0  引言

    數(shù)據(jù)壓縮技術是指在保證現(xiàn)有信息不丟失的情況下， 采取有效的措施對數(shù)據(jù)量進行相應的縮減，從而有效減少存儲空間，提高數(shù)據(jù)信息傳輸效率。在一般情況下，為了保證視頻、語音、圖像信息的真實，人們一般會選擇應用有損壓縮方式。在社會經(jīng)濟和科技的不斷發(fā)展下，電網(wǎng)建設不斷深化，電力行業(yè)得到了長遠發(fā)展。人類社會發(fā)展對電力信息需求提升，為了更好地管理用電信息，怎樣開采和應用電力信息成為相關人員關注的重點，用電信息采集遠程通信在此背景下得到了長遠發(fā)展。數(shù)據(jù)壓縮技術在用電信息采集遠程通信中的應用一方面提高了用電信息采集效率，另外一個方面進一步完善了用電信息采集系統(tǒng)。為此，本文就數(shù)據(jù)壓縮在用電信息采集遠程通信中的應用問題展開探討。

1  用電信息采集系統(tǒng)及遠程通信概述

    用電信息采集系統(tǒng)是電力企業(yè)用來采集電力用戶用電信息的重要系統(tǒng)。隨著社會的不斷發(fā)展，用電信息采集系統(tǒng)的構成變得日益復雜，用電信息需要借助遠程通信進行信息的傳輸。從實際應用上看，用電信息采集遠程通信系統(tǒng)主要包括信息采集系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、信息收集和處理系統(tǒng)。大部分的信息集中在用戶端，由電能表、載波表和集中器共同組成，能夠對用戶用電情況進行全面的記錄，并借助集中器以遠程通信的形式進行數(shù)據(jù)信息的傳播。遠程通信對保證用電信息的安全、真實，起到了十分重要的作用，是電力企業(yè)長遠、可持續(xù)發(fā)展的重要影響因素。

2  數(shù)據(jù)壓縮在用電信息采集遠程通信中的作用

2.1  能夠有效降低用電信息遠程通信成本費用

    在用電信息傳輸?shù)倪^程中，遠程通信一般是在用電信息采集站主要站點和終點站之間進行數(shù)據(jù)信息的傳輸。在信息傳輸過程中需要應用的通信設施包括光纖、無線公網(wǎng)等。在多種通信設施中，無線公網(wǎng)是最為有效的方式，對人力、物力、財力的需求比較小，且維護起來比較方便，因而， 在現(xiàn)階段的用電信息采集遠程通信中主要應用無線公網(wǎng)方式進行數(shù)據(jù)信息的傳輸。需要注意的是，在應用無線公網(wǎng)的時候需要各個網(wǎng)絡通道之間的互相連接，由此對信息運營商發(fā)展帶來了一定的經(jīng)濟負擔。在這樣情況下，怎樣通過數(shù)據(jù)壓縮來降低信息通信成本成為有關人員需要思考和解決的問題。

2.2  能夠有效提高用電信息的傳遞效率

    社會經(jīng)濟的快速發(fā)展使得人們的用電需求增加，同時，在電力系統(tǒng)的深化發(fā)展下，用電信息采集數(shù)據(jù)類型增多、操作也變得復雜。在用電信息采集站主要站點和終點站上， 用點信息終點站所需要的實時數(shù)據(jù)數(shù)量和類型比較龐大，無形中增加了用電數(shù)據(jù)的數(shù)量。在用電數(shù)據(jù)數(shù)量的增多下， 逐漸顯示出用電系統(tǒng)和社會經(jīng)濟發(fā)展的不適應，無法實現(xiàn)對電力系統(tǒng)資源的合理、高效利用。數(shù)據(jù)壓縮技術在用電信息采集遠程通信中能夠將采集到的數(shù)據(jù)信息進行有效壓縮處理，由此提升了數(shù)據(jù)信息的壓縮采集效率，能夠更好地促進用電信息采集遠程通信發(fā)展。

3  用電信息采集遠程通信基本報文結構

    用電信息采集遠程通信系統(tǒng)需要保障基本報文結構的完整、安全、穩(wěn)定。為了保證數(shù)據(jù)信息的安全、有效，一般會選擇無損壓縮方式進行數(shù)據(jù)壓縮操作。在應用無損壓縮時，需要結合實際情況在對整個用電信息采集遠程通信報文結構了解的基礎上，選擇恰當?shù)膲嚎s方法和算法。在進行用電信息采集站主站和終端數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)臅r候，需要在一定的通信協(xié)議下進行，按照協(xié)議的要求來確定信息傳輸方式。通信協(xié)議規(guī)范了用電信息采集站主站和終端數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式、編碼和傳輸規(guī)則。比如以國家電網(wǎng)發(fā)布的Q/GDW 376.1-2009 協(xié)議為例，相應的幀格式具體如圖1所示。

    幀是通信報文的基礎，一般由多個字節(jié)數(shù)據(jù)按照一定的順序排列，不同的字節(jié)數(shù)據(jù)在通信協(xié)議中代表不同的含義。在Q/GDW 376.1-2009 協(xié)議幀格式中，幀的開始是以字符68H為標志，之后的“長度L”字符包含的信息是通信報文常用協(xié)議信息，具體包括用戶數(shù)據(jù)區(qū)長度、協(xié)議版本信息等。在第二個字符串“68H”的后面是控制域“C”，代表的是通信報文信息的傳輸方向和數(shù)據(jù)傳輸服務類型。地址域“A”是用電信息采集終端系統(tǒng)地址信息。這些數(shù)據(jù)信息在應用時通過鏈路用戶數(shù)據(jù)來進行連接。

4  用電信息采集遠程通信報文信息冗余度分析

    經(jīng)過大量的分析和研究發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)能夠被壓縮，對于信息量比較大的數(shù)據(jù)，可以應用一些物理量來表示，物理量越小則證明數(shù)據(jù)信息量越小，數(shù)據(jù)信息量越小，越適合應用二進制位表示，數(shù)據(jù)信息被準確表示的可能性就會越高。在一般情況下，數(shù)據(jù)是由多個字符組成的，字符是由多個不同長度的二進制位組成，這些字符在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)的可能性不同，如果將字符用S表示，字符S相對應的概率是P，字符S的物理量E被定義為：

    在公式中，E代表的是以2為底P的對數(shù)，基本單位是二進制位。受負號的影響，概率p越大，E就越小。在字符S出現(xiàn)的次數(shù)逐漸增多下，S所含有的信息量也會相應的減少。為了進一步驗證用電信息采集遠程通信報文信息的冗余度問題，列舉出某電能量數(shù)據(jù)報文信息情況如表一所示。E是根據(jù)公式（1）中的字符量來確定的，在理論上代表這個字符表示所需要的二進制位數(shù)。在理論上想要表現(xiàn)表一中的報文信息，最多需要186個二進制位，但是表1中數(shù)據(jù)信息實際冗余度是（432-186）/432×100%=56.94%,可見，在理論上對用電信息采集遠程通信報文進行壓縮操作具有可行意義。

5  用電信息采集遠程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮分析

    現(xiàn)階段，用電信息采集遠程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮常常應用無損壓縮方式，即LZ77算法。在應用LZ77算法時還需要建立相應的字典模型，并借助縮略詞的形式對這個模型對相應的數(shù)據(jù)信息進行壓縮處理，從而在對數(shù)據(jù)信息正確理解的基礎上達到通信目的，保證通信數(shù)據(jù)信息的準確有效，提高數(shù)據(jù)解壓效率。

5.1  應用LZ77進行用電信息采集遠程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮編碼

    用電信息采集遠程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮在應用LZ77的時候，需要按照字典的規(guī)則要求，通過字符索引將相關數(shù)據(jù)的長字符進行壓縮處理，并通過窗口滑動和預留區(qū)域來完成編碼操作。在實際的用電信息采集遠程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮中首先需要進入到預置區(qū)，其次在進入到滑動窗口，在滑動窗口建立相應的數(shù)據(jù)索引，將預置區(qū)和滑動窗戶口區(qū)域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進行比較分析，找到和字符相匹配的字段，完成數(shù)據(jù)壓縮操作。文章主要以字符串“ababcabd”為例，具體說明怎樣應用LZ77進行用電信息采集遠程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮，具體操作流程如表2所示。在表2中，第一行是數(shù)據(jù)剛開始壓縮時候的狀態(tài)，數(shù)據(jù)信息被流在“預置區(qū)”。數(shù)據(jù)壓縮在第二行的時候正式開始，由于滑動窗口不存在數(shù)據(jù)信息，也不具備能夠匹配的字符串，因此將保留的字符a作為數(shù)據(jù)信息壓縮結果，并將壓縮之后的數(shù)據(jù)向前移動一個字符。在第三行區(qū)域的時候，預置區(qū)數(shù)據(jù)字符串是bab，相應匹配數(shù)據(jù)串是是（b，ba，bab），在滑動窗口區(qū)域內(nèi)，字符a在不需要匹配的情況下就能進行比較，因此，可以將b作為壓縮結果。在第四行區(qū)域中，預置區(qū)數(shù)據(jù)字符串是abc，在滑動窗口區(qū)域內(nèi)，區(qū)域范圍內(nèi)數(shù)據(jù)字符串是ab，相匹配的字符串組合是（a，ab），最長匹配的字符串是ab。以此類推，在預置區(qū)內(nèi)沒有可以匹配數(shù)據(jù)的時候，數(shù)據(jù)壓縮操作結束。通過這一系列操作發(fā)現(xiàn)，LZ77算法中涉及到的字典索引有兩種形式，在沒有匹配字符串的時候，字典索引是原來的字符，在有匹配字符串的時候，字典索引由長度、第一個字符共同組成?！?/p>

5.2  應用LZ77進行用電信息采集遠程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮解碼

    在應用LZ77進行用電信息采集遠程通信基本報文數(shù)據(jù)壓縮解碼操作時主要應用的是滑動窗口數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)解壓操作原則是對單個字符段的數(shù)據(jù)直接讀取，對于匹配字符段的數(shù)據(jù)要根據(jù)實際長度、首字母、偏移量等進行字符還原操作。根據(jù)上文中提到的壓縮例子為例，LZ77算法的具體解碼操作如表3所示。根據(jù)表3發(fā)現(xiàn)，第一行數(shù)據(jù)是解壓開始狀態(tài)，壓縮結果中的字符代表的是單個字符，能夠將a直接讀入到滑動窗口中。在數(shù)據(jù)壓縮第二行，壓縮結果字符b也是單獨的字符，能夠被直接讀入到滑動窗口中。在第三行數(shù)據(jù)信息中，壓縮結果是匹配字符段的字典索引，總體偏移量是3，長度是2。在應用的時候需要在滑動窗口中找到相應的匹配字符串，在解壓之后將字符串放置到滑動窗口中。以此類推，在第五行的時候，所有數(shù)據(jù)信息得到壓縮還原，數(shù)據(jù)解壓操作結束。

6  結束語

    綜上所述，社會經(jīng)濟和科技的發(fā)展帶動了電力系統(tǒng)的進步，在新的歷史時期，為了能夠更好地促進電力事業(yè)發(fā)展，滿足人類社會發(fā)展對電力系統(tǒng)的需求，需要相關人員進一步完善用電信息采集遠程通信系統(tǒng)，應用數(shù)據(jù)壓縮技術來處理各類用電信息采集遠程通信系統(tǒng)信息，并對相應的信息進行檢驗處理，提高用電信息傳輸效率，為電力系統(tǒng)的深化發(fā)展提供更多支持。

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作者信息：

杜錦陽，谷海彤，趙  穎，劉  毅，蔡秀玲

（廣州供電局有限公司，廣東 廣州 510000）