“猎鹰”系列AI芯片助力电力监控数字化转型

电力行业是关系国计民生的基础性行业，随着人工智能技术的发展，将人工智能技术应用到电力行业中，不仅是电力行业发展的必然选择，也是能源电力转型的重要战略支撑。人工智能技术覆盖发、输、变、配、用等环节，遍布于电力系统设备管理和系统控制、能量管理和交易等业务领域。目前，电力领域围绕电网智能运检、运行控制、企业管理和用电服务等领域开展人工智能自主创新，在输变电缺陷识别和故障诊断、现场作业安全智能管控、智慧客服、智能调度等方面已取得阶段性成果，并陆续开展了多项基于人工智能技术的研究及试点应用。

围绕电力系统各环节，特别是电力建设、运检、安监、营销、经营管理等应用领域，针对图像识别、语音识别、自然语言处理等人工智能技术需求愈发强烈，亟需结合当下人工智能技术的先进研究成果解决电力领域的业务痛点，实现降本增效。结合新型电力系统数字化转型战略发展背景，电力人工智能已成为新的重要经济增长点，迎来重要发展机遇。

其中在人工智能可视化处理芯片应用方面，存在以下问题：

第一，人工智能可视化处理芯片自主可控能力低。目前人工智能可视化处理主要核心方案存在断货、限供的风险。

第二，图像视频数据利用率和检索效率低。图像视频数据仅在应用侧进行识别，图像视频数据库人工智能检索还未规模应用。

第三，图像视频数据缺少有效的压缩存储机制。在输、变、配电侧，百万级别摄像头接入，大量数据的存储积压，导致传输、存储资源浪费。

第四，无完善的设备安全体系。在输电侧，存在通过终端通信网络进行攻击的可能性;在变电和配电侧，存在通过摄像头网络入侵变电站系统的问题。

针对以上问题，结合电力业务场景的应用需求，基于云-边-端体系架构，智芯公司提供从0.3TOPs到4TOPs不同算力水平、功耗0.5W至3W的“猎鹰”智能视觉系列芯片。如图1所示。其中AIOT(SCA100)系列芯片主要面向电力用电场景，实现负荷识别等功能，主打高能效、低功耗;AI视觉(SCA200T)系列芯片为工业级超高清AI专业视觉SoC芯片，在输变配电、安监实现端侧隐患识别和静默监视;普通视觉(SCA200C)系列芯片为工业级超高清视觉SoC芯片，为高清摄像头提供低成本、自主化解决方案。

图1 猎鹰系列人工智能视觉芯片

其中主打产品：SCA200系列芯片采用双核和四核A53核心，主频1.5GHz;内嵌神经网络计算器引擎，具备2至4Tops@int8 神经网络推理性能; H.265/H.264编解码最大分辨率可达到8192x8192;H.265/H.264编解码性能4K@60fps+1080P@60fps+720P@60fps;JPEG编解码最大分辨率32Kx32K;JPEG最大编解码性能4K@60fps;ISP支持多路时分复用，可处理多路sensor输入视频;内置安全引擎，支持多种数据加解密算法;支持千兆以太网接口;典型功耗<2W(4k@30fps+常规神经网络推理);

同时，智芯公司已完成AI开发支撑平台的建设工作，如图2所示。基于该平台可完成从数据上传、清洗、标注到算法设计、训练、评估、轻量化到芯片级部署的全流程开发，完成从业务数据到芯片级算法模型部署的全部开发、设计流程。对AI芯片的后期升级提供强有力支撑。配合相关平台的在线升级能力，实现AI芯片越用越聪明，逐步提升AI芯片的适应性、识别率、准确率等技术指标，为电力应用的开发者提供便捷高效的AI开发工具。

图2 人工智能算法开发平台

基于智芯公司“猎鹰”系列人工智能芯片产品，服务于全局协同计算、智能识别互动、全量感知的完整技术体系，形成输电、变电、配电、基建安监等全业务流程的解决方案，为建设新型电力系统和数字化转型提供技术支撑。

图3 芯片助力新型电力系统数字化转型

在发电侧，人工智能技术在火电、风电、水电等业务方向都有相应应用，其中火电场景主要有火电磨煤机状态预警及故障辅助诊断系统、基于机器学习的火电机组测控及运行优化系统和火电厂智能视频监控系统;风电场景主要有风光功率预测系统、风电机组状态监测系统和风电厂智能视频监控系统;水电场景主要有水电机组在线监测系统和水电厂智能视频监控系统。

智能视频AI监控系统是电厂智能化及安全生产的重要组成部分，通过视频监控系统对电力的生产、常规检修以及应急状况下的生产实施全方位的过程实时监督管理，实时记录作业施工现场动态过程，使所有事件信息都能得到及时、详细的记录，同时通过AI智能分析针对违章、异常等信息进行及时报警，提前防范违规作业和设备故障风险。

在输电侧，传统的输电线路巡检手段主要是人工巡视和人员现场盯防为主的人防手段，存在着巡视周期长、管理难度高、无法有效防治隐患等缺点，再加上输电线路走廊条件恶劣，线路点多面广等现状，面临查不过来、看不过来和管不过来的现状，原有的运维方式已不能满足当前运维的需求，需要高效率、低成本、规模化、智能化的技术手段来解决输电线路的远程巡检问题。

图4 输电全景监控技术方案

如图4所示，运用人工智能图像识别技术，应用“猎鹰”系列AI芯片自主低功耗AI芯片，结合自主人工智能算法开发平台，打造输电运检人工智能监控模式。如图5所示，AI监控终端可实现各类隐患就地研判、精准识别。塔吊、工程车辆识别准确率为90%，导线异物识别准确率85%以上。并结合无人机管控平台，打造“立体巡检+AI全景监控”新模式。基于人工智能芯片设计的通道可视化、实时状态监测等智能化设备，能够准确识别出输电线路出现外破、鸟巢、烟雾等异常情况，保障及时发现输电线路的隐患，显著提高监测效率，极大程度降低运维成本，巡检人员由1个月左右的巡检周期，缩减为1个小时即可完成线路通道巡检。

图5 人工智能隐患识别效果

在变电侧，传统变电站由人员进行实时和周期监控，手动进行抄录，频繁到现场查看操作，耗费巨大人力资源，易产生管理问题。且部分监控对象位置设计可达性差，不利于工作人员巡检读数，甚至存在工业安全风险。随着人员安全被企业越来越重视，以及降本增效增强企业竞争力，急需构建变电智能化体系，提升变电环节智能化管理水平，利用人工智能信息感知、智能预警及辅助决策技术，代替人力巡检，显著提升系统运行、维护及服务水平，从而实现少人巡检/无人巡检/值守，实现变电站智能升级。

图6 变电站智能巡检技术方案

如图6所示，利用人工智能可视化技术，通过变电站视频监控智能分析、电气设备状态感知、巡检机器人、智能管控运维系统等手段，对变电站一二次设备缺陷进行智能研判、联动分析处置作业安全隐患的主动告警，及时推送相关信息至运维管理人员，有效提升变电站“状态全面感知、信息互联共享、人机友好交互、设备诊断高度智能”等能力，打造智慧变电站现场作业智能替代。

在配电侧，由于配电网规模庞大，包含了柱上开关、配电变压器等重要电气设备，由于这些设备覆盖范围广，装设地点较为分散。因此这些关键设备容易受到外物入侵的破坏，轻则引起配电设备故障，造成系统停电事故，重则引起人身伤亡，严重危及生命财产安全。为保证配电网关键设备的安全运行，运行人员通常要对这些关键设备进行定期巡查，防止外物入侵影响配电网的安全运行。而配电网设备的分散性又导致了巡检效率不高，无法做到事故前预警和事故后及时处理。如图7所示，通过在配电台区、站房安装配电AI可视化装置，实现全域视频监控，将人工智能技术应用于对监控视频信息的有效提取及智能分析中，从而及时发现事件并进行控制，变“被动”为“主动”。

图7 配变的站房辅助监控解决方案

在电力基建建设现场，如图8所示，利用“猎鹰”系列人工智能芯片、人工智能识别终端与摄像头、移动部控球进行深度集成，不断训练、迭代现场违章行为识别算法模型，综合分析传感器数据和可视化视频数据，在基建施工过程中，实现风险隐患自动识别和告警，提高施工过程安全管理效率和智能化水平。为现场施工作业监控提供更为简单、高效的监控工具。

图8 基建现场安全监控方案

智芯公司将坚定不移地围绕“双碳”战略，贯彻落实建设新型电力系统和发展壮大芯片产业的决策部署，以“铸造工业最强芯”为使命，不断提升自主研发能力、产品创新能力和以智能芯片为核心的整体解决方案提供能力，聚焦能源电力、轨道交通、汽车电子、石油石化等工业领域，依托“安全、主控、通信、传感、射频识别、计量、人工智能、模拟”等产品体系，积极打造通用型应用基础平台，致力于解决各行业智能化、低碳化改造升级痛点，用“芯”推动产业数字化转型，为实现“碳达峰、碳中和”目标作出积极贡献。

图9 智芯公司芯片体系