1月20日，江蘇無錫220千伏雙河變電站開展檢修作業。國網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據，實現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。由于電網企業使用北斗差分定位技術網絡安全要求嚴、接入成本高，該技術在電力業務中的應用受限。為此，江蘇電科院創新研發了北斗信號“路由器”。該設備具備差分定位數據共享、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。
電力行業需要高精度定位功能
目前，北斗衛星導航系統(BDS)已全面應用于各行各業。常規的北斗定位技術采用衛星信號定位，定位精度達米級，可滿足導航等生活應用需求。然而，在電力行業的一些業務應用中，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安全性，定位偏差最好能小于10厘米。”江蘇電科院數字化技術中心物聯網室主管朱道華介紹。
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。預先設置的北斗基準站對外發布差分定位數據，“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的應用，牽頭研制了6款高精度電力北斗業務終端，建成了電力北斗終端產品級性能檢測試驗場，參與了國網江蘇電力北斗地基增強網建設工作。
2021年年初，江蘇電科院在南京江北新區、無錫等地調研北斗技術在電力行業的應用需求，發現北斗差分定位技術可有效提升輸電通道巡檢等業務安全性，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。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新之路。
北斗信號“路由器”研發成功
電力北斗業務應用大多集中在一個區域內，是否可以實時獲取差分定位數據，共享給區域內其他北斗終端使用呢?如果這個方案可行，就可以實現終端低功耗、小型化、免設置，使用成本將大幅下降。因此，解決差分定位數據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據共享技術。在一次頭腦風暴中，會議桌上擺放的路由器激發了朱道華的靈感。“我們能否研發一臺北斗‘路由器’，利用電力物聯網感知層通信網絡分發差分定位數據，實現多個終端共享一份數據呢?”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之間的交互協議，再結合近年來電力物聯網技術的研究成果，搭建了電力北斗差分定位數據共享應用原型系統進行實驗，測試了使用同一份數據對一個區域內多臺北斗終端定位性能的影響，測試了不同物聯網通信技術的性能。
經過近百次測試和參數調整，研究團隊實現了從電力北斗系統實時獲取差分定位數據，再利用本地微功率無線網絡發送給北斗終端。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據共享裝置，就可以實現高精度定位。這一裝置就像一臺北斗信號“路由器”，起到了分發差分定位數據的作用。
為了保障網絡不暢或者差分信號不佳時定位不受影響，研究團隊開發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，判斷電力北斗系統的差分定位數據是否正常。一旦出現異常，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地的差分定位數據，為北斗終端提供本地差分定位服務。該裝置還可以根據實時定位判斷附近是否存在異常的衛星定位信號并發出告警，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絡中使用了鑒權接入和數據加密等技術，使北斗信號“路由器”和北斗終端之間通過加密網絡連接，保障差分定位數據和北斗終端位置數據安全傳輸。
是“路由器”也是物聯網網關
隨著電力設備規模擴大、智能感知需求增加，北斗終端應用數量日益增多，一座變電站部署的終端數量可達100臺以上。實現終端準確定位并管理終端的位置數據成了一個難題。
自2022年8月起，研究團隊開發電力物聯網云邊交互接口，使北斗信號“路由器”增加了邊緣物聯代理功能，實現了“一機多用”。該裝置不僅能起到北斗信號“路由器”的作用，還能作為物聯網網關，將北斗終端的位置數據上報至國網江蘇電力物聯管理平臺。
“輸電線路運維、變電站作業等工作都面臨著終端數量多、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部署并開展可靠性測試。在半個月的掛網測試中，該裝置運行穩定。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，實現吊車作業全過程安全監護。
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）
作者：章岑 徐江濤 葉迪卓然
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