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 1　目標(biāo)和概述 

隨著光伏發(fā)電的快速發(fā)展、普及，尤其是隨著光伏裝機(jī) 容量的逐年攀升，逆變器、匯流箱、大電流組件以及應(yīng)用場(chǎng)景越來越復(fù)雜，火災(zāi)隱患上升。光伏電站的“火災(zāi)”問題正逐步 成為行業(yè)最主要的安全隱患。除了來自于外部原因的火災(zāi)外， 光伏系統(tǒng)自身的火災(zāi)隱患更需引起重視。當(dāng)“光伏+”越來越 豐富的時(shí)候，火災(zāi)就成為了最大的安全隱患。光伏電站一旦發(fā) 生火災(zāi)事故，不僅會(huì)損失電站成本、發(fā)電收益，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造 成建筑及人身傷害。農(nóng)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，線纜或 逆變器短路引發(fā)的火災(zāi)，將對(duì)人身財(cái)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(xiǎn)物的侵?jǐn)_、自然災(zāi)害的突發(fā)，都會(huì)給電站帶來巨大的損失。因此，電站“安全性”被行業(yè)部門高 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(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)預(yù)警也日益重要。如何快速感知周邊隱 患、實(shí)時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)危情，成為光伏場(chǎng)站開展安防和應(yīng)急工作的 重要挑戰(zhàn)。

 本解決方案針對(duì)場(chǎng)站火情預(yù)防和突發(fā)危機(jī)的安全性需要， 提出了構(gòu)建空天地一體化、立體式智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，形成能夠快 速響應(yīng)危機(jī)狀態(tài)的綜合解決方案。本方案通過邊緣計(jì)算設(shè)備 （mNodes產(chǎn)品系列）完成組網(wǎng)和智能體部署，通過部署多類 型邊緣計(jì)算設(shè)備來實(shí)現(xiàn)智能體系搭建，以綜控側(cè)和邊緣側(cè)智能 協(xié)同控制模式，將無人機(jī)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(jié)合到一起，采用多網(wǎng)融合、態(tài)勢(shì) 評(píng)估、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、智能體推演等關(guān)鍵性技術(shù)，構(gòu)建了立體 式場(chǎng)站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保證了危機(jī)狀態(tài)預(yù)警的實(shí)效性，充分實(shí)現(xiàn)了 “第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情、第一時(shí)間上報(bào)險(xiǎn)情、第一時(shí)間消除隱 患、第一時(shí)間跟蹤險(xiǎn)情”。 

解決方案主要功能包括環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、險(xiǎn) 情實(shí)時(shí)分析、火災(zāi)快速預(yù)警、應(yīng)急策略輔助。主要的創(chuàng)新點(diǎn)體 現(xiàn)在搭建了以邊緣計(jì)算產(chǎn)品為主的空天地立體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，突 破了地面數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)的常規(guī)模式，使用無人機(jī)搭載邊緣設(shè) 備開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析。同時(shí)，空中和地面的邊緣設(shè)備均 部署決策智能體開展策略輔助，大幅提高了決策響應(yīng)速度，是 應(yīng)急問題解決方式的重要?jiǎng)?chuàng)新。

 2　方案詳介紹 

系統(tǒng)主要由空中和地面兩個(gè)子系統(tǒng)組成。空中子系統(tǒng)主要 包括機(jī)載邊緣計(jì)算設(shè)備、載荷設(shè)備以及飛控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)常態(tài)化巡檢和監(jiān)測(cè)工作。地面子系統(tǒng)主要包括邊緣計(jì)算設(shè)備、數(shù)據(jù)中 心和智能預(yù)警平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)地面?zhèn)葼顟B(tài)監(jiān)測(cè)、宏觀分析和火情預(yù) 警工作。

 機(jī)載邊緣計(jì)算機(jī)主要完成對(duì)數(shù)據(jù)的加密與存儲(chǔ)、載荷任 務(wù)控制和分配、多網(wǎng)絡(luò)融合、RTK校準(zhǔn)、鏈路切換和通信。 載荷設(shè)備是完成數(shù)據(jù)采集和目標(biāo)追蹤的關(guān)鍵設(shè)備。飛控平臺(tái) 主要完成無人機(jī)本體的飛行控制。通過在機(jī)載端部署邊緣側(cè) 決策大腦，來提高機(jī)載控制和決策效率。決策大腦通過不同飛行場(chǎng)景下控制策略的學(xué)習(xí)訓(xùn)練建立了有效的控制策略樣本 庫，將依據(jù)飛行中危險(xiǎn)場(chǎng)景的相關(guān)特點(diǎn)，提供最佳的控制調(diào) 度策略。其主要用來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)云臺(tái)調(diào) 度、數(shù)據(jù)壓縮、數(shù)據(jù)疊加、數(shù)據(jù)處理、路由優(yōu)化、流量控制 等應(yīng)用，完成很多傳統(tǒng)意義上無法在空中完成的工作，大大 提升了系統(tǒng)的火情巡控效率。針對(duì)無人機(jī)高空作業(yè)的通信需 要，已對(duì)4G/5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一系列優(yōu)化設(shè)計(jì)，從天線極化方式、 天線發(fā)射功率、天線安裝角度、云臺(tái)安裝與控制、測(cè)控走廊 覆蓋范圍、鄰區(qū)關(guān)系建立、測(cè)控走廊基站選擇等多個(gè)方面進(jìn) 行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，成功解決了長距離高空通信及實(shí)時(shí)傳輸問題。 巡檢測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要保證作業(yè)區(qū)域均包含在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，且設(shè)計(jì)無人機(jī)航線時(shí)要對(duì)準(zhǔn)作業(yè)線路，保證信息攝取 范圍均在測(cè)控走廊強(qiáng)覆蓋區(qū)域內(nèi)。本方案融合了多種通訊模 式，同時(shí)引入RTK系統(tǒng)完成位置時(shí)間信息校準(zhǔn)，保證信息處 理的精確性。數(shù)據(jù)中心主要完成數(shù)據(jù)匯聚、編目、清洗和處 理，完成決策智能體的前期訓(xùn)練和后期推演，最終實(shí)現(xiàn)智能 預(yù)警平臺(tái)的火情分析和快速應(yīng)急能力。實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境巡檢和 常態(tài)化監(jiān)測(cè)，對(duì)常規(guī)監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行了很好的補(bǔ)充，極大地提 高了預(yù)警與防治效率，降低了人財(cái)物投入成本，構(gòu)建了智能 化立體防御體系。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

 圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

 整個(gè)系統(tǒng)部署包括任務(wù)執(zhí)行側(cè)和應(yīng)急管理側(cè)，任務(wù)執(zhí)行側(cè) 包含了任務(wù)處理系統(tǒng)和狀態(tài)測(cè)控網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)急管理側(cè)分為內(nèi)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(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，采用優(yōu)先最近、穩(wěn)定可靠的策略進(jìn)行選取 優(yōu)化；邊緣側(cè)快速計(jì)算和智能分析設(shè)備主要是mNodes1-4系列 產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)側(cè)主要是mNode5系列邊緣訓(xùn)推一體機(jī)，綜控節(jié)點(diǎn) 主要使用mNode7一體機(jī)實(shí)現(xiàn)大算力、快決策需求。為了保證 數(shù)據(jù)的安全性，采用了雙備份高可用的架構(gòu)；考慮到高清數(shù)據(jù) 的大數(shù)據(jù)量特性，部署mNode6系列實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。同時(shí)為了 保障安全管理，地面管理中心采用內(nèi)外網(wǎng)分別部署模式。通過 mNodes邊緣側(cè)推算產(chǎn)品的賦能，實(shí)現(xiàn)光伏電站的高可靠、高 效率監(jiān)測(cè)。

 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(yīng)用中，通過搭建以mNodes系列的 邊緣計(jì)算設(shè)備為主體的立體式防御網(wǎng)絡(luò)體系，結(jié)合無人機(jī)常態(tài) 化巡檢的監(jiān)測(cè)模式，使用決策智能體輔助預(yù)警與決策的方法， 能夠快速實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)要素的預(yù)警與排查。做到“第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)險(xiǎn) 情、第一時(shí)間上報(bào)險(xiǎn)情、第一時(shí)間輸出策略、第一時(shí)間消除隱 患”，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境常態(tài)化監(jiān)測(cè)，對(duì)常規(guī)監(jiān)測(cè)手段進(jìn)行了很好 的補(bǔ)充，極大地提高了預(yù)警與防治效率，降低了人財(cái)物投入成 本，構(gòu)建了高效的智能化立體式危情監(jiān)測(cè)體系。方案應(yīng)急能力 縮短至15分鐘，較之傳統(tǒng)方式效率提高50%；同時(shí)，方案問 題預(yù)警效能比之地面單位預(yù)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(yīng)用，能夠大幅提高監(jiān)測(cè)效能，避免人財(cái)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題，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)站更科 學(xué)的管理。方案對(duì)場(chǎng)景痛點(diǎn)理解透徹，使用的技術(shù)手段切實(shí)可 行，開展了大量科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)?zāi)M，產(chǎn)品供應(yīng)具備成熟的實(shí) 施狀態(tài)。通過解決方案的落地和推廣，能夠?yàn)楣夥鼒?chǎng)站安全管 理節(jié)省管理成本，避免災(zāi)害性損失，保障場(chǎng)站周邊安全，從企 業(yè)側(cè)還是社會(huì)側(cè)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(jì)算2023專輯》