基于5G-AR智联技术的数字化电网远程全景监控系统_廖坤玉.pdf
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1、CHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRY2023.01.DQGY 33PRODVCT AND TECHNIC产品与技术1 数字化电网远程全景监控系统硬件设施1.1 基于5G网络的硬件设施网络架构本文所设计的数字化电网远程全景监控系统1主要是通过AR智联设备接入5G网络,再通过5G网络将电网监控数据传输给后台管理机,实现电网数据的数字化采集以及远程诊断等。基于5G-AR智联技术下的数字化电网远程全景监控系统的硬件构成,主要包括AR智能穿戴、远程移动终端等硬件设施,如图1所示。综合考虑成本、安全性和功能适用范围,本文所设计的数字化电网远程全景监控系统的硬件设施搭建在5
2、G网络组织架构上,5G网络2通过运营商网络频谱资源和移动网络运营等优势,满足数字化电网远程全景监控系统大带宽、低时延、安全可靠的通信服务需求。本文系统所使用的5G网络组织架构如图2所示。5G网络可为数字化电网远程全景监控系统提供以0 引言安全生产于我国电力行业的重要性不言而喻,疫情防控要求下,苏州和苏州以外地区发生疫情,疫情管控区技术人员无法前往变电站,给变电站设备的维护检修计划带来极大的不确定性。大量维修计划搁浅或延期,导致设备“带病带伤”运维,潜藏隐患影响了电网可靠运维。运维人员在变电站现场遇到设备突发情况,由于不了解一些设备的结构、接线和处理方法,或难以判断设备问题的严重性,经常需要与所
3、辖区域的检修人员联系,寻求技术支持。但检修人员由于缺乏及时全面地获取现场情况的手段,经常浪费大量的信息沟通时间,造成问题不能快速解决,或无法锁定症结而丧失解决问题的最佳时机,导致随后的应急消缺缺乏关键信息支撑,使得问题隐藏而不能解决。因此,电力作业现场亟需设置一个智能化的远程监控系统,全过程、全天候地监控电力作业现场,降低电力设备管理的安全隐患。廖坤玉 胡旭东 邓立晨 夏东(国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司)基于5G-AR智联技术的数字化电网远程全景监控系统摘要:由于传统电网巡检作业采用人工巡检模式,缺少现场流程指导,导致电力设备的数据、图片和视频的采集归档费时费力,设计基于5G-AR智联
4、技术的数字化电网远程全景监控系统。关于系统硬件设施,基于5G网络搭建硬件设施网络架构,AR智能穿戴采用无源头戴式第一视角的新型人机交互设备;关于系统软件功能,基于图像识别和深度学习技术设计数字化采集数据功能,基于语音控制技术设计人机交互功能。系统测试结果表明该系统可即时记录与上传保护设备图像信息,实现专家平台远程诊断、指导现场作业,实现标准化作业,显著提升了电网作业的数字化水平。关键词:电网;远程全景监控系统;5G-AR智联技术;数字化电器工业202301设计排版.indd 412023.2.6 11:19:08 AMCHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRY202
5、3.01.DQGY 34PRODVCT AND TECHNIC产品与技术下几个方面的高级应用,集群调度:支持智能眼镜、智能手机和对讲机等终端设备接入,并提供PC端调度台服务,发挥5G网络的业务隔离、低时延、大带宽等优势,实现音视频集群通信、远程回传存储、分权分域管理调度、动态建组、可视化定位、电子围栏、历史轨迹回放等多种功能;AR远程协作:基于5G网络+MEC能力特性,通过智能眼镜AI能力与深度学习引擎,实现设备、人员、手势等多个智能识别能力,将电网作业现场的监控视频、图像等信息及时进行回传并记录,为远程诊断专家平台提供所需资源及数据,结合多种方式进行远程多媒体信息沟通,提高协作效率;安全网关
6、:通过部署联通安全网关设备,可提供终端/用户二次鉴权(基于IMSI、MSISDN、账号密码等)、ACL访问控制、基于URL/IP地址的黑白名单访问控制、信令及媒体加密、伪注册拦截等服务。同时具备面向4/5G信令安全的灵活策略配置,并图1 数字化电网远程全景监控系统硬件架构图2 采用的5G网络组织架构电器工业202301设计排版.indd 422023.2.6 11:19:10 AMCHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRY2023.01.DQGY 35PRODVCT AND TECHNIC产品与技术系统主要是通过AR智联设备接入5G网络,基于图像识别和深度学习技术,
7、以语音和手势控制方式全景实时地采集二次设备的图片、视频和文字等信息,解放作业人员的双手,通过5G网络将上述数据传输给后台管理机,实现数据的数字化采集、后台与作业现场的实时信息交互、标准化作业、远程诊断专家支持等数字化检修新模式。该系统具有高清拍摄、人脸检测识别、远程视频通话等功能,可以接收并处理图像、视频、声音以及其他数据,实时存储和上传。2.1 数字化采集数据在电网监控数据的数字化采集功能中,本文首先引入图像识别技术来获取并处理电网监控图像,然后引入深度学习算法4来提取监控图像数据,实现电网数据的数字化采集。电网监控图像识别是数字化远程全景监控系统设计的必要处理环节,根据既定识别原理,将电网
8、中每个区域的监控图像节点进行抠像处理,结合连续电网监控图像权值数据,来对电网监控图像像素点的透明度水平进行强化,进而实现对电网监控图像的分类识别。一般情况下,进行分类识别后的电网监控图像具有更优越的综合表达能力,能够展现出电网各区域中节点组织的传输概率,以便数字化远程全景监控系统可以计算出各监控图像的节点权值,达到电网主控节点的连续性监控目的。假设电网监控图像输入系数的两个不同极大值为A、B,两个不同极小值为a、b,参考图像既定识别原理,获得电网监控图像的分类识别结果F计算公式如下所示:(1)式中,k表示电网监控图像的识别指标参数;w表示电网监控节点的位置指数值;表示图像既定识别的权限参数;c
9、表示电网监控图像单位时间内的传输变化数据。在获得电网监控图像之后,需要对图像中数据进行提取,由于电网监控图像中数据大多为非结构化数据,所以本文基于深度学习算法进行数据提取,从而实现电网设备的目标检测。首先需要确定电网监控图像中待检测设备,然后将电网图提供过载保护,支持SIP、Diameter、HTTP等信令协议。1.2 AR智能穿戴数字化电网远程全景监控系统所采用的AR智能眼镜3是一款无源头戴式第一视角的新型人机交互设备,主要由数据连接线和眼镜本体组成,眼镜本身不带电池,而是通过USB数据线插入终端或手机等设备,由设备供电并进行数据交互,该眼镜的部件示意图如图3所示。图3 AR智能眼镜部件示意
10、图可拆卸式结构具有对使用者友好的特征,质量轻、不会热,满足长时间佩戴不会影响使用者精神状态的要求。AR眼镜的摄像头和显示屏设置在人眼前端,摄像头由Sony1300万像素高感光度传感器、ISP图像处理器组成;显示屏由OLED显示器和折反式一体棱镜组成。眼镜组件与镜架之间采用磁吸式设计,便于佩戴和收纳,镜架适配不同的鼻托、近视镜片、墨镜片和护目镜,可以单独佩戴。AR眼镜内部设置集成化主控芯片和矢量处理器,为实现监控系统的声音交互功能,配置了扬声器和麦克风,为提升操作的便捷性,配备了物理按键。AR眼镜的所有功能均由固件驱动,通过设备服务程序实现,围绕“解放双手,提高效率,远程协作,智能识别”进行设计
11、和优化。完全满足本文所设计的数字化电网远程全景监控系统需求。2 数字化电网远程全景监控系统软件功能基于5G-AR智联技术的数字化电网远程全景监控多功能按键数据线接头相机显示 鼻托散热板卡线钩 指示灯 光感扬声器智能主机镜架电器工业202301设计排版.indd 432023.2.6 11:19:11 AM2023.01.DQGY 36CHINA ELECTRICAL EQUIPMENT INDUSTRYPRODVCT AND TECHNIC产品与技术像输入密集连接神经网络中进行训练,假设原始电网监控图像为Y0,卷积神经网络共有n层,输出的监控图像目标设备检测结果为Yn,如果利用密集连接神经网络
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