邊緣AI技術(shù)在反竊電智慧表箱改造中的研究與應(yīng)用

張 云，李海霞，魏琛琛，魯桂國，劉 濤

（1.國網(wǎng)上海市電力公司 奉賢供電公司，上海 201400；2.北京國電通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京 102200）

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展和人民生活水平的提高，消費側(cè)對能源電力的需求也在逐年增加，供電臺區(qū)作為向廣大電力消費用戶直接供電的端口，位于配電網(wǎng)末端，其運營管理水平不僅關(guān)乎電力用戶的用電滿意度，還與供電企業(yè)的經(jīng)濟效益和電網(wǎng)安全息息相關(guān)。但長期以來，我國電網(wǎng)投資存在“重電源、輕電網(wǎng)，重輸電、輕配網(wǎng)”的情況，導致供電臺區(qū)面臨終端感知設(shè)備配置不足、海量數(shù)據(jù)價值難以挖掘、竊電反復(fù)難以在線稽查等一系列問題?；谏鲜霈F(xiàn)狀，本文對邊緣AI技術(shù)在臺區(qū)數(shù)字化建設(shè)中進行了一系列探索應(yīng)用，將搭載邊緣AI技術(shù)的多維在線監(jiān)測裝置部署在臺區(qū)表箱內(nèi)，打造表箱開啟授權(quán)、開箱行為AI識別認證、分箱線損計算、異損監(jiān)測和誘因追溯等應(yīng)用場景，促進了供電臺區(qū)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，提升了臺區(qū)管理效率與企業(yè)經(jīng)營效益。

1 邊緣AI技術(shù)應(yīng)用特點

邊緣AI是邊緣計算與人工智能的結(jié)合，是在硬件設(shè)備上進行本地計算分析的AI算法，目前邊緣AI已在手機語音識別、智能家居控制、無人機等方面得到了廣泛應(yīng)用。在本文的研究中，邊緣AI技術(shù)應(yīng)用在電力生產(chǎn)領(lǐng)域，主要具備以下特點：

（1）本研究以多維在線監(jiān)測裝置硬件產(chǎn)品（含監(jiān)測模組、多維探頭、智能鎖和傳感器）為依托，搭載虹膜識別算法及影像樣本庫，在表箱側(cè)即可完成開箱操作影像的拍攝、比對分析和壓縮上傳處理，大大降低了終端對主站服務(wù)器的依賴，一方面節(jié)省了主站的計算資源，另一方面減少了影像上傳量，節(jié)省了帶寬資源。

（2）監(jiān)測裝置可以及時接收主站的線損分析模型，在計量箱內(nèi)部定時采集運行數(shù)據(jù)并實時分析處理，同時提供線損超限分析、開箱溯源管理等用電異常研判功能，在邊緣側(cè)時采時算，大大提高了數(shù)據(jù)分析效率。

（3）將非對稱加密算法和開鎖合法權(quán)限配置在多維在線監(jiān)測裝置內(nèi)，使邊緣側(cè)無需與后臺主站通信即可完成開鎖授權(quán)和開鎖控制。在后臺進行權(quán)限數(shù)據(jù)維護后，僅與邊緣側(cè)進行一次檔案同步，減少了邊緣側(cè)與后臺主站信息的交互頻次，提高了數(shù)據(jù)的安全性和私密性。

2 應(yīng)用場景分析

2.1 開箱操作授權(quán)與合法性驗證

作業(yè)人員通過營銷移動掌機識別計量箱智能鎖二維碼，并向監(jiān)測模組提交開鎖申請，監(jiān)測模組在下發(fā)開鎖指令的同時，觸發(fā)雙重驗證程序，驗證開箱行為的合法性。驗證完成后，自動生成開箱操作事件記錄并推送至后臺主站。

箱門開啟后，監(jiān)測模組在邊緣側(cè)開展合法性驗證。后臺主站事先采集搶修運維人員、營銷稽查人員和臺區(qū)經(jīng)理等人員的面部和虹膜信息，并同步下發(fā)至監(jiān)測模組創(chuàng)建邊緣側(cè)樣本庫。箱門開啟后，第一道驗證：監(jiān)測模組啟動多維探頭，采集開箱人員影像信息，然后基于樣本庫進行AI識別和身份認證；第二道驗證：監(jiān)測模組基于門狀態(tài)傳感器，監(jiān)測智能鎖狀態(tài)與門狀態(tài)是否一致，鎖狀態(tài)和門狀態(tài)均為“開啟”時方為合法操作，以此來研判箱門是否被暴力入侵。驗證結(jié)束后，模組主動向主站上傳驗證結(jié)果，驗證結(jié)果為非法操作時啟動報警程序，并同步證據(jù)鏈至營銷系統(tǒng)，指導營銷稽查人員進行用電檢查。開箱及驗證流程如圖1所示。

圖1 開箱及驗證原理流程

2.2 分箱線損異動監(jiān)測

監(jiān)測模組包含線損分析算法，通過采集表箱內(nèi)部電氣特征參數(shù)，在傳統(tǒng)四分線損的基礎(chǔ)上，延伸計算分箱線損率，并根據(jù)后臺主站下發(fā)的臺區(qū)日線損率合理取值標準，研判分箱線損率是否存在異常，當研判結(jié)果為異常時，自動生成異常事件記錄并推送至后臺主站。線損異動上傳原理如圖2所示。

圖2 線損異動上傳原理

本研究中的線損判斷標準因臺區(qū)的不同而不同，打破了傳統(tǒng)以統(tǒng)一標準監(jiān)測臺區(qū)線損率的管理方式，如某省電力公司定義臺區(qū)的日線損率合理標準為0～10%。通過差異化的線損監(jiān)測，可以充分考慮不同臺區(qū)線損之間的差異，有助于供電企業(yè)降損增效，工作有針對性的落地實施。

2.3 開箱異損溯源

當分箱線損率出現(xiàn)異常時，監(jiān)測模組啟動檢索匹配程序，檢索線損異動事件當日24小時內(nèi)未授權(quán)開箱發(fā)生時間、次數(shù)等關(guān)鍵信息，并將線損異常事件和開箱操作事件進行匹配關(guān)聯(lián)，生成因開箱操作導致的線損異常證據(jù)鏈并上傳后臺主站。而后，作業(yè)人員既可以在現(xiàn)場通過手機藍牙連接監(jiān)測模組提取證據(jù)鏈，也可以在后臺主站直接提取，原理如圖3所示。

圖3 開箱異損誘因溯源原理

3 實施方案

3.1 居民表箱智能化改造

采用“監(jiān)測模組+門狀態(tài)傳感器”的方式，不改動箱門鎖具實現(xiàn)表箱的升級改造，如圖4所示。監(jiān)測模組經(jīng)臺區(qū)集中器與主站通信，實時監(jiān)測表箱的開啟狀態(tài)和分箱線損異動。本方案投入成本低，監(jiān)測相對簡單，便于推廣。

圖4 居民表箱改造示意圖

3.2 計量柜智能化改造

采用“監(jiān)測模組+智能鎖+門狀態(tài)傳感器”的方式實現(xiàn)計量柜的升級改造，如圖5所示。監(jiān)測模組可實時監(jiān)測、記錄表箱鎖和門的開啟狀態(tài)，實現(xiàn)開箱異損誘因溯源，開箱操作控制。本方案加裝智能鎖具，賦予開箱操作授權(quán)和門鎖狀態(tài)合法驗證雙重防護，投資成本適中，適合推廣。

圖5 計量柜改造示意圖

3.3 非居民表箱智能化改造

采用“監(jiān)測模組+智能鎖+多維探頭+門狀態(tài)傳感器”的方式實現(xiàn)非居民表箱的升級改造，在防竊電方式上，多維探頭采用“平視抓拍+俯視抓拍+仰視抓拍”的方式及時獲取開箱竊電行為圖像，固化存儲竊電證據(jù)。本方案與上述兩種方案相比，前期投入成本較高，然而隨著硬件設(shè)備的迭代升級及量產(chǎn)，成本會逐步降低，適合在用電量較大的非居民場所推廣。非居民表箱改造示意圖如圖6所示。

圖6 非居民表箱改造示意圖

4 結(jié) 語

本文將邊緣AI技術(shù)的發(fā)展研究成果在臺區(qū)數(shù)字化轉(zhuǎn)型及竊電治理業(yè)務(wù)中開展了一系列探索，并打造了開箱授權(quán)與驗證、分箱線損異動監(jiān)測和誘因追溯等一系列應(yīng)用場景，根據(jù)供電企業(yè)實際應(yīng)用需求及建設(shè)投資成本，提出了居民表箱改造、計量柜改造和非居民表箱改造三種建設(shè)實施方案，真正實現(xiàn)從源頭設(shè)防，從而有效打擊竊電行為。