基于边缘计算的电力施工现场违规行为告警.pdf

信息技术 年第 期基于边缘计算的电力施工现场违规行为告警薛斌斌 高文俊 张 伟(北京智芯半导体科技有限公司 北京)摘 要:针对传统告警方法存在的漏/错报率高、告警时延长的问题文中利用边缘计算技术设计了一种新的电力施工现场违规行为远程告警方法 在确定电力施工现场违规行为的类型及其判定依据的基础上结合边缘计算技术搭建对应的边缘计算模型并在该模型的支持下安装边缘设备实现对电力施工现场数据的采集 以采集的图像数据为基础利用边缘计算模型检测电力施工现场的违规行为并通过比对确定违规行为类型在远程程序的驱动下实现远程告警 该方法已成功应用于电力施工作业中其漏/错报率和告警时延均较低证明该方法应用性能较强关键词:边缘计算技术 电力施工现场 违规行为 远程告警 图像采集中图分类号:文献标识码:文章编号:():./.作者简介:薛斌斌()男硕士研究生工程师从事人工智能图像智能分析研究工作 (.):/./.:引 言为规范电力工程现场施工行为最大限度保障施工人员生命安全对违规行为进行远程报警的方法应运而生 该类方法运用信息技术和图像处理技术对电力施工现场进行实时监控 一旦发现有违规现象立即启动报警程序协助管理人员进行现场管理 针对电力施工现场违法告警问题国内外相关学者对其展开了深入研究并分别取得了较为成熟的研究成果包括基于智能视频识别技术的作业告警方法和基于溯因图基于边缘计算的电力施工现场违规行为告警 薛斌斌 等的智能告警方法等 但是传统的告警方法在实际应用过程中存在告警精度低、实效性差等问题对降低电力施工现场的事故发生率没有起到很好的作用为有效解决传统方法存在的问题本研究考虑引入边缘计算技术 边缘计算技术是一种将网络计算能力集中在网络上的边缘方法 边际计算的核心思想是将网络的边际计算能力与网络、计算、存储和信息技术相结合在网络的边缘端提供智能计算服务实现计算、存储、通信的高效协调可以大大降低成本改善用户的延迟体验 边界计算在融合网络、计算和存储等方面提供智能化服务非常适用于大型分布式智能终端的电力需求自动响应服务 电力施工现场违规行为远程告警方法设计电力施工现场违规行为远程告警方法的设计目的是提升远程告警的精准度和实效性 因此本研究利用边缘计算技术在传统远程告警方法的基础上进行优化设计.设置违规行为分类与判定依据电力施工现场违规行为大致包括操作违规、指挥违规、管理违规和设施配备违规 种不同类型包含的具体违规行为内容以及对应的判定依据如表 所示表 电力施工现场违规行为类型及判定依据违规行为类型违规行为内容说明判定依据管理违规相关管理人员未按规定编写管理规程及措施指挥违规劳动组织和指挥中的作业负责人、许可人、设计和施工负责人违反国家和行业技术规范、规章和保障人身安全的安全组织技术措施的行为设施配备违规相关操作人员未按规定佩戴防护用具等操作违规操作者违反安全保障规则、制度和措施的所有不安全行为电力安全工作规程、电力安全生产行动计划、电力安全生产监管办法等等将表 中表示的电力施工现场违规行为类型作为远程告警的类型并以判定依据为标准检测目标电力施工现场是否存在违规行为.构建边缘计算模型从宏观角度来看边缘计算是指在接近网络数据源的边缘端将网络的分析运算、存储与应用等核心能力融合到一起建立一种开放式平台就近提供边缘智能服务的计算机运算处理方式从而生成相应的边缘计算模型该模型的结构如图 所示图 边缘计算模型结构图如图 所示在电力施工环境下边缘计算模型为“云、边、端”三级结构“云”是指云中的主站点平台 边缘计算网关是指在接近网络数据源的边缘端就近部署多个微型程序从而完成对配电设备运行基础数据的感知、监控以及获取边界计算是电网建设的重要环节之一其位于终端智能设备和主站之间是一个集成数据汇聚、计算和应用的开放平台 这其中众多的数据中心组成了边缘计算节点形成了一种完善的数据交互机制使数据更好地为边缘计算服务提高运行效率.安装远程告警设备利用上述建立的边缘计算模型通过设置远程报警及相关控制装置实现了边缘计算模型的正常运行和功能 拟安装的远程报警设备包括边缘设备、远程通信与报警设备等 其中边缘设备电力建设现场的摄像机、终端管理服务器、存储设备 通过自定义协议和 协议支持接入 在连接好各设备后视频传输到边缘节点实现边缘节点内设备的统一管理 其中行为基于边缘计算的电力施工现场违规行为告警 薛斌斌 等检测边缘设备的基本结构如图 所示图 检测边缘设备硬件结构图电压源发生器利用带 控制模块的 芯片来调控开关管使得开关管可以稳定提供正弦波电压 同时在检测边缘设备硬件结构中利用电流互感器和不同规格的滤波器组建采样模块通过多级滤波、逐步放大的方式有效抑制噪声干扰并由 芯片自动控制量程开关电路进行增益放大从而保证了各级信号测量的精度和线性度 将 芯片/转换模块与数据采集模块相连能够有效采集所需的数据信息 数据分析判断模块主要由 数据处理芯片完成除了远程通信外还需要使用遥控器进行报警呼叫报警呼叫装置由三根根管脚组成 当电力建设发生异常时单片机通过报警信号报警不同的异常情况设置不同的频率使它们能发出不同的报警声音更有利于对违规行为的判断 综上利用检测边缘设备、远程通信模块及报警呼叫装置实现了对远程告警设备的设置.电力施工现场数据采集与预处理采用边缘计算模型和所安装的边缘设备实现对电力施工现场数据的采集采集的数据类型主要是图像 利用实时采集的彩色图像进行灰度变换是图像处理的基本方法 这是一个把图像从三维色彩空间降为一维的过程 在保持图像亮度信息和对比度的同时灰度化减少了色彩特征对图像处理过程的影响 颜色图像像素点的颜色都是由、三个部分组成而灰度图像是由、三个部分组成 对 通道进行加权求和可以得到图像的加权平均值 具体的处理过程为:()()()()()其中 的分量表示任意像素点的亮度大小分别表示、的权重系数 然后在保存一个背景图像的基础上对比其与实时输入的图像帧对应点的像素值以()和阈值来表示图像当前输入帧的检测区域是否与背景帧图像信息相同该过程如下:()()()()其中()和()分别表示背景图像和输入图像帧坐标为()处的像素值 如果输入图像中对应区域无人员运动则此时差值为 否则差值大于 当公式()得出的计算结果大于设置的阙值时则认为可能有物体在移动即电力施工现场处于施工状态否则判定当前现场处于未施工状态 检测电力施工现场违规行为针对判定为施工状态的电力施工现场分别从施工设备异常、临时接地线状态、安全帽佩戴等多个方面进行违规行为的检测 利用构建的边缘计算模型实现多个违规行为的并行检测以提升违规行为的检测效率施工设备异常检测的目的是装置性违规行为的检测具体包括安全带、脚扣以及施工设备等施工设备的异常检测原理主要利用的是损失函数施工设备的损失可以表示为:()其中和 表示每一个施工人员的行为特征及其在图像数据中的坐标值误差 表示 损失函数表示关键点损失函数的检测结果另外公式()中的、和 为上述各项参数的权重值 利用公式()计算施工设备的综合损失特征并与施工设备的极限损失值进行比对 若综合损失特征超过了设备的极限损失值则该施工设备存在严重的异常故障不能予以使用 若电力施工现场应用了异常的施工设备则存在装置性违规行为相关规定表明:在运行线路中如果是在非停电状态下临时连接接地线 即违反了作业规定 由于地线是短接三相线后再通过铜线连接到接地体上因此电压信号源的一端可以与基于边缘计算的电力施工现场违规行为告警 薛斌斌 等接地体相接另一端用测试辅助桩与大地相连其检测原理如图 所示图 直接注入电压检测原理图当存在额外的接地线时两组接地线构成回路所检测的电流值 为:()()其中表示接地电阻 表示一相线路阻抗同理可以利用收集的图像检测出电力施工现场是否存在安全帽未佩戴、绝缘鞋未穿戴、低压线路杆塔上作业等违规行为根据上述电力施工现场违规行为的检测结果启动远程告警程序 若检测结果显示存在违规行为则立即启动告警程序出现一个违规行为时告警频率为 蜂鸣器音量设置为 违规行为检测结果数量每增加一个告警频率和蜂鸣器音量增加 最高频率设置为 最大蜂鸣器音量设为 另外当告警频率超过 时利用远程控制器启动施工现场的警报灯 性能验证与分析为测试上述设计的基于边缘计算技术的电力施工现场违规行为远程告警方法的实际应用效果设计如下性能检验实验分别从告警精准度和告警时延两个角度对其展开性能检验 在性能实验中为提高实验结果的有效性除本文设计的远程告警方法之外还设置了传统的基于智能视频识别技术的作业告警方法(文献方法)和基于溯因图的智能告警方法(文献方法)作为对比方法并以相同的形式导入到实验环境中为了避免单一实验对实验结果造成的影响采用多次实验取平均值的方式得出更具可信度的测试结果 在电力工程施工环境下设置实验变量并以此作为告警精准度的验证标准 设置的初始实验数据如下:安全带严重磨损 次违章接地线 次未佩戴安全帽 次其他行为次数 次线路上工作未接地线 次未穿戴绝缘鞋 次其他行为次数 次脚扣小皮带断裂 次低压线路杆塔上违规作业 次临时拉线违章固定 次其他行为次数 次临时拉线违章固定 次未佩戴安全帽 次其他行为次数 次违章接地线 次低压线路杆塔上违规作业 次其他行为次数 次初始准备的电力施工现场图像数据如图 所示图 电力施工现场的初始实验图像数据由于本文设计的远程告警方法应用了边缘计算技术因此在实验环境中需要对该技术的运行环境进行参数配置从而确保该技术能够正常运行 设置实验的测试指标分别为漏报次数、错报次数和远程告警时延其中漏报次数和错报次数可以计算出告警方法的漏报率和错报率从而反映出告警方法的告警精准度 而告警时延能够反映出远程告警结果的时效性时延数据为违规行为产生与报警器响应所经历的时间将图像数据导入到实验环境中并通过三种告警方法的运行得出有关于告警精准度的性能测试对比结果如表 所示基于边缘计算的电力施工现场违规行为告警 薛斌斌 等表 告警精准度量化对比结果实验序号文献方法文献方法本文方法漏报次数/次错报次数/次漏报次数/次错报次数/次漏报次数/次错报次数/次分析并计算表 中数据可知:文献方法的最高漏报次数和错报次数均为 次文献方法的最高漏报次数和错报次数分别为 次和 次而本文方法的最高漏报次数和错报次数分别为 次和 次 由此可见本文设计的基于边缘计算技术的电力施工现场违规行为远程告警方法的漏报率和错报率均有所降低即其告警精准度得到了有效提升在此基础上通过对违规行为发生时间和远程告警响应时间的记录与计算得出告警时延及其对比结果如图 所示图 不同方法告警时延对比分析图 可知:文献方法和文献方法的时延曲线始终处于本文方法时延曲线的上方说明其时延高于本文方法 本文方法的时延始终在 以下说明其远程告警结果更具有时效性 结束语本研究基于边缘计算技术设计了一种电力施工现场违规行为告警方法 通过该方法的设计与落实能够有效为电力施工现场的工作人员提供行为约束的辅助工具从而保证电力施工过程的安全性 本文研究的创新性在于其在判定电力施工现场违规行为类型的基础上构建了边缘计算模型通过就近提供边缘智能服务来提高告警方法的运行效率 然后通过设置远程报警及相关控制装置实现了边缘计算模型的正常运行有效降低了告警方法存在的漏/错报率以及告警时延参 考 文 献:殳雪城童晓斌刘天宏等.基于边缘计算的视频监控报警系统研究.智能计算机与应用():.祁兵夏琰李彬等.基于边缘计算的家庭能源管理系统:架构、关键技术及实现方式.电力建设():.周庆东.基于智能视频识别技术的作业告警系统.电子设计工程():.肖艳炜赵玉成.基于溯因图的电网智能告警系统研究.电测与仪表():.李蕴.基于 和边缘计算的电力用采信道虚拟拓宽技术.电气自动化():.路艳巧孙翠英曹红卫等.基于边缘计算与深度学习的输电设备异物检测方法.中国电力():.任恒杰胡云威.基于动态稽查的施工现场管控系统研究.电力设备管理():.刘贤伟单晓禹于海洋等.新一代电缆防外破施工的监控告警系统.集成电路应用():.白昱阳黄彦浩陈思远等.云边智能:电力系统运行控制的边缘计算方法及其应用现状与展望.自动化学报():.许振东余宇红吴斌等.电网现场作业下基于信道自适应的边缘计算 技术.电力与能源():.孙国繁李江原军等.电力施工现场作业远程安全监控系统设计.自动化与仪器仪表():.莫蓓蓓吴克河.引入 的电力作业违规穿戴智能检测技术研究.计算机与现代化():.官国飞宋庆武刘恢等.基于边缘计算的配网管理和运维体系研究.电网与清洁能源():.吴国沛张行王红斌等.基于动态关联分析的电网告警相关性自动检测设计.电子设计工程():.孙国强沈培锋赵扬等.融合知识库和深度学习的电网监控告警事件智能识别.电力自动化设备():.(责任编辑:丁玥)