本發(fā)明涉及智能電表，具體為一種智能電能表的定位模組、定位方法和智能電能表。

背景技術：

1、在現(xiàn)代智能電網(wǎng)系統(tǒng)中，電能表的精確定位是一個關鍵的技術挑戰(zhàn)。智能電能表作為電力系統(tǒng)中的重要終端設備，廣泛應用于家庭、商業(yè)和工業(yè)場所。這些智能電能表不僅可以實現(xiàn)電能的計量，還可以實時監(jiān)測用電數(shù)據(jù)，為用戶提供用電分析和優(yōu)化建議。具體到智能電網(wǎng)的一個細分領域，電能表的準確定位是實現(xiàn)電網(wǎng)管理、故障檢測和用戶行為分析的重要基礎。

2、在申請公布號為cn113784305a的中國發(fā)明申請中，公開了智能電能表的定位模組、定位方法和智能電能表，定位模組包括：處理器、窄帶物聯(lián)網(wǎng)nb-iot通訊模塊和串行外設接口spi接口，定位模組通過spi接口與智能電表中的計量芯和管理芯相連，處理器分別與nb-iot通信模塊和spi接口相連，nb-iot通訊模塊通過nb-iot網(wǎng)絡與外部設備進行通信，處理器對nb-iot通訊模塊接收和/或發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理，以獲得智能電能表的定位信息，或者，處理器對nb-iot通訊模塊接收和/或發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結果通過nb-iot通訊模塊發(fā)送至外部設備，以使得外部設備根據(jù)處理結果獲得智能電能表的定位信息。

3、結合現(xiàn)有技術，以上申請還存在以下不足：

4、電能表的定位方法主要依賴于安裝位置的初始記錄和有限的地理信息。然而，隨著時間的推移和環(huán)境的變化，電能表的位置可能發(fā)生偏移，導致原有的定位信息失效。此外，現(xiàn)有的定位技術如gps和傳統(tǒng)的信號強度指示rssi定位方法在復雜的室內(nèi)環(huán)境中表現(xiàn)不佳。這些方法通常難以處理多路徑效應和信號干擾問題，導致定位精度不高，尤其是在信號被遮擋或反射較嚴重的情況下。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種智能電能表的定位模組、定位方法和智能電能表，解決了背景技術中提到的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術方案予以實現(xiàn)：一種智能電能表的定位模組、定位方法和智能電能表，包括以下步驟：

3、步驟s1、啟動智能電能表的信號接收模塊，實時采集參考節(jié)點發(fā)出的信號數(shù)據(jù)，并將采集到的信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心；

4、步驟s2、在數(shù)據(jù)處理中心對采集到的信號數(shù)據(jù)進行預處理后，獲取信號數(shù)據(jù)組，并對信號數(shù)據(jù)組進行特征提取獲取信號特征集；

5、步驟s3、根據(jù)所提取的信號特征集，進行計算修正后的接收信號強度rssi，獲取接收信號修正值xrssii，再依據(jù)所獲取的接收信號修正值xrssii進行計算獲取節(jié)點距離di；

6、步驟s4、同時基于所獲取的信號特征集，再結合所獲取的節(jié)點距離di，分別計算出電能表的橫軸坐標x、縱軸坐標y和數(shù)軸坐標z，再依據(jù)所獲取的橫軸坐標x、縱軸坐標y和數(shù)軸坐標z，進行引入信號特征集進行相關聯(lián)計算獲取電能表的三維位置(x,y,z)進行定位優(yōu)化；

7、步驟s5、再與建筑信息模型bim進行集成，提取電能表的實際三維位置(xs，ys，zs)，再與所獲取的三維位置(x,y,z)，進行差值計算獲取位置誤差值error，并預設誤差閾值w與所獲取的位置誤差值error進行對比評估，分析當前所定位的三維位置(x,y,z)的準確性。

8、優(yōu)選的，所述步驟s1包括以下步驟：

9、s11、在智能電表安裝的現(xiàn)場，布設多個參考節(jié)點，所述參考節(jié)點為wifi接入點，實時發(fā)送無線信號，智能電能表通過無線通信模組實時接收參考節(jié)點發(fā)出的信號數(shù)據(jù)；

10、所述信號數(shù)據(jù)包括信號強度rssi、信號發(fā)送時間tarrival、信號接收時間tsend、信號水平傳輸角度θ、信號水平面夾角φ、路徑修正因子mff和環(huán)境噪聲系數(shù)enc；

11、s12、通過在無線通信模組中設置4g蜂窩網(wǎng)絡，將所獲取的信號數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。

12、優(yōu)選的，所述步驟s2包括以下步驟：

13、s21、通過數(shù)據(jù)處理中心實時接收信號數(shù)據(jù)，再對所接收到的信號數(shù)據(jù)進行識別缺失值，例如rssi值為空，使用插值法填充缺失值，對信號數(shù)據(jù)的連續(xù)變量，使用均值和標準差進行標準化，將信號數(shù)據(jù)轉換為零均值和單位標準差的分布，進行標準化處理，再進行匯總獲取信號數(shù)據(jù)組；

14、s22、再對信號數(shù)據(jù)組中的信號強度rssi、信號發(fā)送時間tarrival和信號接收時間tsend，進行特征提取獲取信號強度變化率roc-rssi和信號到達時間toa；

15、s221、所述信號強度變化率roc-rssi通過使用時間間隔t記錄連續(xù)的信號強度rssi(t)，進行計算獲取信號強度變化率roc-rssi，所述信號強度變化率roc-rssi通過以下算法公式計算獲取；

16、

17、式中，t-1表示下一時間間隔t的信號強度；

18、s222、所述信號到達時間toa通過參考節(jié)點發(fā)送無線信號，記錄信號發(fā)送時間tarrival，無線通信模組實時接收信號，記錄信號接收時間tsend，再進行差值計算獲取信號到達時間toa；所述信號到達時間toa通過以下算法公式計算獲?。簍oa＝tarrival-tsend；

19、s23、再將所提取的信號強度變化率roc-rssi和信號到達時間toa與信號數(shù)據(jù)進行結合，生成信號特征集。

20、優(yōu)選的，所述步驟s3包括以下步驟；

21、s31、依據(jù)所提取的信號特征集，使用信號強度變化率roc-rssi和環(huán)境噪聲系數(shù)enc，對接收到的信號強度rssi，進行修正獲取接收信號修正值xrssii；

22、所述接收信號修正值xrssii通過以下算法公式計算獲?。?/p>

23、

24、式中，rssii表示第i個信號的信號強度，enci表示第i個信號的環(huán)境噪聲系數(shù)，xrssii表示第i個信號的信號修正值；

25、s32、再依據(jù)所獲取的接收信號修正值xrssii結合信號特征集中的路徑修正因子mff，進行計算獲取節(jié)點距離di；

26、所述節(jié)點距離di通過以下算法公式計算獲取：

27、

28、式中，pt表示發(fā)射功率，再參考節(jié)點發(fā)射信號時的功率大小，通常，這是一個已知的常量，在配置參考節(jié)點時已經(jīng)確定，n表示路徑損耗指數(shù)，具體數(shù)值由用戶通過現(xiàn)場測試進行獲取，mffi表示第i個信號的路徑修正因子。

29、優(yōu)選的，所述步驟s4包括以下步驟：

30、s41、依據(jù)所提取到的信號特征集中的信號水平傳輸角度θ和信號水平面夾角φ，進行計算獲取智能電表的橫軸坐標x、縱軸坐標y和數(shù)軸坐標z；

31、所述橫軸坐標x、縱軸坐標y和數(shù)軸坐標z通過以下算法公式計算獲取：

32、x＝x0+di·cos(θ)；

33、y＝y(tǒng)0+di·sin(θ)；

34、z＝z0+di·sin(φ)；

35、式中，x0表示初始橫軸坐標、y0表示初始縱軸坐標，z0表示初始豎軸坐標，cos表示余弦函數(shù)，sin表示正弦函數(shù)；

36、s42、設置api應用程序接口與建筑信息模型bim進行集成，確定參考節(jié)點位置，提取參考節(jié)點的實際三維位置(xs，ys，zs)。

37、優(yōu)選的，s43、依據(jù)所獲取的橫軸坐標x、縱軸坐標y和數(shù)軸坐標z，再與實際三維位置(xs，ys，zs)、信號特征集中的信號強度變化率roc-rssi和環(huán)境噪聲系數(shù)enc，進行相結合計算獲取電能表的三維位置(x,y,z)，對電能表參考節(jié)點進行定位優(yōu)化；

38、所述三維位置(x,y,z)通過以下算法公式計算獲?。?/p>

39、

40、式中，α表示信號強度變化率的調(diào)節(jié)參數(shù)，用于控制強度變化率roc-rssi對總誤差的影響，β表示環(huán)境噪聲系數(shù)的調(diào)節(jié)參數(shù)，用于控制環(huán)境噪聲系數(shù)enc對總誤差的影響，argminx,y,z表示最小化坐標值，n表示參考節(jié)點發(fā)送信號的總數(shù)量。

41、優(yōu)選的，所述步驟s5包括以下步驟；

42、s51、依據(jù)所獲取的三維位置(x,y,z)與實際三維位置(xs，ys，zs)，進行相關聯(lián)計算獲取位置誤差值error，分析所獲取的定位與實際規(guī)劃的智能電表定位之間的誤差；

43、所述位置誤差值error通過以下算法公式計算獲取：

44、

45、優(yōu)選的，s52、基于誤差指標進行預設誤差閾值w，再與所獲取的位置誤差值error進行對比評估，分析當前計算獲取的定位信息與實際規(guī)劃定位信息的誤差；

46、具體評估方案如下：

47、當位置誤差值error＞誤差閾值w時，表示定位信息與實際規(guī)劃定位信息存在誤差，此時則將信號強度變化率的調(diào)節(jié)參數(shù)α和環(huán)境噪聲系數(shù)的調(diào)節(jié)參數(shù)β進行增加50％后，再次執(zhí)行步驟s43，進行迭代計算優(yōu)化定位信息精度；

48、當位置誤差值error≤誤差閾值w時，表示定位信息與實際規(guī)劃定位信息不存在誤差。

49、一種智能電能表的定位模組，包括參考節(jié)點模組、智能電表通信模組、數(shù)據(jù)處理模組和定位信號調(diào)節(jié)模組；

50、所述參考節(jié)點模組通過wifi信號發(fā)射器，向周圍的智能電能表發(fā)送定位信號，同時調(diào)節(jié)發(fā)射功率調(diào)整覆蓋范圍，并進行時間同步；

51、所述智能電表通信模組通過設置多模式接收器實時處理接收到的信號，并設置數(shù)據(jù)傳輸接口，將采集的信號數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理中心；

52、所述數(shù)據(jù)處理模組包括數(shù)據(jù)預處理單元和定位算法單元；

53、所述數(shù)據(jù)預處理單元用于對所采集到的信號數(shù)據(jù)進行預處理，再進行特征提取后，獲取信號特征集；

54、所述定位算法單元用于依據(jù)所獲取的信號特征集進行實現(xiàn)多種定位算法，并整合多參數(shù)進行優(yōu)化計算；

55、所述定位信號調(diào)節(jié)模組用于矯正和調(diào)節(jié)定位信號，優(yōu)化環(huán)境噪聲和多路徑效應的影響。

56、一種智能電能表，包括計量芯和調(diào)節(jié)芯和所述的定位模組。

57、本發(fā)明提供了一種智能電能表的定位模組、定位方法和智能電能表。具備以下有益效果：

58、(1)首先，該方法通過在智能電能表的定位過程中引入路徑修正因子mff、環(huán)境噪聲系數(shù)enc以及信號強度變化率roc-rssi的修正計算，本方法有效提高了電能表在復雜環(huán)境中的定位精度。具體而言，使用修正后的接收信號強度xrssii來計算節(jié)點距離di，結合多種信號特征進行優(yōu)化計算，可以顯著減少由于信號干擾和反射造成的誤差。這種精度的提升有助于電網(wǎng)管理系統(tǒng)更準確地跟蹤和監(jiān)控電能表的位置，提高電網(wǎng)運營的穩(wěn)定性和效率。

59、(2)該方法通過與建筑信息模型bim集成，可以將電能表的實際三維位置(xs，ys，zs)與計算出的三維位置(x,y,z)進行對比，計算出位置誤差值error，并根據(jù)誤差進行調(diào)節(jié)。具體步驟包括：提取電能表的實際三維位置(xs，ys，zs)，再與所獲取的三維位置(x,y,z)進行差值計算獲取位置誤差值error，并預設誤差閾值w與所獲取的位置誤差值error進行對比評估，當位置誤差值error大于誤差閾值w時，增加信號強度變化率的調(diào)節(jié)參數(shù)和環(huán)境噪聲系數(shù)的調(diào)節(jié)參數(shù)進行迭代計算優(yōu)化定位信息精度；當位置誤差值error小于等于誤差閾值w時，表示定位信息準確。該特性使系統(tǒng)能夠自動調(diào)整定位算法的參數(shù)，以適應不同環(huán)境的變化，提高環(huán)境適應性和靈活性。

60、(3)該方法通過智能電能表定位不僅有助于電網(wǎng)管理系統(tǒng)進行精確的用電監(jiān)控和計費，還能及時發(fā)現(xiàn)和糾正定位偏差，從而減少能源損耗和管理成本。通過減少定位誤差，系統(tǒng)能夠更精確地執(zhí)行負荷管理和電力分配，優(yōu)化電網(wǎng)的整體能效。此外，精準地定位信息有助于電能表的維護和故障排查，縮短響應時間，降低維修成本和時間。再者，使用4g蜂窩網(wǎng)絡實時傳輸信號數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)處理中心，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和可靠性，進一步提升了系統(tǒng)的整體效率和效益。綜上所述，該定位方法通過提高定位精度、增強系統(tǒng)適應性和優(yōu)化能效，為智能電網(wǎng)系統(tǒng)提供了全方位的支持。