毕业设计(论文)-基于物联网的高压设备监测系统设计

基于物联网的高压设备监测系统设计摘要引入前沿信息通信技术并把高压设备监测和信息系统进行融合是实现智能化的关键。基于物联网的高压设备监测系统结合射频技术、无线传感器网络、WISP环境监测技术让高压设备系统、计算机系统和网络融为一体，实现高压设备的实时感知、分析和控制。首先，基于物联网概念并结合高压设备监测特点提出建立高压设备监测系统构架，之后介绍该构架的主要功能和关键技术。最后，从物联网的关键部件、仿真算法和安全性等方面讨论了基于物联网的高压设备监测的主要挑战。关键词：物联网；射频技术；WISP；高压设备AbstractToimplementtheobjectiveofsmart,itisessentialtointroducethestateofcommunicationtechnologyandintegratewithhighvoltageapparatusmonitoring.BasedonInternetofThings,ahighvoltageapparatusmonitoringsystemconcerningradiofrequencywirelesstechnology,wirelesssensornetworktechnologyandWISPwasdesigned.First,basedontheconceptofInternetofThingsandtakingintoaccountthecharacteristicsofhighvoltageapparatusmonitoring.,amonitoringsystemwasproposed.Next,mainfunctionalitiesandtechnicalcharacteristicsareintroduced.Finally,severalimportantresearchproblemsincludingthekeytechnologyinInternetofThings,simulationalgorithmsandsecurityassessmentwerepresent.Keywords:InternetofThings;radiofrequencytechnology;WISP;highvoltageapparatus引言高压设备种类繁多，主要包括变压器、各种类型的开关设备、避雷器、绝缘套管、电流互感器、电压互感器等。根据各种设备不同的结构原理，对表征其特性的参数进行测量。目前，我国高压设备的检修工作主要仍是按照《电气设备预防性试验规程》的要求定期进行预防性试验的[1]。这对及时发现、诊断设备缺陷起到重要的作用。但随着装置的停工检修周期的加长，传统的预防性试验和检修方式愈来愈不足[1-12]。因此，考虑以实时设备状态为基础，以预测设备状态发展趋势为依据的检修方式。从20世纪90年代开始，出现了以数字波形采集和处理技术为核心的微机多功能在线监测系统。利用先进的传感器、计算机等高新技术，实现更多的参数在线监测。如：文献[35-37]介绍了紫外在温度、绝缘监测的应用，通过研究不同故障条件下的图形、数据得出容易故障的位置从而为故障分析和优化控制提供依据；文献[38-42]基于网络拓扑提出新的故障监测模型、通讯协议和故障定位算法。Thereisawiderangeofhighvoltageequipments,includingtransformers,varioustypesofswitchingequipmentarrester,insulationcasing,currenttransformers,voltagetransformersandsoon.Accordingtodifferentstructuralprinciplesofdevices,wetakethecharacteristicsofthemeasuredparameters.Atthepresent,High-voltageequipmentmaintenanceworkinginChinaisdoastherequirementsonaregularbasisforpreventivetestsunderthe"Preventivetestcodeforelectricalequipment"[1].Preventivetestsplayanimportantroledefectlyontimelydetectionanddiagnostic.Butwiththelongerdowntimeperiod,thetraditionalwayandmaintenancemodearefellbehind[1-12].So,considerthedevicestatusbasedonreal-timeandapproachesaboutpredicttrendsbasedonmaintenanceFromthe20thcentury,multi-linecomputermonitoringsystemappearedwhosecoreisdigitalwaveformacquisitionandprocessingtechnology.Weneedadvancedsensors,computersandotherhigh-techtogetmoreonlinemonitoringparameters’datas.Literature[35-37]introducedtheUVapplicationsontemperatureandinsulationmonitoring.Bystudyingthegraphsandthedataofdifferentfaultcondition,wefindtheplacewhereeasytofault.Andthenwecanprovidethemethodsformalfunctionanalysisandoptimalcontrol.Literature[38-42]proposedanewmonitoringmodel,communicationprotocolsandfaultlocationalgorithmbasedonnetworktopology.随着电压等级不断升高，对安全性和可靠性的要求不断升高，状态在线监测面对海量的信息（每种设备的结构特征、性能参数以及运行工况各不一样，而且同一种设备的不同元件也不一样，对于同一故障形式可能有不同的宏观信号体现，同一宏观信号可能反映不同的故障形式）需要新的通信技术、传感技术、网络技术和最优控制的方法。因此，根据高压设备监测系统需要进一步发展现有的理论、模型、方法和算法体系。引入新的计算、通信和传感技术是关键[2-5]。Withhighervoltagelevelandrequirementsofsafetyandreliability,onlinemonitoringhastofaceafloodofinformation(Eachtypeofequipmenthasdifferentstructuralfeatures,performanceparametersandoperatingconditions.What’smore,componentsofthesamekindofequipmentarenotthesame.Forthesamefaulttypemayhavedifferentsignals.Thesamefailuresignalmayreflectdifferentforms).Itneednewcommunicationstechnology,sensortechnology,networktechnologyandoptimalcontrolmethods.Thus,accordingtotheneedsofhigh-voltageequipmentmonitoringsystem,weshouldtodeveloptheexistingtheories,models,methods,andalgorithmsystem.Thekeyistofindnewcounting,communicationsandsensortechnology[2-5].物联网是集成了计算系统、大规模通信网络、大规模传感器网络和控制系统的新型互联系统，具有对大规模物理系统进行实时监视、仿真、分析和优化控制的功能[10-20]。物联网技术能够提高信息化水平，改善基础设施的利用效率。通过物联网，实现变电站高压侧设备故障的定位和自动识别、采集和感知获取高压设备的标识信息、设备自身的属性信息和周边环境信息，借助各种信息传输技术将设备的相关信息聚合到统一的信息网络中，并利用云计算、图像识别、数据挖掘以及语义分析等各种智能计算技术对设备的相关信息进行分析融合处理，最终实现对高压侧设备的高度认知和智能化的决策控制。物联网技术实现了不同的物体之间的交流，能够满足不同形式实体、虚体之间的交流[3-20],更好的实现高压监测对于不同设备、不同控制量需要采取不同方法的要求。InternetofThingsisanewinterconnectionsystemintegratingcomputingsystems,large-scalecommunicationnetworks,large-scalesensornetworksandcontrolsystems.Ithavelarge-scalereal-timemonitoringofphysicalsystems,simulation,analysisandoptimizationofcontrolfunctions[10-20].InternetofThingscanimprovethelevelofinformationtechnologyandtheefficiencyofinfrastructure.ThroughtheInternetofthings,wecanfindthehigh-voltageequipmentfailurelocationquickly.Atthesametime,thesystemcangetautomaticfailureidentification,perceivedaccesstohigh-voltagedeviceidentificationinformation,attributeinformationofthedeviceitselfandthesurroundingenvironmentalinformation.Ultimately,throughavarietyofinformationtransmissiontechnology,alltheinformationareaggregatedintoaunifiedinformationnetwork.Usingcloudcomputing,imagerecognition,datamining,semanticandotheravarietyofintelligentcomputingdevicestorealizetherelevantinformationfusion.whichisimportanttorealizehighercognitiveandintelligentdecision-makingcontrolonhigh-voltageequipment.InternetofThingstechnologyenablescommunicationamongdifferentobjects,exchanginginformationbetweenentityandvirtualbody[3-20].So,InternetofThingsisbettertomeettherequirementsofmonitoringfordifferentdevices,differentcontrolapproaches.本文提出了基于物联网的高压设备监测系统的构架和主要实现的功能。从无线传感器射频技术和信息处理与优化控制两个方面论述了物联网在高压侧设备监测的应用。同时，新的感知设备、仿真算法和安全是基于物联网高压侧设备监测的发展方向。BasedonInternetofthings,thispaperproposedahighvoltageequipmentmonitoringsystem.Throughfrequencywirelesssensorstechnology,informationprocessingandoptimalcontrol,discussestheapplicationonhighvoltageequipment.Meanwhile,thenewperceptionofequipment,simulationalgorithmsandsecurityisthecoretechnologyforhighvoltageequipmentmonitoringsystem.2.基于物联网的高压设备监测系统设计highvoltageequipmentMonitoringsystembasedonIOT2.1监测系统架构MonitoringSystemArchitecture具体来说，物联网是将各类传感器和现有的互联网相互衔接的一个新技术。通过安装信息传感设备，如射频识别（RFID：RadioFrequencyIdentification）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等，将所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理[12-18]。因此，基于物联网的高压设备监测系统由三部分组成：一是高压设备感知部分，即以RFID、传感器为主，实现对“物”的识别。二是数据传输部分，即通过现有的互联网、广电网络、通信网络等融合构成的新时代通信网络实现数据的传输与计算。三是应用部分，即信号的输入输出控制终端。InternetofThings,anewtechnology,InterrelatethevarioustypesofsensorsandtheexistingInternet.Throughinstallinginformationsensingequipments,suchasRFID,infraredsensors,globalpositioningsystem,Laserscannerandsoon,allitemswillbelinkedwiththeIOT.ItconvenienttoIdentifyandmanageallitems[12-18].So,highvoltageequipmentmonitoringsystembasedonIOTconsistsofthreeparts.Thefirstpart,cognitivesomehighvoltageequipment,justmainlybeconsistofRFIDandsensor,toachievethe"object"identification.Thesecondpart,datatransmissionsection,throughtheexistingInternet,radioandtelevisionnetworks,communicationnetworksconstituteanewintegratedcommunicationsnetworkfordatatransmissionandcounting.Thethirdpart,application,isasignalinputandoutputcontrolterminal.基于物联网的高压设备监测系统应该考虑以下几个特点：1）被监测设备位置相对固定，一个设备的宏观监测量的表现形式和通信方式不同。2）无线传感器数量大，信息采集多，，并且有些所在位置很恶劣，为确保节点与节点之间通信准确，需要考虑结点拓扑结构、簇和延时等问题[5-8]。3）设备的外部情况的监测，应考虑监测设备的位置点和监测的视角，确保从视觉上清楚掌握设备外部特征[]。4）被监测的数据分为动态和静态数据，结合射频技术、WISPS与无线传感器实现实时的监测与分析，需要考虑电源的寿命和传输的距离。highvoltageequipmentmonitoringsystembasedonIOTshouldconsiderthefollowingcharacteristics:1)Thelocationofmonitoringequipmentisrelativelyfixed.Themonitoringequipmentmacroperformanceandcommunicationareindifferentways.2)Therearelargenumbersofwirelesssensorsandinformationdata,special,somesensorsinbadlocation.Toensureaccuratecommunicationamongnodes,weneedtoconsidernodetopology,clusteranddelayissues[5-8].3)Forexternalmonitoring,weneedtoconsiderthelocationofmonitoringequipmentandmonitoringview,toensureclearunderstandingofexternalcharacteristics[].4)Themonitoringdataaredividedintodynamicandstaticdata.CombinedwithRFID,WISPSandwirelesssensorstoachievereal-timemonitoringandanalysis,weneedtoconsiderthepowerandthetransmissiondistance.图1.基于物联网高压设备监测系统构架图Figure1.architectureofhighvoltageequipmentmonitoringsystembasedonIOT2.2系统功能分析SystemFunctionalAnalysis实时监控和综合仿真的功能基于物联网高压设备的监测系统如图1所示，高压系统设备的状态通过无线传感器网络和有线网络反馈回监测中心和计算机中心，计算机中心根据来自高压系统设备的实时信息不断修正仿真模型参数以提高仿真精度，仿真结果又将通过监测中心对高压系统实施控制，从而实现相互影响和相互操作。这就相当于，在监测中心和计算机中心中构造了与高压设备信息采集侧同时存在的一个虚拟的系统，两个部分同步变化和相互影响，这也是物联网虚实共存和互操作的特点[2-3]。1.Real-timemonitoringandcomprehensivesimulationcapabilitiesJustasFigure1--architectureofhighvoltageequipmentmonitoringsystembasedonIOT,viawirelesssensornetworksandthewirednetwork,thestatusinformationofhighvoltageequipmentfeedbacktothemonitoringcenterandcomputercenter.Accordingtoreal-timeinformationconstantlyfromhighvoltageequipmentsystem,thecomputercenterrevisedsimulationmodeltoimprovetheaccuracyofsimulationparameters.Thesimulationresultsturnonhighvoltageequipmentsystembymonitoringcenter.Itcanachieveinteractionandinteroperability.Thatistosay,inthemonitoringcenterandcomputercenterweconstructavirtualsystemdoashighvoltageequipmentwhilethecollectinginformation.Thesetowsystemschangesynchronouslyandinfluenceeachother,whichistheapplicationofthecharacteristicsofIOTcalledactualsituationofcoexistenceandinteroperability[2-3].2.海量信息处理功能基于物联网的高压设备监测系统可以解决监测系统信息的“漏斗效应”[8]，漏斗效应即监测的规模越大，数据流量越多，“漏斗”的瓶颈压力也就越大，发生阻滞和拥塞的可能性也越大，将会严重影响变电站的安全。基于物联网高压设备的监测系统功能如图2所示，该系统中按照监测对象的特点，将数据的融合分为数据的初步处理、特征处理和融合处理。初级处理是指采集的数据可以选择性地进行分布式或者中央集控式的存储，在数据处理中，处理的结果可以实时传输到监测中心，也可以进行数据备份，制作历史记录以备查询。特征处理是指根据不同的数据特征，可以把采集的数据按不同需求整理分类，按数据属性、数据包长度、数据内容等多种规则进行分类，通过筛选，有针对性地将有用信息提取出来，屏蔽不需要的数据。融合处理是指基于物联网的高压设备监测确保变电站安全实行的数据关联[6-7]、数据变换和数据加密。2.ProcessingmassiveinformationHighvoltageequipmentmonitoringsystemcansolveInformationmonitoringsystemproblem--"funneleffect”[8].Funnelingeffect,thelargerthemonitor,themoredatatraffic,"funnel"feelmorepressureaswellasbottleneck,thegreaterpossibilityofarrestandthecongestion,itwillseriouslyaffectthesafetyofsubstation.ThefunctionofhighvoltageequipmentmonitoringsystembasedonIOTisjustasFigure2.Inaccordancewiththecharacteristicsofhighvoltageequipments,thedataintegrationisdividedintopreliminarydataprocessing,featureprocessingandfusion.Preliminarydataprocessingreferstothecollecteddataselectivelydistributedorcentralstoragecentralizedcontrollingstyle.Indataprocessing,real-timeprocessingresultsaretransmissiontothemonitoringcenter.Wecanalsobackupdata,makinghistoryforfutureinquiries.Featureprocessingbasedondifferentdatacharacteristic,thedataiscollectedbysortingthedifferentneeds.Accordingtodataattributes,datapacketlength,datacontentandotherrulesofclassification,wetargetedtoextractusefulinformationbyscreening.Fusionisreferedtodataassociating,datatransformationanddataencryption[6-7].Allactionshouldensuresubstationsecurity.3.环境的自组织自适应功能随着电压等级的升高和变电站容量的增大，接入这个系统的监测某些设备很多，比如：智能灰尘[5]等。基于物联网的高压设备监测系统具有物联网的自组织功能[10]，任何一个新的设备接入了系统，监测中心就能获得该设备的各种信息，并且能够随时控制该设备。同时，基于物联网的高压设备监测系统具有物联网的自适应功能，通过传感器的感知和电子标签的管理，掌握设备周边的动态环境采取相对应的措施也就是说该系统能够自动排除各种系统故障(包括监测系统物理故障和信息故障)，保证系统的正常运行。3.Theenvironmentadaptiveself-organizingfeatureWiththeincreasedvoltagegradeandsubstationcapacity,alotofequipmentandmonitoringequipmentaccesstothesystem,suchassmartdust[5].HighvoltageequipmentmonitoringsystembasedonIOThasthefunctionofself-organization[10]aswellasIOT.Anynewdeviceconnectedtothesystem,themonitoringcentercangetalltheinformationofthedeviceandcontrolthedeviceatanytime.Meanwhile,highvoltageequipmentontheInternetofThingsmonitoringsystemwiththeadaptivefunction,perceivedbythesensormanagementandelectronictags,adaptthedynamicenvironmentsurroundingequipment.Thatistosay,accordingtothereal-timeenvironmentinformation,thesystemcanautomaticallyremoveallkindsofsystemfailures(includingfailuretomonitorthephysicalandinformationsystemsfailure),ensuringthenormaloperation.4.移动设备和操作人员的管理功能基于物联网高压设备的监测系统功能如图2所示，接入高压系统的任何一个设备都有可能对安全造成影响。利用物联网，可以实现对移动设备（维修人员）的跟踪管理。移动设备（维修人员）在进入高压系统前在任何一个地点接入物联网进行注册，随着感知技术的发展和电子标签的普及，可以实现即插即用，这就相当于赋予每个移动设备（检修人员）一个临时ID，物联网通过对ID的识别获得该设备的详细信息（基本属性、运行状态、需要面对的服务等）在进入高压系统后，通过无线网络反馈给监测中心。一旦发现异常，监测中心可以解除设备与网络的连接注销移动设备的ID或者采取相应的管理措施。移动设备离开高压侧后，可以在任何一个地方通过物联网进行注销。4.MobileequipmentandoperatormanagementThefunctionofhighvoltageequipmentmonitoringsystembasedonIOTisjustasFigure2.Anydeviceaccessedtohigh-pressuresystemmayaffectsubstationsecurity.UseofInternetofThings,highvoltageequipmentmonitoringsystemcanachievethepurposeofmobiledevices(operator)thetrackmanagement.Withtheperceptionoftechnologyandthepopularityofelectronictags,wecanknowallthethingsweconcerned.Beforeenteringthehighpressuresystem,onceMobileequipment(operator)registeratanylocationthroughIOT,eachmobileequipment(maintenancepersonnel)isgivenatemporaryID.IOTgetthroughtheidentificationofthedeviceIDformoreinformation(basicproperties,runningstate,theservicesneedtoface).Aftermobileequipment(operator)enteringthehighpressuresystem,allinformationthroughthewirelessnetworkbacktothemonitoringcenter.Oncefoundabnormal,monitoringcentercanremovemobileequipmentandnetworkconnections,mobiledeviceIDortakeappropriatemanagement.Mobileequipment(operator)canlog-oninanyplaceifpermitted.5.可扩展的功能物联网作为新一代的网络能够更好的融入不同的网元。在高压设备监测中，需要增加或者拆除某个监测装置故障时，只需要按照物联网的语义重新定义对象或者将对象生成的服务目录删除，对象就可以通过物联网与其他设备取得联系或者拆除。5.ScalabilityfeaturesIOTasanewgenerationofnetworkshasbettercapacitytointegratedifferentnetworkelements.Inhighvoltageequipmentmonitoring,whenaddorremoveamonitoringdevice,wejustneedtofollowthere-definitionthegeneratedobjectastheIOTsemanticsordeletetheobjectdirectoryservice.Objectcangetintouchwithotherdevicesorremovedeasily.图2.基于物联网变压器监测系统功能图Figure2.functionofhighvoltageequipmentmonitoringsystembasedonIOT3.监测系统运行的关键技术3.keytechnology3.1无线传感器射频技术3.1RFIDwithwirelesssensortechnology射频技术(RadioFrequencyIdentification)，常称为感应式电子晶片或近接卡、感应卡、非接触卡、电子标签、电子条码等。其原理为由扫描器发射特定频率的无线电波能量给接收器，用以驱动接收器电路将内部的代码送出，此时扫描器便接收此代码。在物联网中，RFID电子标签中存储着规范而具有互用性的信息，可以通过无线通信网络把信息自动采集到中央信息系统，实现对物品的识别，进而通过开放性的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理[7-11]。RFID,isshortofradiofrequencyidentification,ofteninductivedaselectronicchipsorproximitycards,proximitycards,non-contactcard,electronictags,electronicbarcode.Aspecificfrequencyradioscannertransmitwaveenergytothereceivertodrivethereceivercircuit,thecodewillbesentwithinthistimewillreceivethiscodescanners.RFIDelectronictagsstoringthespecificationsandinteroperabilityinformation,throughwirelesscommunicationnetwork,theinformationautomaticallyarecollectedtocentralinformationsystemtoidentifygoods.Andthenthroughopencomputernetworksforinformationexchangeandsharing,wecanachievetheobjectofthe"transparent"management.1．用于高压设备状态采集的射频技术（RFID）在高压设备监测中，每一个传感器都被赋予一个独一无二的代码EPC（ElectronicProductCode）,将这个代码存储在电子标签中贴在无线传感器上,同时将这个代码所对应的传感器详细信息存储在RFID信息服务系统的服务器中.传感器采集到的信息和代码打包后沿着通信路径流通到各个环节，并最终传送到各个监测单元的接受装置。监测中心通过ONS(对象名解析服务,ObjectNamingService)的解析可获得传感器所属信息服务系统的URI(统一资源标识,UniversalResourceIdentifier),也就是将电子标签所携带的信息包括传感器基本属性（固有信息）、地点信息（所在拓扑网络的位置）和服务信息（面对下一个对象的服务目录）进行分解，实现对状态的自动跟踪和设备故障位置的快速定位。1.RFIDforhighvoltageequipmentmonitoringEachsensorisassignedauniquecodeEPC(ElectronicProductCode).Thiscodeisstoredintheelectronictagattachedtothewirelesssensor.Thesametime,thecodecorrespondingtothesensorinformationstoredintheRFIDserverinformationservicesystem.Informationandcodepackedflowalongthecommunicationpathtoeachlinknode,eventuallytransferredtothemonitoringdeviceunit.MonitoringCenteranalyzesONS(ObjectNamingService)toaccesstosensorinformationservicesystemaboutURI(UniversalResourceIdentifier).Itmeansthattheinformationcarriedbyelectronictags,includingthebasicpropertiesofthesensor(intrinsicinformation),locationinformation(thelocationwherethetopologyofthenetwork)andserviceinformation(facetoanobjectundertheservicedirectory)brokendown.Itcanachievethepurposeofstatusautomatictrackingandfastlocation.2．无线传感器无线传感器网络(WSN)是集信息采集、信息传输、信息处理于一体的综合智能信息系统，具有低成本、低功耗、低数据速率、自组织网络等特点。WSN是由大量分布式智能传感器节点组成的面向任务的无线个人局域网，它融合了微电机技术、数据采集技术、嵌入式计算机技术、现代网络与无线通信技术、分布式信息处理技术、节点节能技术等多个领域的技术[15]。2.WirelesssensorWirelesssensornetwork(WSN)isanintegratedintelligentinformationsystem,whichcancollect,transmitandprocessinformation.IthascharacteristicsofLowcost,lowpower,lowdatarateandself-organizing.WSNhasalargenumberofdistributedintelligentsensorsnodes,usedastask-orientedwirelesspersonalnetwork.Itcombinesmicro-motortechnology,dataacquisition,embeddedcomputertechnology,modernnetworkandwirelesscommunicationtechnology,distributedinformationprocessingtechnology,thenodeenergy-savingtechnologyandotherfieldsoftechnology[15].基于高压设备监测的无线传感器的部署与应用要紧密相关，涉及到了网络结构设计、结点选择及预设等方面，部署策略的研究主要集中在区域覆盖问题和网络连接问题这两方面。图3是经常被引用的一个典型的WSN网络部署[8]，传感器节点在目标区域按照一定策略部署，通过自组织的形式构建网络，每个节点的功能都是相同的，包括了传感器信息采集、射频通信以及由软件实现的路由和数据处理等功能，各个传感器节点将所探测到的有用信息通过初步的数据处理和信息融合之后传出。数据传送的过程是WSN通过Sink节点与外界相连，节点收集的信息通过多跳的方式汇聚到Sink节点，再通过Sink传送给外界，也就是该系统的读写器。DeploymentandapplicationofwirelesssensoriscloselyrelatedtohighvoltageequipmentmonitoringsystembasedonIOT.Itcomedowntothenetworkdesign,nodeselectionandsettings.Thedeploymentstrategyoftheresearchfocusesonregionalcoverageandnetworkconnectionproblems.Figure3isatypicalWSNnetwork[8].Sensornodesdeployedinthetargetareaaccordingtosomestrategicplanning.Andthenallnodesarebuildingthenetworkintheformofself-organization.Soeachnodehasthesamefunction.Forexample,itconcludeinformationcollection,RFIDcommunication,routingsoftwareanddataprocessingfunctions,eachsensornodetransmitusefulinformationthroughthepreliminarydataprocessingandinformationfusion.WSNdatatransferprocessisconnectedwiththeoutsideworldthroughtheSinknode.Nodescollecttheinformationinmulti-hopway,thenalltheinformationgathertoSinknode.Finally,theinformationtransmittotheoutsideworldthroughtheSink,whichisthereaderofthesystem.图3无线传感器网络典型部署Figure3.ThefunctionofRFIDwithwirelesssensortechnology3．物联网中间件(缺图—四层的关系)物联网中间件是联系虚拟网络和物理世界的纽带，其实质是一个软件层能将融合不同的服务并进行简化，因而是物联网应用的基础。在基于物联网的高压设备监测中，各类数据通过物联网中间件融入网络中与监测中心、计算机中心和其他系统取得联系，从而真正实现物联网的物的交流。这些信息在物联网中间件分为三层处理，第一，信息的抽象。每个监测单元的接收装置都被赋予一个IP的同时接收装置收集的信息被表示成属于物联网中间件的语言通过通信协议与虚拟世界进行交流。因此，IP地址的冗余和语义标准是物联网发展的难题。第二，信息管理。根据计算仿真的要求将信息按照主次顺序、时间顺序等特定的规则分类生成信息管理目录。第三，服务组合。按照不同的要求，根据生成的信息目录通过特定的语义定义一个逻辑组合[39]，建立实时数据库.在这层中，任何这样一个复杂的过程都可以用简单的小行为表示，从而实现基于物联网的优化控制。3.MiddlewareMiddlewareistocontactthevirtualnetworkandthephysicalworld。Itsessenceisasoftwarelayerintegrationofdifferentservicesandcanbesimplified,soitisthebasisforapplicationofIOT.ForthehighvoltageequipmentmonitoringsystembasedonIOT,varioustypesofdatathroughmiddlewaregetintouchintothenetworkandmonitoringcenter,computercenterandothersystems.Soitrealizesthepurposeofexchanginginformationbetweenthingsandthings.Thisinformationisdividedintothreetreatmentinmiddleware.First,informationabstract.EachmonitoringunitisgivenareceiverIP,atthesametime,throughcommunicationprotocol,thegatheredinformationarerepresentedtothemiddlewarelanguagetocommunicatewiththevirtualworld.Therefore,theredundancyofIPaddressesandthedevelopmentofsemanticstandardsaretheproblem.Second,informationmanagement.Accordingtotherequirementsofcomputationalsimulation,inaccordancewiththeprimaryandsecondaryorder,chronologicalclassificationofspecificrulesmakeinformationmanagementdirectory.Third,portfolioservice.Accordingtodifferentrequirementsandinformationmanagementdirectory,wedefineaparticularlogicalbythespecificsemantics[39].Creatingareal-timedatabaseisnecessary.Inthislayer,anyacomplexprocesscanbeexpressedwithsimpleacts.ItiscrucialforoptimalcontrolbasedonIOT.4.WISP(wirelessidentificationandsensingplatforms)环境监测WISP是具有RFID标签功能支持遥感与计算的设备，是物联网和射频技术发展的产物。现在国外主要只用于监测光、温度、加速度、压力物理量。……..WISP本身是一个16位的微处理器，它可以抽样采集，将传感器的数据和计算后的报告返回到RFID信息接受器[10-11]。它具有以下三个特点：1）10英尺的传输距离2）低功耗微处理器3）实时时钟信息WISP结合无线传感器和RFID的优点，能够从静态的电子标签处理逐步向动态数据信息的处理，实现实时数据与电子标签的沟通，这样就可以减少监测设备的使用，减少设备的投资，因此大范围的使用WISP也是未来无线传感器技术和RFID技术结合的发展方向。4.WISP(wirelessidentificationandsensingplatforms)WISPstandsforWirelessIdentificationandSensingPlatform.Theterm"Identification"comesfrom"RadioFrequencyIdentification"(RFID).WISPshavethecapabilitiesofRFIDtags,butalsosupportsensingandcomputing.LikeanypassiveRFIDtag,WISPispoweredandreadbyastandardoff-the-shelfRFIDreader,harvestingthepoweritusesfromthereader'semittedradiosignals.WISPshavebeenusedtosensequantitiessuchaslight,temperature,acceleration,strainandliquidlevel.MostoftheworkonWISPsofarhasinvolvedsingleWISPsperformingsensingorcomputingfunctions.WethinkthenextphaseofWISPworkwillinvolvetheinteractionofmanyWISPsbasedonIOT,andthusallowanexcitingexplorationofanewbattery-freeformofwirelesssensornetworking.WISPsarepoweredbyharvestedenergyfromoff-the-shelfUHFRFIDreaders.AWISPisjustanormalEPCtag,butinsidetheWISP,theharvestedenergyisoperatinga16-bitgeneralpurposemicrocontroller[10-11].Themicrocontrollercanperformavarietyofcomputingtasks,includingsamplingsensors,andreportingthatsensordatabacktotheRFIDreader.WISPscanwritetoflashandperformcryptographiccomputations.Furthermore,WISPshavethesefeatures:upto10feetrangewithharvestedRFpower,Ultra-lowpowermicrocontrollerandReal-timeclock.WISPcombinedtheadvantagesofwirelesssensorsandRFID.ItcanmaketheRFIDtagsdatafromstatictodynamicstepbystep,exchangereal-timedatabyelectronictags.TheblockdiagramoftheWISPplatformjustasFigure6[].Thiscanreducetheuseofmonitoringequipmentsandequipmentinvestment.Therefore,inthefuture,WISPisusedwidely.AnditwillgoodcombinewirelesssensortechnologyandRFIDtechnology.Figure6.blockdiagramoftheWISPplatform3.2信息处理与优化控制3.2InformationProcessingandOptimalControl高压设备监测系统的监测中心是以计算机、通信、网络等技术为基础，操作人员在监测中心通过计算机界面可以了解高压设备的运行工况和参数，实现对高压设备的监视和控制。随着物联网技术的应用，高压设备监测系统可以实现物联网“分布与集中”的优化协调和远程控制。High-voltageequipmentmonitoringcenterisbasedonthecomputer,communications,networks,andothertechnology.Inthemonitoringcenter,operatorscanunderstanddeviceoperatingconditionsandparametersthroughthecomputerinterfacetomonitorandcontrolhighvoltageequipments.WiththeIOT,high-voltageequipmentmonitoringsystemcanachievethepurposeof"thedistributionandconcentration",optimalcoordinationandremotecontrol.基于物联网的高压设备监测增强对高压系统的控制能力，计算机中心分布处理来自整个区域所有数据，数据的种类多，数据量大，对分析和仿真的实时性要求很高，因而计算机中心必须具备很高的计算仿真能力。考虑基于大规模分布式计算技术框架云计算[18]来构建计算平台。将高压侧设备监测的所有资源通过物联网筑成了一个庞大的资源库，云计算根据仿真计算的要求，从这个庞大的资源池中申请所需要的相应设备的实时数据、图像和温度等用来部署应用。这也与物联网要求实现集中控制和分散控制相结合的要求正相吻合[3]。BasedonIOT,high-voltageequipmentmonitoringsystemenhanceabilitytocontrolthe,high-voltageequipmentsystem.Computercenterprocessallthedatafromentireregiondistributive.Sotherearemanykindsofdataandlargeamountofdata.Itcallsforhighdemandingofanalysisandreal-timesimulation,sothecomputercentermusthaveahighcapacityofcomputingsimulation.Weconsiderthelarge-scaledistributedcomputingframeworkbasedoncloudcomputingtobuildacomputingplatform[18].Weneedtogatherallmonitoringresourcesofhigh-voltageequipmenttobuildahugeresourcelibrary.Basedontherequirementsofsimulation,cloudcomputingtakeinformationofappropriateequipmentaboutreal-timedata,imagesandtemperaturefromthisvastpoolofresources.ItalsorequirescentralizedcontrolanddecentralizedcontrolaswellasIOT[3].表1.高压设备常用主要监视量设备监测量变压器溶解气体分析、局部放电、铁芯接地电流、套管绝缘、振动频谱等电容性设备绝缘、电容电流、电容量及变化值、介损tan值等避雷针全电流、阻性电流、容性电流、泄漏电流、动作次数等断路器SF6气体密度、局部放电监测、断路器动作特性监测等GIS设备SF6气体密度、局部放电监测、断路器动作特性等Table1.principalmonitoringofhigh-voltageequipmentequipmentprincipalmonitoringTransformerDissolvedgaspartialdischargeCoregroundcurrentPipeinsulationVibrationspectrumCapacitiveEquipmentinsulationCapacitivecurrentvalueofcapacitancetanLightningrodFullcurrentResistivecurrentCapacitivecurrentLeakagecurrentActiontimesBreakerGasdensityofSF6PartialdischargemonitoringcircuitbreakersfeatureGISGasdensityofSF6Partialdischargemonitoringcircuitbreakersfeature基于物联网的计算机中心的高压设备监测数据仿真计算中，首先需要通过实验研究和现场大量测试，分析各类设备哪些部位容易出现不正常的或者不良现象，分析其发生机理，总结得到大量典型的图谱、样本和数据模型并建立相应的数据库，形成相应的评估规则。利用物联网的信息聚合技术将海量的信息在传输数据的同时对数据进行并行处理、传输和融合[19]。高压侧设备的信息处理需要从信息的本质层面来进行分析处理。高压侧采集的数据图像是一些离散的大量冗余的数据，通过初级处理、特征处理、融合处理后与相应的评估规则作比较，正常时不再向监测端传输具体的数据和图像，仅传送正常的结果；异常时显示计算机中心的分析结果和告警信号，将具体的数据和图像送到监测端。计算机中心需要采用以带时标信息的方式记录重要状态信息的变化，为分析高压设备故障提供依据。当高压设备发生异常时，会产生大量信息，按照时序顺序纪录数据和图像，然后按照一定的算法进行故障分析或者排查原因或者消除隐患。高压设备的电气信号可通过高压设备的各类传感器和高压设备WISP环境监测获得，一些通过电气信号难以检测的运行状态，如变压器漏油、高压套管裂纹、火灾和盗窃等外部情况，可借助于摄像头、红外、紫外等技术来监测[25-26]。BasedonIOT,highvoltageequipmentdatasimulationsneedalargenumberofexperimentalstudiesandfieldtests.Whatpartsofvarioustypesofequipmentpronetoabnormaloradversephenomenon,themechanismofitsoccurrence,weshouldsumupaftertestingalargenumberoftypicalpatterns,samplesanddatamodel.Finally,wedevelopacorrespondingdatabaseandthecorrespondingevaluationrules.TheuseofinformationaggregationtechnologyofIOT,themassofinformationofdatacanbehandledparallelinginthetransmissionaswellasintegration[19].WEneedanalyzethenatureofinformation.Alltheinformationincludeslargenumberofdiscreteredundancydata.Throughthepri