基于“云-边-端”架构的锂电池表面缺陷检测系统设计

针对现有锂电池表面缺陷检测存在的实时质量把控难、设备成本高等问题,提出一种基于“云-边-端”架构的锂电池表面缺陷检测系统设计,该架构设计在企业私有云完成缺陷检测模型的训练和发布以及生产数据的管理,将融入Shuffle Attention模块改进后训练的YOLOv8算法模型部署到边缘端嵌入式设备中,在边缘侧完成对锂电池表面缺陷的检测,部署KubeEdge框架进行边缘端和云端设备通信和管理,实验结果表明,该系统不仅能够满足实时性高精度的检测要求,同时便于部署在价格低廉的嵌入式设备中,在工业应用中显示出一定的实用价值。

水资源“量-质-域-流-生”全要素保护体系架构与实施策略

水资源保护是关乎民生福祉和国家安全的重要基础性工作。在新时期生态文明和美丽中国建设背景下,水资源保护亟需向流域化、系统化、生态化方向发展。研究基于对水资源系统多维属性功能的解析,从流域整体视角剖析了人类活动对水资源系统的干扰特征,提出了水资源“量-质-域-流-生”全要素保护策略,明确了水资源全要素保护的概念、内涵及体系架构。进一步,从服务于我国水资源管理实践角度,提出了以“退水还河、退污还清、退地还盆、退堵还疏、退渔还生”为核心的水资源全要素保护策略,明确了东北地区、黄淮海地区、长江中下游地区、东南沿海地区、西南地区、西北地区的水资源保护核心要点。最后,从政策法规、制度建设、监管体系等提出了推进我国水资源全要素保护的对策与措施。研究成果是对传统水资源保护工作的有益发展,为新时期国家治水实践提供了有力抓手。

基于放置分发阵列的云-边-端通算融合架构

随着6G的发展,云端、边缘端和终端节点间的协作是当下的研究热点,而Map Reduce则是面向大规模数据处理的并行计算模型。将Map Reduce与云-边-端架构相结合,提出基于放置分发阵列的云-边-端协同计算和传输设计架构。该架构充分利用云端和边缘端丰富的计算和存储资源,在边缘端和终端部署冗余计算任务,借助多播编码,成倍地减小云-边链路和边-端链路之间的通信负载,从而实现云-边-端之间通信与计算的协同,高效地服务终端的计算需求。

基于云-边-端的多源异构大数据治理架构研究

随着航空机载产品制造过程中数字化程度的不断提升,多源异构工业大数据高速增长,这些实时与非实时交融的大数据对系统的数据管理能力提出了更高的要求。设计了一种基于云-边-端的多源异构数据治理架构,以提升数据传输和管理效能为目标,重点围绕数据采样同步机制、边缘数据治理、云端数据治理等方面进行功能设计,通过实验验证了架构的可行性和可用性,能支撑云、边、端各类节点的差异化数据应用。

基于“云-边-端”的工业控制系统网络安全防御体系设计

在工业4.0的浪潮中,工业控制系统正面临着由数字化、互联网和智能化技术引领的深刻变革。现有的工业自动化架构存在限制,迫切需要向更灵活、更高效的“云-边-端”协同架构转变。以《工业控制系统网络安全防护指南》为指导,从技术、管理和运营等多个维度剖析“云-边-端”协同架构面临的安全风险并进行分析。聚焦防护指南的核心原则,并融入信息安全等级保护的评估实践,构建了一个全面而可靠的网络安全防御体系。

基于云-边-端架构的城市轨道交通智能运维系统

在城市轨道交通网络化运营大背景下,设备智能运维需求愈加迫切。提出基于云-边-端架构的城市轨道交通设备智能运维系统,采用云边协同技术,将云中心的部分功能下沉至边缘侧,充分发挥云计算技术与边缘计算技术的各自优点,实现对终端数据的快速响应和有效利用。该系统集设备监测平台、设备健康管理平台、设备智能分析平台、应急指挥平台、专家系统为一体,具备设备状态在线监测、设备健康度评估、故障智能诊断、故障预测、智能分析、应急指挥调度等功能,可以降低设备故障率,提高设备运维效率,保障轨道交通线网的安全运营,对提升设备智能运维水平具有参考意义。

基于云-边-端协同的区域级风电场大数据中心数据管理框架及优化运行方法

区域级风电场大数据中心面临运行能效低、交互性差、资源重复建设等问题,难以满足数字化特征凸显的新型电力系统对数据实时计算、绿色计算的需求。该文系统性梳理了风电场大数据中心典型数字化业务的类别、算力敏感性特征和可调节潜力,构建了基于云-边-端协同技术的数据管理架构,从数据交互、业务执行、资源调度和质量治理4个维度提出了大数据中心优化运行方法。算例仿真分析了所提架构在数据传输、存储和能耗等方面的性能,结果表明:相较于集中式架构,云-边-端协同可为大数据中心云服务器节约350%的存储容量,降低21.04%的能耗,验证了所提架构在实际工程中应用的有效性和合理性。

“云-端”架构下的安全防护体系研究

重点围绕“云-端”架构带来的安全防护新问题,结合“前端+后台”的服务化体系架构,打造基于“基础层-服务层-应用层”的安全防护体系架构,形成云安全、网络安全、终端安全等多层次一体化纵深防御能力,为新型指挥信息系统安全、可靠运行,为快速、有效应对新型指挥信息安全威胁提供安全支撑,为装备建设和系统应用提供决策依据,具有重大的军事效益和经济效益。

基于“云-管-端”体系的ETC门架健康监测平台

2019年5月交通运输部发布《取消高速公路省界收费站总体技术方案》,在此方案中,除了强调对门架系统收费数据进行监控外,还重点强调了对门架系统的运维保障,意味着高速公路门架关键机电设备运行状态需要纳入门架监控系统,这是对高速公路现有机电系统运维的一个巨大挑战。基于此提出了基于高速公路"云-管-端"体系架构,并以"云"服务为核心开发ETC门架关键设备健康监测平台,并展示了广东省撤销省界站专项工程中的应用效果。

云-边-端协作网络中的细粒度任务调度策略

针对已有的任务卸载及调度方案大多计算过程复杂、易忽略任务多属性及子任务间可并行性等问题,设计了一种云-边-端协作网络中的细粒度任务调度策略。构建了一个涵盖云-边-端三层的网络架构并引入SDN(software defined network)来实现高效的网络信息管理和边缘负载均衡。提出了包含两种任务服务模式(整体服务模式、分割服务模式)及三种执行机制(云执行、边执行、端执行)的任务调度策略:对于整体服务模式下的任务,设计了一个时延与能耗联合优化的优化问题来获取对应任务的最佳执行机制;对于分割服务模式下的任务,利用改进的动态列表调度方法设计了一种子任务调度并行度最大化(subtask scheduling parallelism maximization,SSPM)算法来最大化分割后被调度子任务的并行度。在NS-3平台上进行仿真实验,仿真结果表明该策略的性能表现优于其他对比方案。

基于“云-管-边-端”物联网架构的碳排放监测

近年来,我国积极参与全球气候治理进程。碳排放的精准、快速与可靠监测是实现碳排放态势感知、整体布局优化的核心基础,目前该方向的研究仍缺乏系统性梳理。首先,调研了碳排放监测的发展进程,归纳了国内外的现行标准。然后,分别探究了基于终端设备与基于物联网的碳排放监测方法,总结出基于物联网的监测方法具有结构清晰、设计灵活、传输可靠等优势。最后,基于“云-管-边-端”物联网架构提出一种工业碳排放监测体系,并总结了实现“云-管-边-端”4个方面的潜在关键技术,旨在对未来碳排放监测的相关研究提供一定参考。

基于“云-边-端”架构的机场道面安全检测机器人系统

中国正处于从“民航大国”向“民航强国”转变的关键阶段,安全工作是一切工作的前提,而机场道面安全检测是确保民航安全的重要任务之一。目前我国机场道面面积已超过3亿平方米,现行道面检测模式越来越难以满足对超高安全与精度、超窄作业时限、超大作业范围等本质要求。为此,本文面向“精准、高效、智能”的机场道面安全检测需求,针对机场道面安全检测的不同作业场景与技术要求,提出基于“云-边-端”架构的机场道面安全检测机器人系统总体方案,并介绍了当前研究成果在智慧机场的应用案例,验证了机场道面安全检测机器人系统的工程应用效果。

“云-管-端”架构下实验室环境监测系统设计与实现

近几年频发的实验室安全事故大多缘于管理人员没能及时掌握实验室环境的变化,鉴于此,设计了一种实验室环境监测系统。系统采用“云-管-端”架构,以STM32F103C8T6为主控芯片,通过主控芯片的串口和中国移动M5311通信模组将实验室环境数据上传至中国移动OneNET云平台,并接收云平台下发的操作命令。实验室现场测试发现,该系统运行稳定,数据传输准确率高,能为实验室的安全运行提供良好的支持。

“云-网-节-端”架构下的智能车道控制器

车道控制器作为车道收费系统的核心设备,控制车道外部的收费设备,是收费系统的重要组成部分。目前,高速公路收费站入口和出口的收费亭内使用的车道控制器仅作为车道设备的IO驱动控制,功能单一,智能化程度不高,不能适应当前无人化值守的需求。本文提出基于高速公路"云-网-节-端"体系架构,以"节"为核心开发智能车道控制器,对车道外设实现"感、传、知、用",起到了传统车控器无可比拟的作用。

“端-边-云”超融合背景下的算力网络架构

目前的算力网络架构主要使用云中心架构和边云协同架构,随着用户需求的多样化发展,云中心架构和边云协同架构无法完全为用户释放算力网络的应用价值,在应用过程中出现响应速度、服务性能、算力资源调度等多方面的不足。基于此,提出使用“端-边-云”超融合承载算力网络架构,并以江苏省苏州市某工业园区的综合能源系统为例,分析“端-边-云”架构,从算力网络集中式架构、算力网络分布式架构、算力网络混合式架构3个方面对算力网络架构进行分析,最后阐述与区块链展开结合、发展隐私保护策略、探索边缘节点资源受限状态下的存储和计算模式3种“端-边-云”背景下算力网络的未来发展方向。

以“模块-综合”架构构建电力、能源类电子系列课程体系

电子技术系列课程是工科专业的重要专业基础课,对培养学生的实践应用能力、工程思维模式、创新工作能力起着重要作用。构建基于"模块-综合"架构的电力、能源类本科电子技术系列课程体系是文章讨论的重点。该课程体系的建立改善了目前高校电子技术系列课程之间、电子课程与前后续课程之间、理论与实践之间相互脱节的局面。在"模块-综合"架构下,学生的基础知识与专业知识融会贯通,工程实际能力、创新思维能力综合提高,更重要的是拥有了用模块观点迅速学习新知识的能力和综合思维方法,有助于培养出基底牢、上手快、会应用、能创新、后劲足的一专多能的高级应用型工程技术人才,也极大地有助于推进相似办学模式其他高校专业基础课教学改革进程。

DANCE:一种面向云-端动态集成的服务适配方法

边缘计算可以通过将计算移到边缘设备上来提高大型物联网流数据处理质量以及降低网络运行成本.对于流数据处理,边缘设备通常只有有限的计算能力和存储能力,显然不能支持所有的实时流数据查询和处理.本文尝试引入服务并在边缘和云之间灵活地划分服务来实现云-端集成,云服务和端服务之间通过事件机制进行服务适配.物联网动态环境中,云-端服务的动态适配是使云基础设施和端设备间无缝集成的关键.动态集成背景下的服务适配需要把握适配时机来应对端服务适配请求的不确定性和非完全适配等难题.针对这一问题,论文提出了一种面向云-端动态集成的服务适配方法(Dynamic Adaption cloud Services with Edge Services,DANCE).这种方法的主要贡献在于:将云服务实例和端服务实例之间的适配问题建模为二分图顶点之间的动态匹配问题,同时结合排队论中的M/M/c/∞模型对二分图最优匹配Kuhn-Munkres算法进行了优化改进,保障适配过程中端服务实例的全局平均请求响应时间最小.最后,基于真实的电能质量监控案例和数据,验证了本文方法的有效性.

基于云边端架构的集成供液控制系统设计

为了满足煤矿井下智能化集成供液发展需求,针对现有供液控制系统数据处理及工作协同能力不足、自主决策程度较低等问题,设计了基于云边端架构协同工作的集成供液控制系统。该系统采用现场工业总线与工业以太网复合通讯技术解决现有供液控制系统数据通信能力不足问题;采用云-边-端架构实现降低数据传输延迟、节省中心计算处理单元的资源;通过变频-卸荷联动控制算法、泵站群组阶梯卸荷算法优化系统压力流量控制。文章介绍了系统整体架构、硬件设计方案、软件设计方案,完成了井下工业性试验。试验结果表明:该系统提升通讯带宽满足使用需求,设计架构合理,压力波动范围减小,促进了煤矿井下综采工作面集成供液系统智能化发展。

碳酸盐岩-膏盐岩共生体系白云岩成因及储盖组合

针对碳酸盐岩-膏盐岩共生体系中储集层发育规律和储盖组合类型不清的问题,开展该体系岩性组合特征、白云岩与储集层成因和储盖组合类型研究。在全球碳酸盐岩油气藏调研的基础上,解剖分析国内外4个碳酸盐岩-膏盐岩组合剖面,综合应用地质和实验分析工作,取得以下3个方面的地质认识:①潮湿气候到干旱气候的变迁决定了碳酸盐岩-膏盐岩共生体系岩性组合序列,正常情况下形成微生物灰岩/生屑灰岩→微生物白云岩→膏云岩→膏盐岩系列,反之亦然,气候的突变会导致某种岩性的缺失。②碳酸盐岩-膏盐岩共生体系中主要发育3类储集层,包括微生物灰岩/生屑灰岩、微生物白云岩和膏云岩储集层,存在沉淀和交代2种成因的白云岩。微生物早期降解和微生物岩晚期热解释放的CO2气体和有机酸,以及早期白云石化作用是微生物白云岩能够成为优质储集层的主控因素。③碳酸盐岩-膏盐岩共生体系理论上存在6类14种储盖组合类型,目前的油气发现主要集中在4种组合中,包括微生物灰岩/生屑灰岩→微生物白云岩→膏云岩→膏盐岩组合、微生物灰岩/生屑灰岩→膏盐岩组合、微生物白云岩→膏云岩→膏盐岩组合和膏云岩→微生物白云岩→致密碳酸盐岩或碎屑岩组合,这显然与地质历史时期古气候变迁的内在规律有关。通过解剖已发现的油气藏,揭示在碳酸盐岩-膏盐岩体系中以上4种储盖组合最为现实,勘探前景较好。

基于管-云-端结构的汽车远程实时监控系统设计

针对人们对汽车生活的新要求,设计实现了一种基于管-云-端结构的汽车远程实时监控系统,它能通过互联网实现对汽车各种行车和故障数据的可视化实时监测。其中,"管"是汽车智慧感知与通信终端,"云"是互联网车云服务平台,"端"是配套手机APP。管、云、端分别实现汽车数据的采集传输、处理和展示,三者通过网络通信与链接,共同组成车联网实时监控系统。