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 1　目標和概述 

隨著(zhù)光伏發(fā)電的快速發(fā)展、普及，尤其是隨著(zhù)光伏裝機 容量的逐年攀升，逆變器、匯流箱、大電流組件以及應用場(chǎng)景越來(lái)越復雜，火災隱患上升。光伏電站的“火災”問(wèn)題正逐步 成為行業(yè)最主要的安全隱患。除了來(lái)自于外部原因的火災外， 光伏系統自身的火災隱患更需引起重視。當“光伏+”越來(lái)越 豐富的時(shí)候，火災就成為了最大的安全隱患。光伏電站一旦發(fā) 生火災事故，不僅會(huì )損失電站成本、發(fā)電收益，嚴重時(shí)還會(huì )造 成建筑及人身傷害。農光電站、屋頂光伏等場(chǎng)景光伏組件通常 布置在大棚或建筑物上方，且與人員的接觸更加緊密，線(xiàn)纜或 逆變器短路引發(fā)的火災，將對人身財產(chǎn)安全產(chǎn)生極大的威脅。 同時(shí)，周邊環(huán)境狀態(tài)、危險物的侵擾、自然災害的突發(fā)，都會(huì )給電站帶來(lái)巨大的損失。因此，電站“安全性”被行業(yè)部門(mén)高 度重視。除了從光伏組件上進(jìn)行逆推創(chuàng )新外，外場(chǎng)環(huán)境的環(huán)境 感知、狀態(tài)監測和實(shí)時(shí)預警也日益重要。如何快速感知周邊隱 患、實(shí)時(shí)應對突發(fā)危情，成為光伏場(chǎng)站開(kāi)展安防和應急工作的 重要挑戰。

 本解決方案針對場(chǎng)站火情預防和突發(fā)危機的安全性需要， 提出了構建空天地一體化、立體式智能監測系統，形成能夠快 速響應危機狀態(tài)的綜合解決方案。本方案通過(guò)邊緣計算設備 （mNodes產(chǎn)品系列）完成組網(wǎng)和智能體部署，通過(guò)部署多類(lèi) 型邊緣計算設備來(lái)實(shí)現智能體系搭建，以綜控側和邊緣側智能 協(xié)同控制模式，將無(wú)人機技術(shù)與4G/5G通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、L波段 通信技術(shù)、人工智能技術(shù)等結合到一起，采用多網(wǎng)融合、態(tài)勢 評估、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )構建、智能體推演等關(guān)鍵性技術(shù)，構建了立體 式場(chǎng)站監測系統，保證了危機狀態(tài)預警的實(shí)效性，充分實(shí)現了 “第一時(shí)間發(fā)現險情、第一時(shí)間上報險情、第一時(shí)間消除隱 患、第一時(shí)間跟蹤險情”。 

解決方案主要功能包括環(huán)境狀態(tài)監測、實(shí)時(shí)數據采集、險 情實(shí)時(shí)分析、火災快速預警、應急策略輔助。主要的創(chuàng )新點(diǎn)體 現在搭建了以邊緣計算產(chǎn)品為主的空天地立體化監測網(wǎng)絡(luò )，突 破了地面數據采集和監測的常規模式，使用無(wú)人機搭載邊緣設 備開(kāi)展狀態(tài)監測和數據分析。同時(shí)，空中和地面的邊緣設備均 部署決策智能體開(kāi)展策略輔助，大幅提高了決策響應速度，是 應急問(wèn)題解決方式的重要創(chuàng )新。

 2　方案詳介紹 

系統主要由空中和地面兩個(gè)子系統組成?？罩凶酉到y主要 包括機載邊緣計算設備、載荷設備以及飛控平臺，實(shí)現常態(tài)化巡檢和監測工作。地面子系統主要包括邊緣計算設備、數據中 心和智能預警平臺，實(shí)現地面側狀態(tài)監測、宏觀(guān)分析和火情預 警工作。

 機載邊緣計算機主要完成對數據的加密與存儲、載荷任 務(wù)控制和分配、多網(wǎng)絡(luò )融合、RTK校準、鏈路切換和通信。 載荷設備是完成數據采集和目標追蹤的關(guān)鍵設備。飛控平臺 主要完成無(wú)人機本體的飛行控制。通過(guò)在機載端部署邊緣側 決策大腦，來(lái)提高機載控制和決策效率。決策大腦通過(guò)不同飛行場(chǎng)景下控制策略的學(xué)習訓練建立了有效的控制策略樣本 庫，將依據飛行中危險場(chǎng)景的相關(guān)特點(diǎn)，提供最佳的控制調 度策略。其主要用來(lái)實(shí)現系統控制和數據優(yōu)化，實(shí)現云臺調 度、數據壓縮、數據疊加、數據處理、路由優(yōu)化、流量控制 等應用，完成很多傳統意義上無(wú)法在空中完成的工作，大大 提升了系統的火情巡控效率。針對無(wú)人機高空作業(yè)的通信需 要，已對4G/5G網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行一系列優(yōu)化設計，從天線(xiàn)極化方式、 天線(xiàn)發(fā)射功率、天線(xiàn)安裝角度、云臺安裝與控制、測控走廊 覆蓋范圍、鄰區關(guān)系建立、測控走廊基站選擇等多個(gè)方面進(jìn) 行網(wǎng)絡(luò )設計，成功解決了長(cháng)距離高空通信及實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題。 巡檢測控系統設計時(shí)需要保證作業(yè)區域均包含在信號覆蓋范圍內，且設計無(wú)人機航線(xiàn)時(shí)要對準作業(yè)線(xiàn)路，保證信息攝取 范圍均在測控走廊強覆蓋區域內。本方案融合了多種通訊模 式，同時(shí)引入RTK系統完成位置時(shí)間信息校準，保證信息處 理的精確性。數據中心主要完成數據匯聚、編目、清洗和處 理，完成決策智能體的前期訓練和后期推演，最終實(shí)現智能 預警平臺的火情分析和快速應急能力。實(shí)現復雜環(huán)境巡檢和 常態(tài)化監測，對常規監測手段進(jìn)行了很好的補充，極大地提 高了預警與防治效率，降低了人財物投入成本，構建了智能 化立體防御體系。系統整體架構如圖1所示。

 圖1 系統架構設計

 整個(gè)系統部署包括任務(wù)執行側和應急管理側，任務(wù)執行側 包含了任務(wù)處理系統和狀態(tài)測控網(wǎng)絡(luò )。應急管理側分為內網(wǎng)和 外網(wǎng)兩種部署模式，解決方案實(shí)施部署如圖2所示。

 基礎網(wǎng)絡(luò )設備，采用優(yōu)先最近、穩定可靠的策略進(jìn)行選取 優(yōu)化；邊緣側快速計算和智能分析設備主要是mNodes1-4系列 產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò )側主要是mNode5系列邊緣訓推一體機，綜控節點(diǎn) 主要使用mNode7一體機實(shí)現大算力、快決策需求。為了保證 數據的安全性，采用了雙備份高可用的架構；考慮到高清數據 的大數據量特性，部署mNode6系列實(shí)現數據存儲。同時(shí)為了 保障安全管理，地面管理中心采用內外網(wǎng)分別部署模式。通過(guò) mNodes邊緣側推算產(chǎn)品的賦能，實(shí)現光伏電站的高可靠、高 效率監測。

 圖2 方案實(shí)施部署 

3　代表性及推廣價(jià)值 

本方案正在逐步落地應用中，通過(guò)搭建以mNodes系列的 邊緣計算設備為主體的立體式防御網(wǎng)絡(luò )體系，結合無(wú)人機常態(tài) 化巡檢的監測模式，使用決策智能體輔助預警與決策的方法， 能夠快速實(shí)現危險要素的預警與排查。做到“第一時(shí)間發(fā)現險 情、第一時(shí)間上報險情、第一時(shí)間輸出策略、第一時(shí)間消除隱 患”，實(shí)現復雜環(huán)境常態(tài)化監測，對常規監測手段進(jìn)行了很好 的補充，極大地提高了預警與防治效率，降低了人財物投入成 本，構建了高效的智能化立體式危情監測體系。方案應急能力 縮短至15分鐘，較之傳統方式效率提高50%；同時(shí)，方案問(wèn) 題預警效能比之地面單位預警模式提高至少30%。方案的實(shí)施 融合了多種前沿先進(jìn)技術(shù)，將逐步在新疆、甘肅等光伏場(chǎng)站部 署應用，能夠大幅提高監測效能，避免人財物損失，具有很高 的示范效益，可以解決迫在眉睫的安全性問(wèn)題，實(shí)現場(chǎng)站更科 學(xué)的管理。方案對場(chǎng)景痛點(diǎn)理解透徹，使用的技術(shù)手段切實(shí)可 行，開(kāi)展了大量科學(xué)嚴謹的試驗模擬，產(chǎn)品供應具備成熟的實(shí) 施狀態(tài)。通過(guò)解決方案的落地和推廣，能夠為光伏場(chǎng)站安全管 理節省管理成本，避免災害性損失，保障場(chǎng)站周邊安全，從企 業(yè)側還是社會(huì )側都具有重要的價(jià)值和意義。

摘自《自動(dòng)化博覽》2023年第2期暨《邊緣計算2023專(zhuān)輯》