资的供应，确保物资供应的及时有效，保障生产与生活稳定。第五，不确定性。主要是指设备运行过程中会受到诸多不确定性因素的影响。第六，关联性。系统构成十分复杂，电气设备和线路之间的连接都比较复杂，节点之间有密切的关联性。这导致物资供需也十分复杂，在具体的操作中需要进行合理调配、科学安排。

2 物联网技术

2.1 射频识别技术

射频识别（RFID）技术是物联网技术中最典型的技术，是基于电子信息技术所研发出来的，是借助电磁感应动态化追踪设备与物品作为管理参考的技术，可充分识别与读取信息，作为数据管理的参考部分，实现高质量管理。RFID 技术包含标签、阅读器和运行系统3 个部分。在技术构成中，标签是指对被探测物品信息的存储。标签进入磁场系统，接收不同类型的射频识别信息并进行信号反射。使用解码器完成解码操作后传输给操作系统，再将命令分发出去。将这一技术使用在电力应急物资的储备和调度中，可以实现对设备以及物资运输、储备、监督、存储的管理，实现智能化和智慧化的调配。

2.2 传感技术

传感技术是进行信息获取的重要基础，能够实现信号的采集以及处理。传感技术有强大的自组织功能，在无人操作的情况下也可以实现自我调配，建立起以数据为中心的网络。如果将其使用在应急物资调配中，能够动态化实时监督库存，精准反馈物资调配和存储的信息。这会让物资调度和调配工作更安全高效，确保能够在短时间之内最快恢复电力供应。

3 基于物联网技术的电网应急物资储备定额

3.1 应急物资储备的定额管理

应急电力物资定额是物资管理中最重要的内容，结合电力企业内外部环境来保证电力供应的正常稳定，以经济合理性作为指导原则来储备物资数量。在应急物资管理中应用物联网技术能够保证物资的定额管理水平，确保物资仓储管理的每一个节点均可以得到实时监控，可实现自动补充和合理预测，及时响应物资需求，结合物资波动自动调节。如果出现资产闲置或是过度使用，系统会发出预警，物联网会将信息传输给管理系统，从而进行合理管理。物联网技术的应用使结合季节变化来预测物资需求成为可能，有利于实现对仓储物资的管理。如果物资存储环境的温度湿度发生变化，会及时向管理人发出预警信息，方便对物资的管理[1]。

3.2 利用遗传算法优化定额测算模型

结合遗传算法全局优化的特征对反向传播（BP）神经网络的初始权值与阈值进行优化，可以提高预测效果，在测算中可实现对种群个体迭代择优。之后建立BP 神经网络模型，对模型进行训练、遗传操作，计算适应度，得到最优的权值和阈值，持续更新即可得到全局最优的预测值。创建定额测算模型之前，需要先进行数据准备工作，再进行数据导入、清洗以及标准化处理，设置变量范围和个体编码，结合数据大小进行标准化处理。可以采用极值处理法、归一处理法以及向量规范化。

使用遗传算法对采集到的数据进行优化分析，BP神经网络在使用上具备自适应和自学习的优势，可以在计算中大大发挥作用，提升网络预测性能。这说明计算得出的权值和阈值更合理，网络逼近实际效果，所存在的误差也会减少，迭代获取最优良的数值即可实现对BP 神经网络的优化。将所获取的最优权值和阈值通过训练数据来实现神经的优化训练，将测试的数据传输给训练完成的BP 神经网络，使用数据输入模型的方式进行误差计算，将数据进行输出并且绘制图纸[2]。

3.3 算法示例

对使用频率高的应急电力物资储备定额进行计算。以低压电缆为例，假设A 地区有3 个电力应急物资储备仓库，对3 年共36 个月的数据进行统计分析，对原始数据求平均值，以月初的初始库存为储备定额，以月总出量为库存因素，以平均库存为成本因素进行预测风险。应急响应时间是响应因素，使用储备定额来计算，缺失的数据可估算补充，进行归一化和标准化处理。在计算过程中考虑存在的不确定性因素，将库存、成本、风险作为影响因素，使用遗传算法来优化定额计算。拟合非线性函数的4 个输入参数和1 个输出参数。非线性函数形成权值和阈值，在数据中挑选6 组进行网络训练，剩下的数据进行网络性能测试，使用遗传算法来寻优，训练数据预测误差绝对值和值作为个体适应度，将电力应急物资储备定额进行最优估算预测，得到函数曲线。实施BP 神经网络训练，将所挑选的36 个月的输入数据作为训练对象，得到经过训练之后的BP 神经网络预测值，可观测训练数据和测试数据之间的方差是否存在拟合现象，如果存在，则证明网络性能良好[3]。接下来根据每个变量取值区间用循环计算方式，将所有可能的数据组合输入BP 神经网络预测模型中，最终得到最优储备定额计算测算，将原始数据和预测数值进行对比分析，发现库存量、成本、风险以及技术都会对电力应急物资储备产生影响，定额会随着月出库量的增加而上升，随着需求预测的准确度增长而减少，证明需求预测会对储备定额产生积极的影响，说明如果需求预测值的准确性降低会影响储备定额计算。

3.4 物资配送的优化模型

在传统物资配送中，均将最小成本管理作为目标，但是应急物资调配存在不同的目标需求，期望能够将物资的调配实现最优，即最短的运输距离、最少的运输时间、最低的运输成本。物联网技术的使用能够实现对应急物资运输状态的实时监控，跟踪物资调配情况，了解装配环节，通过安装各种传感器来实现对物资运行状态、地理位置和车辆等情况的掌握，对数据信息进行智能分析可实现对异常情况的报警，从而优化配送过程。假设从一个地区运输应急物资到多个受灾点，物资调配的过程中，需求点之间存在竞争应急物资的情况，都希望尽快得到所需要的应急物资。此时需要将这一个地区物资储备库中的物资进行合理调配，如果物资有限，可将其理解为非合作博弈的应急物资模型，该模型为：

其中t表示应急阶段，N 则表示在这一环节中存在的无数需求点。而Gi表示守在需求点的函数，l的组合是指受灾点的组合。非合作博弈模型的相关因素比较多，应急物资的配送速度还受到运输路况等影响，路况越好则运输越通顺，应急单位成本与库存和需求均相关，物资和储备两者之间的关系影响到救灾工作的质量，要保障救灾成本最小化，受灾点调配策略需要选择最优的方案来保证整体效果最优化，确保配送成本最小[4]。

4 基于物联网技术的智能仓储使用

4.1 物联网技术下的物资智能仓储结构

智能仓储系统结构在应急物资调配中需要满足多个功能，首先是对仓储状态的实时监管让相关部门能够掌握物资的详细情况；其次是对整个仓储流程的优化管理；最后是对整个仓储过程中所涉及的人员和设备进行统一管理。物联网技术在这3 个功能的实现过程中发挥了十分积极的作用。当前的应急智能仓储架构主要分为业务、设备管理、安全管理、基本信息、数据管理模块，多模块的应用实现了仓储系统的物流信息采集，数据信息集成，从而实现对仓储系统的智能化管理[5]。

4.2 智能电力物资的仓储运作

物资被运送到仓库时通过射频识别技术和传感器、定位系统等信息技术进行物资信息的采集和录入，再利用RFID 电子标签让人们更详细地了解物资到达情况，如在变压器标签上录入变压器容量以及类型等信息，智能系统会根据这些物资的相关信息考虑库位分配，在物资入库之后通过打印入库清单了解物资情况。智能拣货出库能够定义多个拣货的规则，在出货方面强调先进先出、最快出库和最大仓储利用的原则，从而确定出入库时间，并且将货物信息传送到仓储管理系统中及时更新物资库存的信息。

物资调配系统的核心就是在发生突发事件以后能够及时将物资从储备地点运输到需求地点，此时路径选择十分关键。可使用狄克斯特拉（Dijkstra）算法计算得到最优路径，各个仓库按照最优路径来调配资源，充分发挥物联网技术的价值。调配中心在发出指令之后，各个仓储系统接收到信息，提供物资种类数据和位置，让物资调配更精准、更及时，保证物资以最快时间出库并运输到指定的地点，可以在物资车辆上加装跟踪设备，输送完毕后，及时反应物资的运送情况，保证物资运送安全可靠。

5 结语

应急电力物资调配是应急管理中十分重要的一环，在突发事件后需要在第一时间内提供物资，确保电网及时修复。基于物联网技术的智能仓储和物资调配为电网应急处理提供了保障。通过射频识别技术和传感技术对物资展开信息化处理，加快物资调配速度以及调配质量，保证能够高质量完成救灾。