基于大數據的新能源智慧管控平臺研究

摘 要：針對新能源企業生產管控混亂、運維低效，不能可視化監管與調度等問題，設計并研發了一種基于大數據、云邊協同等技術的智慧管控平臺。通過高內聚、低耦合的立體化監控與管理工具集建立各級之間的數據共享和管控、遠程指揮和應急救援等系統，以實時掌握產地和調度的安全狀況，并實現安全隱患及故障跟蹤處理、物資調度等功能。以貴州某新能源集團為試點，為滿足集團集約化、專業化、智能化的統一監管需求和應急調度需求等，提供了先進高效的指揮調度工具、安全管控工具，實現了扁平化管理和專業化運作，同時為企業決策提供了支持。

關鍵詞：新能源；管控平臺；大數據；調度工具；管控工具

中圖分類號：TP315" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2023）14-0050-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.14.012

0" " 引言

新能源在經濟、政治、社會系統中都處于核心地位，是工業的糧食、國民經濟的命脈，而且為國家的快速發展提供了重要支撐。近些年來中國新能源企業飛速發展，但監管措施相對落后，新能源企業業務種類繁多，企業場地和種類分散，無法統一管理，出現問題時，不能第一時間救援和緊急防控[1]。例如，2019年江蘇響水“3·21”特別重大爆炸事故暴露出我國新能源安全生產問題突出，尤其是在安全風險管控、智能化監管方面存在明顯短板和不足，與我國新能源的高質量發展不相適應[2]。2021年重慶能投渝新能源有限公司松藻煤礦“9·27”重大火災事故，暴露了我國新能源企業遠程指揮與應急救援方面的不足[3]。近幾年，大數據、云邊協同技術的應用與推廣，為煤礦智能化提供了技術支撐。因此，本研究基于大數據和云邊協同技術設計并研發智慧管控平臺，能融合多項冗雜的數據，有效抓取核心數據，把控企業內部各個子公司的安全狀況，并針對暴露出的特征化數據和問題制定改進計劃，閉環式消除安全生產問題，并銜接企業上下游，滿足新能源集團智能化發展的需要。

1" " 建設背景

信息化建設平臺在中國商業中的應用始于2003年，它隨著中國互聯網的高速發展而被快速推廣與普及，以一種轉型化的商業模式出現[4]。近幾年，國家正在推動新能源企業轉型，新能源企業應嚴格按照行業機制完善技術，強化感知、網絡、安全等基礎設施建設，共同推進部門之間高效聯動和高質量發展[5]。當前市場上新能源企業及其子公司種類繁多，施工和業務場地呈散點圖模式，安全與管控問題凸顯，生產運營工作可視化延遲且不能高效調度和管控，同時復雜的工作場景和通信模式給急救和運維帶來了挑戰，造成各子公司系統形成數據孤島，無法快速定位故障點和統一調度，導致生產效率低下[6]。搭建大數據平臺可水平擴展和分布式計算處理海量結構化/非結構化數據，通過實時流處理技術，幫助企業高效地實現數據驅動和決策。

2" " 平臺架構設計

新能源智慧管控平臺能夠實現新能源集團下屬企業各個子公司監控數據、調度數據等的深度融合，是實現集團管控和調度的基礎。在GIS、SCADA的基礎上，平臺架構總體設計為感知層、基礎設施層、數據融合層和應用層，具體如圖1所示。

（1）感知層：通過云邊協同技術采集子公司生產線上傳感器數據。

（2）基礎設施層：通過環網、數字總線等將上傳的數據融合，為數據存儲和整合做基礎鋪墊。

（3）數據融合層：依托公有云和私有云，實現對海量結構化數據和非結構化數據的清洗、存儲和分析。

（4）應用層：主要為集團服務，包括視頻監控與遠程指揮模塊、應急救援調度模塊和手機端。

3" " 平臺業務功能設計

平臺基于B/S架構，使用Java語言，通過在邊緣設備上部署數據采集模塊，使用Hadoop、Cloudera Manager、MySQL、Tebleau、Matplotlib等技術為集團及子公司搭建Web端大屏，構建了視頻監控與遠程指揮模塊、應急救援調度模塊和Mobile App模塊。

3.1" " 視頻監控與遠程指揮

傳統化視頻監控技術僅限于現場監控、簡單的報警信息傳送，不能跨區域傳遞圖像音頻，對于企事業單位來說缺乏對一線狀況的實時了解和管控。對于新能源企業，高清化、無線化、實時監控是行業安全運作的前提條件。本文所述平臺基于GIS技術，通過圖像采集與傳輸終端把多元數據融合、空間分析以及圖形的可視化系統集成為一體，結合大數據技術中Spark和Hadoop對廣泛異構化數據的快速收集和集成，經過數據清洗和分析應用在平臺上，建立多部門跨區域的數據聯動機制（圖2）。通過多級復組網、靜態布局、標簽云（Tag Cloud）、空間信息流（Spatial information flow）等，將抽象、復雜的信息通過圖形化的方式展現，實現了調度、指揮、視頻會議以及信息發布等多功能聯動體系，滿足非視距條件下實時語音、圖像、數據的指揮需求。通過設定重點關注區域和異常數據監控，可實現指揮調度和監控視頻并行，在指揮調度的同時也可進行視頻會議，多方協作。日常監控數據可上傳至云端，以供職能人員在需要時獲取穩定、流暢且清晰的文件，實現新能源集團的可視、可控和高效率運轉。

3.2" " 應急救援調度模塊

針對災害現場及事故源頭地理信息數據缺乏、二維空間數據使用率低、救援現場信息感知能力弱、救援裝備聯動能力缺乏等關鍵問題，使用多樣化終端，將有線和無線結合在一起，互補使用，通過三維GIS系統的空間和地理分析功能，整合各個地區數字化系統中的GIS數據，集中于信息管理系統中統一管理，在地圖上繪制動態數據圖，利用傳感器及實時數據集成、分類、清洗來計算風險權重比率，輔助決策者判斷是否需要緊急救援。通過GPS實時定位，在監控平臺顯示地理信息，快速確定所屬區域，并向系統反饋巡檢信息、執法信息等。若事故發生，會立刻觸發警報且應急聯動地圖中的事故點閃爍，同時啟動應急救援系統，對事故進行綜合性評估，通過啟動緊急預案庫，第一時間生成戰略指導性計劃書，統籌附近的救援力量，向管理部門顯示警力部署、物資部署，并自動對事故發生點進行綜合分析和比較，為管理部門擬制戰略備案提供參考依據（圖3）。無事故發生時，采用貝葉斯推理、數學模型優化算法等方法提前預測風險，實現分析—上報—響應—解決的安全閉環，解決了新能源集團非結構化、低價值、碎片化的數據上報難題。安全系統也可支持多工種技能培訓，通過設定對應工種的相關技能課程和目標，來實現標準化管理。

3.3" " Mobile App

移動應用系統主要用于App辦公，利用5G技術的低延遲和高速率突破了企業內部上下聯動的瓶頸，設計簡潔的UI將Web端所有功能模塊匯集，且可根據集團的需求定制功能模塊，如現場管理系統、安全控制系統、經濟救援系統及公司的基本信息模塊（圖4），保障了基本的管理需求、控制需求、監控需求和應急救援需求，實現了企業和個體的便捷化管理，縮短了工作半徑，可以實時異地互動和監管，充分發揮了移動互聯網時代的管控優勢，能精準判斷當前環境狀況、發展趨勢。

4" " 應用效果

以貴州某新能源集團為例，按照上述的總體邏輯建立智慧管控平臺，目前已經建設了集電、氣、管、網多項業務于一體的大屏可視化監控指揮平臺（圖5），應急救援系統與安全管理系統，5G網絡下的AOS系統，消除了集團與子公司之間的數據壁壘，能幫助集團精確了解子公司風險信息、數據管控情況、資源利用情況，并協助子公司快速預防和化解風險，結合實時數據，定位和查找故障根源和事故地點，高效傳達物資需求，實現了救援期間警力和物資的及時調運，達到了效益最大化目標。

5" " 結束語

新能源智慧管控平臺使用大數據和云邊協同技術，提升了企業運維工作的智能化水平，滿足了安全管控的多方聯動與協作需求，實現了應急管理及緊急調度，融合多個組件滿足了海量數據的存儲與分析，對提升大數據時代的新能源管控安全化、一體化和可視化水平具有重要意義，為新能源集團的遠程監控、安全分析、安全預警、應急演練提供了依據，為打造安全、經濟和可持續的現代智慧新能源產業體系提供了支撐，為新能源行業的智慧平臺建設提供了參考。

下一步考慮對新能源企業AI攝像頭捕捉到的數據進行分類識別，通過深度學習中的YOLO算法快速檢測異常事件，實現智能安防，提高視頻檢測效率。

[參考文獻]

[1] 張可云，楊丹輝，趙紅軍，等.數字經濟是推動區域經濟發展的新動力[J].區域經濟評論，2022（3）：8-19.

[2] 張廣泉.上下齊發力 推動企業安全生產主體責任落實——寫在江蘇響水“3·21”特別重大爆炸事故發生后[J].中國應急管理，2019（3）：8-11.

[3] 重慶能投渝新能源有限公司松藻煤礦“9·27”重大火災事故案例[N].中國煤炭報，2021-07-13（003）.

[4] 宋元濤，王大偉，楊春立，等.以信息化加速推進應急管理現代化[J].中國應急管理，2021（6）：14-25.

[5] 許憲春，張美慧.中國數字經濟規模測算研究——基于國際比較的視角[J].中國工業經濟，2020（5）：23-41.

[6] 肖祥武.基于工業互聯網的新能源智慧企業體系架構研究與實踐[J].電力信息與通信技術，2022，20（9）：100-107.

收稿日期：2023-01-10

作者簡介：萬一帆（1997—），女，河南正陽人，碩士，助理工程師，主要從事大數據和高性能計算等方面的研究工作。

通信作者：張朝宇（1992—），男，貴州大方人，助理工程師，主要從事能源大數據等方面的研究工作。