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摘要：当前的船闸远程自动控制方法处理负载信号的方式较为单一，而负载信号的处理较为复杂且存在信息量不足的问题，因此需要更长时间来完成负载信息的处理和解析，进而导致无法即时有效地远程控制和调整船闸。为此，提出基于RTSP协议网络监控的船闸远程自动控制方法。首先，通过声波传感器对船闸负载信号进行采集，并对采集到的船闸负载信号进行变换处理，从而提高远程控制的准确率。然后，通过小波包分解法对船闸控制特征向量进行提取。最后，利用RTSP协议网络监控实现远程自动控制船闸。与现有方法比较的结果表明，所提方法在控制船闸时的响应速度最快，仅为0.2 s，说明所提方法在实际应用中具有较高的应用价值，为水利工程领域的智能化、自动化发展提供了有力支持。
关键词：RTSP协议网络监控；船闸远程自动控制；声波传感器；小波包分解法
0引言
随着科技的飞速发展，在水利工程领域，如船闸的远程自动控制方面，网络监控技术发挥着越来越重要的作用[1]。传统的船闸控制方式通常需要人工现场操作，效率低下且安全性无法得到保障。而通过远程监控，工作人员可以随时了解船闸的运行状态，对出现的问题进行及时处理，确保船闸的正常运营[2-3]。目前视频监控质量不断提高，可在较小带宽条件下实现高质量的视频数据传输。
为了实现船闸的高效、安全、便捷运营，众多学者对船闸的远程控制方法进行了研究。魏小星[4]研究二线船闸自动控制，采用了施耐德M580系列PLC作为核心控制设备，并根据Unity Pro软件支持的编程语言特点，使用结构化编程方法完成了逻辑功能控制程序。此外，系统还设计了现场触摸屏人机界面，实现了现场和远程监测控制、操作权限分配、事件记录查询等多种功能。万海霞等人研究基于模糊PID控制的船闸闸门同步控制器设计[5]，通过确定隶属度函数来建立模糊控制系统。在双侧闸门变速跟随控制中，采用模糊PID控制方法。通过利用开度仪的信号反馈扰动液压系统流量，调整闸门开启速度，实现闭环控制。但是上述方法处理负载信号的方式较为单一，而负载信号的处理较为复杂且存在信息不足的问题，因此需要更长时间来完成负载信息的处理和解析，进而导致无法实现即时有效的船闸远程控制和调整。
RTSP协议是一种用于实时流媒体传输的网络协议，可以在网络上进行音频、视频等多媒体数据的传输控制。在船闸远程自动控制系统中，RTSP协议可以实时传输监控视频流，使得监控中心可以实时获取船闸现场的运行情况，为远程控制提供重要的信息支持[6]。为此，本文提出基于RTSP协议网络监控的船闸远程自动控制方法。通过小波包分解法对船闸的特征向量进行提取。小波包分解是一种信号处理方法，可以将信号分解为多个频带，进而从不同频带中提取出更多的特征信息。通过对船闸负载信号进行小波包分解，可以获得更丰富的负载特征信息，丰富了信号处理的方式，为水利工程的现代化管理提供了有力支持。
1采集船闸负载信号
在进行船闸远程自动控制时，通信信号会受到外界的干扰，信号易出现控制信息传输延时信息包丢失等情况[7-9]。为了精准控制船闸的运行参数，首先需要采集船闸负载信号，根据船闸远程自动控制的现实需求，利用声波传感器，将其安装在船闸的两侧，设置传感器的采集频率等参数，利用读卡器读取声波传感器采集的负载信号，如式（1）所示。
式中：f(xi)为船舶处于运行模式时，船闸由于自身结构等因素存在的固定负载信号；c为船闸运行模式下的惯性常数；e(xi)为船闸设备输出的有功功率；g(xi)为船闸设备输出的有功功率；F(xi)为动态下船闸设备的负载；d为在运行状态下，船闸设备输出功率的转化系数；D为在运行状态下，排除外界电能输入的作用，船闸设备输出功率的转化系数；ω为船闸设备内转子运行的角速度；h为转子在运行阶段的惯性常数；E(xi)为在负载准状态下船闸设备的有功功率。
根据船舶使用时各设备的运行机制，分析其运行负载（任务）与运行之间的协同关系[10-11]。需要注意负载是由多个生产任务共同组成的，这就意味着负载信号分为多组，本文以任务执行的效率和成功率作为约束，其执行任务m的负载计算方式可以表示为式（2）。
式中：Q(yi)为船闸设备执行任务m的负载信号；tm为船闸设备执行任务m的理论时间开销；υ为船闸设备的运行速度；T为任务m的期望值。
按照这样的方式计算出待执行任务的实际负载信号，完成采集，以便后续操作[12-13]。
2变换船闸负载信号
在进行船闸远程自动控制的过程中，为了方便后续提取船闸控制特征向量，需要对采集的船闸负载信号进行平移、放大等变换处理，从而提高远程控制的准确率，首先对船闸负载信号进行小波变换处理[14-15]。具体表达式如式（3）所示。
式中：ψa,b(x)为船闸负载信号的小波母函数，a为船闸负载信号的尺度变换因子，b为控制信号的平移因子；ψ*(x)为小波母函数的复共轭[16-17]。接着对小波变换后船闸负载信号进行分解变换过程，表达式如（4）所示。
式中：m=0,1,2,…,N-1,cj,k；为控制信号分解变换过
程中的尺度系数；dj,k为小波变换系数；j为分解层数。基于上述步骤，完成船闸负载信号的变换。
3提取船闸控制特征向量
变换后的船闸负载信号可通过小波包分解法提取船闸控制特征向量。通过离散化处理实现对船闸负载信号的分解[18-20]。分解层数为3层，过程如图1所示。
图中，k为分解尺度，每一次只对船闸低频负载信号做分解，对船闸高频负载信号不分解，将原有的信号频段减半，根据上述分解法，计算信号的子空间信号能量，如式（5）所示。
式中：Ej为船闸负载信号第j层子空间信号能量值；Sj是船闸负载信号第j层子空间信号数值。
将船闸负载信号各个空间段能量归一化处理，如式（6）所示。
式中：P(Ej)为归一化处理后的船闸负载信号各个空间段能量，即分解后的子空间能量在重构信号能量中存在的概率；Aj为在第j层任意一个节点的船闸负载信号的重构信号。
再利用傅里叶变换求出船闸负载信号子空间功率谱密度值，如式（7）所示。
式中：F为船闸负载信号子空间功率谱密度值；T为发射声信号采样频率；Q为船闸负载信号采样点数量；L为船闸负载信号的离散傅里叶变换[21]。
根据子空间功率谱密度求出船闸负载信号功率，由于船闸负载信号功率与管道阀门内漏率呈线性关系，进而可以求出天然气管道阀门内漏率，如式（8）所示。
式中：Pt为船闸在t时刻的船闸负载信号功率；W为船闸负载信号声功率；c通常情况下取值0.1。
当式（8）计算结果大于0时，则表示该处为远程自动控制目标，即船闸控制特征向量。基于上述步骤，完成对船闸控制特征向量的提取。
4利用RTSP协议网络监控远程控制船闸
当提取船闸控制特征向量后，即远程自动控制目标后，RTSP协议网络监控能够实时而有效地监控船闸设备，并进行数据信号输送，具体过程如图2所示。图中，eu和Δeu表示RTSP协议网络监控输入的船闸控制特征向量；kP和kI表示RTSP协议网络监控输入的船闸控制特征向量eu和Δeu的输出量。以该控制结果为基础，确定参考电压，利用抑制电路，对输入的船闸控制特征向量eu和Δeu进行抑制，通过模糊推理，对调整直流母线电压u进行控制，监测电压，达到二次控制的目的[22]。因此还需要得出精确控制量。具体过程如下所示。
（1）模糊化，就是将船闸控制的各特征向量eu和Δeu，通过模糊控制器，转化为模糊矢量。表达式如（9）：
式中：k1和k2均为比例因子；隶属矢量值Eu表示输入的船闸控制特征向量eu在模糊子集中的值；隶属矢量值ΔEu表示输入的船闸控制特征向量Δeu映射在模糊子集的值。
（2）模糊推理。假设电压输入的值为（eu，Δeu），根据图2所示的控制过程，通过模糊化处理后得到（Eu，ΔEu），可以得出相应的控制规则：
式中：Kp为模糊推理的输出结果，Cpi为当前确定的原则。
将以上确定的模糊化准则和推理结果代入RTSP协议网络监控远程自动控制船闸过程中强化对船闸的控制效果，据此完成对船闸的远程自动控制。
5实验过程
本文针对船闸远程自动控制，提出了基于RTSP协议网络监控的船闸远程自动控制方法。通过本文的研究，全方位实现了船闸远程自动控制的目标。为了进一步验证本文提出的远程自动控制方法的可行性，将所提方法与文献[4]方法和文献[5]方法进行对比。
5.1实验准备
为了使实验测试结果更具有说服力，本次实验采用仿真模拟的方式，将真实的船闸设备通过高精度计算机模拟的形式进行建模，保证相同的实验环境。选用MAT‐LAB仿真软件，运用3种远程自动控制方法控制此次选择的船闸，并通过计算机实时监控并记录实验过程中数据的动态变化。实验主要运行环境如表1所示。
此时，确定运行环境，同时根据该船闸的实际情况，准备5个传感器采集船闸负载信号，传感器的工作频率设定为220 kHz，采样频率设定为120 kHz，传感器频率范围为3 kHz~10 MHz，设定完技术参数后，即可进行实验，在控制过程中，将3种方法都从零状态调整至稳态24 V电压的状态，实验指标为3种控制方法控制船闸的响应速度，基于上实验准备，进行后续实验操作。
5.2实验结果与分析
为了验证本文基于RT‐SP协议网络监控的船闸远程自动控制方法的应用性能，将文献[4]方法和文献[5]方法作为对比方法，对3种方法控制船闸的响应速度结果进行记录，结果如图3所示。
从图3中可以看出，文献[5]方法需3 s左右才可以从零状态调节至稳态24 V电压的状态，响应速度是3种控制方法中最慢的；文献[4]方法需要1 s左右从零状态调节至稳态24 V电压的状态，其比文献[5]方法的响应速度略快，但仍慢于本文所提方法，本文所提方法仅需不到0.2 s就可以从零状态调节至稳态24 V电压的状态，其在3组控制方法中响应速度最快。因此本文基于RTSP协议网络监控的船闸远程自动控制方法在控制船闸时，具有更快的响应速度。
6结束语
本文提出了一种基于RTSP协议的网络监控船闸远程自动控制，该方法在信息科技高速发展的时代可发挥重要的作用，对提升船闸远程自动控制效果有着不可忽视的地位。与基于传感器的船闸远程自动控制方法和基于PID算法的船闸远程自动控制方法进行对比，本文基于RTSP协议网络监控的船闸远程自动控制方法控制船闸响应速度较快。可结合实际的生产需求，实现对船闸的远程自动控制。该方法旨在为相关领域的研究和实践提供有益的参考和启示，然而，本次研究中提出的电力应急电源设备远程控制方法并未涉及RTSP协议网络监控设备与船闸设备远程自动控制方法的连接方式，在未来的研究中，需要进一步深入讨论船闸设备的远程自动控制方法，进一步优化基于RTSP协议网络监控船闸远程自动控制方法。
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基于RTSP协议网络监控的船闸远程自动控制方法论文
人参与 2024-10-17 10:31:30 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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