邊緣AI技術在反竊電智慧表箱改造中的研究與應用

2022-08-29 12:14:10李海霞魏琛琛魯桂國

物聯網技術 2022年8期

張云，李海霞，魏琛琛，魯桂國，劉濤

（1.國網上海市電力公司奉賢供電公司，上海 201400；2.北京國電通網絡技術有限公司，北京 102200）

0 引言

隨著我國經濟的迅速發展和人民生活水平的提高，消費側對能源電力的需求也在逐年增加，供電臺區作為向廣大電力消費用戶直接供電的端口，位于配電網末端，其運營管理水平不僅關乎電力用戶的用電滿意度，還與供電企業的經濟效益和電網安全息息相關。但長期以來，我國電網投資存在“重電源、輕電網，重輸電、輕配網”的情況，導致供電臺區面臨終端感知設備配置不足、海量數據價值難以挖掘、竊電反復難以在線稽查等一系列問題。基于上述現狀，本文對邊緣AI技術在臺區數字化建設中進行了一系列探索應用，將搭載邊緣AI技術的多維在線監測裝置部署在臺區表箱內，打造表箱開啟授權、開箱行為AI識別認證、分箱線損計算、異損監測和誘因追溯等應用場景，促進了供電臺區的數字化轉型升級，提升了臺區管理效率與企業經營效益。

1 邊緣AI技術應用特點

邊緣AI是邊緣計算與人工智能的結合，是在硬件設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用。在本文的研究中，邊緣AI技術應用在電力生產領域，主要具備以下特點：

（1）本研究以多維在線監測裝置硬件產品（含監測模組、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器的依賴，一方面節省了主站的計算資源，另一方面減少了影像上傳量，節省了帶寬資源。

（2）監測裝置可以及時接收主站的線損分析模型，在計量箱內部定時采集運行數據并實時分析處理，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，在邊緣側時采時算，大大提高了數據分析效率。

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

2 應用場景分析

2.1 開箱操作授權與合法性驗證

作業人員通過營銷移動掌機識別計量箱智能鎖二維碼，并向監測模組提交開鎖申請，監測模組在下發開鎖指令的同時，觸發雙重驗證程序，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，監測模組在邊緣側開展合法性驗證。后臺主站事先采集搶修運維人員、營銷稽查人員和臺區經理等人員的面部和虹膜信息，并同步下發至監測模組創建邊緣側樣本庫。箱門開啟后，第一道驗證：監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：監測模組基于門狀態傳感器，監測智能鎖狀態與門狀態是否一致，鎖狀態和門狀態均為“開啟”時方為合法操作，以此來研判箱門是否被暴力入侵。驗證結束后，模組主動向主站上傳驗證結果，驗證結果為非法操作時啟動報警程序，并同步證據鏈至營銷系統，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 分箱線損異動監測

監測模組包含線損分析算法，通過采集表箱內部電氣特征參數，在傳統四分線損的基礎上，延伸計算分箱線損率，并根據后臺主站下發的臺區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的不同而不同，打破了傳統以統一標準監測臺區線損率的管理方式，如某省電力公司定義臺區的日線損率合理標準為0～10%。通過差異化的線損監測，可以充分考慮不同臺區線損之間的差異，有助于供電企業降損增效，工作有針對性的落地實施。

2.3 開箱異損溯源

當分箱線損率出現異常時，監測模組啟動檢索匹配程序，檢索線損異動事件當日24小時內未授權開箱發生時間、次數等關鍵信息，并將線損異常事件和開箱操作事件進行匹配關聯，生成因開箱操作導致的線損異常證據鏈并上傳后臺主站。而后，作業人員既可以在現場通過手機藍牙連接監測模組提取證據鏈，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“監測模組+門狀態傳感器”的方式，不改動箱門鎖具實現表箱的升級改造，如圖4所示。監測模組經臺區集中器與主站通信，實時監測表箱的開啟狀態和分箱線損異動。本方案投入成本低，監測相對簡單，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“監測模組+智能鎖+門狀態傳感器”的方式實現計量柜的升級改造，如圖5所示。監測模組可實時監測、記錄表箱鎖和門的開啟狀態，實現開箱異損誘因溯源，開箱操作控制。本方案加裝智能鎖具，賦予開箱操作授權和門鎖狀態合法驗證雙重防護，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“監測模組+智能鎖+多維探頭+門狀態傳感器”的方式實現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。本方案與上述兩種方案相比，前期投入成本較高，然而隨著硬件設備的迭代升級及量產，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。