泛在电力物联网中基于契约理论的群智感知激励机制研究

发布时间：2020-11-08 09:15

　　 泛在电力物联网是以电力系统为核心,结合智能终端传感器、通信网、人工智能和云平台技术构成的复杂多网流系统,是实现能源互联网的重要举措。群智感知因其强大的数据获取能力,能很好地解决大规模感知网络中部署维护成本高的关键难题,已经成为物联网领域研究热点之一。然而,群智感知网络中移动用户自私性和网络信息非对称性,使得移动用户在没有任何激励的前提下,不愿高效参与感知任务,从而降低感知数据的质量和群智感知的性能,势必会制约泛在电力物联网的发展。为此,本文致力于研究基于契约理论的群智感知激励机制以解决上述问题。全文主要贡献如下:1.针对群智感知网络信息非对称引起的道德风险问题,本文提出泛在电力物联网中单任务群智感知契约激励机制设计方法。首先,针对网络信息非对称特点,将契约理论引入群智感知网络中,建立考虑服务平台以及移动用户风险偏好的数学模型。其次,结合泛在电力物联网单任务群智感知的特点,在满足移动用户个人理性与激励相容约束条件基础上,实现服务平台效用最大化,以建立单任务群智感知契约优化问题。再次,考虑到上述契约优化问题特点,利用拉格朗日乘子法和Kuhn-Tucker条件,获得单任务群智感知最优契约设计。最后,实验结果表明,本文提出的单任务群智感知契约激励机制,能够有效规避道德风险问题,以激励移动用户高效参与感知任务。2.考虑到移动用户可能会参与多个群智感知任务,为避免单任务群智感知契约签订的巨大开销,本文将上述单任务群智感知契约激励机制扩展到多任务场景。在考虑多任务群智感知之间影响的前提下,通过引入误差协方差矩阵以及成本系数矩阵,建立该场景下服务平台和移动用户数学模型。结合移动用户的个人理性与激励相容约束条件,提出多任务群智感知契约优化问题及其优化设计方法,以确保服务平台效用最大化。在此基础上,讨论及分析技术独立、随机独立以及双重独立三种特殊场景的多任务群智感知最优契约设计方法。实验结果表明,本文提出的多任务群智感知契约激励机制,能够在减少服务平台效用损失前提下,有效激励移动用户高效参与多个群智感知任务。本文提出的基于契约理论群智感知激励机制,可为创新群智感知模式、提高数据信息采集质量、推动泛在电力物联网发展提供新思路。
【学位单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TP391.44;TN929.5;TM73
【部分图文】：

椿チ?鳾1]。2015年，清华大学及华北电力大学分别成立能源互联网研究专项机构。2018年，中国正式进入了能源互联网的“落地年”，在北京召开“2018全球能源互联网大会”，发起成立首个能源领域的国际组织——全球能源互联网发展合作组织，2018年国家能源局公布首批“互联网+”智慧能源（能源互联网）示范项目。整体而言，中国能源互联网的发展条件逐渐趋于成熟。2019年，国家电网有限公司在该年度公司1号文件中强调年度工作重点为推动电网与互联网相互融合，着力构建能源互联网；并提出了“三型两网、世界一流”战略目标。如图1.1所示，“三型两网”战略的本质是以坚强智能电网与泛在电力物联网的良好建设运营为基础，运用互联网思维，发挥电网的枢纽作用，推动“两网”协同并进，构成能源流、业务流、数据流“三流合一”的能源互联网，助力其建设成为世界一流能源互联网企业，带动产业链上下游和全社会共享发展成果[2]。因此，建设运营良好的泛在电力物联网，为建设具有全球竞争力的领先型能源互联网企业及能源行业变革提供必要技术条件。图1.1能源互联网泛在电力物联网指在电力系统全过程中，融合移动互联、人工智能、大数据等先进信息及通信技术，实现电力系统全过程网络连通、数据连贯、人机交互的状态感知全面、信息处置高效、应用简便灵活等特征的智慧服务系统[3]。在泛在电力物联网中，电力行业上中下游企业及用户、电力行业设备之间以及人与设备之间，即发电企业、相关的电网企业、电力供应商、用户、发电设备、电网运营设

湖北工业大学硕士学位论文2备、电力供应设备、电力设备各者之间均可形成信息互联及交互[4-5]。泛在电力物联网将物联网技术与电力系统相结合，从而实现多种类型信息传感设备与通信类信息资源共享。同时，泛在电力物联网技术可以促进具有物理概念的实体拥有自我标识、动态感知及智能处理信息的能力[6]。因此，全面深度获娶存储、运用电力系统运行过程中产生的所有数据信息是建设泛在电力物联网的必要条件，而形成数据互联必须通过电网中铺设的传感器设备[7]。如图1.2所示，泛在电力物联网由应用层、平台层、网络层以及感知层构成。在泛在电力物联网中，感知层通过先进的传感器或者采集器等设备，实现对电网运行时各类数据的精确采集。网络层通过现有的互联网、移动通信网、卫星通信网等基础网络设施，对来自感知层的信息进行接入和传输。当数据传输到平台层后，平台层会完成数据的处理与筛眩应用层会对经过平台层处理的数据进行应用，再通过进行相关的应用操作，实现不同的应用功能。泛在电力物联网的建设是在现有电网上增加传感测量技术、集成通信技术和高级计算控制方法，实现物联网和智能电网的高度融合[8]。图1.2泛在电力物联网的基本结构感知层是泛在电力物联网的基础层和数据源，感知终端包括传感器、电子标签、量测装置、监测装置、采集终端、定位终端、边缘网关等设备，可以实现能源互联网中发-输-变-配-用、源-网-荷-储-人的状态感知、量值传递、环境监测、行为追踪等功能[9]。目前，针对电网各个环节的业务需求和电力设备特点，通过不同量程、灵敏度、测量精度和封装形式的感知终端的研发应用，已经实现了较为广泛的应用部署。如图1.3所示，电网已经在发、输、变、配、用等环节部署了感知终端，以完成对电网的数据信息收集。

湖北工业大学硕士学位论文3图1.3泛在电力物联网中感知技术的应用然而，感知终端设备的大量架设以及维修会给电网带来巨大的运营成本。与此同时，随着低功耗物联网、5G等技术的加速发展，物联网与人工智能、大数据等新兴技术融合应用，我国物联网产业正在迈入规模化创新的新阶段。随着物联网产业的快速发展，群智感知作为一种新的数据模式应运而生。在群智感知网络中，人们可以在任何时间和任意地点，通过人们携带的移动智能终端设备，形成覆盖动态范围的群智感知网络。通过参与这样的网络，人们能够实时地提出数据需求或共享数据信息。群智感知的数据获取模式基于无线通信技术，通过移动人群使用自身持有的智能设备来解决大批量、大范围移动感知任务所形成，其在获取大批量、大容量信息数据时的质量、效率及速度有着显著优势[10]。群智感知通过物联网技术将众包思想和移动设备感知能力相结合，其典型结构如图1.4所示。图1.4群智感知典型结构群智感知通过人们已有的移动智能终端设备形成交互式、参与式的感知网络，将感知任务发布给在网络中的个体或群，并从各地收集大规模、多维度的异构数据，解决各种大规模数据需求问题，提供质量高、可信度高、可用性高的数据服务[11-13]。在群智感知网络中，大部分的感知任务无需专业人士完成，仅有少量任务
【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 南文倩;郭斌;陈荟慧;於志文;吴文乐;周兴社;;基于跨空间多元交互的群智感知动态激励模型[J];计算机学报;2015年12期

2 田世明;栾文鹏;张东霞;梁才浩;孙耀杰;;能源互联网技术形态与关键技术[J];中国电机工程学报;2015年14期

本文编号：2874580