基于移动边缘计算的巡检装置智能化研究

2019年32期创新前沿科技创新与应用TechnologyInnovationandApplication基于移动边缘计算的巡检装置智能化研究*蒋帆1，刘晓露2，3（1.浙江同济科技职业学院，浙江杭州311231；2.国家电网公司重点实验室电力芯片设计分析实验室，北京100192；3.北京市电力高可靠性集成电路设计工程技术研究中心，北京100192）引言变电站是电力系统的重要组成部分，其运行状态的好坏直接关系到电力系统的安全和效益。随着变电站电压等级提高、运行环境愈加复杂以及变电运检要求的不断提高，使得变电站现场设备的巡视范围和工作量变大，而通常采用的红外成像技术作为一门成熟应用的技术，在电力设备运行状态检测中有着无比的优越性[1]。红外成像是以设备的热状态分布为依据对设备运行状态良好与否进行诊断，它具有不停运、不接触、远距离、快速、直观地对设备的热状态进行成像的能力[2]。传统红外成像仪的检测结果是存储在本地存储设备中，调用和查询都比较复杂。同时，如果电力设备出现故障，也无法在线实时检测，对设备性能的判断具有延时和滞后性。因此，研究开发适应现代自动化水平的变电站智能巡检系统已迫在眉睫。1移动边缘计算技术1.1MEC网络框架移动边缘计算（mobileedgecomputing，简称MEC）最早是由卡内基梅隆大学的Mahadev等人在2009年提出的。[3]2014年欧洲电信标准化协会（ETSI）对MEC进行了详细定义：MEC技术是通过网络边缘部署带有计算、存储能力的服务器，为靠近移动用户的无线接入网提供IT及云计算能力。[4]在MEC网络框架中，计算、存储及业务服务能力被下沉到网络边缘的MEC设备中，云端设备将部分业务下沉至网络边缘节点，通过本地化处理，大大提升云端设备处理速度。此外，本地处理可以让业务更接近用户本身，从而提升用户网络体验。摘要：随着电力系统智能化的发展需求，针对现有的红外热像仪在电力巡检中出现无法联网，操作繁琐，安全性能不高等弊端，研究设计了应用于电力设备和装置的智能红外巡检装置。智能巡检装置具有通过移动边缘计算远程控制变电站设备进行预算的能力，能对变电站测温发现的问题进行分析，做到及时发现问题并对设备缺陷进行预判。相对于传统的红外热像仪，智能巡检装置增加了在智能导航、红外测温和远程监控等方面的现场应用能力。关键词：智能巡检；移动边缘计算；红外成像；变电站中图分类号院TP274文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2019冤32-0019-02Abstract：Withthedevelopmentofintelligentpowersystem,theexistinginfraredthermalimagercannotbeconnectedtothenetwork,theoperationistedious,thesecurityperformanceisnothighandsoon.Anintelligentinfraredinspectiondeviceappliedtopowerequipmentanddevicesisstudiedanddesigned.Theintelligentinspectiondevicehastheabilitytoremotelycontrolthesubsta鄄tionequipmentbudgetthroughthemovingedgecalculation,andcananalyzetheproblemsfoundinthesubstationtemperaturemea鄄surement,sothattheproblemscanbefoundintimeandtheequipmentdefectscanbepredicted.Comparedwiththetraditionalin鄄fraredthermalimager,theintelligentinspectiondeviceincreasesthefieldapplicationabilityinintelligentnavigation,infraredtemper鄄aturemeasurementandremotemonitoring.Keywords：intelligentpatrolinspection;movingedgecomputing;infraredimaging;substation*基金项目院浙江省教育厅一般科研项目渊编号院Y201737549冤作者简介：蒋帆（1984-），女，硕士，讲师，研究方向：机电一体化技术及电力现代化装备；刘晓露（1983-），男，硕士，工程师，研究方向：电力通讯技术。图1基于MEC技术的智能巡检框架图19--2019年32期创新前沿科技创新与应用TechnologyInnovationandApplication1.2智能巡检装置应用MEC网络框架当用户使用自动巡检应用时，首先利用带有红外成像功能的智能终端进行数据采集，然后该应用将数据信息发送至处理中心执行电力设备检测、投影和数据库搜索等操作来获取电力设备巡检结果。在网络架构中，为了减少业务响应时延，引入了MEC技术在网络边缘处理电力设备检测和投影等计算密集型操作。具体应用网络框架如图1所示。2智能巡检装置硬件构成2.1智能巡检装置的构成智能巡检装置系统是集“遥控、遥调、遥测、遥信和遥视”功能于一体，广泛应用于电力设备和装置中，能真正实现变电站智能化建设，实现无人值守。[6-7]智能巡检装置是在原有红外成像仪的基础上，增加多智能模块，实现自动巡检功能。（1）安全芯片普通型红外热像仪由于没有集成安全加密芯片，巡检数据只能本地处理，不能接入国网平台，使得巡检数据的分析具有片面性、局限性。红外智能巡检装置通过集成国网ESAM芯片，在用户侧以硬加密的形式，保证数据安全，并可以安全接入国网平台，能够及时的发现问题和对设备缺陷做出更优的预判。（2）RFID传统的以纸质为主的人工巡检方式，巡检信息收集、人员管理均通过纸质报表完成，该方式受人为因素影响较大，易出现漏检、错检现象，且效率较低下，无法适用电力系统信息化、网络化的需求。红外智能巡检装置通过读取设备RFID标签获取标签中的信息，具有非接触性识别、保密性强、抗恶劣环境等优点。（3）GPS/北斗定位GPS/北斗模块可获取时间信息，更新巡检装置的本地时钟。同时，自动把地理位置信息附加到拍摄的电力设备图片中，上传给管理系统，从而辅助判定对设备的身份唯一性识别。（4）多传感智能巡检装置集成了多种传感器，用于收集巡检现场的磁场、电场及温湿度数据，同时预备了通用接口用于扩展各类传感器应用。当巡检现场的磁场或电场强度高于警界值时，及时安全告警。2.2红外成像仪智能化关键技术（1）基于“RFID+图像”的装置身份唯一性识别技术对电力设备身份识别在RFID技术的基础上，并以二维码、图像识别、北斗定位、语音识别等多种技术进行辅助判别，确保设备身份识别可操作性和唯一性。另外，在前期主站侧设备台账建立时，所有类型设备轮廓基图保存在数据库，巡检任务下载时包含本次需要检测设备RFID及对应的轮廓基图，在拍摄红外图像过程中，通过与轮廓基图的比对进一步保证了图片自动归档准确性。（2）基于“国密算法”视频安全加密技术安全芯片硬件集成有算法单元、随机数发生器、电压和频率检测等多种安全性保护机制，可有效保证传输数据的机密性和完整性。芯片具有防监测、抗攻击的安全特性。（3）基于“智能安全盒”的存量设备智能化升级方案传统红外摄像仪一般提供WiFi或USB通讯接口，智能巡检装置集成了丰富的通用接口，可与红外热像仪链接。巡检时，红外热像仪只需将检测数据发送至装置即可，装置内置大数据分析软件，实时提供故障判断告警。热像仪只需升级软件系统，无需改动硬件，就可与智能巡检装置兼容。3结束语红外智能巡检装置是对传统型红外热像仪的升级和改善，解决了存量红外热像仪巡检数据无法接入国网系统，设备缺陷无法及时预判告警的问题，提高了站内设备运行的安全性；减少了变电站运行人员的工作强度，提高了工作效率及运维水平。参考文献院[1]陈超.基于红外成像的变电设备温度远程在线监控[J].黑龙江科技信息，2015（7）：70.[2]王荣校，杨海峰，彭博，等.研究组合式红外成像云在变电站中的应用[J].百科论坛电子杂志，2018（18）：317.[3]SATYANARAYANANM，BAHLP，CACERESR，etal.ThecaseforVM-Basedcloudletsinmobilecomputing[J].IEEEPer原vasiveComputing，2009，8（4）：14-23.[4]HUY，PATELM，SABELLAD，etal.MobileEdgeComputing：Akeytechnologytowards5G[S].ETSIWhite孕aper.2015.[5]周大立，王晓东，郝贤鹏.无线通信技术在红外成像系统中的应用[J].电子测量技术，2018（5）：111-115.[6]魏本刚，周建国，黄华，等.基于智能巡检的智能化变电站状态监测系统设计方案[J].华东电力，2012（6）：999-1001.[7]刘岩，雷晨昊，于一三.变电站设备红外成像检测的应用[J].工业C，2016（5）：243.可见光摄像头红外探测器4G无线安全模块电池智能终端RFID读写GPS/北斗磁场传感器FPGA电源模块温湿度传感器扬声器存储模块连接线GLASS屏语音识别麦克风电场传感器MCU主控按键电源模块Wifi/蓝牙图2智能巡检装置结构框图20--