北斗衛(wèi)星系統(tǒng)在配電網(wǎng)災(zāi)害應(yīng)急中的應(yīng)用

李文軍 傅寧 吳小鷗 許競 張雨薇

摘 要：本文提出一種基于北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的配電網(wǎng)應(yīng)急系統(tǒng)，集合電源充放電技術(shù)、無線接入技術(shù)、北斗短報文通信技術(shù)，通過改造并利用JP柜（配電變壓器綜合配電柜）中的電源給北斗WIFI設(shè)備供電。通過集成無線WIFI終端、北斗數(shù)傳終端，在災(zāi)害發(fā)生時，解決災(zāi)害現(xiàn)場狀況、人員信息等數(shù)據(jù)的回傳問題，實現(xiàn)應(yīng)急場景下故障及災(zāi)害信息的及時上報。

關(guān)鍵詞：北斗衛(wèi)星；應(yīng)急；電力；通信

中圖分類號：TM762.25 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）21-0143-03

近年來各種自然災(zāi)害頻發(fā)，災(zāi)害發(fā)生時由于電力中斷及通信線路受損導(dǎo)致運營商提供的通信系統(tǒng)受到影響，手機等通信設(shè)備無法使用可能會形成信息孤島。而中國的農(nóng)村數(shù)量多、分布廣，農(nóng)村人口依然占多數(shù)，加之農(nóng)村獨特的地理位置、防災(zāi)減災(zāi)體系不完善等原因[1-3]，當災(zāi)害發(fā)生時農(nóng)村地區(qū)更容易形成信息孤島，造成重大損失，給救援及應(yīng)急處理帶來了巨大的阻礙。需要建立一種救災(zāi)通信的方式，使受災(zāi)人員可直接向外界發(fā)送信息，及時向外界匯報受災(zāi)情況，從而保證高效地實現(xiàn)救援活動。借助配電變壓器綜合配電柜中的電源，建設(shè)基于WIFI技術(shù)和北斗短報文通信技術(shù)的應(yīng)急通信系統(tǒng)，解決災(zāi)害發(fā)生時供電及通信系統(tǒng)互聯(lián)互通問題。

1 現(xiàn)狀與概述

1.1 現(xiàn)有電力應(yīng)急通信分析

當前電力通信方式以載波通信、光纖通信和GPRS/CDMA，GPS通道為主，大型發(fā)電廠、變電站以及中低壓配網(wǎng)自動化系統(tǒng)，基本上都采用此類通信技術(shù)[4-6]。但目前使用的技術(shù)在遇到突發(fā)情況時易受到嚴重影響，如光纖和載波線路容易受覆冰、洪水、山體崩裂等破壞，導(dǎo)致通信中斷，故障排查和檢修又極其困難；GPRS信號由于受發(fā)射功率的影響，基站的覆蓋范圍有限，并且信號易受地形、氣候等因素的干擾，信號穩(wěn)定性差；GPS系統(tǒng)只具備定位和授時功能，不具備報文通信能力，滿足不了緊急情況下的實際需求，且GPS非國產(chǎn)系統(tǒng)對于電力這個關(guān)鍵行業(yè)存在著安全風險。

1.2 北斗衛(wèi)星系統(tǒng)優(yōu)勢

綜上情況，應(yīng)用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)是配電網(wǎng)應(yīng)對災(zāi)害突發(fā)情況更加穩(wěn)定可靠的方式[7-11]。北斗衛(wèi)星系統(tǒng)擁有中國自主知識產(chǎn)權(quán)，具有全天候、無死角、無盲區(qū)、抗災(zāi)害能力強的特點，系統(tǒng)具有三大主要功能：快速精準定位，災(zāi)害發(fā)生時可準確得到受災(zāi)地點坐標；精密授時，北斗系統(tǒng)可向用戶提供20～100ns同步精度的時間信息；短報文通信，北斗衛(wèi)星系統(tǒng)一大特色，可實現(xiàn)用戶終端雙向報文通信，通訊鏈路穩(wěn)定可靠，災(zāi)害發(fā)生時能夠利用北斗短報文實現(xiàn)受災(zāi)地區(qū)人員與應(yīng)急指揮中心的雙向通信，幫助指揮人員和搶修人員了解現(xiàn)場狀況，提高應(yīng)急搶險速度，最大限度的保護人民生命和財產(chǎn)，降低損失。

2 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總構(gòu)架

北斗配電應(yīng)急通信系統(tǒng)由北斗配電終端監(jiān)測平臺應(yīng)急通信模塊和北斗配電應(yīng)急通信終端兩大部分組成。系統(tǒng)主要構(gòu)成如圖1所示。其中，北斗配電應(yīng)急通信終端由北斗數(shù)傳終端、北斗無線模塊及手機應(yīng)用軟件組成。

2.2 北斗配電應(yīng)急通信單元

2.2.1 組成框架

北斗配電應(yīng)急通信終端內(nèi)置操作系統(tǒng)，控制北斗數(shù)傳終端與無線模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸以及內(nèi)置WEB服務(wù)器，提供WEB訪問服務(wù)，且能夠存儲用戶數(shù)據(jù)。北斗數(shù)傳終端負責北斗數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，實現(xiàn)北斗短報文通信與位置采集服務(wù)功能。北斗數(shù)傳終端在配電網(wǎng)出現(xiàn)斷電后，將立即上報一條位置信息到配電網(wǎng)主站，以此通知平臺當前配電網(wǎng)節(jié)點出現(xiàn)了斷電現(xiàn)象。無線模塊以WIFI熱點的形式為移動端用戶提供手機接入和訪問現(xiàn)場應(yīng)急通信通道的服務(wù)。北斗配電應(yīng)急通信終端結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2.2.2 移動端與應(yīng)急終端間通信

WIFI服務(wù)終端通過內(nèi)置服務(wù)器提供一套完整的北斗通信WEB服務(wù)，當移動端接入終端后，通過WIFI向終端發(fā)送一系列的數(shù)據(jù)與指令。所有的數(shù)據(jù)與指令形式都以符合HTTP協(xié)議的請求方式發(fā)送，當終端WEB服務(wù)器接收到請求后經(jīng)過處理，將向移動端返回請求結(jié)果，并在北斗終端用戶卡通信頻度可用時逐條向平臺上報數(shù)據(jù)。同樣，移動端通過查詢并接收到平臺下發(fā)數(shù)據(jù)后，按照北斗通信協(xié)議解析數(shù)據(jù)并顯示在網(wǎng)頁或者APP界面上，通過這種方式實現(xiàn)移動端與北斗配電應(yīng)急通信終端的通信。

2.2.3 應(yīng)急終端與監(jiān)控平臺間通信

應(yīng)急終端接收到通信請求后，內(nèi)置操作系統(tǒng)將按照北斗協(xié)議組裝指令，轉(zhuǎn)發(fā)至北斗數(shù)傳終端內(nèi)的北斗模塊，再通過北斗衛(wèi)星將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)控平臺的北斗設(shè)備上。同樣，應(yīng)急終端接收到平臺發(fā)來的信息后，北斗數(shù)傳終端將會把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至系統(tǒng)，系統(tǒng)解析后推送給移動端用戶。北斗配電應(yīng)急通信終端的整體通信數(shù)據(jù)流程如圖3所示。

2.3 北斗配電終端監(jiān)測平臺系統(tǒng)

2.3.1 平臺架構(gòu)

北斗配電終端監(jiān)測平臺應(yīng)急通信模塊在北斗配電終端監(jiān)測平臺的基礎(chǔ)上增加了應(yīng)急短報文信息展示及信息交互。結(jié)合GIS地圖，展示應(yīng)急地點的位置信息及現(xiàn)場上報文字信息。組成如圖4所示。

2.3.2 平臺數(shù)據(jù)處理

電力監(jiān)控平臺搭建上北斗設(shè)備，便能接收到北斗配電應(yīng)急通信終端發(fā)來的數(shù)據(jù)，接收的北斗數(shù)據(jù)傳入北斗配電監(jiān)測平臺，平臺根據(jù)北斗協(xié)議解析出信息，信息包括短報文內(nèi)容和位置信息等。當獲得位置信息時，平臺將會在GIS地圖上顯示該坐標點位置，并作警報提示。當收到短報文通信內(nèi)容，平臺會根據(jù)接收到的應(yīng)急終端北斗卡號，查詢預(yù)先登記好的數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，顯示出該JP柜的信息，并將緊急信息顯示出來，平臺可根據(jù)當?shù)厍闆r安排檢修。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 應(yīng)用場景

當發(fā)生災(zāi)害并且電力中斷時，JP柜開啟內(nèi)置蓄電池線路給北斗WIFI應(yīng)急通信終端供電，激活北斗配電應(yīng)急通信終端。終端啟動后組建無線熱點并自動上報系統(tǒng)位置信息，搶險人員及受災(zāi)用戶可通過手機、移動終端等智能設(shè)備連接到北斗配電應(yīng)急通信終端的無線網(wǎng)絡(luò)，通過手機瀏覽器訪問應(yīng)急通信WEB網(wǎng)頁，用戶在網(wǎng)頁中填寫受災(zāi)及人員狀況并提交或直接通過APP進行操作。信息通過北斗數(shù)傳終端經(jīng)由北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)傳送至后方應(yīng)急指揮中心，應(yīng)急指揮中心也可通過北斗衛(wèi)星發(fā)送信息到受災(zāi)地區(qū)，用戶可使用瀏覽器查看應(yīng)急指揮中心返回的信息。

3.2 系統(tǒng)應(yīng)用效果

移動端通過WIFI與應(yīng)急終端連接后，有兩種方式進行操作：通過安裝手機APP，使用APP提供通信與定位操作界面，如圖5所示；通過訪問應(yīng)急通信網(wǎng)頁如圖5所示，北斗應(yīng)急終端內(nèi)含一個WEB服務(wù)器，用戶可直接打開移動端的網(wǎng)頁瀏覽器，訪問指定網(wǎng)站，在網(wǎng)頁中進行緊急情況下的通信與定位操作。操作活動如圖6所示。

4 系統(tǒng)分析

4.1 系統(tǒng)特點與作用

充分利用配電網(wǎng)的資源，在災(zāi)害發(fā)生時，實現(xiàn)WIFI近程覆蓋，北斗短報文遠程傳輸，第一時間將現(xiàn)場受災(zāi)情況、人員信息回傳至后方指揮中心，提高應(yīng)急響應(yīng)效率。

利用北斗短報文不受地理限制、全國覆蓋的特點，打造堅強配電網(wǎng)，提升災(zāi)害抵御能力，通過快速定位，縮短搶險及停電時間，快速搶救人民生命和財產(chǎn)，降低故障或災(zāi)害帶來的損失。

4.2 系統(tǒng)適應(yīng)性

北斗數(shù)傳終端可全天候、全天時提供雙向數(shù)字報文通信，而且還可將應(yīng)急地點的位置信息進行返回，在災(zāi)害發(fā)生時將位置、災(zāi)害情況發(fā)送至后方指揮中心。北斗無線模塊為手機、移動終端戶提供接入點，在災(zāi)害情況下，供周邊的搶修人員及居民連接，發(fā)送應(yīng)急救援信號。在災(zāi)害發(fā)生導(dǎo)致電力中斷時，電源可自動觸發(fā)激活進入工作狀態(tài)，并給北斗配網(wǎng)應(yīng)急通信終端提供臨時電源，迅速建立應(yīng)急通信通道。

5 結(jié)語

北斗配電應(yīng)急通信系統(tǒng)利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)解決了配網(wǎng)設(shè)備的授時、定位和通信問題，實現(xiàn)了配電網(wǎng)設(shè)備運行的全面實時監(jiān)控，實現(xiàn)了配網(wǎng)故障快速定位，通過GIS定位故障位置并合理規(guī)劃搶修線路，縮短了故障停電時間，加快了故障處理速度，提升了用戶滿意度和客戶服務(wù)水平，切實提高了用戶供電可靠性。

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