基于感知技术的智能管控系统设计

张媛1陈亮1王宁1曹耀夫1刘广旭1王媛媛

摘要：针对国家电网有限公司在泛在电力物联网建设大纲中提出的“统一感知接入、边缘智能处理”的需求，设计了一种基于感知技术的智能管控系统，多接口协议集约化汇聚设计将多路业务终端汇聚接入，通过复合边缘计算和智能推送技术，运行人员随时随地掌控现场状况，快速灵活地实现对各种应用场景的全面感知、智能研判、应急处置等业务需求。

关键词：感知；边缘计算；智能推送；高效运维

引言

泛在物联是指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息互联和交互，泛在电力物联网指电力用户及其设备，电网企业及其设备，发电企业及其设备，供应商及其设备，以及人和物之间的信息互联和交互[1]。根据国网公司关于泛在物联网建设大纲要求，实现电网各层级设备的泛在互联，需运用智能感知与控制、边缘计算等先进的信息通信技术和设备做关键载体和服务支撑。

针对这一问题，国内学者和电力工作者开展了大量研究。在配电网[2]、远程抄表[3]、电缆隧道[4]等传统应用场景，泛在电力物联网的建设将会很大程度的提升运行环境智能监控能力，满足业务多样性需求。此外，泛在电力物联网的建设还促进了智能配电系统[5]、智能家居系统[6]、电动汽车智能车联网系统[7]等新兴领域的发展，同时也对泛在电力物联网的智能化提出更高要求。

本文基于感知、边缘计算、智能推送等先进信息通信技术设计一种智能管控系统，实现不同场景业务全面感知和智能管控。

1需求分析

泛在电力物联网通过先进信息通信技术和设备实现电力系统各环节互联互通，数据互联，提供无所不在的服务。建设这一灵活便捷的智慧服务系统，主要从各级数据灵活接入、支持多系统智能研判、多样化业务需求敏捷响应三个方面展开需求分析。

1.1各级数据灵活接入

现场各级相同独立系统的终端，数据和接口之间差异较大，目前没有一种接口协议支持其统一接入。需设计一种多接口协议集约化汇聚方法，支持不同通信规约接入设备自动转换，支持Modbus、IEC101等多种传输协议，支持以太网、ZigBee、WiFi等通信模式，满足应用场景内视频监控、消防控制、动环监控、设备运行等终端多样化接入需求。

1.2支持多系统智能研判

各系统监控设备将现场采集数据信息通过边缘计算模块处理，再传送至各监控平台，如：消防监控平台、动环监控平台、电缆监控平台、视频监控平台等，在各监控平台进行智能研判，发现异常数据传输时立即发出预警，监控人员接收到告警后，进行分析排查，针对不能立即进行应急处置的情况，再联系运检人员进行现场排查。各系统间数据相互独立，导致监控人员面对大量监控平台，无法同时对各系统告警情况进行分析排查，不能保证故障处置的及时性。为提升调度员和运检人员应急处置效率，需研发一种多系统监测预警系统，支持复合参量综合预警，解决单系统预警带来的运维复杂问题。

1.3多样化业务需求敏捷响应

运维人员在日常运维工作中仍需投入大量精力，很多数据信息是通过监控平台获取，甚至是现场勘察，严重影响处置效率。为实现智能运检，减少人工现场巡视工作，需通过一套智能管控的综合平台，实现现场数据的自动获取和智能分析。并针对上报告警，立即启动现场应急装备，实现多样化业务需求的敏捷响应。

2系统方案设计

针对现有多监控平台相互独立状况，设计一种统一智能管控方案，如图1和2所示。为屏蔽不同专业终端的差别，协议转换模块将不同接口协议进行解析，实现对采集数据的存储和集中处理，并传送至统一监控平台和云端，运行人员只需根据这一平台的异常告警进行应急处置。

2.1整合多业务终端

将目前应用现场各业务终端的边缘计算需求，包括终端所需的存储、计算以及交换，在一个边缘计算终端中统一实现，可以加强终端的存储能力，减轻设备端的计算压力，丰富终端侧的局域网组网方式，减少设备数量，提高运维效率，有效地降低人工工作强度。

2.2多系统复合评估

在边缘计算模块中置入多系统复合评估算法，该算法基于大量的终端数据，通过过滤、聚合、解析等预处理后，挖掘出特征信息，并通过机器学习构建规则[8]。符合规则的异常评估结果会立刻在统一监控平台发出告警，调度员接收到告警后立即进行应急处置，第一时间消除隐患，减少经济损失。

图1智能管控示意图

2.3智能推送

运检人员无需通过现场勘查获得数据，信息平台根据不同运维人员日常查询、搜集和选择等操作，将相关信息进行智能推送，进行个性化服务。运检人员依据推送数据可随时随地掌控现场状况，针对异常状况开展精准抢修，也可立刻启动现场应急装备，实现多样化业务需求的敏捷响应。

3优势分析

3.1技术优势

（1）整合多边缘终端

将目前应用现场各业务终端设备的边缘计算需求，在一个边缘计算终端中统一实现，包括终端所需的存储、计算以及网络能力，可以加强终端的存储能力，减轻设备端的计算压力，丰富了终端侧的局域网组网方式，减少了设备数量，提高了运维效率，有效地降低了人工工作强度。

（2）边缘计算与通信网、信息网技术间的融合

该系统实现了边缘计算与通信网、信息网技术间的融合，各类终端统一接入，支持数据汇聚和统一存储，并对其进行分析评估，异常结果将会启动应急响应设备，实现业务的全面感知和智能管控。

3.2性能优势

（1）多系统智能研判

在边缘计算模块中置入多系统复合评估算法，从单系统简单边缘计算功能，解决单一系统监测预警现状，至研发出新一代多系统复合边缘计算，复合参量综合预警，首次完成多系统智能研判。

（2）智能运检

运检人员可通过数据平台的智能推送或服务器得到所需参数指标，无需到隧道、管道、架空环境现场进行巡检，节约人力资源。在机房等密闭环境下被授权的巡视员工可进行无线接入，随时掌控现场状态。

4结语

基于感知技术的智能管控系统采用了集网络交换、全面监测、边缘计算于一体的聚合设计。实现了各级数据灵活接入、多系统智能研判和多样化业务需求敏捷响应，在数据处理、全面智能监管、高效运维等方面展示出较大的优越性。

图2基于感知技术的智能管控系统方案图

参考文献

[1]杨东升,王道浩,周博文,等.泛在电力物联网的关键技术与应用前景[J].发电技术,2019,40(2):107-114.

[2]傅质馨,李潇逸,袁越.泛在电力物联网关键技术探讨[J].电力建设,2019,40(5):1-12.

[3]韩进,张玺.窄带物联网的远程无线抄表系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2019,19(4):63-68.

[4]全国首个基于泛在电力物联网理念的人工智能高压电缆隧道投入运行[J].电力与能源,2019,40(3):320.

[5]张亚健,杨挺,孟广雨.泛在电力物联网在智能配电系统应用综述及展望[J].电力建设,2019,40(6):1-12.

[6]杨丽,冯娟,卢秀丽.基于物联网智能家居安全监控系统设计[J].现代电子技术,2019,42(8):55-58.

[7]实现“三流合一”推动坚强智能电网与泛在电力物联网融合发展[OL].北极星输配电网,中国.

[8]杨帆.异构网络中告警信息的聚类融合与关联分析研究[D].西安:西安电子科技大学,2015:16-23.