1月20日，江蘇無錫220千伏雙河變電站開展檢修作業(yè)。國網(wǎng)江蘇省電力有限公司電力科學研究院研制的北斗信號“路由器”為吊車上安裝的北斗終端提供了準確的差分定位數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了吊車位置厘米級定位。
北斗差分定位技術可以為電力設備提供厘米級的高精度定位服務。由于電網(wǎng)企業(yè)使用北斗差分定位技術網(wǎng)絡安全要求嚴、接入成本高，該技術在電力業(yè)務中的應用受限。為此，江蘇電科院創(chuàng)新研發(fā)了北斗信號“路由器”。該設備具備差分定位數(shù)據(jù)共享、基站服務與防欺騙信號檢測三重功能。每臺設備的覆蓋范圍可達1.2平方千米，為200臺以上的北斗終端提供厘米級定位服務。
電力行業(yè)需要高精度定位功能
目前，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(BDS)已全面應用于各行各業(yè)。常規(guī)的北斗定位技術采用衛(wèi)星信號定位，定位精度達米級，可滿足導航等生活應用需求。然而，在電力行業(yè)的一些業(yè)務應用中，米級定位精度難以滿足需求。
“我們迫切需要更高的定位精度來更好地保證供電可靠性和作業(yè)安全性，定位偏差最好能小于10厘米。”江蘇電科院數(shù)字化技術中心物聯(lián)網(wǎng)室主管朱道華介紹。
目前，厘米級的高精度定位主要依靠北斗差分定位技術實現(xiàn)。預先設置的北斗基準站對外發(fā)布差分定位數(shù)據(jù)，“告知”周邊的北斗終端如何校正自身的定位坐標，使北斗終端將定位精度細化至厘米級。
江蘇電科院從2020年開始研究北斗差分定位技術在電力行業(yè)的應用，牽頭研制了6款高精度電力北斗業(yè)務終端，建成了電力北斗終端產(chǎn)品級性能檢測試驗場，參與了國網(wǎng)江蘇電力北斗地基增強網(wǎng)建設工作。
2021年年初，江蘇電科院在南京江北新區(qū)、無錫等地調研北斗技術在電力行業(yè)的應用需求，發(fā)現(xiàn)北斗差分定位技術可有效提升輸電通道巡檢等業(yè)務安全性，但技術推廣受到制約。在變電站、重點輸電通道等區(qū)域，往往有多臺北斗終端同時工作。每臺北斗終端必須配置符合電力安全要求的遠程通信模塊、獲取差分定位服務授權信息，才能接入北斗系統(tǒng)。這些通信模塊功耗較高，需要更大容量的電池，增加了北斗終端的體積、重量和造價。每臺北斗終端都需要進行網(wǎng)絡和差分定位服務設置，在工程應用中存在一定困難。
為了解決這些問題，朱道華帶領研究團隊踏上了創(chuàng)新之路。
北斗信號“路由器”研發(fā)成功
電力北斗業(yè)務應用大多集中在一個區(qū)域內(nèi)，是否可以實時獲取差分定位數(shù)據(jù)，共享給區(qū)域內(nèi)其他北斗終端使用呢?如果這個方案可行，就可以實現(xiàn)終端低功耗、小型化、免設置，使用成本將大幅下降。因此，解決差分定位數(shù)據(jù)的共享問題成為研究團隊的主攻方向。
2022年，研究團隊開始探索北斗差分定位數(shù)據(jù)共享技術。在一次頭腦風暴中，會議桌上擺放的路由器激發(fā)了朱道華的靈感。“我們能否研發(fā)一臺北斗‘路由器’，利用電力物聯(lián)網(wǎng)感知層通信網(wǎng)絡分發(fā)差分定位數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多個終端共享一份數(shù)據(jù)呢?”朱道華提出。
研究團隊首先研究了北斗終端與電力北斗系統(tǒng)之間的交互協(xié)議，再結合近年來電力物聯(lián)網(wǎng)技術的研究成果，搭建了電力北斗差分定位數(shù)據(jù)共享應用原型系統(tǒng)進行實驗，測試了使用同一份數(shù)據(jù)對一個區(qū)域內(nèi)多臺北斗終端定位性能的影響，測試了不同物聯(lián)網(wǎng)通信技術的性能。
經(jīng)過近百次測試和參數(shù)調整，研究團隊實現(xiàn)了從電力北斗系統(tǒng)實時獲取差分定位數(shù)據(jù)，再利用本地微功率無線網(wǎng)絡發(fā)送給北斗終端。這樣一來，其他北斗終端本身無須具備遠程通信功能，只需要使用一個本地微功率無線通信單元作為數(shù)據(jù)共享裝置，就可以實現(xiàn)高精度定位。這一裝置就像一臺北斗信號“路由器”，起到了分發(fā)差分定位數(shù)據(jù)的作用。
為了保障網(wǎng)絡不暢或者差分信號不佳時定位不受影響，研究團隊開發(fā)了本地基站自動切換功能。北斗信號“路由器”會實時校驗自身坐標，判斷電力北斗系統(tǒng)的差分定位數(shù)據(jù)是否正常。一旦出現(xiàn)異常，該裝置可自動轉入基站模式，利用自身的準確坐標計算出當?shù)氐牟罘侄ㄎ粩?shù)據(jù)，為北斗終端提供本地差分定位服務。該裝置還可以根據(jù)實時定位判斷附近是否存在異常的衛(wèi)星定位信號并發(fā)出告警，防止欺騙信號影響北斗終端正常工作。
研究團隊在本地無線通信網(wǎng)絡中使用了鑒權接入和數(shù)據(jù)加密等技術，使北斗信號“路由器”和北斗終端之間通過加密網(wǎng)絡連接，保障差分定位數(shù)據(jù)和北斗終端位置數(shù)據(jù)安全傳輸。
是“路由器”也是物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關
隨著電力設備規(guī)模擴大、智能感知需求增加，北斗終端應用數(shù)量日益增多，一座變電站部署的終端數(shù)量可達100臺以上。實現(xiàn)終端準確定位并管理終端的位置數(shù)據(jù)成了一個難題。
自2022年8月起，研究團隊開發(fā)電力物聯(lián)網(wǎng)云邊交互接口，使北斗信號“路由器”增加了邊緣物聯(lián)代理功能，實現(xiàn)了“一機多用”。該裝置不僅能起到北斗信號“路由器”的作用，還能作為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關，將北斗終端的位置數(shù)據(jù)上報至國網(wǎng)江蘇電力物聯(lián)管理平臺。
“輸電線路運維、變電站作業(yè)等工作都面臨著終端數(shù)量多、位置變化多的問題。”朱道華介紹，“北斗信號‘路由器’在這些場景中可以發(fā)揮終端定位和位置上報的作用。”
2022年11月14日，該裝置在江蘇電科院園區(qū)部署并開展可靠性測試。在半個月的掛網(wǎng)測試中，該裝置運行穩(wěn)定。2022年11月29日，該裝置在無錫220千伏雙河變電站吊車作業(yè)三維管控項目中試點應用，防止吊車與帶電設備之間的距離不符合安全距離要求，實現(xiàn)吊車作業(yè)全過程安全監(jiān)護。
北斗信號“路由器”的應用降低了北斗差分定位技術的使用成本，為“電力+北斗”技術的應用提供了一個可復制、可推廣、低成本的應用方案，將在江蘇全省變電站、輸電通道推廣。（章岑 徐江濤 葉迪卓然）
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