基于边缘计算的超导限流器展示系统

吴 亮

（广东电网有限责任公司汕头供电局，广东 汕头 515041）

0 引 言

随着电气技术和电气设备的不断发展，许多先进的电气设备已逐步投入运行。然而，许多电气设备的内部结构与所涉及的理论过于复杂，学习和推广先进电气设备的过程变得具有挑战性。为了更好地让公众了解和观察超导限流器等先进电气设备的内部结构和组成，许多展厅往往需要设置物理机械显示屏，以便客户能够更好地了解电气设备的内部结构和具体结构。然而，由于超导限流器等电气设备体积庞大，受场地和成本的限制，很难展示其物理原型并充分反映其具体结构[1,2]。为解决该问题，需要一种适用于超导限流器以及其他体积较大的电气设备展示的智能化控制系统与展示方法。

随着无线通信技术和互联网技术的发展，催生了大量的新型互联网应用，物联网技术逐渐投入其中，为展示超导限流器等先进电气设备提供了新的渠道。利用手机和其他电子设备辅助投影技术展示设备可以极大增强设备展示的趣味性，且通过手机对投影中的虚拟机进行操纵，可以大幅提高人机交互的互动性。通过利用通信与互联网人机交互的方式可以使展厅展示更加方便[3-6]。

然而，传统的云计算存在长距离往返延时较高、网络拥塞、服务质量下降等问题，难以满足现在实时通信的需求。因此，需优化传统的计算和通信方式，使展厅对超导限流器等先进电气设备的展示系统运行更加方便快捷，增强参观者的体验感和互动性[7-10]。

为解决上述问题，提出一种通过边缘计算增强通信实时性、加强人机联系、适用于超导限流器以及其他电气设备展示的展厅智能化控制系统及方法，能够提高人机交流速率，具有实时性，且在展示过程中人机互动性与趣味性更强，提高参观者在展厅参观的现场体验。

1 边缘计算及其方法

边缘计算一般定义为在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储和应用核心能力的开发平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能以及安全与隐私保护等方面的关键需求。通过在靠近物或数据源头的网络边缘侧，为应用提供融合计算、存储和网络等资源。边缘计算也是一种使能技术，通过在网络边缘提供这些资源，满足关键需求。

边缘计算通过在终端设备和云之间引入边缘层，将云服务扩展到网络边缘。这3层结构分别是终端层、边缘层和云层，如图1所示。

图1 边缘计算架构参考模型

边缘网络贴近用户终端，终端层靠近用户侧，主要由各种物联网智能设备组成，负责感测物理对象或事件的特征数据，并将这些数据发送到上层进行处理和存储。边缘层位于网络的边缘，边缘层由大量边缘节点组成，通常包括路由器、交换机、特定边缘服务器等。边缘节点广泛分布在终端设备和云之间，方便终端设备与边缘节点连接以获得服务。边缘节点具有计算、传输和临时存储接收感测数据的能力，实时分析和处理计算数据都可以在边缘层中完成。

2 展示系统的结构与功能

基于边缘计算的超导限流器展示系统架构如图2所示。

图2 系统架构

该系统包括云端服务器、全局总控中心、局域控制中心、局域通信系统、投影展示系统、智能灯光控制系统以及语音控制系统与定位系统。云端服务器连接有存储云盘，用于储存人机交互反馈数据；局域控制中心连接有局域服务器，用于识别、计算、处理人机交互数据并上传云端服务器。局域服务器通过边缘网络与参观者的手机或其他电子设备进行连接，保证传输速度，提高参观信息的实时性，所述局域控制中心还与定位系统连接，目的在于识别参观者位置。

云端服务器与全局总控中心相连接，目的在于上传局域控制中心与局域服务器处理的人机互动信息以及参观者的建议，并储存云盘，可根据人机互动信息以及参观者的建议对展厅进行下一步优化。

全局总控中心与局域控制中心相连，目的在于对分展厅的投影、声音以及灯光等进行统筹控制，保证局域控制中心和局域服务器的可靠运行，保证参观者的参观环境稳定，防止扰动。

局域控制中心连接有局域服务器，独立计算并处理各展厅数据，包括需投影展示的图片与文字、传输至参观者手机中的图片文字，参观者反馈的互动信息与建议，对参观者在各展厅的定位识别以及对灯光、投影、声音等进行控制，需处理的数据不经全局总控中心，提高运行与反馈速度。

参观者可以根据各自的需求，通过手机或其他触屏电子设备与展示的超导限流器等电气设备进行人机互动。以超导限流器为例，互动方式包括以下几点：利用手机或其他触屏电子设备对超导限流器进行自由任意角度的旋转，观察超导限流器的形状和结构组成；将超导限流器拆分至单独的零件，并旋转进行观察；将超导限流器零件组装成完整的超导限流器；手动设置故障点观察超导限流器限流过程和机理等。互动信息能够实时传输至局域控制中心并反馈，保证信息的实效性以及提高参观者的现场体验。同时，参观者可以对超导限流器各个组成结构的优化提出自己的建议和意见，工作人员后期可根据建议进行模型优化。

智能灯光控制系统控制灯光会根据不同的情景或参观者的互动指令，作出相应的调整。主要房间都可以使用光电感应器来自动控制照明，另外可以联动音乐、语音、投影等设备进行相应的调整。智能照明控制系统可以利用先进电磁调压及电子感应技术，在确保灯具能够正常工作的条件下，为灯具输出一个最佳的照明功率，既可以减少由于过压所造成的照明眩光，使灯光所发出的光线更加柔和，照明分布更加均匀，又可以大幅度节省电能。智能照明控制系统可以在照明及混合电路中使用，适应性强，能在各种恶劣的电网环境和复杂的负载情况下连续稳定地工作，对供电进行实时控制与跟踪，自动平滑地调节电路的电压和电流幅度，改善照明电路中不平衡负荷所带来的额外功耗问题，提高功率因素，降低灯具和线路的工作温度，达到优化供电目的。

展示系统和方法通过投影展示，通过语音控制系统调整配音音量，通过灯光控制系统调整灯光强弱，并辅之以手机或其他触屏电子设备实现人机交互，增加展览效果。参观者可以利用手机或其他触屏电子设备实现人机互动，使参观者充分观察超导限流器等电气设备的结构组成与工作机理，通俗易懂，富有趣味性，增加参观者的体验感。相比于其他依赖云端计算的展示系统与方法，基于边缘计算和边缘网络技术的超导限流器的展示系统与方法更具有即时性，传输数据速度更快，能够迅速对参观者的互动指令作出响应，提高了人机互动效率，能够充分增强参观者的现场体验。

3 实施步骤

超导限流器结构如图3所示。

图3 超导限流器结构

参观者走入某一展厅时，定位系统识别参观者进入展厅，位置信息通过边缘网络传输至局域控制中心，控制参观者所在位置的投影展示系统、智能灯光控制系统、语音控制单元等系统的运行，对超导限流器等电气设备的相关信息进行展示。展品视频信息通过多媒体显示屏显示，智能灯光控制系统根据展厅内的灯光亮度进行调整，以满足展厅内人体舒适度的要求，同时通过语音控制单元调整配音音量。用户可以通过手机或其他触屏电子设备连接边缘网络获取展厅与展品相关信息。

在投影展示和语音讲解过程中，将讲解词和线管设备投影或图片通过边缘网络传输至参观者手机或其他触屏电子设备中。此外，可以将此展厅中与超导限流器等电气设备相关的更多的信息一并传输至参观者手机或其他触屏电子设备中，可以更深入地了解超导限流器等电气设备展品。

在投影展示和语音讲解完成后，参观者可以根据各自的需求，通过手机或其他触屏电子设备利用边缘网络与展示的超导限流器等电气设备进行人机互动。

参观者参观结束后，离开该展厅，定位系统动作，识别参观者离开展厅，位置信息通过边缘网络传输至局域控制中心，局域控制中心控制投影展示系统、智能灯光控制系统、语音控制单元等系统关闭，结束该展厅展示。

当日展厅展示结束后，局域控制中心将当日互动信息以及参观者的意见与建议上传至云端服务器并储存。展厅信息数据通过上传云端服务器的方式，能够实现数据的长期保存，不易丢失。此外，技术人员可以根据反馈信息对模型及展厅进行改进与优化。

4 结 论

本文所提系统中参观者可以通过手机或其他触屏电子设备实现人机互动，使参观者充分观察超导限流器等电气设备的结构组成与工作机理，通俗易懂，富有趣味性，增强参观者的体验。相比于其他依赖云端计算的展示系统与方法，基于边缘计算和边缘网络技术的超导限流器的展示系统与方法更具有即时性，传输数据速度更快，可以迅速对参观者的互动指令作出响应，提高了互动的效率，同时技术人员还可以根据系统反馈信息对模型及展厅进行改进与优化。