李游

摘要：隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大化，電力設備的不斷復雜化，傳統(tǒng)的變電站巡檢方式已經(jīng)無法適應電力系統(tǒng)快速發(fā)展的要求。本文對無人機巡檢特點進行了分析，提出了基于邊緣計算的無人機巡檢云邊協(xié)同策略，對云邊協(xié)同策略進行了深入研究。采用云邊協(xié)同策略能夠大大提高無人機巡檢的工作效率，有效降低電力系統(tǒng)的運營維護成本。

關鍵詞：邊緣計算;無人機巡檢;云邊協(xié)同策略

近年來，國家大力推進智能電網(wǎng)建設，電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大，電力設備復雜程度不斷加深，電力系統(tǒng)正在逐步實現(xiàn)數(shù)字化轉型，因此對于變電站的巡檢也提出了更高的要求[1]?；谖锫?lián)網(wǎng)技術及云計算技術的發(fā)展，將無人機技術、邊緣計算技術、云邊協(xié)同策略進行有機結合，為變電站巡檢技術升級提供了有效的解決方案[2][3]，更加有利于促進變電站的安全、穩(wěn)定、可靠運行。

1 無人機

采用無人機進行變電站巡檢，能夠避免傳統(tǒng)巡檢方式的不足，獲取大量數(shù)據(jù)用于進行缺陷識別，提高識別的準確率[4]。無人機是變電站巡檢任務的承載主體，也是邊緣計算的主要實現(xiàn)主體，其巡檢的主要特點有：

（1）集群協(xié)同性：多臺無人機攜帶不同的設備，各自完成自身承擔的巡檢項點，之后再將巡檢采集到的數(shù)據(jù)進行匯總分析，協(xié)調配合共同完成變電站巡檢工作。

（2）可預測性：無人機巡檢目的明確、巡檢目標清晰，可以通過程序設定具體的巡檢任務，自主完成巡檢工作;也可以在人工操作下進行巡檢，將巡檢數(shù)據(jù)實時回傳到控制中心。

（3）時空局部性：由于檢測目標存在一定的差異性，巡檢獲取的數(shù)據(jù)也不相同，從而導致了時空角色差異與變化，巡檢空間也存在一定的時空局部性。

（4）巡檢互動性：無人機通過物聯(lián)網(wǎng)接入到云計算中心，能夠從多個維度對設備的健康狀態(tài)進行科學判定;通過邊緣計算能夠快速診斷設備缺陷，并實時調整巡檢路徑，從而形成互動的巡檢態(tài)勢。

2 邊緣計算

2.1 邊緣計算概念

邊緣計算的核心思想是要在大限度保證計算任務在離數(shù)據(jù)源最近的計算資源上完成，“邊緣”是指數(shù)據(jù)源與云計算中心之間的計算資源及網(wǎng)絡資源[5][6]。邊緣計算模型中的每一層都能夠提供資源與服務，無人機在邊緣計算模型中以承擔邊緣服務器的作用，需要具備強大的數(shù)據(jù)分析及資源調度功能，這樣能夠緩解網(wǎng)絡帶寬及云計算中心的壓力，并且加快了響應速度。但是，大數(shù)據(jù)運算還是需要云計算中心來完成。這樣將邊緣計算和云計算結合起來，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析資源的優(yōu)化配置[7]。

2.2 邊緣計算架構

在無人機執(zhí)行巡檢作業(yè)時，無人機是邊緣計算任務的發(fā)起方，其具體的邊緣服務器系統(tǒng)架構如圖1所示。

從資源調度的角度出發(fā)，邊緣設備承擔計算資源和存儲資源的調度任務，邊緣服務器可以通過無線網(wǎng)絡進行互聯(lián)，從而將巡檢區(qū)域中的邊緣服務器有效協(xié)同起來，共同配合完成巡檢工作[8]。變電站內(nèi)的云計算中心還能夠完成更改復雜的計算任務和數(shù)據(jù)存儲任務，采用云邊協(xié)同策略，將巡檢采集到的數(shù)據(jù)與巡檢任務有效結合起來。

3 邊緣計算與云邊協(xié)同關系分析

變電站的云邊協(xié)同體系一般來說由一個云計算中心和多個邊緣計算終端組成，云計算中心和邊緣計算終端都可以劃分為業(yè)務層、數(shù)據(jù)層、資源層三部分，云計算中處于核心位置，負責對變電站內(nèi)的多個邊緣計算終端進行協(xié)同管理實現(xiàn)云邊業(yè)務協(xié)同、云邊數(shù)據(jù)協(xié)同、云邊資源協(xié)同[9]，云邊協(xié)同架構如圖2所示。

4 基于邊緣計算的無人機巡檢云邊協(xié)同策略分析

4.1 業(yè)務處理協(xié)同策略

變電站電力巡檢業(yè)務被拆分成多個巡檢微業(yè)務分散部署在云計算中心和邊緣計算終端，無人機采集到的數(shù)據(jù)先進行邊緣計算后，再上傳到云計算中心進行綜合處理云邊協(xié)同機制下的微業(yè)務能夠根據(jù)實際靈活部署。云邊協(xié)同體系下的業(yè)務實現(xiàn)，要依托于云計算中心和邊緣計算終端。云邊業(yè)務處理協(xié)同就是在云計算中心對業(yè)務進行部署，云計算中心和邊緣計算終端實現(xiàn)業(yè)務得協(xié)同處理。云計算中心根據(jù)巡檢業(yè)務得具體流程拆分成多個微業(yè)務，針對邊緣計算終端的實際情況進行微業(yè)務的部署;邊緣計算終端將采集到的數(shù)據(jù)實時上傳到云計算中心，由云計算中心進行處理，并將相關數(shù)據(jù)反饋給邊緣計算終端;通過云計算中心，能夠實現(xiàn)不同業(yè)務的數(shù)據(jù)共享，避免了部分功能的重復開發(fā)。

4.2 數(shù)據(jù)協(xié)同策略

變電站的巡檢進行中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，既包括了設備相關信息，也包括了除此之外的信息，根據(jù)其運用功能可以分為運行過程數(shù)據(jù)、設備管理數(shù)據(jù);運行過程數(shù)據(jù)為電力設備運行時的實時電壓、電流、功率因數(shù)、運行狀態(tài)、控制命令等數(shù)據(jù);設備管理數(shù)據(jù)為設備的型號、部署信息、拓撲信息等。邊緣計算將數(shù)據(jù)進行處理后，在上傳到云計算中心進行數(shù)據(jù)協(xié)同處理，以保證數(shù)據(jù)的安全性、有效性、實時性。數(shù)據(jù)在向云計算中心傳輸時需要經(jīng)過加密模塊進行數(shù)據(jù)加密處理;云計算中心對上傳的數(shù)據(jù)進行綜合分析后，想邊緣計算終端下發(fā)控制策略和需求響應結果。

4.3 計算資源協(xié)同策略

邊緣計算終端的計算資源和存儲資源是收到外部條件限制的，由于變電站巡檢項目的存在差異性，需要用到的資源也不盡相同，所以可以通過云計算中心將微巡檢業(yè)務轉移到云計算中心和距離該邊緣計算終端較近的其他邊緣計算終端。云計算中心根據(jù)云邊網(wǎng)絡拓撲結構進行負載均衡化處理，云邊計算資源協(xié)同策略合理分配了計算資源及存儲資源提高了業(yè)務實時性，優(yōu)化了計算資源的利用率，降低了云邊體系的計算資源投資成本。

5 結論

云邊協(xié)同策略是變電站無人機巡檢中的重要控制策略，該策略對變電站無人機巡檢作業(yè)中的業(yè)務處理協(xié)同分配、數(shù)據(jù)資源系統(tǒng)分配、計算資源協(xié)同分配起到了重要作用。本文從邊緣計算的概念出發(fā)，分析了邊緣計算與云計算中心各自承擔的任務，以及二者之間的關聯(lián)關系，深入研究了基于邊緣計算的無人機巡檢云邊協(xié)同策略。采用云邊協(xié)同策略能夠大大提高云邊體系的靈活性，提高巡檢業(yè)務的實時響應速度，實現(xiàn)計算資源和存儲資源的優(yōu)化配置，降低變電站運營維護的成本。

參考文獻

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