基于移动应用的智能配网调度视频及图像感知系统设计＊

梁毅,熊文,林文硕,许达

(广东电网公司广州供电局，广东广州510620)

1 引言

配网调度作为电网的指挥中枢，面对电网结构越来越复杂、管控难度也越来越难、调度人员超负荷运行的局面，为保障供电可靠性，减少停电事件对用户的影响，提升调度运行人员对配电网的驾驭能力，需要建立一套基于移动应用的提供智能辅助、智能告警、智能决策的配网智能应用系统，实现调度运行的智能感知、移动应用、业务的智能化流转以及调度智能辅助决策应用。

针对移动应用和图像视频作业感知的配网调度研究较少，目前主要针对智能配网的调度研究较多。文献[1]提出基于配网调度网络发令移动端设计。文献[2]设计了基于移动互联网技术的配调移动服务平台。文献[3]提出利用最优潮流的进化算法对这些分布式电源进行选址。文献[4]研究了基于调度数据网的配网自动化通信方式。文献[5]分析了智能配电网优化调度设计及关键技术。文献[6]分析了配网调度图形化智能防误操作系统前景。文献[7]设计了城市大型配电网调度智能运行系统。文献[8]构建了智能配电网调度控制系统核心指标。文献[9]对新电改形势下智能配电网调度互动进行了分析。可见针对移动应用的配网视频作业调度研究仍然不充分。

本文设计了基于移动应用的配网调度视频及图像感知系统。首先分析了电网调度可视化以及移动化的需求，设计了移动应用和可视化调度的平台构架。针对视频感知及图像感知技术与配网调度智能业务需求的关系进行说明。针对基于移动应用的配网调度平台进行了设计，给出了技术构架、系统功能。最后以调度指令票操作为例，说明了基于视频作业和图像解析的配网智能调度流程，说明了各流程的详细功能。

2 电网调度可视化和移动化需求

随着智能配电终端和配电自动化的发展，配电网运行可靠性问题逐渐得到了解决，新能源以及负荷侧需求响应接入配网，给传统配电网运行与调度带来了一定困难与挑战。配电网调度目前没有针对分布式电源、电动汽车、电池储能以及其他响应负荷接入配网运行的合理调控方案，需求侧响应激励措施目前没有完善，与用户侧、电网侧的激励互动机制没有形成。在目前电网形态变迁、管控模式变化的环境中，配电网调度业务应当积极寻找差距，优化业务运作效率，提升全过程管控能力，积极探索视频感知以及图像感知等先进技术在配电网中的应用，形成无偏差调度、创新性调度以及高质量调度。

现阶段，调度运行管理系统人机交互性能较差，调度员与自动化系统间的实时动态互动并没有完全解决。另外，电力调度系统受到电网整个运行方式的影响，数据量较大，海量数据信息抽取并展示功能较弱，随着大数据和数据挖掘等技术的发展，电力调度系统在数据平台和数据展示方面的功能有待加强，在生产和管理过程中，实时数据与历史数据、静态数据和动态数据的多元数据开放融合并未解决。

随着电网规模越来越大，传统电网调度系统在技术感知、系统优化以及系统防控等方面不能够满足调度的安全可靠运行要求。可视化调度系统是一种根据调度自动化系统和可视化服务融合的数据，对电网调度业务进行可视化展示的系统。通过可视化的方法将配电网调度的数据和参数进行直观展示，有助于调控人员把握电网运行动态、优化电网调度方案，通过运用先进的图形处理技术，可以生动形象地展示配电网调度以及运行过程中的动态变化。

针对配电网可视化调度系统，主要的需求在于系统主接线图、设备运行状态统计图、分布式实时数据库可视化、配电网负载和分区电量可视化监视等。

在电力调度智能化发展进程中，智能移动终端的应用成为了电网调度移动可视化发展的突破口。为实现调度客户端和服务端的移动对接，应当构建电力调度移动平台，并将可视化展示内容直接显示在移动平台中，从而为配电网运行调度以及现场运维检修等实现协同。

图1 移动调度和可视化调度

3 视频感知及图像感知技术与配网调度

3.1 视频感知与图像感知技术

视频感知和图像感知是云计算构架技术中的一种表现形式，云计算是通过并行计算、分布式计算、网络存储和虚拟化等传统计算机技术与网络技术结合发展的新产物，视频和图像感知需要在前端设置相应的视频和图像捕捉器，包括传感器等，通过大数据处理技术、视频智能分析和解码技术、将各种技术进行关联和整合，利用云计算平台的计算能力提供视频图像的分析识别，能够提升电网调度系统对实施状况的反应能力，对应方面通过分析视频图像，提取关键的电网调度信息，实现对原始数据的积累，通过对信息的识别，可以对电网调度信息进行更高层次的碰撞、分析和利用。

由于图像和视频的采集是动态的，因此后期需要对视觉显著性进行估计，还需要利用相应的算法和模型，实现对视觉感知图像和视频的滤波处理，将图像的局部进行结构分析，实现白噪声最小化的目标。电网调度运行数据具有实时性，因此在图像和视频采集、压缩、存储、通信与传输等过程中都会受到失真，因此需要对视频数据和图像数据进行重构。

3.2 配网智能调度业务

配网业务的智能代理主要是研究检修票、方式单、线路重合闸、风险预警通知单、操作票等业务的自动执行。其业务构成分类如图2所示。

配网智能调度能够在检修票、方式单、线路重合闸等业务自动生成操作票，根据图形处理结果，可以生成调度日志，同时，由于拓扑网络具有可视化功能，因此可以实现网络发令的自动下令，结合设备实施状态数据，实现智能调度指令预演、指令自动确认以及自动发令。其中，配电网智能调度业务与图模一体化的关键在于业务系统的融合，某一项调度操作指令的确认与发布与其他多个业务系统的信息进行融合，采用机器代理实现高度融合的日常操作业务。对于图模一体化系统中的逻辑严密、自由度小的图形设备，可以通过预设程序自主发令操作，可以同时避免误操作等风险。

由此可见，在智能配网调度业务中，移动应用以及视频作业在多场景均可发挥作用，可以减轻调度人员的工作任务，推动调度业务面向智能化发展。

4 基于移动应用的配网调度平台设计

基于移动应用的配网智能调度将现场操作过程通过手机、传感器等进行拍摄，采用视频切割技术、解码压缩技术及断点续传的方式将视频传输至系统平台，从而实时获取移动操作端视频数据与PC 端操作票进行关联并播放。同时，对现场设备状态的拍照后，解析图片内容将图片信息与设备状态进行校核，从而实现现场操作的安全防误。为此，基于移动应用的调度平台尤为重要。

4.1 技术构架

系统构架采用多层次结构，每层以面向对象的模式进行构建，形成相对独立、扩展灵活、功能完善的系统。各层之间相互交叉，功能和数据之间形成协同融合，系统成为有机整体。

移动端主要实现电力调度移动终端的各种功能应用，可以根据移动终端的具体型号、屏幕、设备内存等进行相应的人机交互界面设计，形成以面向对象的可视化技术，可以集中展示电力调度的主要内容，包括运行方式、设备状态等。通过WeB图形表现实现基于对象的开发及图层的展示，利用HTM L5进行客户端缓存，存储相应的视频和图像文件，通过异步通信机制，实现移动终端与电网调度运行中心的交互信息。移动终端主要可以将数据进行分离展示，包括GIS信息、可缩放矢量图形等。

图3 技术构架

图4 移动应用模块

为实现上述功能，该模块主要包括电源、摄像头、显示器、通信模块、接口、蓝牙、数据采集通讯、视频数据采集等。可以看出，该移动终端模块，可以实现多种功能，包括现场视频、拍照、操作票生成等。通过与上级调控中心进行数据传输，实现数据运维实时监测，同时加强电网调度的可视化展示能力。

配电网运行调度数据和实时运行图片和视频的传输需要借助有效的通信手段。由于移动终端具有移动特性，因此需要借助无线网络运营商的无线通信，满足该平台的虚拟专用网络和接入点名称，均采用专用网络访问。

数据交互与存储是基于移动应用的电力调度智能管控的平台支撑，数据交互与存储需要遵循相应的数据交互规范及标准，主要采用基于SOA 构架模式的总线服务方式，通过对可视化数据进行封装，在服务总线发布相应服务接口，客户端可以向服务端请求数据，将业务数据返回给移动终端。由于视频读取和图像获取的数据量较大，需要存储的数据量也随之增大，因此在数据存储过程中，系统具有实时存储和动态分析的能力。

由于电网调度涉及到保密信息，因此，智能移动终端在涉及到电网调度数据查看时，应当具有高安全性的网络环境，能够适应移动终端的应用环境，因此在安全控制方面，应进行相应的防御措施。本文设计的安全防护策略如图5所示。

图5 功能模块

4.2 系统功能

该系统功能模块包括配电网实时状态获取、基于CIM-E 的数据格式展示、基于SVG 的图形模型、在线评估展示、事故模拟与回放、综合全景展现。

(1)配电网实时状态获取

基于移动应用的配电网调度视频以及图像感知系统能够实时获取智能调度系统的信息，支持系统在线分析与判断。通过与智能调度技术支持系统的接口，系统可获得智能调度配电网运行系统的图形、电网一次模型和电网实时数据等，并在移动应用端进行部分可视化展示。

(2)基于CIM-E的数据格式展示

系统的统一电网模型以CIM 模型为基础，同时针对配电网运行以及分析的需要，对现有CIM 模型需要扩展的类、属性和关联关系进行相应的扩充，形成适用于配电网建模、数据交换、信息集成等功能的数据模型，方便后期形成可视化的配电网一次、二次设备模型及参数的展示。

(3)基于SVG的图形模型

针对移动应用调度管理系统，厨电网模型展示，基础数据还应包括配电网图形的展示与分析，可以实现通过远程终端，查看电网运行设备的模型情况。电网图形分为配电网主接线图以及配电终端各馈线分布图。所有展示的图形以标准的可缩放矢量图SVG格式作为人机交互的基本格式，可以通过远程终端、移动终端进行图形触发、图形模型修改、图模维护，从而实现调度中心远程和线上图模库一体化。

(4)在线评估展示

由于配电网与用户联系做解密，包括分布式电源、电动汽车、电池储能等接入配电网对配电网的运行带来一定影响，配电网的潮流和在线评估工作，也增加了电力调度的难度。针对视频以及调度图像感知的方法，将视频采集与图像捕捉应用于配电终端、配电线路以及用户测，可以实现对各主要电气设备的状态采集，从而获得电气设备的实施状态，形成图像和模型。针对所获得的静态数据和实时数据，通过平台的评估模型对电力运行方式进行实施评估，形成预警分析，结合人工设置和检修票方式，将评估结果输出到移动终端，实现电网调度人员现场设备运行查看时，方便快捷的掌握调度的预警和流程，从而实现全局、变化区域的周边范围评估，实现电网调度的一体化。

(5)事故模拟与回放

配电网相对于输电网更容易发生故障，配电运行在调度过程中所占的工作量较大，通过视频捕捉和图像采集技术能够实现对配电网运行事故的采集，形成历史数据库，通过移动终端展示事故模拟与回放。通过视频采集和图像捕捉得到的配电网设备以及系统的模型，运用大数据、云计算等数据技术来模拟电力系统的故障，形成数据库，可以针对不同运行方式下配电网运行的具体特征形成事故模拟，从而为反事故演练储备一定的资源。针对配电网事故模拟，可以实现一次系统故障全面模拟，全面的保护定值信息校核、配电终端特性的全面模拟、事故的实时回放等。

(6)综合全景展现

视频感知以及图像捕捉能够实时获取配电网运行状态，实现对配电网的全景监控，再加上移动应用，可以实现配电网的全景和综合展示。移动终端可以提供图形化界面展示，通过可视化图形的方式对配电各环节进行分类展示，同时可以在配电网主接线图上对相关线路以及配电箱等进行动态画图形标注。针对配电网运行中的告警信息，可以由图形进行标注且定位综合展示，能够为电网调度运行人员提供直观有效的配电网运行可视化智能监控技术，满足配电网实时运行控制要求，从电网调度专业角度、配电网运行检修角度，实现对电网运行信息的形象直观和集成展示，并且为配电网运行检修数据融合奠定一定数据基础。

5 基于视频作业和图像解析的配网智能调度

根据配网的实际情况，并以配网调度的调度指令票为例说明实现现场操作视频的拍摄。具体流程如图6所示。

图6 视频作业流程

(1)视频拍摄：电网运行管理平台APP 终端集成视频录制功能，调度下令后现场操作人员复诵完成后，可在手机APP 点击视频录制按钮，录制完成后自动保存到手机储存中；也可以根据视频图像传感器和摄像头进行现场采集。

(2)视频传输：实现通过4G 网络通过移动接入平台将现场操作视频传输到配网调度端。视频传输采用H．265视频编码技术，将视频大小进行压缩，相同像素下H．265编码的视频存储是传统H．264的50%，节约一半的存储空间。

(3)视频上传：电网运行管理平台APP 终端集成视频上传功能，展示所有现场的操作视频，实现断点续传以及检测到WiFi自动上传功能，在传输的过程中采用视频切割的方式进行传输，以免对通道造成堵塞。

(4)视频管理：实现电网运行管理系统（配网OMS）中管理现场所有的操作视频功能，可根据调度指令票进行关联查看，支持在线观看、下载等功能。

(5)屏幕录制（操作复诵）：实现电网运行管理平台APP 终端集成手机屏幕录制功能，调度下令后现场操作人员开始复诵到复诵完成，手机APP 自动录制复诵的手机屏幕及复诵的声音，录制完成后自动保存到手机储存中，并自动上传到调度端。

(6)设备校核：实现现场操作人员操作设备前，通过拍摄照片，再照片识别设备名称及设备状态，再根据调度指令内容智能判断是否可进行操作，实现操作安全防误。

具体的功能如表1所示。

表1 视频操作功能

6 结束语

本文设计了基于移动应用的配网调度视频及图像感知系统。首先分析了电网调度可视化以及移动化的需求，设计了移动应用和可视化调度的平台构架。针对视频感知及图像感知技术与配网调度智能业务需求的关系进行说明。针对基于移动应用的配网调度平台进行了设计，给出了技术构架、系统功能。最后以调度指令票操作为例，说明了基于视频作业和图像解析的配网智能调度流程，说明了各流程的详细功能。