CN114784958B - 基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视系统 - Google Patents

Abstract

基于云‑边‑端三级构架的变电站远程智能巡视系统，该系统包括：设置在变电站的视频主机、机器人主机、无人机主机；设置在集控站的集控站远程智能巡视系统、边缘算法平台；设置在省级公司的省级远程智能巡视系统、省级公司人工智能平台；设置在国家电网有限公司模型库、样本库、人工智能平台；所述视频主机、机器人主机、无人机主机分别连接摄像机、巡检机器人、无人机，主机均连接集控站远程智能巡视系统，主机将采集的图像或音视频数据发送给集控站远程智能巡视系统。集控站远程智能巡视系统连接边缘算法平台。本发明系统通过云边协同的技术构架，方便系统扩建级联，降低了整个系统运行维护成本，减小了系统投资。

Description

基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视系统

技术领域

本发明涉及变电站运维检修技术领域，具体涉及一种基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视系统。

背景技术

随着电网建设规模的高速发展，设备运维规模成倍增加，电力体制改革加速推进，电网规模增长与运检人员配置的矛盾日益突出，传统运检模式难以适应电网发展及体制改革要求，因此电网运检业务提质增效迫在眉睫。

设备巡视作为电网运检的核心业务之一，目前还是以人工为主的传统模式，而随着人工智能、高清视频等各项新技术在电力行业的深入应用，电网业务数字化已成为可能，现有的远程智能巡视系统需要在每一个变电站部署巡检主机，来接入变电站的视频主机、机器人主机、无人机主机，通过巡检主机与远程智能系统连接，实现控制指令的下达，以及巡视音像数据的上送。该技术的弊端是所需巡检主机数量较多，单站的巡检主机利用效率较低，尤其是对于国网公司来说，国网公司的变电站数量巨大，每个变电站一台巡检主机，将造成较大的硬件投资和资源利用效率低下等问题。

发明内容

本发明提出的一种基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视系统，无需在每个变电站部署巡检主机，远程智能系统直接与变电站的视频主机、机器人主机、无人机主机连接，实现同样的控制指令的下达，以及巡视音像数据的上送。可以降低整个系统的硬件投资，便于整个系统的推广应用实施。

本发明采取的技术方案为：

基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视系统，该系统包括：

设置在变电站的视频主机、机器人主机、无人机主机；

设置在集控站的集控站远程智能巡视系统、边缘算法平台；

设置在省级公司的省级远程智能巡视系统、省级公司人工智能平台；

设置在国家电网有限公司模型库、样本库、人工智能平台；

所述视频主机、机器人主机、无人机主机分别连接摄像机、巡检机器人、无人机，所述视频主机、机器人主机、无人机主机均连接集控站远程智能巡视系统，主机将采集的图像或音视频数据发送给集控站远程智能巡视系统；

所述集控站远程智能巡视系统连接边缘算法平台，集控站远程智能巡视系统通过下发指令从变电站获取变电站端巡检音像,并将巡检音像送给边缘算法平台，完成自动识别，返回巡检结果；集控站远程智能巡视系统将数据汇集后传输给省级远程智能巡视系统或者生产指挥管控平台，集控站远程智能巡视系统从省级公司人工智能平台下载性能指标更优的算法模型，并将收集的样本数据上传到省级公司人工智能平台；

所述省级公司人工智能平台连接省级远程智能巡视系统，省级公司人工智能平台用于收集全省集控站音像样本，完成算法自主训练、升级，提供给各集控站成熟算法模型；同时与国家电网公司模型库、样本库、人工智能平台对接，并将省级公司的样本数据上传给国家电网有限公司的样本库，同时也能够从国家电网有限公司的模型库中下载性能指标更优的算法模型。

所述集控站设置有：主设备监控系统、辅助设备监控系统、正向隔离装置；主设备监控系统、辅助设备监控系统通过防火墙、正向隔离装置连接集控站远程智能巡视系统；

其中：主设备监控系统位于安全Ⅰ区，辅助设备监控系统位于安全Ⅱ区，主设备监控系统、辅助设备监控系统通过防火墙、正向隔离装置将设备信息数据传输给位于安全Ⅳ区的集控站远程智能巡视系统。

所述省级远程智能巡视系统与统一视频平台进行交互连接，用于完成变电站设备视频调阅；省级远程智能巡视系统与生产指挥管控平台进行交互连接，用于进行变电站设备巡视数据交互。

基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视方法，所述省级远程智能巡视系统通过信息内网对接生产指挥管控平台，获取组织机构、设备台账、巡视计划信息数据，然后根据巡视计划自动生成巡视任务并下发给集控站，再由集控站分发给变电站站端；变电站站端的摄像机和巡检机器人接收指令并完成巡视任务，最终把巡视结果上传给集控站；

各地市的集控站收集主、辅设备信息数据和巡视结果汇总到省级远程智能巡视系统，省级远程智能巡视系统推送缺陷记录给生产指挥管控平台制定消缺计划；同时，省级远程智能巡视系统把巡视样本数据传输给省级公司人工智能平台，省级公司人工智能平台基于海量的样本数据进行自我学习与算法升级，最后将升级的算法模型更新到集控站的边缘算法平台，实现平台算法自动升级功能；省级远程智能巡视系统通过调用变电站站端摄像机进行视频预览，同时把视频流传输给统一视频平台。

基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视方法，该方法包含带巡检主机和不带巡检主机的两种接入形式：

带巡检主机的接入形式：用于兼容目前已经建成巡检主机具备远程巡视功能的变电站，对于已有巡检主机的变电站，继续利用现有巡检主机的巡检和算力识别能力，提高系统的兼容能力；

不带巡检主机的接入形式：无需巡检主机，集控站远程智能巡视系统直接接入变电站的视频主机、机器人主机、无人机主机。

所述巡检主机，用于控制巡检机器人、摄像机，无人机开展室内外设备联合巡视作业，接收巡视数据、采集文件，对采集的数据进行智能分析，形成巡视结果和巡视报告，及时发送告警。

基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视方法，集控站远程智能巡视系统通过正向隔离装置接收集控站主、辅助设备监控系统的告警信息后能够进行相应联动，联动的具体实现方向如下：

变电站主设备告警信息等通过安全I区调度数据网上传到主设备监控系统，变电站辅助设备告警信息等通过安全II区调度数据网上传到辅助设备设备监控系统，主、辅设备监控系统分别通过正向隔离装置将告警信号送到安全Ⅳ区的镜像数据服务器，如图2所示，集控站远程智能巡视系统从镜像数据服务器获取主、辅设备告警信息，并按预先设置好的联动规则来触发联动。

智能联动是集控站远程智能巡视系统根据主设备遥控预置信号、主辅设备变位信号、主辅设备监控系统越限信号和主辅设备监控系统告警信号，自动弹出该信号对应的现场设备的实时画面，从而提升对相关信号的快速处置能力。

联动规则是配置的联动信号和巡视点位的对应关系。

比如：当主变设备发生火灾告警时，主、辅设备监控系统分别通过正向隔离装置将火灾告警信号送到安全Ⅳ区的镜像数据服务器，集控站远程智能巡视系统从镜像数据服务器获取到火灾告警信号，根据预先设置好的联动规则来弹出该主变设备的现场实时画面，可以辅助运维监控人员快速准备判断现场情况，及时做出处置措施，提升处理效率。

本发明一种基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视系统，技术效果如下：

1)本发明基于云边协同技术的变电站远程智能巡视系统，就是解决电网设备巡视业务数字化问题，将传统的人力巡视模式，转变成以机器为主的远程巡视模式。

2)本发明系统消了变电站巡检主机和算法服务器，可降低变电站硬件投资；该系统通过在集控站部署硬件，硬件数量较少，投资较低。

3)本发明系统通过云边协同的技术构架，方便系统扩建级联，降低了整个系统运行维护成本，减小了系统投资。

4)本发明系统通过摄像头安防算法和集控站边缘算法平台的两级识别的方式，解决了摄像头算法容易误报的问题，同时可实现对人员入侵的实时识别。可实现对人员入侵的实时识别，系统实现简单，硬件投入较少。

5)本发明系统采用人工智能算法，可完成电力设备缺陷自动识别，电力设备表计、位置状态自动识别，人员行为识别。系统具备自动收集样本，基于海量样本完成算法训练，评测，可持续提升算法性能。

附图说明

图1为本发明系统功能结构图。

图2为远程智能巡视硬件构架示意图。

图3为人工智能平台硬件构架示意图。

具体实施方式

基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视系统，采用云边协同的技术构架，在电力信息内网的私有云上部署。所述的云边协同的技术构架，包含云-边-端的三级构架。所述“云侧”是指国家电网有限公司的“两库一平台”和省级公司人工智能平台，所述“边侧”是指集控站的边缘算法平台，所述“端则”是变电站的高清摄像机、巡检机器人、无人机等站端采集装置。

远程智能巡视系统部署采用省级供电公司和地市级供电公司集控站二级部署的方式，接入变电站巡检主机的视频、告警、巡检报告等数据，下发高清视频、巡检机器人、无人机的控制指令，实现对变电站设备的远程智能巡视、缺陷自动识别，主动预警等与设备直接相关的高级应用。同时省级远程智能巡视系统与统一视频平台交互完成变电站设备视频调阅，与生产指挥管控平台进行设备巡视数据交互。

集控站的边缘算法平台，为集控站下辖变电站提供巡检音像分析，实现电力缺陷识别，电力设备位置状态识别，表计抄录，作业人员行为管控等功能。

省级公司人工智能平台，收集全省集控站音像样本，完成算法自主训练、升级，提供给各集控站成熟算法模型，同时与国家电网有限公司“两库一平台”：模型库、样本库、人工智能平台对接，并将省级供电公司的样本数据上传给国家电网有限公司的样本库，同时也可以从国家电网有限公司的模型库中下载性能指标更优的算法模型。根据安全防护要求，安全Ⅰ区、安全Ⅱ区间配置防火墙，安全Ⅱ区与安全Ⅳ区间配置正向物理隔离。

电力系统安全I区,安全II,安全III区，安全Ⅳ区的定义：

根据电力二次系统安全防护的要求，划分为生产控制大区和管理信息大区。生产控制大区分为控制区(安全Ⅰ区)和非控制区(安全Ⅱ区)。

信息管理大区分为生产管理区(安全Ⅲ区)和管理信息区(安全Ⅳ区)。不同安全区确定不同安全防护要求，其中：安全区Ⅰ安全等级最高，安全区Ⅱ次之，其余依次类推。

本发明系统架构示意图如图1所示。

(1)：变电站站端：在变电站部署视频主机、机器人主机、无人机主机。本发明的核心创新点支持带巡检主机和不带巡检主机的两种接入形式。带巡检主机的接入形式主要是为了兼容目前已经建成巡检主机具备远程巡视功能的变电站，对于已有巡检主机的变电站，可以继续利用现有巡检主机的巡检和算力识别能力，从而降低对集控站边缘算法平台的依赖。对于还未进行站端改造的变电站，无需巡检主机，集控站智能巡视系统可以直接接入变电站的视频主机、机器人主机、无人机主机，可以节省巡检主机的投资。

(2)：集控站：在集控站部署主设备监控系统、辅助设备监控系统、正向隔离装置、集控站远程智能巡视系统、边缘算法平台。其中：主设备监控系统部署在安全Ⅰ区，辅助设备监控系统部署在安全Ⅱ区，以上系统通过防火墙、正向隔离装置将设备信息数据传输给安全Ⅳ区(管理信息大区)的集控站远程智能巡视系统。集控站远程智能巡视系统通过下发指令从变电站获取站端巡检音像,并将巡检音像送给边缘算法平台，完成自动识别，返回巡检结果。集控站远程智能巡视系统将相关数据汇集后传输给省级远程智能巡视系统、或生产指挥管控平台。边缘算法平台从省级公司人工智能平台下载性能指标更优的算法模型，并将收集的样本数据上传到省级公司人工智能平台。

(3)：省级供电公司：部署省级公司人工智能平台、省级远程智能巡视系统。

省级远程智能巡视系统通过信息内网对接生产指挥管控平台，获取组织机构、设备台账、巡视计划等信息数据，然后根据巡视计划，自动生成巡视任务并下发给集控站，再由集控站分发给变电站站端，变电站站端的摄像机和巡检机器人接收指令并完成巡视任务，最终把巡视结果上传给集控站。

省级公司人工智能平台主要由训练服务器，应用服务器，数据服务器组成，如图3所示。

省级远程智能巡视系统主要由流媒体服务器，应用服务器，镜像数据服务器及工作站组成。如图2所示。

生产指挥管控平台为现有的电力生产管理系统PMS3.0；

统一视频平台为现有的视频系统ISC V1.2。

各地市集控站收集主辅设备信息数据和巡视结果汇总到省级供电公司，省级远程智能巡视系统推送缺陷记录给生产指挥管控平台制定消缺计划。同时，省级远程智能巡视系统将巡视样本数据分享给省级公司人工智能平台，省级公司人工智能平台基于海量的样本数据进行自我学习与算法升级，最后将升级的算法模型更新到集控站的边缘算法平台，实现平台算法自动升级功能。省级远程智能巡视系统通过调用变电站站端摄像机进行视频预览，同时将视频流分享给统一视频平台。

具体实施例：

(一)：在变电站站端侧部署高清摄像机、巡检机器人、无人机以及对应的视频主机、机器人主机、无人机主机，通过对应的主机将采集的图像或音视频数据发送给集控站远程智能巡视系统。本发明优点是：无需在变电站部署巡检主机，将巡检主机下发控制、巡视任务的功能移植到集控站远程智能巡视系统上，将巡检主机智能分析、图像识别的功能移植到集控站的边缘算法服务器上，减小变电站的硬件投资。

a)：巡检主机是一种部署在变电站，下发控制、巡视任务等指令的软硬件装置，巡检主机型号可以采用ZH-UK-9511型主机。巡检主机控制机器人、摄像机，无人机开展室内外设备联合巡视作业，接收巡视数据、采集文件，对采集的数据进行智能分析，形成巡视结果和巡视报告，及时发送告警。同时具备实时监控、与主辅监控系统智能联动等功能。

b)：视频主机为硬盘录像机，是一种部署在变电站的软硬件一体化装置，视频主机可以采用DS-8632N-I8型主机。视频主机基于IP网络，能独立完成视频监控相关业务，提供音视频、数据、告警及状态等信息的远程采集、传输、储存、处理和响应智能联动等功能。

c)：机器人主机是一种部署在变电站的软硬件一体化装置，机器人主机可以采用E100型主机。机器人主机对机器人进行管理，完成机器人的巡视任务管理、实时监控、巡视结果确认、巡视结果分析、响应智能联动等功能。

d)：无人机主机是一种部署在变电站的软硬件一体化装置，无人机主机可以采用Matrice300RTK型主机。无人机主机对无人机进行管理，完成无人机的巡视任务管理、实时监控、巡视结果确认、巡视结果分析、响应智能联动等功能。

(二)：本发明取消变电站的巡检主机和算力服务器，可减小变电站的硬件投资，所有变电站的巡检和算力服务都由集控站的远程智能巡视系统和边缘算法平台提供相应的响应，因此在具体实施的时候集控站的远程智能巡视系统和边缘算法平台应部署在地市级供电公司的核心骨干网络上，核心骨干网络带宽通常在1000M以上，可提升整个系统的响应速度。边缘算法平台主要由算力服务器组成。

集控站为地市级供电公司开展所有变电站集中监控的场所。在集控站侧部署集控站远程智能巡视系统和边缘算法平台，通过信息内网或光纤专网连接各变电站的视频主机、机器人主机、无人机主机。由于变电站取消了巡检主机和算力服务器的配置，所有的巡检和算法识别的需求，都要通过集控站的对应服务器提供响应，整个系统的实时响应能力降低，对于设备巡检来说，由于不需要实时抓怕设备图像无需实时识别，通常是按周期开展巡检工作，实时需求不高，可以满足要求。

(三)：对于安防摄像头需要实时识别人员入侵，越线等行为时，需要实时抓怕实时识别。为了解决安防摄像头的实时识别需求，本发明利用摄像头自带的区域入侵检测、越界侦测等安防识别算法，来实现人员入侵的实时识别需求，同时为了解决摄像头自带的入侵算法容易误报的特点，将摄像头自带算法的识别结果上送到集控站边缘算法平台完成人员入侵的二次识别，可有效解决摄像头安防算法容易误报的问题，通过摄像头自带算法和集控站边缘算法平台的二次识别，可解决安防实时识别的需求，并降低了系统并发需求。

主设备监控系统主要由磁盘阵列、采集及应用服务器等组成。

辅助设备监控系统主要由数据服务器、采集及应用服务器等组成。

正向隔离装置可以采用Syskeeper-2000隔离装置。

集控站远程智能巡视系统通过正向隔离装置接收集控站主、辅设备监控系统的告警信息后可进行相应联动，摄像头会自动调用预先设置的预置位并进行视频弹窗等，第一时间自动弹出现场视频，可提升异常告警处置效率。联动的具体实现方向如下：

变电站主设备告警信息等通过安全I区调度数据网上传到主设备监控系统，变电站辅助设备告警信息等通过安全II区调度数据网上传到辅助设备设备监控系统，主、辅设备监控系统分别通过正向隔离装置将告警信号送到安全Ⅳ区的镜像数据服务器，集控站远程智能巡视系统从镜像数据服务器获取主、辅设备告警信息，并按预先设置好的联动规则来触发联动。该件联动方法实现容易，所需硬件主要部署在集控站，硬件数量较少，投资较低。

Claims (4)

1.基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视系统，其特征在于：该系统包括：设置在变电站的视频主机、机器人主机、无人机主机；

设置在集控站的集控站远程智能巡视系统、边缘算法平台、主设备监控系统、辅助设备监控系统；

设置在省级公司的省级远程智能巡视系统、省级公司人工智能平台、生产指挥管控平台和统一视频平台；

设置在国家电网有限公司的模型库、样本库、人工智能平台；

所述视频主机、机器人主机、无人机主机分别连接摄像机、巡检机器人、无人机，所述视频主机、机器人主机、无人机主机均连接集控站远程智能巡视系统，所述视频主机、机器人主机、无人机主机将采集的图像或音视频数据发送给集控站远程智能巡视系统；

所述集控站远程智能巡视系统连接边缘算法平台，集控站远程智能巡视系统通过下发指令从变电站获取变电站端巡检音像并将巡检音像送给边缘算法平台，完成自动识别，返回巡检结果；集控站远程智能巡视系统将数据汇集后传输给省级远程智能巡视系统或者生产指挥管控平台，集控站远程智能巡视系统从省级公司人工智能平台下载性能指标更优的算法模型，并将收集的样本数据上传到省级公司人工智能平台；

所述省级公司人工智能平台连接省级远程智能巡视系统，省级公司人工智能平台用于收集全省集控站音像样本，完成算法自主训练、升级，提供给各集控站成熟算法模型，同时与国家电网有限公司的模型库、样本库、人工智能平台对接，并将省级公司的样本数据上传给国家电网有限公司的样本库，同时从国家电网有限公司的模型库中下载性能指标更优的算法模型；

所述省级远程智能巡视系统与统一视频平台进行交互连接，用于完成变电站设备视频调阅；省级远程智能巡视系统与生产指挥管控平台进行交互连接，用于进行变电站设备巡视数据交互；

所述省级远程智能巡视系统通过信息内网对接生产指挥管控平台，获取组织机构、设备台账、巡视计划信息数据，然后根据巡视计划自动生成巡视任务并下发给集控站，再由集控站分发给变电站站端；变电站站端的摄像机和巡检机器人接收指令并完成巡视任务，最终把巡视结果上传给集控站；

各地市的集控站收集主、辅助设备信息数据和巡视结果汇总到省级远程智能巡视系统，省级远程智能巡视系统推送缺陷记录给生产指挥管控平台制定消缺计划；同时，省级远程智能巡视系统把巡视样本数据传输给省级公司人工智能平台，省级公司人工智能平台基于巡视样本数据进行自我学习与算法升级，最后将升级的算法模型更新到集控站的边缘算法平台，实现平台算法自动升级功能；省级远程智能巡视系统通过调用变电站站端摄像机进行视频预览，同时把视频流传输给统一视频平台；

所述变电站远程智能巡视系统支持带巡检主机的接入形式和不带巡检主机的接入形式，其中：

带巡检主机的接入形式：用于兼容已经建成巡检主机具备远程巡视功能的变电站，对于已有巡检主机的变电站，继续利用巡检主机的巡检和算力识别能力，提高所述变电站远程智能巡视系统的兼容能力；

不带巡检主机的接入形式：无需巡检主机，集控站远程智能巡视系统直接接入变电站的视频主机、机器人主机、无人机主机。

2.根据权利要求1所述的基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视系统，其特征在于：所述集控站还设置有正向隔离装置，所述主设备监控系统、辅助设备监控系统通过防火墙、正向隔离装置连接集控站远程智能巡视系统；

其中：主设备监控系统位于安全Ⅰ区，辅助设备监控系统位于安全Ⅱ区，主设备监控系统、辅助设备监控系统通过防火墙、正向隔离装置将设备信息数据传输给位于安全Ⅳ区的集控站远程智能巡视系统。

3.根据权利要求1所述的基于云-边-端三级构架的变电站远程智能巡视系统，其特征在于：所述巡检主机，用于控制巡检机器人、摄像机、无人机开展室内外设备联合巡视作业，接收巡视数据、采集文件，对采集的数据进行智能分析，形成巡视结果和巡视报告，及时发送告警。

4.基于权利要求2所述的变电站远程智能巡视系统的变电站远程智能巡视方法，其特征在于：集控站远程智能巡视系统通过正向隔离装置接收集控站主、辅助设备监控系统的告警信息后进行相应联动，联动的具体实现方法如下：

变电站主设备告警信息通过安全Ⅰ区调度数据网上传到主设备监控系统，变电站辅助设备告警信息通过安全Ⅱ区调度数据网上传到辅助设备监控系统，主、辅助设备监控系统分别通过正向隔离装置将告警信息送到安全Ⅳ区的镜像数据服务器，集控站远程智能巡视系统从镜像数据服务器获取主、辅助设备告警信息，并按预先设置好的联动规则来触发联动。