基于邊緣計算的超導限流器展示系統

吳 亮

（廣東電網有限責任公司汕頭供電局，廣東 汕頭 515041）

0 引 言

隨著電氣技術和電氣設備的不斷發展，許多先進的電氣設備已逐步投入運行。然而，許多電氣設備的內部結構與所涉及的理論過于復雜，學習和推廣先進電氣設備的過程變得具有挑戰性。為了更好地讓公眾了解和觀察超導限流器等先進電氣設備的內部結構和組成，許多展廳往往需要設置物理機械顯示屏，以便客戶能夠更好地了解電氣設備的內部結構和具體結構。然而，由于超導限流器等電氣設備體積龐大，受場地和成本的限制，很難展示其物理原型并充分反映其具體結構[1,2]。為解決該問題，需要一種適用于超導限流器以及其他體積較大的電氣設備展示的智能化控制系統與展示方法。

隨著無線通信技術和互聯網技術的發展，催生了大量的新型互聯網應用，物聯網技術逐漸投入其中，為展示超導限流器等先進電氣設備提供了新的渠道。利用手機和其他電子設備輔助投影技術展示設備可以極大增強設備展示的趣味性，且通過手機對投影中的虛擬機進行操縱，可以大幅提高人機交互的互動性。通過利用通信與互聯網人機交互的方式可以使展廳展示更加方便[3-6]。

然而，傳統的云計算存在長距離往返延時較高、網絡擁塞、服務質量下降等問題，難以滿足現在實時通信的需求。因此，需優化傳統的計算和通信方式，使展廳對超導限流器等先進電氣設備的展示系統運行更加方便快捷，增強參觀者的體驗感和互動性[7-10]。

為解決上述問題，提出一種通過邊緣計算增強通信實時性、加強人機聯系、適用于超導限流器以及其他電氣設備展示的展廳智能化控制系統及方法，能夠提高人機交流速率，具有實時性，且在展示過程中人機互動性與趣味性更強，提高參觀者在展廳參觀的現場體驗。

1 邊緣計算及其方法

邊緣計算一般定義為在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲和應用核心能力的開發平臺，就近提供邊緣智能服務，滿足行業數字在敏捷聯接、實時業務、數據優化、應用智能以及安全與隱私保護等方面的關鍵需求。通過在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側，為應用提供融合計算、存儲和網絡等資源。邊緣計算也是一種使能技術，通過在網絡邊緣提供這些資源，滿足關鍵需求。

邊緣計算通過在終端設備和云之間引入邊緣層，將云服務擴展到網絡邊緣。這3層結構分別是終端層、邊緣層和云層，如圖1所示。

圖1 邊緣計算架構參考模型

邊緣網絡貼近用戶終端，終端層靠近用戶側，主要由各種物聯網智能設備組成，負責感測物理對象或事件的特征數據，并將這些數據發送到上層進行處理和存儲。邊緣層位于網絡的邊緣，邊緣層由大量邊緣節點組成，通常包括路由器、交換機、特定邊緣服務器等。邊緣節點廣泛分布在終端設備和云之間，方便終端設備與邊緣節點連接以獲得服務。邊緣節點具有計算、傳輸和臨時存儲接收感測數據的能力，實時分析和處理計算數據都可以在邊緣層中完成。

2 展示系統的結構與功能

基于邊緣計算的超導限流器展示系統架構如圖2所示。

圖2 系統架構

該系統包括云端服務器、全局總控中心、局域控制中心、局域通信系統、投影展示系統、智能燈光控制系統以及語音控制系統與定位系統。云端服務器連接有存儲云盤，用于儲存人機交互反饋數據；局域控制中心連接有局域服務器，用于識別、計算、處理人機交互數據并上傳云端服務器。局域服務器通過邊緣網絡與參觀者的手機或其他電子設備進行連接，保證傳輸速度，提高參觀信息的實時性，所述局域控制中心還與定位系統連接，目的在于識別參觀者位置。

云端服務器與全局總控中心相連接，目的在于上傳局域控制中心與局域服務器處理的人機互動信息以及參觀者的建議，并儲存云盤，可根據人機互動信息以及參觀者的建議對展廳進行下一步優化。

全局總控中心與局域控制中心相連，目的在于對分展廳的投影、聲音以及燈光等進行統籌控制，保證局域控制中心和局域服務器的可靠運行，保證參觀者的參觀環境穩定，防止擾動。

局域控制中心連接有局域服務器，獨立計算并處理各展廳數據，包括需投影展示的圖片與文字、傳輸至參觀者手機中的圖片文字，參觀者反饋的互動信息與建議，對參觀者在各展廳的定位識別以及對燈光、投影、聲音等進行控制，需處理的數據不經全局總控中心，提高運行與反饋速度。

參觀者可以根據各自的需求，通過手機或其他觸屏電子設備與展示的超導限流器等電氣設備進行人機互動。以超導限流器為例，互動方式包括以下幾點：利用手機或其他觸屏電子設備對超導限流器進行自由任意角度的旋轉，觀察超導限流器的形狀和結構組成；將超導限流器拆分至單獨的零件，并旋轉進行觀察；將超導限流器零件組裝成完整的超導限流器；手動設置故障點觀察超導限流器限流過程和機理等?；有畔⒛軌驅崟r傳輸至局域控制中心并反饋，保證信息的實效性以及提高參觀者的現場體驗。同時，參觀者可以對超導限流器各個組成結構的優化提出自己的建議和意見，工作人員后期可根據建議進行模型優化。

智能燈光控制系統控制燈光會根據不同的情景或參觀者的互動指令，作出相應的調整。主要房間都可以使用光電感應器來自動控制照明，另外可以聯動音樂、語音、投影等設備進行相應的調整。智能照明控制系統可以利用先進電磁調壓及電子感應技術，在確保燈具能夠正常工作的條件下，為燈具輸出一個最佳的照明功率，既可以減少由于過壓所造成的照明眩光，使燈光所發出的光線更加柔和，照明分布更加均勻，又可以大幅度節省電能。智能照明控制系統可以在照明及混合電路中使用，適應性強，能在各種惡劣的電網環境和復雜的負載情況下連續穩定地工作，對供電進行實時控制與跟蹤，自動平滑地調節電路的電壓和電流幅度，改善照明電路中不平衡負荷所帶來的額外功耗問題，提高功率因素，降低燈具和線路的工作溫度，達到優化供電目的。

展示系統和方法通過投影展示，通過語音控制系統調整配音音量，通過燈光控制系統調整燈光強弱，并輔之以手機或其他觸屏電子設備實現人機交互，增加展覽效果。參觀者可以利用手機或其他觸屏電子設備實現人機互動，使參觀者充分觀察超導限流器等電氣設備的結構組成與工作機理，通俗易懂，富有趣味性，增加參觀者的體驗感。相比于其他依賴云端計算的展示系統與方法，基于邊緣計算和邊緣網絡技術的超導限流器的展示系統與方法更具有即時性，傳輸數據速度更快，能夠迅速對參觀者的互動指令作出響應，提高了人機互動效率，能夠充分增強參觀者的現場體驗。

3 實施步驟

超導限流器結構如圖3所示。

圖3 超導限流器結構

參觀者走入某一展廳時，定位系統識別參觀者進入展廳，位置信息通過邊緣網絡傳輸至局域控制中心，控制參觀者所在位置的投影展示系統、智能燈光控制系統、語音控制單元等系統的運行，對超導限流器等電氣設備的相關信息進行展示。展品視頻信息通過多媒體顯示屏顯示，智能燈光控制系統根據展廳內的燈光亮度進行調整，以滿足展廳內人體舒適度的要求，同時通過語音控制單元調整配音音量。用戶可以通過手機或其他觸屏電子設備連接邊緣網絡獲取展廳與展品相關信息。

在投影展示和語音講解過程中，將講解詞和線管設備投影或圖片通過邊緣網絡傳輸至參觀者手機或其他觸屏電子設備中。此外，可以將此展廳中與超導限流器等電氣設備相關的更多的信息一并傳輸至參觀者手機或其他觸屏電子設備中，可以更深入地了解超導限流器等電氣設備展品。

在投影展示和語音講解完成后，參觀者可以根據各自的需求，通過手機或其他觸屏電子設備利用邊緣網絡與展示的超導限流器等電氣設備進行人機互動。

參觀者參觀結束后，離開該展廳，定位系統動作，識別參觀者離開展廳，位置信息通過邊緣網絡傳輸至局域控制中心，局域控制中心控制投影展示系統、智能燈光控制系統、語音控制單元等系統關閉，結束該展廳展示。

當日展廳展示結束后，局域控制中心將當日互動信息以及參觀者的意見與建議上傳至云端服務器并儲存。展廳信息數據通過上傳云端服務器的方式，能夠實現數據的長期保存，不易丟失。此外，技術人員可以根據反饋信息對模型及展廳進行改進與優化。

4 結 論

本文所提系統中參觀者可以通過手機或其他觸屏電子設備實現人機互動，使參觀者充分觀察超導限流器等電氣設備的結構組成與工作機理，通俗易懂，富有趣味性，增強參觀者的體驗。相比于其他依賴云端計算的展示系統與方法，基于邊緣計算和邊緣網絡技術的超導限流器的展示系統與方法更具有即時性，傳輸數據速度更快，可以迅速對參觀者的互動指令作出響應，提高了互動的效率，同時技術人員還可以根據系統反饋信息對模型及展廳進行改進與優化。