CN111123248A - 终端实时位置定位方法和系统、终端全生命周期监控方法和系统 - Google Patents

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CN111123248A CN201911230956.XA CN201911230956A CN111123248A CN 111123248 A CN111123248 A CN 111123248A CN 201911230956 A CN201911230956 A CN 201911230956A CN 111123248 A CN111123248 A CN 111123248A
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赵渊
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孙志
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李宜恒
潘靖
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Abstract

本发明提供的终端实时位置定位方法和系统、终端全生命周期监控方法和系统,包括:采集终端的初始位置信息,通过终端实时位置定位方法采集终端的当前位置信息和信号强度信息;根据终端的初始位置信息和信号强度信息训练分类器模型,得到终端位置是否异常的二分类器模型;将待测终端的当前位置信息和信号强度信息输入分类模型中,通过softmax网络来进行分类结果的提取;当终端的位置、信号强度出现异常时,给相关人员发出告警提示;本发明能够及时准确的收集终端的实时位置信息,当终端位置出现异常时,发出告警提示,提高了终端日常维护工作效率。

Description

终端实时位置定位方法和系统、终端全生命周期监控方法和 系统
技术领域
本发明属于计量自动化终端的技术领域,具体涉及一种终端实时位置定位方法和系统、终端全生命周期监控方法和系统。
背景技术
随着国家电网和南方电网大力建设智能电网建,计量自动化终端的使用也越发广泛。在提高电网电量自动化采集方面,计量自动化终端起到了巨大推动作用,与此同时,数量巨大的计量自动化终端对管理和维护也提出了更高的要求。随着城市建设脚步逐步加快,供电设备时常会出现位置迁移,而传统利用人工或离线电子标记的方法,已经无法满足当前快速发展的需求,如何实时监控终端位置变化已成为当前电网运维的重要挑战之一。当电网计量设备需要日常维护或出现故障时,如何快速定位计量终端也是提高智能电网整体运行效率的关键因素之一。由于计量自动化终端数量较多,如何在管理成本与运行效益间平衡,也是影响整体计量终端运行效果的重要因素之一。因此,从电网可靠运行和高效维护出发,对计量自动化终端位置提供全生命周期的监控是十分重要的。
影响终端位置的因素较多,既包含规划内的位置迁移,例如由于整体计量设备的维修和更新等,也包括计划外的位置迁移,例如设备丢失、破损等,还包括由于通讯信号质量无法传输更新位置信息等。因此,对于计量自动化终端整体系统来说,及早发现计量自动化终端位置异常并确定导致该问题的实际原因是具有重要的实际意义。现有的计量自动化终端位置监控相关方法主要根据数据来源分别提供管理,方法主要有:(1)、设备管理,针对计量自动化设备提供管理流程,具备设备维护的管理流程;但是,缺少位置实时监控和信息融合能力;(2)、位置监控,针对计量自动化设备提供位置监控服务,具备设备位置实时采集能力。但是,缺少位置异常分析能力。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足,所要解决的技术问题为:提供一种终端实时位置定位方法和系统、终端全生命周期监控方法和系统,能够及时收集终端的实时位置信息,当终端位置出现异常时,发出告警提示。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:终端实时位置定位方法,包括:
S101、终端采集附近三个基站信息,所述基站信息包括:基站位置信息、编号信息及终端与每个基站之间的信号强度信息;
S102、将采集到的基站信息发送至基站服务器;
S103、基站服务器将接收到的基站信息利用三点定位算法计算终端的实时位置信息;
S104、将终端的实时位置信息和与之对应的信号强度信息经加密后发送至计量自动化主站,计量自动化主站解密后存储至主站服务器。
优选地,所述基站服务器将接收到的基站信息利用三点定位算法计算终端的位置信息,具体包括:
S1031、根据RSSI测距公式(1),将终端与每个基站之间的信号强度信息转换为距离信息:
Figure BDA0002303535090000031
式(1)中:di为终端与基站之间的距离;RISSi为终端与基站之间的信号强度信息,为负数,abs为其取绝对值函数;A为终端与基站相隔1m时的信号强度信息的绝对值,n为环境衰减因子;
S1032、利用最小二乘法,求解满足公式(2)的最优坐标位置,即终端的坐标位置;
Figure BDA0002303535090000032
式(2)中:(x0,y0)为终端的坐标位置信息;(xi,yi)为基站的坐标位置信息。
优选地,所述终端实时位置定位方法,还包括:
将终端的实时位置信息存储至主站服务器内的终端位置数据库;
将终端的信号质量信息存储至主站服务器内的信号质量数据库。
相应地,终端实时位置定位系统,包括:
第一采集单元:通过终端采集附近三个基站信息,所述基站信息包括:基站位置信息、编号信息及终端与每个基站之间的信号强度信息;
第一通信单元:用于将采集到的基站信息发送至基站服务器;
处理单元:基站服务器将接收到的基站信息利用三点定位算法计算终端的实时位置信息;
第二通信单元:用于将终端的实时位置信息和与之对应的信号强度信息经加密后发送至计量自动化主站,计量自动化主站解密后存储至主站服务器。
优选地,所述处理单元包括:
转换单元:根据RSSI测距公式,将终端与每个基站之间的信号强度信息转换为距离信息;
计算单元:根据三个基站的位置信息及终端与每个基站之间的信号强度信息转换为距离信息,利用最小二乘法,计算得到终端的实时位置信息。
优选地,还包括:
第一存储单元:用于将终端的实时位置信息存储至主站服务器内的终端位置数据库;
第二存储单元:用于将终端的信号质量信息存储至主站服务器内的信号质量数据库。
终端全生命周期监控方法,包括:
S201、采集终端的初始位置信息;
S202、通过如上所述的终端实时位置定位方法采集终端的当前位置信息和信号强度信息;
S203、根据终端的当前位置信息和信号强度信息训练分类器模型,得到终端位置是否异常的二分类器模型;
S204、将待测终端的当前位置信息和信号强度信息输入分类模型中,通过softmax网络来进行分类结果的提取,即是否存在位置异常;
S205、当终端的位置、信号强度出现异常时,给相关人员发出告警提示。
优选地,所述终端全生命周期监控方法,还包括:将终端的初始位置信息存储至主站服务器内的终端位置数据库。
相应地,终端全生命周期监控系统,包括:
第二采集单元:用于采集终端的初始位置信息;
第三采集单元:采集终端的当前位置信息和信号强度信息;
分类模型建立单元:根据终端的当前位置信息和信号强度信息训练分类器模型,得到终端位置是否异常的二分类器模型;
位置信息融合单元:将待测终端的当前位置信息和信号强度信息输入分类模型中,通过softmax网络来进行分类结果的提取,即是否存在位置异常;
告警单元:当终端的位置、信号强度出现异常时,给相关人员发出告警提示。
优选地,所述的终端全生命周期监控系统,还包括:第三存储单元:用于将终端的初始位置信息存储至主站服务器内的终端位置数据库。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
1、本发明通过终端自带的4G通讯模块查询邻近基站信号强弱,利用三角定位方法,根据基站坐标信息,计算终端当前位置,同时记录相关信号质量信息,不仅提高终端的定位准确性和可靠性,还提高了终端日常维护工作效率,进而保障整体计量自动化系统的整体可靠性。
2、基站服务器将终端的实时位置信息和与之对应的信号强度信息经加密后发送至计量自动化主站,计量自动化主站解密后存储至主站服务器;本发明的主站服务器扩充现有终端通讯规约,增加终端位置信息、信号强度采集项,增加AndroidOS接口服务程序,能够主动请求终端的位置信息/信号强度、被动接收终端上报位置信息/信号强度和移动App上报位置信息,主站服务器还可按照终端的行政区划、逻辑地址、终端IP,建立终端档案、终端位置信息、SIM卡档案、SIM卡位置信息的关联关系;提高数据传输的安全性和整体计量自动化系统的可靠性。
3、本发明能够及时、准确地收集、整合终端位置关联信息,通过融合技术及早预防、发现终端位置的异常变化,在终端位置异常时,根据终端物理位置变化、终端通讯信号异常两个原因,利用地理信息系统提供地图信息,当终端物理位置超越规定范围时给出告警,当终端所在位置的信号质量异常时给出告警,进而提高终端在线可靠性,及早发现计量自动化终端位置异常并确定导致该问题的实际原因,提高系统的整体可靠性,降低设备的离线率,缩短了设备的维修时间。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明;
图1为本发明实施例一提供的终端实时位置定位方法的流程图;
图2为本发明实施例一提供的终端实时位置定位系统的结构示意图;
图3为本发明实施例二提供的终端实时位置定位系统的结构示意图;
图4为本发明终端实时位置定位系统中获取终端地理位置的逻辑示意图;
图5为本发明实施例一提供的终端全生命周期监控方法的流程图;
图6为本发明实施例一提供的终端全生命周期监控系统的结构示意图;
图7为本发明终端全生命周期监控方法的监测数据流向结构图;
图8为本发明终端全生命周期监控方法的位置异常分类模型结构图;
图中:101为第一采集单元,102为第一通信单元,103为处理单元,1031为转换单元,1032为计算单元,104为第二通信单元,105为第一存储单元,106为第二存储单元,201为第二采集单元,202为第三采集单元,203为分类模型建立单元,204为位置信息融合单元,205为告警单元,206为第三存储单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例;基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种终端实时位置定位方法,图1是其实施例一的流程图,如图1所示,终端实时位置定位方法:包括:
S101、终端采集附近三个基站信息,所述基站信息包括:基站位置信息、编号信息及终端与每个基站之间的信号强度信息;
S102、将采集到的基站信息发送至基站服务器;
S103、基站服务器将接收到的基站信息利用三点定位算法计算终端的实时位置信息;
S104、将终端的实时位置信息和与之对应的信号强度信息经加密后发送至计量自动化主站,计量自动化主站解密后存储至主站服务器。
进一步地,所述基站服务器将接收到的基站信息利用三点定位算法计算终端的位置信息,具体包括:
S1031、根据RSSI测距公式(1),将终端与每个基站之间的信号强度信息转换为距离信息:
Figure BDA0002303535090000081
式(1)中:di为终端与基站之间的距离;RISSi为终端与基站之间的信号强度信息,为负数,abs为其取绝对值函数;A为终端与基站相隔1m时的信号强度信息的绝对值,n为环境衰减因子;
S1032、利用最小二乘法,求解满足公式(2)的最优坐标位置,即终端的坐标位置;
Figure BDA0002303535090000082
式(2)中:(x0,y0)为终端的坐标位置信息;(xi,yi)为基站的坐标位置信息。
进一步地,所述终端实时位置定位方法,还包括:
将终端的实时位置信息存储至主站服务器内的终端位置数据库;
将终端的信号质量信息存储至主站服务器内的信号质量数据库。
本实施例在终端采集附近三个基站信息之前,需通过终端内的4G通信模块自动连接到运营商的移动网络,通过终端内的4G通信模块自动查询和扫描周边的4G基站信息,并将基站信息发送至基站服务器,基站服务器根据RSSI测距公式(1),将终端与每个基站之间的信号强度信息转换为距离信息,利用最小二乘法,得到终端的坐标位置信息,基站服务器将终端的实时位置信息和与之对应的信号强度信息经加密后发送至计量自动化主站,计量自动化主站解密后存储至主站服务器;本实施例通过终端周围基站信息,即可定位终端位置,提高终端的定位准确性和可靠性,提高终端日常维护工作效率,进而保障整体计量自动化系统的整体可靠性。
本实施例以采集三个基站为例进行说明,但不限于三个,也可为多个。
图2为本发明实施例一提供的终端实时位置定位系统的结构示意图,如图2所示,终端实时位置定位系统包括:
第一采集单元101:通过终端采集附近三个基站信息,所述基站信息包括:基站位置信息、编号信息及终端与每个基站之间的信号强度信息;
第一通信单元102:用于将采集到的基站信息发送至基站服务器;
处理单元103:基站服务器将接收到的基站信息利用三点定位算法计算终端的实时位置信息;
第二通信单元104:用于将终端的实时位置信息和与之对应的信号强度信息经加密后发送至计量自动化主站,计量自动化主站解密后存储至主站服务器。
具体地,第一采集单元101通过终端内的4G通信模块自动查询和扫描周边的4G基站信息,并将基站信息发送至基站服务器,基站服务器处理后得到终端的坐标位置信息,并加密后发送至计量自动化主站,计量自动化主站解密后存储至主站服务器,主站服务器扩充现有终端通讯规约,增加终端位置信息、信号强度采集项,增加AndroidOS接口服务程序,能够主动请求终端的位置信息/信号强度、被动接收终端上报位置信息/信号强度和移动App上报位置信息;主站服务器还可按照终端的行政区划、逻辑地址、终端IP,建立终端档案、终端位置信息、SIM卡档案、SIM卡位置信息的关联关系;获取终端的地理位置逻辑示意图如图4所示,终端通过4G通信模块与运营商移动网络建立链接,随后查询该终端周边的4G基站信息,并将基站信息发送至基站服务器,基站服务器处理后得到终端的坐标位置信息,经加密后发送至计量自动化主站。
本实施例通过终端自带的4G通讯模块查询邻近基站信号强弱,利用三角定位方法,根据基站坐标信息,计算终端当前位置,同时记录相关信号质量信息,不仅提高终端的定位准确性和可靠性,还提高了终端日常维护工作效率,进而保障整体计量自动化系统的整体可靠性。
图3为本发明实施例二提供的终端实时位置定位系统的结构示意图,如图3所示,在实施例二的基础上,所述处理单元103包括:
转换单元1031:根据RSSI测距公式,将终端与每个基站之间的信号强度信息转换为距离信息;
计算单元1032:根据三个基站的位置信息及终端与每个基站之间的信号强度信息转换为距离信息,利用最小二乘法,计算得到终端的实时位置信息。
所述终端实时位置定位系统,还包括:
第一存储单元105:用于将终端的实时位置信息存储至主站服务器内的终端位置数据库;
第二存储单元106:用于将终端的信号质量信息存储至主站服务器内的信号质量数据库。
图5为本发明实施例一提供的一种终端全生命周期监控方法的流程图,如图5所示,一种终端全生命周期监控方法,包括:
S201、采集终端的初始位置信息;
S202、通过如上所述的终端实时位置定位方法采集终端的当前位置信息和信号强度信息;
S203、根据终端的当前位置信息和信号强度信息训练分类器模型,得到终端位置是否异常的二分类器模型;
S204、将待测终端的当前位置信息和信号强度信息输入分类模型中,通过softmax网络来进行分类结果的提取,即是否存在位置异常;
S205、当终端的位置、信号强度出现异常时,给相关人员发出告警提示。
本实施例采集终端的初始位置信息,包括两种实际情况,一是终端初次部署,二是终端运维;当终端初次部署时,为了后续位置定位提供参考位置,利用与本系统相匹配的移动App所在手机的GPS功能,获取终端的当前位置信息,供后续实时位置采集时确认;当检查和维护终端时,终端的实时位置信息通过终端实时位置定位方法来获得,并同步到移动App上,然后该移动App利用地理基础信息给出导航路径,指导运维人员快速抵达终端所在位置。
图7为本发明终端全生命周期监控方法的监测数据流向结构图,如图7所示,当检查和维护终端时,现场运维人员通过移动App选择所要维护的终端,终端将初始位置信息发送至终端位置数据库,通过上述终端实时位置定位方法确定终端的实时位置和信号质量,并分别发送至终端位置数据库和终端信号质量库,根据终端的实时位置,给现场运维人员提供导航路径;当终端的实时位置和信号质量出现异常时,通过告警形式提醒相关管理人员。
本实施例能够及时、准确地收集、整合终端位置关联信息,通过融合技术及早预防、发现终端位置的异常变化,在终端位置异常时,根据终端物理位置变化、终端通讯信号异常两个原因,利用地理信息系统提供地图信息,当终端物理位置超越规定范围时给出告警,当终端所在位置的信号质量异常时给出告警,进而提高终端在线可靠性,及早发现计量自动化终端位置异常并确定导致该问题的实际原因,具有重要的实际意义。
进一步地,还包括:将终端的初始位置信息存储至主站服务器内的终端位置数据库。
图6为本发明实施例一提供的一种终端全生命周期监控系统的结构示意图,如图6所示,终端全生命周期监控系统,包括:
第二采集单元201:用于采集终端的初始位置信息;
第三采集单元202:采集终端的当前位置信息和信号强度信息;
分类模型建立单元203:根据终端的当前位置信息和信号强度信息训练分类器模型,得到终端位置是否异常的二分类器模型;
位置信息融合单元204:将待测终端的当前位置信息和信号强度信息输入分类模型中,通过softmax网络来进行分类结果的提取,即是否存在位置异常;
告警单元205:当终端的位置、信号强度出现异常时,给相关人员发出告警提示。
所述终端全生命周期监控系统,包括:第三存储单元206:用于将终端的初始位置信息存储至主站服务器内的终端位置数据库。
所述分类模型建立单元203具体包括,将终端物理位置(x,y)、终端通讯信号质量RS作为样本,人工标注是否出现位置异常。本实施例以(x,y,Vx,Vy,RS)为输入样本,在本发明中样本标签为lm(m=0,1),其中标签类型包括:{0(正常状态),1(异常状态)};构建BP神经网络,训练模型参数,得到是否故障的预测结果;将训练好的分类模型部署于总站中,在获取的终端位置数据和信号基础上,在线构造测试样本,输入到分类模型中,采用softmax来进行分类结果的提取,即是否存在位置异常。
训练模型的过程为:
(1)、确定输入层节点、隐藏层节点、输出层节点、迭代次数上限和收敛条件;
(2)、初始化输入层到隐藏层的权重、隐藏层到输出层的权重;
(3)、根据输入向量计算信号正向传播,分别计算输入层输出、隐藏层输出、输出层输出;
(4)、计算误差反向传播并更新权重,首先计算输出层误差、隐藏层误差,然后更新输出层权重、输入层权重;
(5)、计算整体误差;
(6)、当计算误差已满足收敛条件或者循环次数达到迭代次数上限时结束,保存权重;否则,跳转到步骤(2)继续执行。
图8为本实施例中终端全生命周期监控方法的位置异常分类模型结构图;,如图8所示,异常位置判断过程为:
(1)、获取输入向量,即当前位置信息、信号强度信息;
(2)、利用已经训练好的模型,即已经保存的权重,将输入向量信息代入,计算隐藏层输出、输出层输出;
(3)、如果输出层输出1表示异常,0表示正常。
本实施例解决了当前计量自动化装置位置实时监控信息不完备、潜在原因分析不准确的问题,本实施例根据影响位置相关信息的类型,通过收集、管理与位置相关的终端全生命周期信息,利用信息融合手段,综合评估位置各因素的影响,分析出引发异常位置的实际原因。同时,建立位置监控系统的信息采集与利用闭环,为终端的维护提供位置导向和位置更新服务,提高系统的整体可靠性,降低设备的离线率,缩短了设备的维修时间。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.终端实时位置定位方法,其特征在于:包括:
S101、终端采集附近三个基站信息,所述基站信息包括:基站位置信息、编号信息及终端与每个基站之间的信号强度信息;
S102、将采集到的基站信息发送至基站服务器;
S103、基站服务器将接收到的基站信息利用三点定位算法计算终端的实时位置信息;
S104、将终端的实时位置信息和与之对应的信号强度信息经加密后发送至计量自动化主站,计量自动化主站解密后存储至主站服务器。
2.根据权利要求1所述的终端实时位置定位方法,其特征在于:所述基站服务器将接收到的基站信息利用三点定位算法计算终端的位置信息,具体包括:
S1031、根据RSSI测距公式(1),将终端与每个基站之间的信号强度信息转换为距离信息:
Figure FDA0002303535080000011
式(1)中:di为终端与基站之间的距离;RISSi为终端与基站之间的信号强度信息,为负数,abs为其取绝对值函数;A为终端与基站相隔1m时的信号强度信息的绝对值,n为环境衰减因子;
S1032、利用最小二乘法,求解满足公式(2)的最优坐标位置,即终端的坐标位置;
Figure FDA0002303535080000012
式(2)中:(x0,y0)为终端的坐标位置信息;(xi,yi)为基站的坐标位置信息。
3.根据权利要求1所述的终端实时位置定位方法,其特征在于:还包括:
将终端的实时位置信息存储至主站服务器内的终端位置数据库;
将终端的信号质量信息存储至主站服务器内的信号质量数据库。
4.终端实时位置定位系统,其特征在于:包括:
第一采集单元(101):通过终端采集附近三个基站信息,所述基站信息包括:基站位置信息、编号信息及终端与每个基站之间的信号强度信息;
第一通信单元(102):用于将采集到的基站信息发送至基站服务器;
处理单元(103):基站服务器将接收到的基站信息利用三点定位算法计算终端的实时位置信息;
第二通信单元(104):用于将终端的实时位置信息和与之对应的信号强度信息经加密后发送至计量自动化主站,计量自动化主站解密后存储至主站服务器。
5.根据权利要求4所述的终端实时位置定位系统,其特征在于:所述处理单元(103)包括:
转换单元(1031):根据RSSI测距公式,将终端与每个基站之间的信号强度信息转换为距离信息;
计算单元(1032):根据三个基站的位置信息及终端与每个基站之间的信号强度信息转换为距离信息,利用最小二乘法,计算得到终端的实时位置信息。
6.根据权利要求4所述的终端实时位置定位系统,其特征在于:还包括:
第一存储单元(105):用于将终端的实时位置信息存储至主站服务器内的终端位置数据库;
第二存储单元(106):用于将终端的信号质量信息存储至主站服务器内的信号质量数据库。
7.终端全生命周期监控方法,其特征在于:包括:
S201、采集终端的初始位置信息;
S202、通过如权利要求1至3任一所述的终端实时位置定位方法采集终端的当前位置信息和信号强度信息;
S203、根据终端的当前位置信息和信号强度信息训练分类器模型,得到终端位置是否异常的二分类器模型;
S204、将待测终端的当前位置信息和信号强度信息输入分类模型中,通过softmax网络来进行分类结果的提取,即是否存在位置异常;
S205、当终端的位置、信号强度出现异常时,给相关人员发出告警提示。
8.根据权利要求7所述的终端全生命周期监控方法,其特征在于:包括:
将终端的初始位置信息存储至主站服务器内的终端位置数据库。
9.终端全生命周期监控系统,其特征在于:包括:
第二采集单元(201):用于采集终端的初始位置信息;
第三采集单元(202):采集终端的当前位置信息和信号强度信息;
分类模型建立单元(203):根据终端的当前位置信息和信号强度信息训练分类器模型,得到终端位置是否异常的二分类器模型;
位置信息融合单元(204):将待测终端的当前位置信息和信号强度信息输入分类模型中,通过softmax网络来进行分类结果的提取,即是否存在位置异常;
告警单元(205):当终端的位置、信号强度出现异常时,给相关人员发出告警提示。
10.根据权利要求9所述的终端全生命周期监控系统,其特征在于:包括:
第三存储单元(206):用于将终端的初始位置信息存储至主站服务器内的终端位置数据库。
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