基于移動邊緣計算的巡檢裝置智能化研究

蔣帆 劉曉露

摘? 要：隨著電力系統(tǒng)智能化的發(fā)展需求，針對現(xiàn)有的紅外熱像儀在電力巡檢中出現(xiàn)無法聯(lián)網(wǎng)，操作繁瑣，安全性能不高等弊端，研究設計了應用于電力設備和裝置的智能紅外巡檢裝置。智能巡檢裝置具有通過移動邊緣計算遠程控制變電站設備進行預算的能力，能對變電站測溫發(fā)現(xiàn)的問題進行分析，做到及時發(fā)現(xiàn)問題并對設備缺陷進行預判。相對于傳統(tǒng)的紅外熱像儀，智能巡檢裝置增加了在智能導航、紅外測溫和遠程監(jiān)控等方面的現(xiàn)場應用能力。

關鍵詞：智能巡檢;移動邊緣計算;紅外成像;變電站

中圖分類號：TP274? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）32-0019-02

Abstract： With the development of intelligent power system， the existing infrared thermal imager can not be connected to the network， the operation is tedious， the security performance is not high and so on. An intelligent infrared inspection device applied to power equipment and devices is studied and designed. The intelligent inspection device has the ability to remotely control the substation equipment budget through the moving edge calculation， and can analyze the problems found in the substation temperature measurement， so that the problems can be found in time and the equipment defects can be predicted. Compared with the traditional infrared thermal imager， the intelligent inspection device increases the field application ability in intelligent navigation， infrared temperature measurement and remote monitoring.

Keywords： intelligent patrol inspection; moving edge computing; infrared imaging; substation

引言

變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，其運行狀態(tài)的好壞直接關系到電力系統(tǒng)的安全和效益。隨著變電站電壓等級提高、運行環(huán)境愈加復雜以及變電運檢要求的不斷提高，使得變電站現(xiàn)場設備的巡視范圍和工作量變大，而通常采用的紅外成像技術作為一門成熟應用的技術，在電力設備運行狀態(tài)檢測中有著無比的優(yōu)越性[1]。紅外成像是以設備的熱狀態(tài)分布為依據(jù)對設備運行狀態(tài)良好與否進行診斷，它具有不停運、不接觸、遠距離、快速、直觀地對設備的熱狀態(tài)進行成像的能力[2]。傳統(tǒng)紅外成像儀的檢測結果是存儲在本地存儲設備中，調(diào)用和查詢都比較復雜。同時，如果電力設備出現(xiàn)故障，也無法在線實時檢測，對設備性能的判斷具有延時和滯后性。因此，研究開發(fā)適應現(xiàn)代自動化水平的變電站智能巡檢系統(tǒng)已迫在眉睫。

1 移動邊緣計算技術

1.1 MEC網(wǎng)絡框架

移動邊緣計算（mobile edge computing， 簡稱MEC）最早是由卡內(nèi)基梅隆大學的Mahadev等人在2009年提出的。[3]2014年歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI）對MEC進行了詳細定義：MEC技術是通過網(wǎng)絡邊緣部署帶有計算、存儲能力的服務器，為靠近移動用戶的無線接入網(wǎng)提供IT及云計算能力。[4]在MEC網(wǎng)絡框架中，計算、存儲及業(yè)務服務能力被下沉到網(wǎng)絡邊緣的MEC設備中，云端設備將部分業(yè)務下沉至網(wǎng)絡邊緣節(jié)點，通過本地化處理，大大提升云端設備處理速度。此外，本地處理可以讓業(yè)務更接近用戶本身，從而提升用戶網(wǎng)絡體驗。

1.2 智能巡檢裝置應用MEC網(wǎng)絡框架

當用戶使用自動巡檢應用時，首先利用帶有紅外成像功能的智能終端進行數(shù)據(jù)采集，然后該應用將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至處理中心執(zhí)行電力設備檢測、投影和數(shù)據(jù)庫搜索等操作來獲取電力設備巡檢結果。在網(wǎng)絡架構中，為了減少業(yè)務響應時延，引入了MEC技術在網(wǎng)絡邊緣處理電力設備檢測和投影等計算密集型操作。具體應用網(wǎng)絡框架如圖1所示。

2 智能巡檢裝置硬件構成

2.1 智能巡檢裝置的構成

智能巡檢裝置系統(tǒng)是集“遙控、遙調(diào)、遙測、遙信和遙視”功能于一體，廣泛應用于電力設備和裝置中，能真正實現(xiàn)變電站智能化建設，實現(xiàn)無人值守。[6-7]智能巡檢裝置是在原有紅外成像儀的基礎上，增加多智能模塊，實現(xiàn)自動巡檢功能。

（1）安全芯片

普通型紅外熱像儀由于沒有集成安全加密芯片，巡檢數(shù)據(jù)只能本地處理，不能接入國網(wǎng)平臺，使得巡檢數(shù)據(jù)的分析具有片面性、局限性。紅外智能巡檢裝置通過集成國網(wǎng)ESAM芯片，在用戶側以硬加密的形式，保證數(shù)據(jù)安全，并可以安全接入國網(wǎng)平臺，能夠及時的發(fā)現(xiàn)問題和對設備缺陷做出更優(yōu)的預判。

（2）RFID

傳統(tǒng)的以紙質(zhì)為主的人工巡檢方式，巡檢信息收集、人員管理均通過紙質(zhì)報表完成，該方式受人為因素影響較大，易出現(xiàn)漏檢、錯檢現(xiàn)象，且效率較低下，無法適用電力系統(tǒng)信息化、網(wǎng)絡化的需求。紅外智能巡檢裝置通過讀取設備RFID標簽獲取標簽中的信息，具有非接觸性識別、保密性強、抗惡劣環(huán)境等優(yōu)點。

（3）GPS/北斗定位

GPS/北斗模塊可獲取時間信息，更新巡檢裝置的本地時鐘。同時，自動把地理位置信息附加到拍攝的電力設備圖片中，上傳給管理系統(tǒng)，從而輔助判定對設備的身份唯一性識別。

（4）多傳感

智能巡檢裝置集成了多種傳感器，用于收集巡檢現(xiàn)場的磁場、電場及溫濕度數(shù)據(jù)，同時預備了通用接口用于擴展各類傳感器應用。當巡檢現(xiàn)場的磁場或電場強度高于警界值時，及時安全告警。

2.2 紅外成像儀智能化關鍵技術

（1）基于“RFID+圖像”的裝置身份唯一性識別技術

對電力設備身份識別在RFID技術的基礎上，并以二維碼、圖像識別、北斗定位、語音識別等多種技術進行輔助判別，確保設備身份識別可操作性和唯一性。另外，在前期主站側設備臺賬建立時，所有類型設備輪廓基圖保存在數(shù)據(jù)庫，巡檢任務下載時包含本次需要檢測設備RFID及對應的輪廓基圖，在拍攝紅外圖像過程中，通過與輪廓基圖的比對進一步保證了圖片自動歸檔準確性。

（2）基于“國密算法”視頻安全加密技術

安全芯片硬件集成有算法單元、隨機數(shù)發(fā)生器、電壓和頻率檢測等多種安全性保護機制，可有效保證傳輸數(shù)據(jù)的機密性和完整性。芯片具有防監(jiān)測、抗攻擊的安全特性。

（3）基于“智能安全盒”的存量設備智能化升級方案

傳統(tǒng)紅外攝像儀一般提供WiFi或USB通訊接口，智能巡檢裝置集成了豐富的通用接口，可與紅外熱像儀鏈接。巡檢時，紅外熱像儀只需將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至裝置即可，裝置內(nèi)置大數(shù)據(jù)分析軟件，實時提供故障判斷告警。熱像儀只需升級軟件系統(tǒng)，無需改動硬件，就可與智能巡檢裝置兼容。

3 結束語

紅外智能巡檢裝置是對傳統(tǒng)型紅外熱像儀的升級和改善，解決了存量紅外熱像儀巡檢數(shù)據(jù)無法接入國網(wǎng)系統(tǒng)，設備缺陷無法及時預判告警的問題，提高了站內(nèi)設備運行的安全性;減少了變電站運行人員的工作強度，提高了工作效率及運維水平。

參考文獻：

[1]陳超.基于紅外成像的變電設備溫度遠程在線監(jiān)控[J].黑龍江科技信息，2015（7）：70.

[2]王榮校，楊海峰，彭博，等.研究組合式紅外成像云在變電站中的應用[J].百科論壇電子雜志，2018（18）：317.

[3]SATYANARAYANAN M， BAHL P， CACERES R， et al. The case for VM-Based cloudlets in mobile computing[J]. IEEE Pervasive Computing， 2009，8（4）：14-23.

[4]HU Y， PATEL M， SABELLA D， et al. Mobile Edge Computing：A key technology towards 5G[S]. ETSI WhitePaper. 2015.

[5]周大立，王曉東，郝賢鵬.無線通信技術在紅外成像系統(tǒng)中的應用[J].電子測量技術，2018（5）：111-115.

[6]魏本剛，周建國，黃華，等.基于智能巡檢的智能化變電站狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計方案[J].華東電力，2012（6）：999-1001.

[7]劉巖，雷晨昊，于一三.變電站設備紅外成像檢測的應用[J].工業(yè)C，2016（5）：243.

基金項目：浙江省教育廳一般科研項目（編號：Y201737549）

作者簡介：蔣帆（1984-），女，碩士，講師，研究方向：機電一體化技術及電力現(xiàn)代化裝備;劉曉露（1983-），男，碩士，工程師，研究方向：電力通訊技術。