基于移動互聯(lián)網(wǎng)的電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)的設(shè)計與研究

李 洋

基于移動互聯(lián)網(wǎng)的電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)的設(shè)計與研究

李 洋

（陜西銀河景天電子有限責(zé)任公司，西安 710075）

文章從電力行業(yè)對應(yīng)急指揮系統(tǒng)通信的要求及當前移動互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境分析切入，闡述了一套基于移動互聯(lián)網(wǎng)的電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)的設(shè)計思路與技術(shù)要點，對系統(tǒng)架構(gòu)、多網(wǎng)融合設(shè)計、數(shù)據(jù)交互、復(fù)合信息傳輸及數(shù)據(jù)融合設(shè)計進行了重點分析與描述。

應(yīng)急指揮；電力應(yīng)急通信；移動互聯(lián)網(wǎng)；多網(wǎng)融合

1 引言

電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)就是用于快速處理電力突發(fā)緊急事件的應(yīng)急指揮系統(tǒng)，可以指揮快速修復(fù)故障設(shè)備或線路，盡量減小因供電中斷造成的損失。尤其是在重大事故、公共緊急事件、嚴重自然災(zāi)害等突發(fā)事件發(fā)生時，這些都極易引發(fā)大規(guī)模停電事故甚至電網(wǎng)癱瘓，此時，電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)就顯得尤為重要。

2 電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)對通信的要求

由于電力突發(fā)事件的不可預(yù)知性，現(xiàn)有電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)只能通過電力專網(wǎng)、普通無線圖傳設(shè)備來調(diào)取安裝有監(jiān)控設(shè)備的變電站、輸電線路的視頻來獲取現(xiàn)場信息，而對于那些沒有部署監(jiān)控設(shè)備或者沒有連接電力專網(wǎng)的地點，如果發(fā)生電力突發(fā)事件，電力公司應(yīng)急指揮中心只能通過傳統(tǒng)的電話方式，聯(lián)系現(xiàn)場人員，了解現(xiàn)場情況，這樣不僅無法第一時間通過實時圖像的形式了解現(xiàn)場狀況，而且由于溝通方式的限制，難免出現(xiàn)因延誤和指揮處置不力造成更大的損失。由此可以看出，突發(fā)事件的不確定性和電力運檢搶修的即時性是一對矛盾，突發(fā)事件的不確定性會導(dǎo)致電力運檢搶修的效率很難提高，而應(yīng)急系統(tǒng)的快速反應(yīng)則是電力運檢高效搶修的重要環(huán)節(jié)。通過傳統(tǒng)的通訊方式和平臺架構(gòu)，很顯然，此二者之間的矛盾很難解決。

由此，電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)對應(yīng)急通信的要求主要有三點：快速響應(yīng)、機動快捷、可靠穩(wěn)定。由于突發(fā)事件的不可預(yù)見性，為了達到情況上報和命令下達及時快速，就要求應(yīng)急通信必須快速響應(yīng)，來確保應(yīng)急搶險和救援及時實施，在第一時間響應(yīng)，將一線與后方聯(lián)通起來。同時，要求運維人員要在最短時間內(nèi)掌握現(xiàn)場狀況并制定應(yīng)對方案，將現(xiàn)場狀況傳輸?shù)街笓]中心，且與其他分部形成聯(lián)動。在整個過程，還要保證應(yīng)急通信設(shè)備及系統(tǒng)具備更高的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性，以及在各種突發(fā)事件（災(zāi)害）發(fā)生場地的不同環(huán)境、不同地點的可靠適用性。

3 移動互聯(lián)網(wǎng)當前環(huán)境與發(fā)展趨勢概述

進入20世紀90年代以來，移動通信系統(tǒng)飛速發(fā)展，從傳統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)逐漸向互聯(lián)網(wǎng)、多媒體等寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展，為新一代電力ICT網(wǎng)絡(luò)的無線接入帶來新的選擇。

移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展主要體現(xiàn)在便捷性、即時性、智能性、信息與終端豐富性，以及與傳統(tǒng)行業(yè)的高度融合性。隨著移動通信、智能終端、云計算等技術(shù)的進一步發(fā)展，移動互聯(lián)網(wǎng)可最大限度的實現(xiàn)信息互動的實時性和可靠性，為基于移動互聯(lián)網(wǎng)的各種平臺提供了完善的技術(shù)保障。

4 基于移動互聯(lián)網(wǎng)的電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)的設(shè)計

基于移動互聯(lián)網(wǎng)的電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)在傳統(tǒng)應(yīng)急指揮系統(tǒng)的功能特點之上，支持多種通訊網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，實現(xiàn)多態(tài)信息雙向交互和實時共享，支持多種移動終端的接入。系統(tǒng)設(shè)計將無線、有線、衛(wèi)星、微波通信多種通信方式實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合，將遠程、近程通信結(jié)合，使得音視頻、圖文、數(shù)據(jù)、專業(yè)信息等多信息能夠互通，以及實現(xiàn)多種類型終端的互聯(lián)。

4.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

按照電力系統(tǒng)的組織架構(gòu)和建制，系統(tǒng)由省級應(yīng)急指揮中心系統(tǒng)、地市級應(yīng)急指揮系統(tǒng)、縣級應(yīng)急指揮系統(tǒng)分層設(shè)計。其中省級應(yīng)急指揮中心系統(tǒng)具有業(yè)務(wù)管理、轉(zhuǎn)發(fā)與綜合網(wǎng)絡(luò)管理調(diào)度功能，調(diào)度和管理全省電力應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)；地市級應(yīng)急指揮系統(tǒng)具有業(yè)務(wù)管理與處理功能，調(diào)度所轄全地市的應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)；縣級應(yīng)急指揮系統(tǒng)具有業(yè)務(wù)接入功能，調(diào)度所轄縣的應(yīng)急指揮通信系統(tǒng)。各層級自上而下形成管理上的樹狀結(jié)構(gòu)，而在業(yè)務(wù)通信上是屬于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)節(jié)點的彼此互聯(lián)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)架構(gòu)分層建制，統(tǒng)一管理。各層級既能獨立進行電力應(yīng)急指揮通信的運行，實現(xiàn)指揮、會商、部署、交互，也能在上層級的網(wǎng)絡(luò)組織中進行跨層級、平層級的地災(zāi)應(yīng)急指揮通信的全網(wǎng)絡(luò)運轉(zhuǎn)。

圖2 中心站與終端的架構(gòu)設(shè)計

4.2 中心站與終端的架構(gòu)設(shè)計

基于移動互聯(lián)網(wǎng)的電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)通常由隨身應(yīng)急終端（包括智能手機和平板電腦）、便攜式應(yīng)急終端（包括手提箱式終端與無線攝像機）、穿戴式應(yīng)急終端（包括安全帽與吸附式攝像頭）、輔助功能設(shè)備（包括移動辦公箱和移動氣象站、便攜式衛(wèi)星箱）、應(yīng)急指揮車與應(yīng)急無人機、應(yīng)急指揮中心主站及分公司指揮中心分站構(gòu)成。系統(tǒng)的每個終端能在網(wǎng)絡(luò)中彼此互聯(lián)，進行包括音視頻、應(yīng)急搶修現(xiàn)場多種電力測試數(shù)據(jù)、多種氣象數(shù)據(jù)等多種信息進行傳輸與共享。實現(xiàn)指揮中心、分站中心、各級應(yīng)急中心領(lǐng)導(dǎo)和專家組的遠程指揮及移動辦公。

4.3 多網(wǎng)融合設(shè)計

基于電力應(yīng)急實施的各種復(fù)雜地域和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，系統(tǒng)設(shè)計構(gòu)建以移動互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計為核心，由衛(wèi)星通信、公網(wǎng)通信、自組網(wǎng)區(qū)域無線通信等多網(wǎng)絡(luò)融合的天地一體的應(yīng)急通信保障網(wǎng)絡(luò)。通過各級的主站、分站、接入站的多網(wǎng)絡(luò)接入功能，將各種網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)的匯聚、轉(zhuǎn)發(fā)、融合，實現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)交互，以及各網(wǎng)絡(luò)終端的互聯(lián)互通，形成多網(wǎng)融合的能力。

圖3 多網(wǎng)融合設(shè)計

4.4 數(shù)據(jù)交互規(guī)則設(shè)計

各類數(shù)據(jù)在同一層以及不同層的交互與轉(zhuǎn)發(fā)，同時存在數(shù)據(jù)交互的優(yōu)先級以及控制權(quán)。這里涉及到中心主站、分站，以及直屬主站的終端，和直屬分站的終端間的數(shù)據(jù)交互。

4.4.1 同一層級的數(shù)據(jù)交互

同一層級指的是無論分站還是終端，無論是有線還是無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，在業(yè)務(wù)上屬于扁平管理的數(shù)據(jù)交互模式。

圖4 同一層級的數(shù)據(jù)交互

只要歸屬于同一層級的主站，無論終端還是分站，數(shù)據(jù)都是通過主站按照分配的賬號進行對應(yīng)目的地轉(zhuǎn)發(fā)，形成數(shù)據(jù)的同層級交互。

4.4.2 跨層級的數(shù)據(jù)交互

跨層級是指不在同一分站的終端，或者在不同層級的終端之間的數(shù)據(jù)交互，在業(yè)務(wù)上不屬于扁平管理，而是跨越式的交互類型。

圖5 跨層級的數(shù)據(jù)交互

由于不屬于同一主站或者分站，數(shù)據(jù)的交互必需要通過所屬分站，然后轉(zhuǎn)發(fā)到主站，再由主站轉(zhuǎn)發(fā)給其他終端所屬分站，最后到達對應(yīng)賬號的終端，實現(xiàn)跨層級數(shù)據(jù)交互。

4.4.3 數(shù)據(jù)交互的優(yōu)先級

數(shù)據(jù)交互的優(yōu)先級有兩個層面：一個是數(shù)據(jù)類型，另一個是所屬層級的數(shù)據(jù)。

電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型主要分為：實時數(shù)據(jù)和非實時數(shù)據(jù)，其中實時數(shù)據(jù)有音頻數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、定位數(shù)據(jù)、電力即時檢測數(shù)據(jù)等；非實時數(shù)據(jù)有文本數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)、檔案數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。本系統(tǒng)按照實時性要求，對不同的數(shù)據(jù)類型交互優(yōu)先級設(shè)計為：音頻數(shù)據(jù)＞視頻數(shù)據(jù)＞定位數(shù)據(jù)＞電力即時檢測數(shù)據(jù)＞文本數(shù)據(jù)＞存儲數(shù)據(jù)＞檔案數(shù)據(jù)＞統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

所屬層級的優(yōu)先級規(guī)則為：上一級數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先于下一級數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。當下一級的數(shù)據(jù)類型比上一級數(shù)據(jù)類型優(yōu)先級高的情況下，以數(shù)據(jù)類型的優(yōu)先級為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)最終優(yōu)先級。

4.4.4 數(shù)據(jù)在不同網(wǎng)絡(luò)間傳輸通路規(guī)則

本系統(tǒng)涉及的網(wǎng)絡(luò)類型：專網(wǎng)、公網(wǎng)；有線網(wǎng)、無線網(wǎng)；地面通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)。傳輸通路規(guī)則如下：專網(wǎng)和公網(wǎng)并存時，優(yōu)選專網(wǎng)；有線網(wǎng)和無線網(wǎng)并存時，優(yōu)選有線網(wǎng)；地面通信網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)并存時，優(yōu)選衛(wèi)星通信網(wǎng)。以上規(guī)則是在符合一般情況的提前下的通用規(guī)則，若有特殊要求，則按照特殊規(guī)則執(zhí)行。

4.5 復(fù)合信息的拆分傳輸與數(shù)據(jù)融合機制

圖7 數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)層的傳輸分配

基于移動互聯(lián)網(wǎng)的電力應(yīng)急指揮承載著大量的不同類型的數(shù)據(jù)通信和傳輸，本系統(tǒng)設(shè)計通過對各類關(guān)聯(lián)信息按照一定規(guī)則進行復(fù)合，形成獨有的數(shù)據(jù)類型，然后在傳輸?shù)臅r候作為一個整體進行傳輸；在傳輸時，再進行整體拆分傳輸，在對端進行組合與恢復(fù)，具體呈現(xiàn)時進行關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的融合。目的有兩個：一是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸加密，二是實現(xiàn)多通道的復(fù)合傳輸。

一維無線資源容器由時間域的幀序列構(gòu)成；二維無線資源容器由時間域和頻率域的幀序列構(gòu)成[1]。按照時域和頻域?qū)㈥P(guān)聯(lián)信息復(fù)合起來，如圖6所示。

圖6 按照時域和頻域?qū)㈥P(guān)聯(lián)信息復(fù)合

然后在時域和內(nèi)容空間上進行切包，在進行封裝，在網(wǎng)絡(luò)層建立網(wǎng)絡(luò)層傳輸池，進行網(wǎng)絡(luò)層多通道的創(chuàng)建，來實現(xiàn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)層的傳輸分配。依據(jù)不同傳輸通道的實時偵測情況，實現(xiàn)切包的動態(tài)大小分配，達到最優(yōu)的傳輸效率。

在接收端根據(jù)復(fù)合控制信息、關(guān)聯(lián)信息，以及傳輸包的特征符實現(xiàn)恢復(fù)，再根據(jù)最開頭的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)信息，進行多種數(shù)據(jù)的融合與呈現(xiàn)，實現(xiàn)了完整的復(fù)合信息的拆分傳輸與數(shù)據(jù)融合。每經(jīng)過一個節(jié)點均根據(jù)信息特征和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境做以上的工作，按照CRC循環(huán)冗余校驗編碼規(guī)則實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸完整性。

5 結(jié)束語

本文結(jié)合電力行業(yè)的現(xiàn)狀和需求，分析了移動互聯(lián)網(wǎng)的移動、便攜、即時等特點，對應(yīng)電力應(yīng)急通信移動性、突發(fā)性、緊急性和臨時性的要求，設(shè)計了一套基于移動互聯(lián)網(wǎng)的電力應(yīng)急指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計包括多層級架構(gòu)、多網(wǎng)絡(luò)融合、多數(shù)據(jù)共享、多終端互聯(lián)；通過各節(jié)點間的數(shù)據(jù)交互設(shè)計，以及復(fù)合信息的拆分傳輸與數(shù)據(jù)融合機制，達到多網(wǎng)絡(luò)融合下的最優(yōu)傳輸與數(shù)據(jù)共享目標。為電力應(yīng)急保障提供了當前技術(shù)條件下具有較高參考價值的一種應(yīng)急通信系統(tǒng)方案與技術(shù)方法。

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The Design and Research of Power Emergency Command System Based on Mobile Internet

Li Yang
(Shaanxi Eyinhe Electronics Co., Ltd., Xi’an, 710075)

The article expounds the design ideas and technical points of a power emergency command system based on mobile Internet from the requirements of the power industry to the emergency command system communication and the current analysis of the mobile Internet environment, and the article has described the system architecture, multi-network fusion design, data interaction, composite information transmission and data fusion design in detail.

Emergency Command; Power emergency communication; Mobile Internet; Multi-network integration

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.07.001

TN929.5，TP393.4文獻標示碼：A

1672-7274（2017）07-0001-04