【文章內(nèi)容簡介】 個世紀60、70年代，自從美國國家投入巨大的人力物力開發(fā)在線監(jiān)測為前提的狀態(tài)檢修與報警技術(shù)以來，設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測與報警技術(shù)的研究和開發(fā)應(yīng)用相繼在眾多相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域開展起來。在線監(jiān)測是通過各種在線監(jiān)測的傳感器，即各種在線監(jiān)測技術(shù)，在不影響監(jiān)測設(shè)備正常運行與工作的前提下實時的獲取運行設(shè)備的相關(guān)狀態(tài)信息，它是狀態(tài)監(jiān)測的重要信息獲取源。目前狀態(tài)監(jiān)測主要包括實時在線監(jiān)測、必要時的離線檢測及報警，以及與運行設(shè)備不直接接觸的在線監(jiān)測技術(shù)，如紅外監(jiān)測、全球定位系統(tǒng)(global positioning system,GPS)巡檢等。設(shè)備狀態(tài)在線診斷是以在線監(jiān)測的結(jié)果對報警的類型、相關(guān)位置、引起原因及嚴重程度做出判斷，并預(yù)測出設(shè)備繼續(xù)運行的狀態(tài)以及給出維修策略和改進方法的建議。顯然在線診斷系統(tǒng)就要要求在線監(jiān)測系統(tǒng)必須具備能夠反映多種特征量(單一特征量很難滿足實際要求)的監(jiān)測功能。因此，功能強大，具有智能化診斷以及預(yù)測的專家軟件成了研究的重點和難點。輸電線路的在線監(jiān)測是通過安裝在監(jiān)測設(shè)備上的各種傳感器來狀態(tài)記錄設(shè)備，并將結(jié)果反映給監(jiān)控臺，來實現(xiàn)輸電線路設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)檢修的技術(shù)。狀態(tài)檢修無論是從理論上還是從實際效果上講都比預(yù)防檢修層次更高的技術(shù)。狀態(tài)檢修的依據(jù)是設(shè)備的實際運行情況，根據(jù)其在運行狀況下各種特性參數(shù)的實時變化，通過分析、比較來確定輸電線路是否需要檢修，以及需要檢修的項目，內(nèi)容和位置，具有很強的針對性和實時性。狀態(tài)監(jiān)測則作為狀態(tài)檢修決策的依據(jù)[38]。Fig State monitoring of transmission line到目前位置，導(dǎo)線溫度及動態(tài)增容在線監(jiān)測系統(tǒng)、輸電線路氧化鋅避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)、輸電線路覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)、輸電線路絕緣子污穢在線監(jiān)測系統(tǒng)、輸電線路覆冰在線監(jiān)測系統(tǒng)、輸電線路防盜報警監(jiān)測系統(tǒng)、輸電線路遠程遙視監(jiān)控系統(tǒng)、輸電線路氧化鋅避雷器在線監(jiān)測系統(tǒng)、輸電線路驅(qū)鳥裝置等在線監(jiān)測技術(shù)已逐步在電力系統(tǒng)中得到應(yīng)用[39]。輸電線路覆冰在線監(jiān)測是輸電線路狀態(tài)在線監(jiān)測中很重要的一部分，本文根據(jù)實際輸電線路的實時運行情況，提出了基于力學(xué)測量的輸電線路覆冰在線監(jiān)測與預(yù)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)通過安裝在輸電線路上的張力傳感器，角度傳感，溫度傳感器，風(fēng)速風(fēng)向傳感器，濕度傳感器等，實時采集輸電線路張力，傾斜角度，環(huán)境溫度，風(fēng)速，濕度等數(shù)據(jù)，再通過CDMA(GPRS)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至Internet網(wǎng)絡(luò)，并通過Internet網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)最終傳輸至電力系統(tǒng)的控制中心?？刂浦行膬?nèi)的計算機系統(tǒng)對采集到的輸電線路的張力，傾斜角度，環(huán)境溫度，風(fēng)速，風(fēng)向，濕度等數(shù)據(jù)進行處理，由專家軟件計算得出輸電線路導(dǎo)線覆冰等效厚度值[4057]。Fig Structure of icing monitoring system 此外，對輸電線路進行視頻監(jiān)控可以對輸電線路進行24小時全天監(jiān)測，實時從視頻上觀察線路上雨雪降落以覆冰的情況，為電力系統(tǒng)工作人員判斷覆冰的變化趨勢提供直觀依據(jù)。當然，因為預(yù)測只作為一種輔助決策的措施，再加上預(yù)測具有誤差性，所以預(yù)測只作為電力系統(tǒng)工作人員判斷未來覆冰變化趨勢的一種輔助措施。在實際的電力系統(tǒng)中，對輸電線路這些狀態(tài)參數(shù)進行實時監(jiān)視，可以對輸電線路的潛在危險作出及時預(yù)警并提前采取措施以避免事故發(fā)生而帶來的巨大損失，是提高電力系統(tǒng)運行可靠性和安全性的必然需要，具有很重要的意義。專家系統(tǒng)強調(diào)利用領(lǐng)域?qū)＜业膶ｉT的知識來求解那些需要該方面專家才能有效解決問題的專業(yè)知識。所以，一個專家系統(tǒng)的兩個核心部分的組成：存放專門知識的知識庫和利用該知識庫實現(xiàn)解決這些問題的推理機。專家知識包括求解問題與問題解決方法有關(guān)的定義、事實和各種為該領(lǐng)域技術(shù)人員所共同認可和一致接受的理論、方法，這樣的共識一般可以在教科書或者其它文獻中查找到，所以稱這些知識為共性知識。而那些在已發(fā)表的論文材料或是其他文字材料中難以找到，是專家憑經(jīng)驗或憑直覺獲得的經(jīng)驗知識，我們稱這些知識為啟發(fā)式知識。這種啟發(fā)式知識是專家所特有的特性知識，它們是專家進行高水平問題和高難度問題求解的關(guān)鍵所在。知識的采集和知識庫的建立往往是建造一個專家系統(tǒng)的核心任務(wù)所在。因為這涉及到獲取知識手段的兩大問題：選擇合適的知識表示方法來組織知識庫和運用合適的知識獲取知識。知識庫獲取模塊還應(yīng)能夠把專家系統(tǒng)進行實際問題求解過程中的步驟和解決效果記錄下來，歸納成知識再次添加到到知識庫中形成新的知識或者對知識庫已有的知識進行修改，自動調(diào)節(jié)、完善，這就是我們通常所說的自動學(xué)習(xí)能力或是自我學(xué)習(xí)能力。而交互式實現(xiàn)的知識修改、擴充，完善，稱之為交互式知識獲取。知識庫、知識獲取模塊、推理機，以及專家系統(tǒng)與專家和用戶交換信息的人機接口、用來存放具體問題數(shù)據(jù)庫和求解問題過程中相關(guān)信息的數(shù)據(jù)庫一起，構(gòu)成了一個專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)更為完整的專家系統(tǒng)還應(yīng)該包擴一下幾個方面的處理能力:（1）人機接口上含有用于系統(tǒng)同專家和用戶交換信息的自然語言處理模塊和圖形、表格處理模塊，使得專家和用戶能以盡可能方便，容易，自然、輕松的方式實現(xiàn)信息輸入和結(jié)果輸出。 （2）知識庫的組織和維護需要有一個專門的知識庫維護模塊或知識庫管理模塊來對知識庫進行組織和維護，以此來實現(xiàn)對知識庫中矛盾的知識、冗余的知識和新加入的知識進行管理和維護，同時實現(xiàn)知識的存儲、共享。專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示:Fig. expert system structure schematic drawing專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和基于算法實現(xiàn)的程序的主要不同在于:（1）專家系統(tǒng)中知識庫中知識和推理機是相對獨立的，這樣便于實現(xiàn)知識庫中知識的修改，完善和擴充，而在傳統(tǒng)程序中二者是一個整體，融和在程序中，所以傳統(tǒng)程序系統(tǒng)中知識的完善只能靠修改程序的方式來實現(xiàn)。（2）專家系統(tǒng)中知識獲取模塊和相應(yīng)的知識庫維護模塊能夠在非代碼控制狀態(tài)下不斷改進、完善，進而改進實現(xiàn)專家系統(tǒng)性能的提高。（3）專家系統(tǒng)中解釋機制能夠完整的給出問題求解過程的完整說明，強調(diào)了專家系統(tǒng)對非專家用戶的透明性，增加了專家系統(tǒng)的實用性。（4）專家系統(tǒng)主要面向非計算機專業(yè)的非專家用戶，因此專家系統(tǒng)追求自然、易于表述的人機接口的設(shè)計模式。（5）專家系統(tǒng)強調(diào)符號推理和啟發(fā)式知識的綜合使用，這也是整個人工智能求解問題同基于算法設(shè)計的傳統(tǒng)程序解決問題的根本區(qū)別。專家系統(tǒng)的核心內(nèi)容就是知識，總體來說，知識庫中知識的數(shù)量和質(zhì)量是一個專家系統(tǒng)性能是否優(yōu)越于其他專家系統(tǒng)的關(guān)鍵性因素所在。因此專家系統(tǒng)建立的關(guān)鍵就在知識庫的建立。知識庫建立的兩個關(guān)鍵技術(shù)是：知識的完整獲取和知識的完整表示。專家系統(tǒng)中另一主要組成部分是：推理機設(shè)計，而推理機的設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)就在于基于知識的推理。知識獲取是指從某個具體問題或某些數(shù)據(jù)源獲取專家系統(tǒng)中解決這類問題所需要的專門知識。知識表示是關(guān)于各種存儲知識的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及對這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的解釋說明過程。它主要研究這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中含有語義信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以便在這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)知識存儲，進而來收件開發(fā)各種操作這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的推理過程，使這些知識的表示和這些知識的運用控制以及新知識的獲取相融和，相協(xié)調(diào)。一個性能卓越的專家系統(tǒng)的知識表示方法選取得合適不僅考慮到這些知識的有效存儲，而且也有助于提高專家系統(tǒng)的知識推理能力以及對新知識的獲取能力?；谥R的推理是指針對用戶的具體問題，選擇并運用知識庫中的知識以實現(xiàn)具體問題具體分析解決的過程。推理涉及的兩個基本問題：推理方向選擇和具體方法的選擇。掌握了專家系統(tǒng)中知識獲取、知識表示和知識推理等基本技術(shù)以后，我們可以著手實際專家系統(tǒng)的建立。專家系統(tǒng)的建立同基于算法的傳統(tǒng)軟件的設(shè)計開發(fā)在實現(xiàn)上的基本區(qū)別在于，專家系統(tǒng)的建立都是漸增式的，就是通過知識庫中知識從小到大，從不完善到完善，從不豐富到豐富的逐步擴充、改進，完善，專家系統(tǒng)要不斷地進行驗證、評價、專家認可，最終才能成為一個可以使用的專家系統(tǒng)。一個專家系統(tǒng)的建立通常按照三個步驟:初步設(shè)計，開發(fā)原型系統(tǒng)，知識維護。（1）監(jiān)測點 監(jiān)測點的基本信息表（MPInfo，MP為 monitory point的簡寫），記錄了監(jiān)控點基本信息：字段名數(shù)據(jù)類型缺省值空值含義MP_IDChar（15）Not監(jiān)控點編號Line_IDChar（15）Not所屬線路編號MP_ LongitudeFloatNot監(jiān)測點經(jīng)度MP_dimensionalityFloatNot監(jiān)測點緯度Main_HighIntNot主桿塔高Sub1_HighIntNot副桿塔1高Sub2_HighIntNot副桿塔2高Sub1_distanceIntNot副桿塔1檔距Sub2_distanceIntNot副桿塔2檔距MP_MonitorIntNot監(jiān)控點維護人（2）線路 線路基本信息表（LineInfo），記錄線路的基本信息：字段名數(shù)據(jù)類型缺省值空值含義Line_IDChar（50）Not線路編號Line_NameVarchar（50）Not線路名Line_longIntNot線路長度Line_AreaDoubleNot導(dǎo)線橫截面積Line_DiameterDoubleNot導(dǎo)線直徑Line_StyleVarchar（50）Not導(dǎo)線類型Line_VoltageChar（20）Not線路電壓等級（3）維護人員 維護人員基本信息表（workInfo），記錄了維護人員的基本信息：字段名數(shù)據(jù)類型缺省值空值含義Worker_IDChar（10）Not維護人員編號Worker_NameVarchar（10）Not維護人員姓名Worker_SexChar（2）Not維護人員性別Worker_AgeIntNot維護人員年齡Worker_EntryDatetimeNot維護人員入職時間（4）環(huán)境因素信息 環(huán)境信息表（EnvirInfo），記錄著監(jiān)測點監(jiān)測到的環(huán)境變量的信息：字段名數(shù)據(jù)類型缺省值空值含義DTDatetimeNot監(jiān)測時間MP_IDChar（15）Not監(jiān)測點編號WetIntNot濕度RainFloatNot降雨量WindSpeedFloatNot風(fēng)速Wind_DirectionChar（4）無Not風(fēng)向PresureFloatNot壓強（5）覆冰厚度 覆冰厚度信息表（Ice_thickness_Info），記錄覆冰的具體信息：字段名數(shù)據(jù)類型缺省值空值含義DTDatetimeNot覆冰時間ThicknessFloat0覆冰厚度Alarm_LevelChar（10）Not報警級別（6）報警 報警信息（AlarmInfo），記錄著報警的相關(guān)設(shè)置：字段名數(shù)據(jù)類型缺省值空值含義Alarm_LevelChar（10）Not報警級別MaxThicknessFloatNot最大覆冰厚度根據(jù)知識表示，建立一個知識庫，也就是我們經(jīng)常所說的數(shù)據(jù)庫。推理規(guī)則:1，If 覆冰厚度大于設(shè)置的報警閾值THEN 發(fā)出報警信息2，IF 出現(xiàn)新的覆冰信息THEN 記錄覆冰信息3，IF 覆冰信息未在監(jiān)控隊列THEN 新添加一個監(jiān)控信息，并實施監(jiān)控4，IF 覆冰信息已經(jīng)在監(jiān)控隊列中THEN 刪除這次新建監(jiān)控請求5，IF 覆冰厚度大于一級報警閾值THEN 發(fā)出一級報警6，IF 覆冰厚度大于二級報警閾值THEN 發(fā)出二級報警7，IF 覆冰厚度大于三級報警閾值THEN 發(fā)出三級報警8，IF 覆冰厚度低于設(shè)置低于最低值THEN 將這個監(jiān)控任務(wù)從監(jiān)控隊列中刪除設(shè)計知識庫的界面編輯功能，操作員可在操作界面上維護知識庫，包括增加或者刪除監(jiān)控任務(wù)，查看覆冰厚度和處理報警信息。監(jiān)控任務(wù)、覆冰厚度、:，監(jiān)控隊列，覆冰厚度，報警之間的關(guān)系圖某一覆冰厚度只屬于某一區(qū)域，但是隨之覆冰厚度的變化，他所屬的區(qū)域有可能發(fā)生邊化，：覆冰厚度的變化可以從無報警區(qū)到報警區(qū)，也可以同樣可以從報警區(qū)到無報警區(qū)，：第三章 輸電線路覆冰計算模型和預(yù)測模型本文在上一章中對輸電線路覆冰的在線監(jiān)測與預(yù)測系統(tǒng)的總體方案進行了詳細的設(shè)計，而輸電線路覆冰厚度的計算模型是其中的關(guān)鍵，預(yù)測則為決策者進行下一步的方案的設(shè)計提供依據(jù)，同樣也很重要。本章針對所提出的通過導(dǎo)線張力及絕緣子串傾斜角的測量來對輸電線路覆冰厚度進行監(jiān)測的方法，對導(dǎo)線覆冰載荷進行力學(xué)分析，建立以導(dǎo)線水平張力、絕緣子串傾角和絕緣子串張力、垂直偏斜角為基本特征參數(shù)計算輸電線路導(dǎo)線覆冰厚度的模型。同時，建立一個BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以溫度、濕度、雨量、風(fēng)力、風(fēng)向，壓強為特征向量，來進行覆冰厚度的計算。輸電線路導(dǎo)線作為一種柔性物體，其特點是不承受彎矩和壓力，只承受應(yīng)拉力。對輸電線路導(dǎo)線的各參數(shù)計算理論主要包括懸鏈線理論和拋物線理論[5862]。1986年Rumelhart和MC Clelland提出了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差反向傳輸?shù)膶W(xué)習(xí)算法,從原則上解決了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不易訓(xùn)練的問題,使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有了很強的運算能力,其應(yīng)用范圍大大拓寬。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之所以受到眾多專家的普遍關(guān)注,是由于它自身具有本質(zhì)的非線性特征、可以對不明確或是不確定系統(tǒng)經(jīng)行學(xué)習(xí)和行處理能力，適合于對復(fù)雜系統(tǒng)和對象的控制,在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。懸鏈線理論認為架空導(dǎo)線載荷是沿線長方向均勻分布的。