江曉奕
海上巨人
正午，船往幽藍(lán)的海面上駛?cè)ァ?/p>
風(fēng)卷起了海浪，浪頭很高。華為中國政企電力行業(yè)解決方案部的孔慶偉和深圳供電局的客戶一行人，顛簸了許久，終于到達(dá)位于深圳西部的大鏟島海域。
一個高達(dá)70多米的輸電線路基塔，像巨人般紋絲不動地矗立在眼前。大家一起下了船，順著金屬焊接的梯子，登上了基塔的鋼筋混凝土平臺。
海上輸電基塔
“就是這里了。”客戶說。
往下看，海下30多米處，有20多根巨大樁基深扎海底，托起了這個巨大的平臺;向上望，高壓電線從塔尖如同放射線一樣，連接到隔壁的鐵塔上，正源源不斷地把電帶給深圳西部的多個區(qū)域。
仰視著這座“海上巨人”，孔慶偉若有所思。不久前，華為和南方電網(wǎng)成立了聯(lián)合創(chuàng)新中心，希望圍繞客戶提出的研究課題，提供前沿的技術(shù)方案和產(chǎn)品，解決電網(wǎng)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中的問題。他此行的目的就是調(diào)研輸電線路巡檢存在的問題。
輸電線路分布在深圳全市各個區(qū)域，設(shè)備點多面廣，而且大部分位于丘陵山間，當(dāng)然，也有像這樣的變幻莫測的海域。由于受氣候、運行環(huán)境的影響很大，需要巡檢員長途跋涉，翻山越嶺，定期進(jìn)行線路巡檢，及時發(fā)現(xiàn)缺陷與隱患。深圳供電局輸電管理所管轄桿塔7700多個，線路4000多公里。按照傳統(tǒng)輸電方式巡檢，巡檢員每年巡線行走路程約2500公里。這個距離相當(dāng)于從深圳一路走到北京。
更艱苦的是，巡檢人員需要徒手攀登巡檢電塔，在懸空的導(dǎo)線上持續(xù)工作數(shù)個小時。有人稱他們?yōu)?ldquo;蜘蛛人”，有人稱他們?yōu)?ldquo;高空舞者”，行走于高空云端的照片看起來氣勢磅礴，但只有他們知道，在輸電桿塔上工作是如何驚心動魄。
傳統(tǒng)電力巡檢就如同在鋼絲上跳舞
“高塔有二三十樓層那么高。說不害怕，肯定是假的。”線路班的班長楊興，是深圳供電局輸電管理所的資深巡檢員。每一次上桿塔，不管看起來多么云淡風(fēng)輕，他心里還是會忍不住打鼓。
夏季鐵桿非常燙手，塔上溫度更是超過40℃，攀爬異常艱難，冬季寒風(fēng)凜冽，高處風(fēng)速很大，要克服劇烈的晃動。除了系上安全繩，有時還要抬著壓機(jī)、架空線、吊鏈、鋼絲繩等“重型武器”負(fù)重前行，已經(jīng)不能用簡單的辛苦來形容。
客戶順著基塔塔尖方向望去，感慨地說：“如果能智能巡檢可以代替人工巡檢，一切都會大有不同。”
一望無際的海面上，波光在翻滾著，孔慶偉心里也泛起了漣漪。深耕電力行業(yè)十多年，他篤定一點：只有貼合生產(chǎn)業(yè)務(wù)場景，瞄準(zhǔn)客戶的最痛的問題，技術(shù)才能在行業(yè)落地生根。
客戶的痛
客戶的痛由來已久。
暴雨、冰雪、臺風(fēng)等各類極端氣象情況，都是供電安全面臨的挑戰(zhàn)。2008年春節(jié)，一場遍及20個省的超大范圍低溫、冰凍驟然而至。大雪迫使鐵路、公路、民航交通中斷，有列車因為電力中止，被逼停在高架橋上。很多電塔轟然倒下，造成很多區(qū)域大規(guī)模停電。
從這以后的數(shù)年間，國內(nèi)一些區(qū)域的輸電桿塔上試點安裝了第一代在線監(jiān)測設(shè)備，內(nèi)置攝像頭，可以抓拍圖片。但由于沒有很好地解決供電和網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)問題，設(shè)備頻繁出現(xiàn)故障，反而加重了維護(hù)壓力。這好比主人想要找個保姆，誰知道保姆天天生病，反而要主人天天去照顧。電力巡檢依然高度依賴于人工。
2018年前后，南方電網(wǎng)深圳供電局開始嘗試“智能巡檢”，在數(shù)千座電力桿塔上陸續(xù)安裝第二代在線監(jiān)測設(shè)備，從一定程度上解決了可用性的問題。
不同于第一代設(shè)備的笨重，第二代在線監(jiān)測設(shè)備背的是“小電池背包”，更適合被安裝在桿塔上。身板不大，卻內(nèi)有乾坤。除了攝像頭、太陽能電板，還內(nèi)置傾斜傳感器、溫度傳感器、微氣象監(jiān)控裝置等，可以監(jiān)測桿塔傾斜角度、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、氣壓、雨量、光輻射等多種參數(shù)。
但為了省電、省流量，每隔一小時，設(shè)備才會采集一次，把圖片、視頻和監(jiān)測參數(shù)傳回后臺，其余時段關(guān)機(jī)。
“一個小時可以發(fā)生太多的事。線路下有施工，或者風(fēng)箏吹到線路上，都可能影響輸電線路穩(wěn)定運行，造成大面積的停電。”孔慶偉深知客戶的擔(dān)憂。
更關(guān)鍵的是，由于缺乏有效的邊端智能識別功能，桿塔固定攝像頭拍下的圖片和視頻需要全部回傳到主站，通過主站分析查找故障。因此導(dǎo)致大量的無效圖片及視頻回傳，工作量大，存儲空間大。對于線路故障也只能事后分析，故障判斷不及時。
“每天傳回后臺的照片有幾千張，一個月下來有幾十萬張，根本來不及看。”深圳供電局的工作人員談起繁重的分析工作，無奈地說。而要從數(shù)十萬張極其相似的照片中找出可能存在的隱患點，就像在玩“大家來找茬”游戲一樣考驗眼力和耐力。
雖然近年來深圳供電局也做了關(guān)于無人機(jī)巡檢的嘗試，作為桿塔上的固定攝像頭的補(bǔ)充，但也只解決“看得見”的問題，依然“看不懂”，發(fā)現(xiàn)故障還是依賴人，效率很低。
孔慶偉記得有一回去現(xiàn)場調(diào)研，看著無人機(jī)駕駛員蹲坐在輸電桿塔下，為了抓拍到清晰圖片，一會兒手工調(diào)焦距，一會兒做缺陷的實時判定，一天下來汗流浹背，他在心里默想：“如果我們能把經(jīng)驗變成AI的話，就可以大大提升巡檢的效率了。”
殺手锏
帶著調(diào)研取得的詳實信息，孔慶偉回到了公司。經(jīng)過各部門的規(guī)劃、碰撞，拿出了一套基于“云-管-邊-端”電力物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的電網(wǎng)視頻智能巡檢方案，希望通過與攝像頭、無人機(jī)等設(shè)備集成供邊緣AI算力，構(gòu)建云邊協(xié)同AI架構(gòu)，端側(cè)識別故障，實現(xiàn)缺陷就地自動識別。
給輸電桿塔上的攝像頭裝上AI的“大腦”，成為了第一個階段性目標(biāo)。
“這是我們的殺手锏!”吳杰指著一個火柴盒大小的Atlas 200 AI加速模塊，笑著說。他是華為昇騰計算產(chǎn)品部Atlas項目群的技術(shù)專家，也是這個項目研發(fā)側(cè)的負(fù)責(zé)人，接下來的9個月，他要負(fù)責(zé)操刀這臺AI“大腦”的移植手術(shù)。
在線監(jiān)測裝置內(nèi)有乾坤
“你看，這里面有一顆昇騰310 AI處理器，可以對圖片和視頻進(jìn)行實時分析，并第一時間給出診斷結(jié)果。”
一個小小的模塊，能有這么大的威力?
這不得不提到計算能力(簡稱算力)的重要性。小至手機(jī)、PC，大到超級計算機(jī)，算力存在于各種硬件設(shè)備，沒有算力就沒有各種軟硬件的正常應(yīng)用。Atlas 200 AI加速模塊，擁有強(qiáng)大的算力，體積小、耗電少，半張信用卡大小就可支持16路高清視頻實時分析——原本幾個月才能完成的龐大數(shù)據(jù)計算和處理，交給它，就是分分鐘的事情。
它可以結(jié)合基于深度學(xué)習(xí)的識別算法，實現(xiàn)對圖像及視頻信息實時分析、報警、上傳，大量減少無效圖片的回傳，減輕帶寬壓力。同時，主站AI也可以實現(xiàn)后臺精準(zhǔn)分析，及時揪出人工巡視不易發(fā)現(xiàn)的隱患點。
華為團(tuán)隊迫不及待地想把它“安利”給客戶。
捉襟見肘
不出所料，第一次交流，客戶就表達(dá)出了濃厚的興趣，但也有些將信將疑，畢竟眼見才能為實，華為能不能拿出更多有說服力的證明?為此，2019年3月，華為團(tuán)隊拿著設(shè)備的樣機(jī)為客戶做了第一次演示。
在萬眾矚目之下，算法模型在樣機(jī)上順利跑通，這意味著這個AI“大腦”正常運行。
表現(xiàn)如何?一看數(shù)據(jù)，每一次識別圖片和視頻，需要等待XX毫秒，才能輸出結(jié)果。雖然人幾乎沒有感知，但是和華為團(tuán)隊宣稱的“實時”還有一點差距。
“還能更快嗎?”顯然，抱著高期待的客戶，還不夠滿意。
孔慶偉的心里咯噔了一下，應(yīng)該是算法模型還沒有完全適配。“這就好比和客戶說，用我們的金磚，可以給你造一棟富麗堂皇的別墅，結(jié)果好像還差點意思。”
更大的問題出在功耗上。AI“大腦”很聰明，但是對于身體的負(fù)荷超出了預(yù)期：功耗高達(dá)十幾瓦!
真沒想到，這個“小家伙”看起來雖然個子小小的，卻是個“大胃王”。要知道，為了滿足桿塔的安裝要求，合作伙伴金三立提供的在線監(jiān)測裝置，電池大小是恒定的，要支持內(nèi)置的所有傳感器、攝像頭的用電需要，本來就很困難了，現(xiàn)在又多一個Atlas200加速模塊，讓這個本不富裕的電池更加捉襟見肘。
“試點驗證一下效果應(yīng)該還可以，商用的話……”看到這個結(jié)果，合作伙伴的工程師連連搖頭。那隱含的意思就是——別想了，沒法商用。
遇山開山，遇水架橋
焦慮和失落的情緒彌漫在華為研發(fā)團(tuán)隊中。
那段時間，吳杰同時輾轉(zhuǎn)于兩個電力項目中，幾乎沒有睡過一個安穩(wěn)覺。“壓力太大了!”有時候在夢里，他會夢到電塔高聳的塔尖和炫目的烈日，不由得一陣暈眩。
曾在電力行業(yè)摸爬滾打多年，他很清楚，輸電場景對于客戶來說是剛需。孵化出來的創(chuàng)新方案，如果無法解決客戶的痛點，無法和業(yè)務(wù)做深度的融合，就是一塊漂亮但無用的磚頭。“我們不能空談創(chuàng)新，只有真正能派上用場的產(chǎn)品，才是有用的產(chǎn)品。”
要成功完成這臺移植手術(shù)，華為必須和合作伙伴一起，做好軟硬件的適配。
“我們可以做減法，降功耗!”這群由芯片、算法、驅(qū)動等領(lǐng)域的十幾個小伙伴組成的作戰(zhàn)小分隊，早已習(xí)慣了遇山開山，遇水架橋。
“在這個場景下，客戶對算力的要求不需要達(dá)到極致標(biāo)準(zhǔn)。”有人提議降低一部分算力，減少功耗。
經(jīng)過仔細(xì)的分析、權(quán)衡，研發(fā)團(tuán)隊判定這是一個可行方案：“殺雞不用牛刀，客戶需要的才是最好的。”
這一輪優(yōu)化過后，再一測，功耗降到了3.4瓦?？磥恚斐闪?
不過吳杰還不是很滿意：“兄弟們再想想辦法。”
大家仿佛變身精打細(xì)算的管家，用放大鏡一一審視家中還能省下的開銷。“在這種場景下，我們有一些不需要用的接口，是不是可以從這里下手?”又有兄弟揪出了一個改進(jìn)點。
大家吭哧吭哧排查了一遍，把不必要的接口關(guān)了，又省下了0.1~0.3瓦的功耗。
“這下齊活了，只有3瓦了!”階段性的目標(biāo)終于達(dá)成!
不過，精益之路沒有盡頭。研發(fā)團(tuán)隊在研究對接方案時，又發(fā)現(xiàn)一個問題——“大腦”和“身體”建立“握手協(xié)議”的時間點不一樣，會導(dǎo)致在線監(jiān)測設(shè)備的休眠喚醒時間過長，設(shè)備啟動后還要兩三秒反應(yīng)時間。圍繞這個問題，吳杰等人又做了針對性的改進(jìn)，也應(yīng)用到了后期交付的設(shè)備中，省下了更多功耗。
而與此同時，圍繞識別圖片速度還不夠快、不夠準(zhǔn)確的問題，華為研發(fā)團(tuán)隊根據(jù)算法模型在芯片層面做了調(diào)優(yōu)和適配，進(jìn)一步提升了識別的效率和準(zhǔn)確率，最終獲得了客戶的認(rèn)可。
從20天到2小時
2019年6月，項目正式進(jìn)入交付階段。深圳1800多個桿塔上的在線監(jiān)測裝置陸續(xù)裝上了AI“大腦”，未來這個數(shù)字還會增加到3000個。
安裝AI“大腦”
這些聰明的“大腦”，替巡檢人員上高空，下隧道，巡視一切可能的意外狀況，外力破壞等風(fēng)險實時識別準(zhǔn)確度率達(dá)90%，大幅降低人工圖像處理工作量80%，提高視頻監(jiān)測人員工作效率5倍以上，各項性能指標(biāo)皆達(dá)到預(yù)期值。
“過去戶外輸電線路傳統(tǒng)人工巡視需要20天才能完成的工作量，如今只需2小時，巡檢效率提升80倍。”2019年9月3日，南方電網(wǎng)深圳供電局與華為舉行聯(lián)合發(fā)布會，正式宣布第一階段的成果?？蛻艏拥卣f：“傳統(tǒng)輸電人‘坐朝問道、垂拱平章’的巡檢夢想正成為現(xiàn)實。”
除了桿塔固定攝像頭，華為研發(fā)團(tuán)隊還計劃和客戶一起，研制搭載Atlas 200 AI加速模塊的無人機(jī)，讓無人機(jī)可以自動完成視頻和關(guān)鍵部位的圖像拍攝，并對圖像視頻進(jìn)行故障的實時識別。
“如釋重負(fù)。”吳杰感到了一種前所未有的輕松，“電力場景太特殊了，關(guān)系到千家萬戶。讓我們開心的是，我們做出來的產(chǎn)品真的幫助客戶解決了很多問題。”
而孔慶偉說，這僅僅是一個聯(lián)合創(chuàng)新的開始：“只有圍繞生產(chǎn)業(yè)務(wù)場景去解決客戶問題，公司才能找到在行業(yè)的價值，我們能做的還有很多。”
如今，華為和合作伙伴的輸電智能巡檢聯(lián)合方案也已經(jīng)在浙江、江蘇、天津、湖北等更多的省份試點或應(yīng)用。華為Atlas人工智能計算解決方案正在推動著電力行業(yè)的歷史變革，為萬家燈火注入智能和高效。
城市的每盞燈火之下，都有動人而美好的故事。一幅生機(jī)勃勃的AI巨幅畫卷正在緩緩鋪開……
本文轉(zhuǎn)載自《華為人》
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