基于移動應(yīng)用的智能配網(wǎng)調(diào)度視頻及圖像感知系統(tǒng)設(shè)計＊

梁毅,熊文,林文碩,許達

(廣東電網(wǎng)公司廣州供電局，廣東廣州510620)

1 引言

配網(wǎng)調(diào)度作為電網(wǎng)的指揮中樞，面對電網(wǎng)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜、管控難度也越來越難、調(diào)度人員超負荷運行的局面，為保障供電可靠性，減少停電事件對用戶的影響，提升調(diào)度運行人員對配電網(wǎng)的駕馭能力，需要建立一套基于移動應(yīng)用的提供智能輔助、智能告警、智能決策的配網(wǎng)智能應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)調(diào)度運行的智能感知、移動應(yīng)用、業(yè)務(wù)的智能化流轉(zhuǎn)以及調(diào)度智能輔助決策應(yīng)用。

針對移動應(yīng)用和圖像視頻作業(yè)感知的配網(wǎng)調(diào)度研究較少，目前主要針對智能配網(wǎng)的調(diào)度研究較多。文獻[1]提出基于配網(wǎng)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)發(fā)令移動端設(shè)計。文獻[2]設(shè)計了基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配調(diào)移動服務(wù)平臺。文獻[3]提出利用最優(yōu)潮流的進化算法對這些分布式電源進行選址。文獻[4]研究了基于調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的配網(wǎng)自動化通信方式。文獻[5]分析了智能配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)。文獻[6]分析了配網(wǎng)調(diào)度圖形化智能防誤操作系統(tǒng)前景。文獻[7]設(shè)計了城市大型配電網(wǎng)調(diào)度智能運行系統(tǒng)。文獻[8]構(gòu)建了智能配電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)核心指標。文獻[9]對新電改形勢下智能配電網(wǎng)調(diào)度互動進行了分析。可見針對移動應(yīng)用的配網(wǎng)視頻作業(yè)調(diào)度研究仍然不充分。

本文設(shè)計了基于移動應(yīng)用的配網(wǎng)調(diào)度視頻及圖像感知系統(tǒng)。首先分析了電網(wǎng)調(diào)度可視化以及移動化的需求，設(shè)計了移動應(yīng)用和可視化調(diào)度的平臺構(gòu)架。針對視頻感知及圖像感知技術(shù)與配網(wǎng)調(diào)度智能業(yè)務(wù)需求的關(guān)系進行說明。針對基于移動應(yīng)用的配網(wǎng)調(diào)度平臺進行了設(shè)計，給出了技術(shù)構(gòu)架、系統(tǒng)功能。最后以調(diào)度指令票操作為例，說明了基于視頻作業(yè)和圖像解析的配網(wǎng)智能調(diào)度流程，說明了各流程的詳細功能。

2 電網(wǎng)調(diào)度可視化和移動化需求

隨著智能配電終端和配電自動化的發(fā)展，配電網(wǎng)運行可靠性問題逐漸得到了解決，新能源以及負荷側(cè)需求響應(yīng)接入配網(wǎng)，給傳統(tǒng)配電網(wǎng)運行與調(diào)度帶來了一定困難與挑戰(zhàn)。配電網(wǎng)調(diào)度目前沒有針對分布式電源、電動汽車、電池儲能以及其他響應(yīng)負荷接入配網(wǎng)運行的合理調(diào)控方案，需求側(cè)響應(yīng)激勵措施目前沒有完善，與用戶側(cè)、電網(wǎng)側(cè)的激勵互動機制沒有形成。在目前電網(wǎng)形態(tài)變遷、管控模式變化的環(huán)境中，配電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)應(yīng)當積極尋找差距，優(yōu)化業(yè)務(wù)運作效率，提升全過程管控能力，積極探索視頻感知以及圖像感知等先進技術(shù)在配電網(wǎng)中的應(yīng)用，形成無偏差調(diào)度、創(chuàng)新性調(diào)度以及高質(zhì)量調(diào)度。

現(xiàn)階段，調(diào)度運行管理系統(tǒng)人機交互性能較差，調(diào)度員與自動化系統(tǒng)間的實時動態(tài)互動并沒有完全解決。另外，電力調(diào)度系統(tǒng)受到電網(wǎng)整個運行方式的影響，數(shù)據(jù)量較大，海量數(shù)據(jù)信息抽取并展示功能較弱，隨著大數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)的發(fā)展，電力調(diào)度系統(tǒng)在數(shù)據(jù)平臺和數(shù)據(jù)展示方面的功能有待加強，在生產(chǎn)和管理過程中，實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)、靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)的多元數(shù)據(jù)開放融合并未解決。

隨著電網(wǎng)規(guī)模越來越大，傳統(tǒng)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)在技術(shù)感知、系統(tǒng)優(yōu)化以及系統(tǒng)防控等方面不能夠滿足調(diào)度的安全可靠運行要求?？梢暬{(diào)度系統(tǒng)是一種根據(jù)調(diào)度自動化系統(tǒng)和可視化服務(wù)融合的數(shù)據(jù)，對電網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)進行可視化展示的系統(tǒng)。通過可視化的方法將配電網(wǎng)調(diào)度的數(shù)據(jù)和參數(shù)進行直觀展示，有助于調(diào)控人員把握電網(wǎng)運行動態(tài)、優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度方案，通過運用先進的圖形處理技術(shù)，可以生動形象地展示配電網(wǎng)調(diào)度以及運行過程中的動態(tài)變化。

針對配電網(wǎng)可視化調(diào)度系統(tǒng)，主要的需求在于系統(tǒng)主接線圖、設(shè)備運行狀態(tài)統(tǒng)計圖、分布式實時數(shù)據(jù)庫可視化、配電網(wǎng)負載和分區(qū)電量可視化監(jiān)視等。

在電力調(diào)度智能化發(fā)展進程中，智能移動終端的應(yīng)用成為了電網(wǎng)調(diào)度移動可視化發(fā)展的突破口。為實現(xiàn)調(diào)度客戶端和服務(wù)端的移動對接，應(yīng)當構(gòu)建電力調(diào)度移動平臺，并將可視化展示內(nèi)容直接顯示在移動平臺中，從而為配電網(wǎng)運行調(diào)度以及現(xiàn)場運維檢修等實現(xiàn)協(xié)同。

圖1 移動調(diào)度和可視化調(diào)度

3 視頻感知及圖像感知技術(shù)與配網(wǎng)調(diào)度

3.1 視頻感知與圖像感知技術(shù)

視頻感知和圖像感知是云計算構(gòu)架技術(shù)中的一種表現(xiàn)形式，云計算是通過并行計算、分布式計算、網(wǎng)絡(luò)存儲和虛擬化等傳統(tǒng)計算機技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合發(fā)展的新產(chǎn)物，視頻和圖像感知需要在前端設(shè)置相應(yīng)的視頻和圖像捕捉器，包括傳感器等，通過大數(shù)據(jù)處理技術(shù)、視頻智能分析和解碼技術(shù)、將各種技術(shù)進行關(guān)聯(lián)和整合，利用云計算平臺的計算能力提供視頻圖像的分析識別，能夠提升電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)對實施狀況的反應(yīng)能力，對應(yīng)方面通過分析視頻圖像，提取關(guān)鍵的電網(wǎng)調(diào)度信息，實現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)的積累，通過對信息的識別，可以對電網(wǎng)調(diào)度信息進行更高層次的碰撞、分析和利用。

由于圖像和視頻的采集是動態(tài)的，因此后期需要對視覺顯著性進行估計，還需要利用相應(yīng)的算法和模型，實現(xiàn)對視覺感知圖像和視頻的濾波處理，將圖像的局部進行結(jié)構(gòu)分析，實現(xiàn)白噪聲最小化的目標。電網(wǎng)調(diào)度運行數(shù)據(jù)具有實時性，因此在圖像和視頻采集、壓縮、存儲、通信與傳輸?shù)冗^程中都會受到失真，因此需要對視頻數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)進行重構(gòu)。

3.2 配網(wǎng)智能調(diào)度業(yè)務(wù)

配網(wǎng)業(yè)務(wù)的智能代理主要是研究檢修票、方式單、線路重合閘、風(fēng)險預(yù)警通知單、操作票等業(yè)務(wù)的自動執(zhí)行。其業(yè)務(wù)構(gòu)成分類如圖2所示。

配網(wǎng)智能調(diào)度能夠在檢修票、方式單、線路重合閘等業(yè)務(wù)自動生成操作票，根據(jù)圖形處理結(jié)果，可以生成調(diào)度日志，同時，由于拓撲網(wǎng)絡(luò)具有可視化功能，因此可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)令的自動下令，結(jié)合設(shè)備實施狀態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)智能調(diào)度指令預(yù)演、指令自動確認以及自動發(fā)令。其中，配電網(wǎng)智能調(diào)度業(yè)務(wù)與圖模一體化的關(guān)鍵在于業(yè)務(wù)系統(tǒng)的融合，某一項調(diào)度操作指令的確認與發(fā)布與其他多個業(yè)務(wù)系統(tǒng)的信息進行融合，采用機器代理實現(xiàn)高度融合的日常操作業(yè)務(wù)。對于圖模一體化系統(tǒng)中的邏輯嚴密、自由度小的圖形設(shè)備，可以通過預(yù)設(shè)程序自主發(fā)令操作，可以同時避免誤操作等風(fēng)險。

由此可見，在智能配網(wǎng)調(diào)度業(yè)務(wù)中，移動應(yīng)用以及視頻作業(yè)在多場景均可發(fā)揮作用，可以減輕調(diào)度人員的工作任務(wù)，推動調(diào)度業(yè)務(wù)面向智能化發(fā)展。

4 基于移動應(yīng)用的配網(wǎng)調(diào)度平臺設(shè)計

基于移動應(yīng)用的配網(wǎng)智能調(diào)度將現(xiàn)場操作過程通過手機、傳感器等進行拍攝，采用視頻切割技術(shù)、解碼壓縮技術(shù)及斷點續(xù)傳的方式將視頻傳輸至系統(tǒng)平臺，從而實時獲取移動操作端視頻數(shù)據(jù)與PC 端操作票進行關(guān)聯(lián)并播放。同時，對現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)的拍照后，解析圖片內(nèi)容將圖片信息與設(shè)備狀態(tài)進行校核，從而實現(xiàn)現(xiàn)場操作的安全防誤。為此，基于移動應(yīng)用的調(diào)度平臺尤為重要。

4.1 技術(shù)構(gòu)架

系統(tǒng)構(gòu)架采用多層次結(jié)構(gòu)，每層以面向?qū)ο蟮哪Ｊ竭M行構(gòu)建，形成相對獨立、擴展靈活、功能完善的系統(tǒng)。各層之間相互交叉，功能和數(shù)據(jù)之間形成協(xié)同融合，系統(tǒng)成為有機整體。

移動端主要實現(xiàn)電力調(diào)度移動終端的各種功能應(yīng)用，可以根據(jù)移動終端的具體型號、屏幕、設(shè)備內(nèi)存等進行相應(yīng)的人機交互界面設(shè)計，形成以面向?qū)ο蟮目梢暬夹g(shù)，可以集中展示電力調(diào)度的主要內(nèi)容，包括運行方式、設(shè)備狀態(tài)等。通過WeB圖形表現(xiàn)實現(xiàn)基于對象的開發(fā)及圖層的展示，利用HTM L5進行客戶端緩存，存儲相應(yīng)的視頻和圖像文件，通過異步通信機制，實現(xiàn)移動終端與電網(wǎng)調(diào)度運行中心的交互信息。移動終端主要可以將數(shù)據(jù)進行分離展示，包括GIS信息、可縮放矢量圖形等。

圖3 技術(shù)構(gòu)架

圖4 移動應(yīng)用模塊

為實現(xiàn)上述功能，該模塊主要包括電源、攝像頭、顯示器、通信模塊、接口、藍牙、數(shù)據(jù)采集通訊、視頻數(shù)據(jù)采集等?？梢钥闯觯撘苿咏K端模塊，可以實現(xiàn)多種功能，包括現(xiàn)場視頻、拍照、操作票生成等。通過與上級調(diào)控中心進行數(shù)據(jù)傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)運維實時監(jiān)測，同時加強電網(wǎng)調(diào)度的可視化展示能力。

配電網(wǎng)運行調(diào)度數(shù)據(jù)和實時運行圖片和視頻的傳輸需要借助有效的通信手段。由于移動終端具有移動特性，因此需要借助無線網(wǎng)絡(luò)運營商的無線通信，滿足該平臺的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)和接入點名稱，均采用專用網(wǎng)絡(luò)訪問。

數(shù)據(jù)交互與存儲是基于移動應(yīng)用的電力調(diào)度智能管控的平臺支撐，數(shù)據(jù)交互與存儲需要遵循相應(yīng)的數(shù)據(jù)交互規(guī)范及標準，主要采用基于SOA 構(gòu)架模式的總線服務(wù)方式，通過對可視化數(shù)據(jù)進行封裝，在服務(wù)總線發(fā)布相應(yīng)服務(wù)接口，客戶端可以向服務(wù)端請求數(shù)據(jù)，將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)返回給移動終端。由于視頻讀取和圖像獲取的數(shù)據(jù)量較大，需要存儲的數(shù)據(jù)量也隨之增大，因此在數(shù)據(jù)存儲過程中，系統(tǒng)具有實時存儲和動態(tài)分析的能力。

由于電網(wǎng)調(diào)度涉及到保密信息，因此，智能移動終端在涉及到電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)查看時，應(yīng)當具有高安全性的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，能夠適應(yīng)移動終端的應(yīng)用環(huán)境，因此在安全控制方面，應(yīng)進行相應(yīng)的防御措施。本文設(shè)計的安全防護策略如圖5所示。

圖5 功能模塊

4.2 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)功能模塊包括配電網(wǎng)實時狀態(tài)獲取、基于CIM-E 的數(shù)據(jù)格式展示、基于SVG 的圖形模型、在線評估展示、事故模擬與回放、綜合全景展現(xiàn)。

(1)配電網(wǎng)實時狀態(tài)獲取

基于移動應(yīng)用的配電網(wǎng)調(diào)度視頻以及圖像感知系統(tǒng)能夠?qū)崟r獲取智能調(diào)度系統(tǒng)的信息，支持系統(tǒng)在線分析與判斷。通過與智能調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)的接口，系統(tǒng)可獲得智能調(diào)度配電網(wǎng)運行系統(tǒng)的圖形、電網(wǎng)一次模型和電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)等，并在移動應(yīng)用端進行部分可視化展示。

(2)基于CIM-E的數(shù)據(jù)格式展示

系統(tǒng)的統(tǒng)一電網(wǎng)模型以CIM 模型為基礎(chǔ)，同時針對配電網(wǎng)運行以及分析的需要，對現(xiàn)有CIM 模型需要擴展的類、屬性和關(guān)聯(lián)關(guān)系進行相應(yīng)的擴充，形成適用于配電網(wǎng)建模、數(shù)據(jù)交換、信息集成等功能的數(shù)據(jù)模型，方便后期形成可視化的配電網(wǎng)一次、二次設(shè)備模型及參數(shù)的展示。

(3)基于SVG的圖形模型

針對移動應(yīng)用調(diào)度管理系統(tǒng)，廚電網(wǎng)模型展示，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)還應(yīng)包括配電網(wǎng)圖形的展示與分析，可以實現(xiàn)通過遠程終端，查看電網(wǎng)運行設(shè)備的模型情況。電網(wǎng)圖形分為配電網(wǎng)主接線圖以及配電終端各饋線分布圖。所有展示的圖形以標準的可縮放矢量圖SVG格式作為人機交互的基本格式，可以通過遠程終端、移動終端進行圖形觸發(fā)、圖形模型修改、圖模維護，從而實現(xiàn)調(diào)度中心遠程和線上圖模庫一體化。

(4)在線評估展示

由于配電網(wǎng)與用戶聯(lián)系做解密，包括分布式電源、電動汽車、電池儲能等接入配電網(wǎng)對配電網(wǎng)的運行帶來一定影響，配電網(wǎng)的潮流和在線評估工作，也增加了電力調(diào)度的難度。針對視頻以及調(diào)度圖像感知的方法，將視頻采集與圖像捕捉應(yīng)用于配電終端、配電線路以及用戶測，可以實現(xiàn)對各主要電氣設(shè)備的狀態(tài)采集，從而獲得電氣設(shè)備的實施狀態(tài)，形成圖像和模型。針對所獲得的靜態(tài)數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，通過平臺的評估模型對電力運行方式進行實施評估，形成預(yù)警分析，結(jié)合人工設(shè)置和檢修票方式，將評估結(jié)果輸出到移動終端，實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度人員現(xiàn)場設(shè)備運行查看時，方便快捷的掌握調(diào)度的預(yù)警和流程，從而實現(xiàn)全局、變化區(qū)域的周邊范圍評估，實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度的一體化。

(5)事故模擬與回放

配電網(wǎng)相對于輸電網(wǎng)更容易發(fā)生故障，配電運行在調(diào)度過程中所占的工作量較大，通過視頻捕捉和圖像采集技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對配電網(wǎng)運行事故的采集，形成歷史數(shù)據(jù)庫，通過移動終端展示事故模擬與回放。通過視頻采集和圖像捕捉得到的配電網(wǎng)設(shè)備以及系統(tǒng)的模型，運用大數(shù)據(jù)、云計算等數(shù)據(jù)技術(shù)來模擬電力系統(tǒng)的故障，形成數(shù)據(jù)庫，可以針對不同運行方式下配電網(wǎng)運行的具體特征形成事故模擬，從而為反事故演練儲備一定的資源。針對配電網(wǎng)事故模擬，可以實現(xiàn)一次系統(tǒng)故障全面模擬，全面的保護定值信息校核、配電終端特性的全面模擬、事故的實時回放等。

(6)綜合全景展現(xiàn)

視頻感知以及圖像捕捉能夠?qū)崟r獲取配電網(wǎng)運行狀態(tài)，實現(xiàn)對配電網(wǎng)的全景監(jiān)控，再加上移動應(yīng)用，可以實現(xiàn)配電網(wǎng)的全景和綜合展示。移動終端可以提供圖形化界面展示，通過可視化圖形的方式對配電各環(huán)節(jié)進行分類展示，同時可以在配電網(wǎng)主接線圖上對相關(guān)線路以及配電箱等進行動態(tài)畫圖形標注。針對配電網(wǎng)運行中的告警信息，可以由圖形進行標注且定位綜合展示，能夠為電網(wǎng)調(diào)度運行人員提供直觀有效的配電網(wǎng)運行可視化智能監(jiān)控技術(shù)，滿足配電網(wǎng)實時運行控制要求，從電網(wǎng)調(diào)度專業(yè)角度、配電網(wǎng)運行檢修角度，實現(xiàn)對電網(wǎng)運行信息的形象直觀和集成展示，并且為配電網(wǎng)運行檢修數(shù)據(jù)融合奠定一定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

5 基于視頻作業(yè)和圖像解析的配網(wǎng)智能調(diào)度

根據(jù)配網(wǎng)的實際情況，并以配網(wǎng)調(diào)度的調(diào)度指令票為例說明實現(xiàn)現(xiàn)場操作視頻的拍攝。具體流程如圖6所示。

圖6 視頻作業(yè)流程

(1)視頻拍攝：電網(wǎng)運行管理平臺APP 終端集成視頻錄制功能，調(diào)度下令后現(xiàn)場操作人員復(fù)誦完成后，可在手機APP 點擊視頻錄制按鈕，錄制完成后自動保存到手機儲存中；也可以根據(jù)視頻圖像傳感器和攝像頭進行現(xiàn)場采集。

(2)視頻傳輸：實現(xiàn)通過4G 網(wǎng)絡(luò)通過移動接入平臺將現(xiàn)場操作視頻傳輸?shù)脚渚W(wǎng)調(diào)度端。視頻傳輸采用H．265視頻編碼技術(shù)，將視頻大小進行壓縮，相同像素下H．265編碼的視頻存儲是傳統(tǒng)H．264的50%，節(jié)約一半的存儲空間。

(3)視頻上傳：電網(wǎng)運行管理平臺APP 終端集成視頻上傳功能，展示所有現(xiàn)場的操作視頻，實現(xiàn)斷點續(xù)傳以及檢測到WiFi自動上傳功能，在傳輸?shù)倪^程中采用視頻切割的方式進行傳輸，以免對通道造成堵塞。

(4)視頻管理：實現(xiàn)電網(wǎng)運行管理系統(tǒng)（配網(wǎng)OMS）中管理現(xiàn)場所有的操作視頻功能，可根據(jù)調(diào)度指令票進行關(guān)聯(lián)查看，支持在線觀看、下載等功能。

(5)屏幕錄制（操作復(fù)誦）：實現(xiàn)電網(wǎng)運行管理平臺APP 終端集成手機屏幕錄制功能，調(diào)度下令后現(xiàn)場操作人員開始復(fù)誦到復(fù)誦完成，手機APP 自動錄制復(fù)誦的手機屏幕及復(fù)誦的聲音，錄制完成后自動保存到手機儲存中，并自動上傳到調(diào)度端。

(6)設(shè)備校核：實現(xiàn)現(xiàn)場操作人員操作設(shè)備前，通過拍攝照片，再照片識別設(shè)備名稱及設(shè)備狀態(tài)，再根據(jù)調(diào)度指令內(nèi)容智能判斷是否可進行操作，實現(xiàn)操作安全防誤。

具體的功能如表1所示。

表1 視頻操作功能

6 結(jié)束語

本文設(shè)計了基于移動應(yīng)用的配網(wǎng)調(diào)度視頻及圖像感知系統(tǒng)。首先分析了電網(wǎng)調(diào)度可視化以及移動化的需求，設(shè)計了移動應(yīng)用和可視化調(diào)度的平臺構(gòu)架。針對視頻感知及圖像感知技術(shù)與配網(wǎng)調(diào)度智能業(yè)務(wù)需求的關(guān)系進行說明。針對基于移動應(yīng)用的配網(wǎng)調(diào)度平臺進行了設(shè)計，給出了技術(shù)構(gòu)架、系統(tǒng)功能。最后以調(diào)度指令票操作為例，說明了基于視頻作業(yè)和圖像解析的配網(wǎng)智能調(diào)度流程，說明了各流程的詳細功能。