边缘AI技术在反窃电智慧表箱改造中的研究与应用

张 云，李海霞，魏琛琛，鲁桂国，刘 涛

（1.国网上海市电力公司 奉贤供电公司，上海 201400；2.北京国电通网络技术有限公司，北京 102200）

0 引 言

随着我国经济的迅速发展和人民生活水平的提高，消费侧对能源电力的需求也在逐年增加，供电台区作为向广大电力消费用户直接供电的端口，位于配电网末端，其运营管理水平不仅关乎电力用户的用电满意度，还与供电企业的经济效益和电网安全息息相关。但长期以来，我国电网投资存在“重电源、轻电网，重输电、轻配网”的情况，导致供电台区面临终端感知设备配置不足、海量数据价值难以挖掘、窃电反复难以在线稽查等一系列问题。基于上述现状，本文对边缘AI技术在台区数字化建设中进行了一系列探索应用，将搭载边缘AI技术的多维在线监测装置部署在台区表箱内，打造表箱开启授权、开箱行为AI识别认证、分箱线损计算、异损监测和诱因追溯等应用场景，促进了供电台区的数字化转型升级，提升了台区管理效率与企业经营效益。

1 边缘AI技术应用特点

边缘AI是边缘计算与人工智能的结合，是在硬件设备上进行本地计算分析的AI算法，目前边缘AI已在手机语音识别、智能家居控制、无人机等方面得到了广泛应用。在本文的研究中，边缘AI技术应用在电力生产领域，主要具备以下特点：

（1）本研究以多维在线监测装置硬件产品（含监测模组、多维探头、智能锁和传感器）为依托，搭载虹膜识别算法及影像样本库，在表箱侧即可完成开箱操作影像的拍摄、比对分析和压缩上传处理，大大降低了终端对主站服务器的依赖，一方面节省了主站的计算资源，另一方面减少了影像上传量，节省了带宽资源。

（2）监测装置可以及时接收主站的线损分析模型，在计量箱内部定时采集运行数据并实时分析处理，同时提供线损超限分析、开箱溯源管理等用电异常研判功能，在边缘侧时采时算，大大提高了数据分析效率。

（3）将非对称加密算法和开锁合法权限配置在多维在线监测装置内，使边缘侧无需与后台主站通信即可完成开锁授权和开锁控制。在后台进行权限数据维护后，仅与边缘侧进行一次档案同步，减少了边缘侧与后台主站信息的交互频次，提高了数据的安全性和私密性。

2 应用场景分析

2.1 开箱操作授权与合法性验证

作业人员通过营销移动掌机识别计量箱智能锁二维码，并向监测模组提交开锁申请，监测模组在下发开锁指令的同时，触发双重验证程序，验证开箱行为的合法性。验证完成后，自动生成开箱操作事件记录并推送至后台主站。

箱门开启后，监测模组在边缘侧开展合法性验证。后台主站事先采集抢修运维人员、营销稽查人员和台区经理等人员的面部和虹膜信息，并同步下发至监测模组创建边缘侧样本库。箱门开启后，第一道验证：监测模组启动多维探头，采集开箱人员影像信息，然后基于样本库进行AI识别和身份认证；第二道验证：监测模组基于门状态传感器，监测智能锁状态与门状态是否一致，锁状态和门状态均为“开启”时方为合法操作，以此来研判箱门是否被暴力入侵。验证结束后，模组主动向主站上传验证结果，验证结果为非法操作时启动报警程序，并同步证据链至营销系统，指导营销稽查人员进行用电检查。开箱及验证流程如图1所示。

图1 开箱及验证原理流程

2.2 分箱线损异动监测

监测模组包含线损分析算法，通过采集表箱内部电气特征参数，在传统四分线损的基础上，延伸计算分箱线损率，并根据后台主站下发的台区日线损率合理取值标准，研判分箱线损率是否存在异常，当研判结果为异常时，自动生成异常事件记录并推送至后台主站。线损异动上传原理如图2所示。

图2 线损异动上传原理

本研究中的线损判断标准因台区的不同而不同，打破了传统以统一标准监测台区线损率的管理方式，如某省电力公司定义台区的日线损率合理标准为0～10%。通过差异化的线损监测，可以充分考虑不同台区线损之间的差异，有助于供电企业降损增效，工作有针对性的落地实施。

2.3 开箱异损溯源

当分箱线损率出现异常时，监测模组启动检索匹配程序，检索线损异动事件当日24小时内未授权开箱发生时间、次数等关键信息，并将线损异常事件和开箱操作事件进行匹配关联，生成因开箱操作导致的线损异常证据链并上传后台主站。而后，作业人员既可以在现场通过手机蓝牙连接监测模组提取证据链，也可以在后台主站直接提取，原理如图3所示。

图3 开箱异损诱因溯源原理

3 实施方案

3.1 居民表箱智能化改造

采用“监测模组+门状态传感器”的方式，不改动箱门锁具实现表箱的升级改造，如图4所示。监测模组经台区集中器与主站通信，实时监测表箱的开启状态和分箱线损异动。本方案投入成本低，监测相对简单，便于推广。

图4 居民表箱改造示意图

3.2 计量柜智能化改造

采用“监测模组+智能锁+门状态传感器”的方式实现计量柜的升级改造，如图5所示。监测模组可实时监测、记录表箱锁和门的开启状态，实现开箱异损诱因溯源，开箱操作控制。本方案加装智能锁具，赋予开箱操作授权和门锁状态合法验证双重防护，投资成本适中，适合推广。

图5 计量柜改造示意图

3.3 非居民表箱智能化改造

采用“监测模组+智能锁+多维探头+门状态传感器”的方式实现非居民表箱的升级改造，在防窃电方式上，多维探头采用“平视抓拍+俯视抓拍+仰视抓拍”的方式及时获取开箱窃电行为图像，固化存储窃电证据。本方案与上述两种方案相比，前期投入成本较高，然而随着硬件设备的迭代升级及量产，成本会逐步降低，适合在用电量较大的非居民场所推广。非居民表箱改造示意图如图6所示。

图6 非居民表箱改造示意图

4 结 语

本文将边缘AI技术的发展研究成果在台区数字化转型及窃电治理业务中开展了一系列探索，并打造了开箱授权与验证、分箱线损异动监测和诱因追溯等一系列应用场景，根据供电企业实际应用需求及建设投资成本，提出了居民表箱改造、计量柜改造和非居民表箱改造三种建设实施方案，真正实现从源头设防，从而有效打击窃电行为。