基于改进VSM 的电力公共信息快速检索系统设计

薛峪峰，田光欣，马占海

（国网青海省电力公司信息通信公司，青海西宁 810008）

近年来，信息技术高速发展，电网建设越来越完善，电力信息资源越来越丰富，电力信息检索的难度也随之增大。电力公共信息是电力信息资源重要的组成部分，公共信息包含了大量电力数据，公共信息检索在调度、调控和运行方面都面临巨大的压力，因此必须要研究有效的方法，完成电力信息资源信息化建设和运行。

文献[1]提出了基于互信息的改进决策树算法作为数据挖掘内核，并提出适用于电力系统的并行处理架构，可实现多源数据的快速、有效的信息检索，但是计算过程过于复杂，面对海量电力公共信息的可行性较低。文献[2]设计了基于搜索引擎的供电信息资源多用户调度管理平台，该平台能够充分发挥数据信息的优势，根据用户的需求设立搜索引擎，完成资源调度。数据平台从门户功能需求出发，确定信息数据展示报表，建立三层架构，通过中间层完成查询语言自定义，这种方法的检索能力很强，但是需要有强大的数据库资源。向量空间模型VSM（Vector Space Model）作为一种统计模型，通过分析权重加以简化，使计算过程变得更加简单，且更易实现，从而提高统计效率。该文针对VSM 进行改进，设计了基于改进VSM 的电力公共信息快速检索系统，并通过实验验证了系统的可行性。

1 硬件设计

基于改进VSM 的电力公共信息快速检索系统硬件结构如图1 所示。

图1 电力公共信息快速检索系统硬件结构

观察图1 可知，该文设计的电力公共信息快速检索系统硬件内部安装了主动控制器，内部的冗余通信总线与DCS 冗余串口连接到一起，通信模块与COM741 基座连接，确保通信信息的可靠性[3]。通信模块连接四个接口，利用硬件跳线组成RS485 通信接口和RS232 通信接口，使不同的电动阀能够顺利连接控制[4-5]。常规信号与I/O 模块顺利连接，硬接线与通信点数之比为1∶15。

1.1 电力公共信息快速检索终端

电力公共信息快速检索终端如图2 所示。

图2 电力公共信息快速检索终端

根据图2 可知，电力检索终端由CDMA Modem模块、GPS 模块、MCU 及电源四部分组成[6]。CDMA Modem 内部的核心模块使用的是Wavcom 公司生产的ME45，确保CDMA 模块能够顺利通信，CDMA 模块内部的串口不仅能够完成数据的控制和传输，同时也能完成信息传输。系统内部的部分模拟电路能够保证检索系统完成通信，利用AT 命令对ME45 完成控制[7]。终端内部的GPS 能够接收外部的GPS 信号，并将计算得到的地理信息传递给MCU，通过C8051F020 八位微控制器完善终端，配合C 语言完成信息调试。

1.2 存储器设计

存储器结构如图3 所示。

图3 存储器结构图

观察图3 可知，存储器为分层结构，同时连接网络接口、NAND 接口、RAM 接口、CAM，通过存储接口和外接接口配合主机接口，完成各项逻辑的运行。主机接口能够完成信息平移，并对错误的信息进行检测和修正[8-9]。系统内部具有压缩和解压缩功能，可以完成存储器信息划分管理。存储器分别配备行解码器和列解码器，保证存储器阵列得到顺利运行。

1.3 识别器设计

在识别器内部设计了两个硬件串口，能够独立产生波特率，识别器内部的定时器与串口运行不会产生冲突，因此使用过程更加灵活。GPS 和CDMA模块通过固定的格式完成信息通信，并对数据进行解析，完成信息封装，识别器电路图如图4 所示。

图4 识别器电路图

根据图4 可知，识别器电路内部有一个CAPI 服务器，识别器电路内部的128 字节FLASH 能够存放各种不同的信息参数，完成数据识别，并根据建立IP地址，确保数据的传输要求；识别器电路内部的SRAM 共有4 kB，能够很好地满足组帧和数据缓冲要求，同时确保大程序量也能够顺利进行。FLASH和SRAM 以组合的方式实现信息的加密和解密，使信息能够在特定场合下完成使用。I/O 接口通过光电耦合器隔离拓展相应的功能，系统内部的移动设备使用低功耗器件，工作过程消耗的电压仅为3.3 V，满足了系统的节能要求[10-11]。识别器电路内部的芯片为C8051F020 MCU 芯片，不需要重新扩展串口，能够很好地满足信息的要求。

2 软件设计

VSM 常用在记录信息方面，具有良好的统计功能，通过向量的方法来表示文档，表示公式为：

其中，w为系统内部文档，i表示特征项。通过各个不同的特征项占比分析各个方法的权重。VSM的统计效率高，能够将信息集合，在存储过程中不会造成信息丢失[12-13]。该文在传统的VSM 基础上进行了改进，改进原理如图5 所示。

图5 改进原理

观察图5 可知，确定数据采集单元出现的电力数据信息，将采集到的电力数据信息进行数据存储和管理，通过数据挖掘、决策支持和OLAP 分析表示文档，组成向量空间模型，完成VSM 改进[14]。

在软件操作过程中，对电力信息进行预处理，提取关键信息，利用改进的VSM 对信息进行统计，判断电力信息的初始权重，抽取公共电力信息，分析初始权重值，确定关键电力信息，将其组合并提取信息的特征项，分析不同特征项的权重，并对电力信息进行修改：

其中，wij表示特征W修改后的信息；fij表示信息出现的频率；N表示信息的集成次数；n表示信息数量；k表示组合权重；j表示修改次数。根据式（2）可知，如果电力信息出现的次数超过阈值，则为公共信息[15]。

将信息融合到一起，建立样本集，以此为依据分析样本数量，对样本进行决策，判断所采集的信息与样本的相似度，计算公式如下所示：

其中，X表示最大样本阈值；Ci表示待检测电力信息；Sip表示样本信息[16]；m表示待检测电力信息总数。在分类过程中将信息确定为向量，确定得到信息的所属类型，从而完成分类过程，根据分类结果进行信息显示，在显示屏展示结果。

3 实验研究

为了验证该文提出的基于改进VSM 的电力公共信息快速检索系统的有效性，设计对比实验，选用的电力信息来自电力企业服务器2021 年12 月25 日8:00—12 月30 日16:50 的监控记录。同时配置硬件环境和软件环境，具体配置条件：实验硬件环境由服务器硬件和客户端硬件组成，服务器硬件的内存为8 T；VPU 为5.0 G；硬盘为2 T。客户端硬件的内存为4 T；VPU 为2.0 G；硬盘为1 T。软件测试环境服务器语言环境为C++语言，客户端通过M5浏览器浏览。

采集样本点共有350 个，其中共有150 个公共信息点，有45 个公共信息点以分散的方式分布，其他公共信息点以连续的方式分布。对电力信息的时间序列模型进行预测，计算基线和阈值，确定基线置信度为95%。

考虑到基于搜索引擎的供电信息资源多用户调度管理平台仅侧重于信息调度，因此在检索性能方面仅采用该文提出的基于改进VSM 的电力公共信息快速检索系统和基于改进决策树的配电网多源数据快速检索系统进行对比实验，实验结果如图6 所示。

图6 检索实验结果

根据图6 可知，基于改进决策树的配电网多源数据快速检索系统得到的线条与观测线基本吻合，能够准确地检索出观测线中存在的电力公共信息，尤其在检索分散的公共信息时，能够实时响应，具有很强的响应能力。但是在检索过程中出现了误报情况，将处于阈值范围内的电力信息误判为公共信息，对于集中信息点，检测能力较差，同时还出现了多次误判的情况。虽然基于改进VSM 的电力公共信息快速检索系统与正常的电力信息预测结果之间有一定的弱化，但基于改进VSM 的电力公共信息快速检索系统与对比检索系统相比更加平滑，表明该文设计系统可以降低CPU 负荷的波动。且基于改进VSM的电力公共信息快速检索系统与对比检索系统相比，与正常的电力信息预测结果更加接近。综上可知，该文设计的检索系统在检测率方面能够及时检测出多个公共信息点，并没有出现误判，证明该文设计的检索系统具有很强的鲁棒性和可靠性，能够降低检测失误概率。

分别选取基于改进决策树的配电网多源数据快速检索系统、基于搜索引擎的供电信息资源多用户调度管理平台以及该文系统进行响应时间测试，实验结果如表1 所示。

表1 响应时间实验结果

根据表1 可知，该文系统对于公共信息的响应时间仅在第4 次实验时超过2 s，虽然受到环境的限制，但是整体响应时间满足了实际需求。而对比的检索系统在检索过程中响应时间相对该文系统更长，导致电力系统运行过程等待时间过久，但是整体响应时间较平均，系统受环境限制影响较小。

综上所述，该文提出的基于改进VSM 的电力公共信息快速检索系统应用后，有助于各企业探索政企合作的多种模式，发挥互联网在电力公共信息服务领域的优势，合理界定政企部门在电力公共信息服务领域的边界，推动供电服务转型。

4 结束语

为了更好地实现电力公共信息检索，该文通过改进向量空间模型，设计电力公共信息快速检索系统，在设计过程中对硬件和软件进行了优化，同时更新检索终端、存储器和检索器，利用改进的向量空间模型将电力信息转换成分类信息文本，并与阈值对比，确定需要检索的电力公共信息。实验结果表明，该文设计的系统能够很好地完成信息检索。但是在进行信息分析时，只能通过相似度比较确定信息是否为公共信息，这样的检索方式局限性较强，因此未来需要进一步深入研究这一问题。