基于泛在电力物联网的电缆信息综合处理系统
这是一篇关于物联网,微服务框架,局部放电,在线监测,支持向量机的论文, 主要内容为电力电缆是电力输配电系统中不可缺少的一部分,其运行的安全性和可靠性受到电力运维人员和研究者的重视。2019年国家电网提出“三型两网、世界一流”战略目标,泛在电力物联网是“两网”之一,其建设的重点在于电力系统中海量数据的采集和综合处理。为给泛在电力物联网体系的完备构建提供解决方案,本文在电缆信息综合处理系统需求的基础上,结合微服务架构技术,设计了电缆信息综合处理系统的总体方案,研究了运行电缆局部放电信号处理方法,并实现了系统的功能。本文主要开展了以下几个方面的工作:首先,基于Spring Cloud框架设计了面向泛在电力物联网的电缆信息综合处理系统,并完成了泛在电力物联网中专用网关的设计。为了解决单体式架构开发泛在电力物联网系统带来的系统耦合度高、开发效率低和可扩展性差的问题,本文设计了基于Spring Cloud微服务框架的电缆信息综合处理系统。根据泛在电力物联网的需求,以及微服务的划分原则,将电缆信息综合处理系统垂直划分为7个独立的微服务,实现了各微服务的独立设计、独立开发与独立部署。为了解决终端设备接入协议和数据格式不同的问题,应用MQTT协议完成了对物联网中专用网关的设计,实现了系统中数据的统一管理。其次,本文设计了基于分布式的运行电缆局部放电信号在线监测系统,构建了电缆信息综合处理系统中各个微服务。为了实现运行电缆的实时在线监测,在研究局部放电信号采集原理的基础上,设计了基于分布式的运行电缆局部放电信号采集系统。为了更好的构建电缆信息综合处理系统中的各个微服务,采用了My SQL关系型数据库存储数据,详细设计了电缆信息综合处理系统的数据库和时序图等。然后,本文研究了基于DE-PSO的二叉树多分类支持向量机算法以识别电树枝及其放电的四个阶段,实现了泛在电力物联网中对运行电缆绝缘性能的评估。该算法采用主成分分析法提取累计贡献率高的特征参数组成支持向量机分类器的输入数据集,应用二叉树多分类理论构建分类器,使用DE-PSO算法求解分类器的最优参数,并训练分类器使其达到最优识别性能。通过数据仿真验证,结果表明所应用的算法能够识别电树枝及其发展的四个阶段,提高了运行电缆绝缘性能评估的准确性。最后,本文阐述了电缆信息综合处理系统的运行实例,且已成功部署运行在合作企业中,实践证明,系统满足了泛在电力物联网数据量大、请求量多和在线分析准确性高的需求,提高了电缆运维的自动化水平。
基于双目视觉的码垛区域智能安防系统设计与实现
这是一篇关于智能安防系统,双目视觉,Mask R-CNN,微服务框架,智能网关的论文, 主要内容为随着码垛机在制造业的广泛使用,码垛区域安防系统也备受关注。为消除码垛区域内机械臂对工作人员的安全隐患,传统安防系统主要依赖红外对射探测器、地毯式压力传感器等获取人与机械臂的相对位置,但是这些方法对工厂环境要求高,现场安装复杂,同时也不利于系统后期的远程维护和性能升级。本文以此为背景,完成设计了一套基于双目视觉的智能安防系统,使用人工智能技术对工作人员实现目标识别和测距,结合工业互联网技术实现对码垛机的智能控制。主要研究内容如下:(1)基于双目视觉的目标测距研究与设计。首先对比了三种视觉测距方法,根据生产现场环境选用双目视觉。其次分析了双目测距原理,确定计算深度所需参数为基线、相机焦距和视差值。然后根据市场调查,进行硬件选型。接着对硬件进行标定实验,获取其基线和焦距。对比多种目标检测算法,选用Mask R-CNN完成目标检测;为了实现高效率、高精度的实时追踪,对切片上的人类姿态以时间信息进行积分和轻量化的特征点链接。对比三种立体匹配算法,选用BM(Bidirectional Matching)求得检测目标的视差值。该方法解决了传统方法的准确率低、安装环境要求高和拓展性差等问题。(2)基于Spring Cloud的数据处理平台部署。根据对当前后端框架的技术研究,为保证可用性和拓展性,选用了目前较流行的Spring Cloud微服务框架。根据系统需要,对Eureka服务注册中心、Feign服务调用、Hystrix服务降级与熔断、Gateway智能网关等主要服务进行分析和部署。根据适用场景对TimescaleDB数据库进行设计。在云服务器上搭建RabbitMQ中间件,采用消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport,MQTT)协议实现了云平台与测距模块、智能网关的数据通信。该平台实现了数据存储、计算以及多模块的智能生态集成。(3)基于Python-snap7的智能网关搭建。综合考虑价格和功能两方面因素,选用树莓派(Raspberry Pi)作为网关硬件。面向西门子S7系列的可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC),使用 Python-snap7库函数实现网关与 PLC 之间的数据交互;使用 RNDIS(Remote Network Driver Interface Specification)协议实现 Raspberry Pi 的无线 4G 通信;使用基于内网穿透技术的ZeroTier对网关进行统一管理。该网关解决了第三方网关的不稳定和数据传输延时较高等问题。(4)系统整体测试。对测距模块进行静态测试和动态测试;对整体系统进行时效性测试和功能测试。由实验结果得:测距模块在5m内误差小于10%,2m内的误差小于5%;每帧图片的检测时间小于0.1s;从视频输入到PLC收到执行指令的时间小于0.5s。结合实际情况对实验结果进行分析,当码垛机正常工作时,该系统可保障目标区域内工作人员的安全。
基于SpringCloud微服务治理平台的设计与实现
这是一篇关于微服务框架,服务治理,服务开发的论文, 主要内容为随着互联网用户的急剧增长,互联网软件架构也迎来了高速的发展,为了满足业务的发展的需要,互联网公司都放弃了传统的单体架构,因为单体架构已经无法支撑快速发展所带来的巨大流量,所以都逐步转向了 SOA(Service Oriented Architecture,面向服务的架构)的架构设计,在这种体系结构下,使得企业的系统架构能够有更好的伸缩性,所有的服务提供商也能够更关注于自己服务的优化,但是由于现在大多数的服务都是强依赖于总线来进行开发的,这样会使得很多的业务都高度集中化,而高度集中化的结构将导致所有的业务流量都会经过总线,这样则会导致系统性能出现下降。微服务架构是在SOA基础上发展的产物,微服务架构不通过ESB作为中心进行集成,它主要的特点是按照业务需求进行拆分,将单个高度集中化的系统拆分为多个应用服务,每个服务都能单独开发、部署和测试,并且这些服务之间也能通过调用接口来进行交互。基于以上本文设计并实现了基于SpringCloud微服务治理平台。通过对系统的功能进行了需求分析,将平台功能模块进行划分,进行了详细的需求分析设计,主要包括注册中心模块,服务治理模块,系统管理模块、平台管理模块和客户端模块。同时又从需求性能、可维护性、可靠性和可扩展性对平台进行了非功能性的需求分析。并对所有的需求进行了设计与实现。目前,已经对本平台所有的模块进行了测试,按照业务流程,分别为所有的功能编写了测试用例,确保了其功能的完备性,系统运行情况比较稳定。本平台通过对微服务治理的研究,解决了微服务过多无法管理的问题,帮助企业提高微服务治理效率,降低其维护成本。
基于微服务框架的制造执行系统解耦与重构机制研究
这是一篇关于MES,微服务框架,原子服务组件,业务重构的论文, 主要内容为伴随着制造企业信息化进程的高速发展,各个制造企业之间业务需求差异化大,同时制造企业内部之间也存在动态性业务变更。造成中小型制造企业面临着系统解耦与快速重构的问题,然而现有的制造执行系统模式业务内部流程相对固定,系统业务之间耦合度高,当制造企业产生业务需求变更时,就需求要对系统整体进行重构,造成制造企业大量资源浪费、开发成本高等问题,制造企业针对系统开发及维护面临着巨大的挑战。现有的制造执行系统不能快速响应业务重构需求的变化。本论文针对各个中小制造企业MES业务耦合度高和业务需求模式差异化大,通过对制造执行系统业务进行细粒度划分,采用微服务框架实现制造执行系统业务解耦。将制造执行系统业务划分为原子服务和业务服务。各个独立的原子制造服务和业务服务通过微服务框架技术实现原子服务构建部署。通过微服务网关技术实现制造原子微服务的个性化重构,各个制造微服务模块在微服务框架中独立运行、互不干扰。解决传统单体架构应用庞大而带来的业务重构、扩展问题,为业务系统的快速开发提供了有效支撑。本文根据制造企业MES业务差异化大和内部流程多变性的问题,实现制造企业MES业务的解耦和重构,首先,本文采用微服务框架进行解耦,以面向服务化的思想,将各个原子制造服务对象信息进行服务封装,其次,对MES业务设计成两级的微服务,通过微服务技术实现应用系统的快速拼装重构。最后,提供了一个应用系统解决方案和运行案例。当制造企业内部生产业务需求发生变更操作时,通过制造企业业务流程规则实现小粒度的原子微服务配置重组,快速响应制造企业的制造执行系统业务重构。本文提出一种基于微服务框架的车间制造执行系统业务解耦与重构机制研究。基于原子制造微服务组件实现制造执行系统业务功能模块的快速构建,通过微服务框架技术实现细粒度的制造原子微服务注册部署,依据制造业务流程逻辑依次实现原子制造微服务的获取,满足制造企业制造执行系统个性化需求。
基于泛在电力物联网的电缆信息综合处理系统
这是一篇关于物联网,微服务框架,局部放电,在线监测,支持向量机的论文, 主要内容为电力电缆是电力输配电系统中不可缺少的一部分,其运行的安全性和可靠性受到电力运维人员和研究者的重视。2019年国家电网提出“三型两网、世界一流”战略目标,泛在电力物联网是“两网”之一,其建设的重点在于电力系统中海量数据的采集和综合处理。为给泛在电力物联网体系的完备构建提供解决方案,本文在电缆信息综合处理系统需求的基础上,结合微服务架构技术,设计了电缆信息综合处理系统的总体方案,研究了运行电缆局部放电信号处理方法,并实现了系统的功能。本文主要开展了以下几个方面的工作:首先,基于Spring Cloud框架设计了面向泛在电力物联网的电缆信息综合处理系统,并完成了泛在电力物联网中专用网关的设计。为了解决单体式架构开发泛在电力物联网系统带来的系统耦合度高、开发效率低和可扩展性差的问题,本文设计了基于Spring Cloud微服务框架的电缆信息综合处理系统。根据泛在电力物联网的需求,以及微服务的划分原则,将电缆信息综合处理系统垂直划分为7个独立的微服务,实现了各微服务的独立设计、独立开发与独立部署。为了解决终端设备接入协议和数据格式不同的问题,应用MQTT协议完成了对物联网中专用网关的设计,实现了系统中数据的统一管理。其次,本文设计了基于分布式的运行电缆局部放电信号在线监测系统,构建了电缆信息综合处理系统中各个微服务。为了实现运行电缆的实时在线监测,在研究局部放电信号采集原理的基础上,设计了基于分布式的运行电缆局部放电信号采集系统。为了更好的构建电缆信息综合处理系统中的各个微服务,采用了My SQL关系型数据库存储数据,详细设计了电缆信息综合处理系统的数据库和时序图等。然后,本文研究了基于DE-PSO的二叉树多分类支持向量机算法以识别电树枝及其放电的四个阶段,实现了泛在电力物联网中对运行电缆绝缘性能的评估。该算法采用主成分分析法提取累计贡献率高的特征参数组成支持向量机分类器的输入数据集,应用二叉树多分类理论构建分类器,使用DE-PSO算法求解分类器的最优参数,并训练分类器使其达到最优识别性能。通过数据仿真验证,结果表明所应用的算法能够识别电树枝及其发展的四个阶段,提高了运行电缆绝缘性能评估的准确性。最后,本文阐述了电缆信息综合处理系统的运行实例,且已成功部署运行在合作企业中,实践证明,系统满足了泛在电力物联网数据量大、请求量多和在线分析准确性高的需求,提高了电缆运维的自动化水平。
基于泛在电力物联网的电缆信息综合处理系统
这是一篇关于物联网,微服务框架,局部放电,在线监测,支持向量机的论文, 主要内容为电力电缆是电力输配电系统中不可缺少的一部分,其运行的安全性和可靠性受到电力运维人员和研究者的重视。2019年国家电网提出“三型两网、世界一流”战略目标,泛在电力物联网是“两网”之一,其建设的重点在于电力系统中海量数据的采集和综合处理。为给泛在电力物联网体系的完备构建提供解决方案,本文在电缆信息综合处理系统需求的基础上,结合微服务架构技术,设计了电缆信息综合处理系统的总体方案,研究了运行电缆局部放电信号处理方法,并实现了系统的功能。本文主要开展了以下几个方面的工作:首先,基于Spring Cloud框架设计了面向泛在电力物联网的电缆信息综合处理系统,并完成了泛在电力物联网中专用网关的设计。为了解决单体式架构开发泛在电力物联网系统带来的系统耦合度高、开发效率低和可扩展性差的问题,本文设计了基于Spring Cloud微服务框架的电缆信息综合处理系统。根据泛在电力物联网的需求,以及微服务的划分原则,将电缆信息综合处理系统垂直划分为7个独立的微服务,实现了各微服务的独立设计、独立开发与独立部署。为了解决终端设备接入协议和数据格式不同的问题,应用MQTT协议完成了对物联网中专用网关的设计,实现了系统中数据的统一管理。其次,本文设计了基于分布式的运行电缆局部放电信号在线监测系统,构建了电缆信息综合处理系统中各个微服务。为了实现运行电缆的实时在线监测,在研究局部放电信号采集原理的基础上,设计了基于分布式的运行电缆局部放电信号采集系统。为了更好的构建电缆信息综合处理系统中的各个微服务,采用了My SQL关系型数据库存储数据,详细设计了电缆信息综合处理系统的数据库和时序图等。然后,本文研究了基于DE-PSO的二叉树多分类支持向量机算法以识别电树枝及其放电的四个阶段,实现了泛在电力物联网中对运行电缆绝缘性能的评估。该算法采用主成分分析法提取累计贡献率高的特征参数组成支持向量机分类器的输入数据集,应用二叉树多分类理论构建分类器,使用DE-PSO算法求解分类器的最优参数,并训练分类器使其达到最优识别性能。通过数据仿真验证,结果表明所应用的算法能够识别电树枝及其发展的四个阶段,提高了运行电缆绝缘性能评估的准确性。最后,本文阐述了电缆信息综合处理系统的运行实例,且已成功部署运行在合作企业中,实践证明,系统满足了泛在电力物联网数据量大、请求量多和在线分析准确性高的需求,提高了电缆运维的自动化水平。
基于双目视觉的码垛区域智能安防系统设计与实现
这是一篇关于智能安防系统,双目视觉,Mask R-CNN,微服务框架,智能网关的论文, 主要内容为随着码垛机在制造业的广泛使用,码垛区域安防系统也备受关注。为消除码垛区域内机械臂对工作人员的安全隐患,传统安防系统主要依赖红外对射探测器、地毯式压力传感器等获取人与机械臂的相对位置,但是这些方法对工厂环境要求高,现场安装复杂,同时也不利于系统后期的远程维护和性能升级。本文以此为背景,完成设计了一套基于双目视觉的智能安防系统,使用人工智能技术对工作人员实现目标识别和测距,结合工业互联网技术实现对码垛机的智能控制。主要研究内容如下:(1)基于双目视觉的目标测距研究与设计。首先对比了三种视觉测距方法,根据生产现场环境选用双目视觉。其次分析了双目测距原理,确定计算深度所需参数为基线、相机焦距和视差值。然后根据市场调查,进行硬件选型。接着对硬件进行标定实验,获取其基线和焦距。对比多种目标检测算法,选用Mask R-CNN完成目标检测;为了实现高效率、高精度的实时追踪,对切片上的人类姿态以时间信息进行积分和轻量化的特征点链接。对比三种立体匹配算法,选用BM(Bidirectional Matching)求得检测目标的视差值。该方法解决了传统方法的准确率低、安装环境要求高和拓展性差等问题。(2)基于Spring Cloud的数据处理平台部署。根据对当前后端框架的技术研究,为保证可用性和拓展性,选用了目前较流行的Spring Cloud微服务框架。根据系统需要,对Eureka服务注册中心、Feign服务调用、Hystrix服务降级与熔断、Gateway智能网关等主要服务进行分析和部署。根据适用场景对TimescaleDB数据库进行设计。在云服务器上搭建RabbitMQ中间件,采用消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport,MQTT)协议实现了云平台与测距模块、智能网关的数据通信。该平台实现了数据存储、计算以及多模块的智能生态集成。(3)基于Python-snap7的智能网关搭建。综合考虑价格和功能两方面因素,选用树莓派(Raspberry Pi)作为网关硬件。面向西门子S7系列的可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC),使用 Python-snap7库函数实现网关与 PLC 之间的数据交互;使用 RNDIS(Remote Network Driver Interface Specification)协议实现 Raspberry Pi 的无线 4G 通信;使用基于内网穿透技术的ZeroTier对网关进行统一管理。该网关解决了第三方网关的不稳定和数据传输延时较高等问题。(4)系统整体测试。对测距模块进行静态测试和动态测试;对整体系统进行时效性测试和功能测试。由实验结果得:测距模块在5m内误差小于10%,2m内的误差小于5%;每帧图片的检测时间小于0.1s;从视频输入到PLC收到执行指令的时间小于0.5s。结合实际情况对实验结果进行分析,当码垛机正常工作时,该系统可保障目标区域内工作人员的安全。
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