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论电力基建业务中边缘计算的应用与实践.docx
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论电力基建业务中边缘计算的应用与实践.docx
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1 引言
电力基础建设是稳投资、扩内需,拉动经济增长的重要途径,但是在经过多
年对交通、能源、水利等传统基础设施的建设后,我国已经建成相对成熟的基
础设施环境,这使得传统电力基建发展空间受限,难以满足当前经济拉动的强烈
需求。以人工智能、工业互联网、物联网、5G、大数据等技术为电力基础的
新型基础建设则处于起步发展阶段,因此其发展空间巨大,将会为经济带来新的
增长点。而智能化的边缘计算设备将在新型电力
[1,2,3]
基础建设中发挥巨大作用。
边缘计算设备
[4,5]
是更靠近传感数据前端的一种设备。不同组织对边缘计算
[4]
给出了不同的定义。美国韦恩州立大学的施巍松等认为边缘计算是指在网络
边缘执行计算的一种新型计算模式,边缘计算中边缘的下行数据表示云服务,上
行数据表示万物互联服务。边缘计算产业联盟则将边缘计算定义为靠近物或数
据源头的网络边缘侧,融合计算、存储、网络、应用核心能力的开发平台;实现
就近提供边缘智能服务,满足行业数字在隐私保护、实时业务、敏捷连接、数
据优化、应用智能等方面的关键需求。总体而言,边缘计算是在靠近数据源头
计算的一种新型模式,在数据侧为应用提供融合计算、存储等资源。相比云计
算,边缘计算不需要将前端设备感知数据传到云平台,而是直接在本地进行处理,
并能立刻响应;边缘计算的出现并非取代云计算,而是通过边缘设备分担云计算
任务,实现云平台计算卸载;而云平台作为后台管理的核心依旧发挥着强大的作
用,云平台不仅可以实现对边缘设备的管理,还可以选择性接收边缘端的有效处
理结果,并进行分析汇总,获得更有价值的信息。
本文首先介绍边缘计算概念,并和云计算进行了比较;接着梳理了边缘计算
在线路基建现场中的应用以及基于视觉的线路基建现场监测技术和在边缘设
备上的设计应用;最后对边缘设备在物联网电力基建业务上的应用进行总结和
展望。
2 边缘计算概述
2.1 物联网与 边缘计算
传统物联网技术,是将前端设备传感器采集的数据通过网络传输到云平台,
云平 台进行运算处理,并在云端做出响应,如需要前端响应,则对 前端设备传感
器下达响应指令。云平台计算不仅需要建立云计算中心,还要保证网络的畅通
和可靠;但随着传感数据的丰富,尤其是图像信息的使用,使得网络带宽成为制约
云平台计算发展的瓶颈。此外,像线路基建现场等业务场景环境复杂,网络的可
靠性差,因此一种不依赖云平台且能实时高效计算的平台应运而生。
由于边缘设备对网络的稳定性和带宽要求大大降低,因此具有更快的响应
速度;这对占用大量带宽的视频传感设备的普及应用具有重要意义,有助于扩大
前端设备的使用环境场景,实现网络无差别化设备部署。此外,针对不同业务场
景需求,边缘计算可以应用不同配置的硬件和软件环境,尽可能在硬件计算力和
软件功能实现之间寻求平衡,使得边缘计算更加贴合业务场景。
考虑能耗和部署环境,云计算中心设备不仅需要独立的空间,还需要配备散
热设备,保证云中心运行环境稳定,因此云计算能耗更大,部署要求更高;边缘计
算设 备能耗较低,同时为非集中部署 ,因此在降低能耗的同时,还降低了对部 署
环境的要求。从应用管理角度来看,单独的云计算方式需要在云端升级应用系
统,新增业务类型或业务类型修改都需要云端系统做大规模更改,便捷性较差;而
部署不同边缘计算设备的过程不需要对云平台做任何修改,云平台只需要根据
协议接口管理好各个边缘设备,进而更好地实现云、边分离。
从计算能力角度来说,云计算中心计算能力在云中心建立之初一次性确定,
而边缘计算可根据业务需求,灵活地对设备进行增删,因此能做到计算力和能耗
的最优。云计算与边缘计算区别如图 1 所示。
图 1
图 1 边缘计算与云计算对比
2.2 边缘计算 在物联网中的应 用
边缘计算广泛应用于智慧城市和智能交通中。在智能交通中,每个路口部
署的摄像头会产生海量的视频数据,如果都通过云计算中心处理,不仅对交通建
设带宽要求较高,对云中心的存储、计算能力也有很高的要求。借助边缘计算,
对本地海量数据进行存储和分析,只截取并上传交通事故或者违法行为的有效
视频片段至云中心,在节约云中心资源的同时,边缘计算设备还兼备车流量分析、
车辆信息结构化、行人流量分析等功能,有助于实现实时的智能交通控制。
边缘计算广泛应用于多种多样的电力基础设 施
[6,7]
建设业务场景。以电网
相关基础建设为例,边缘计算应用于智能变电站
[8]
,如收集处理温度传感器、漏电
传感器、振动传感器等大量传感数据,用于实时监测变电站的运行状态和设备
环境状态。通过运用边缘计算对关键信息的判断和筛选,如报警信息、智能仪
表信息等,并将其上传至云计算中心进行处理。
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