石明 董然

摘要：隨著無人變電站、智能變電站的快速發(fā)展，對室內(nèi)電力設備定位精度要求越來越高?，F(xiàn)亟需運用一種新技術(shù)，從根源上解決變電站室內(nèi)電力設施精準定位問題，實現(xiàn)設備精益管理和高效運維。本文提出一種基于北斗網(wǎng)格編碼體系的變電站室內(nèi)精準定位技術(shù)，制定機房設備統(tǒng)一身份標識標準，提供室內(nèi)設備高精度定位服務的同時實現(xiàn)設備帳卡物的一致性管理。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)定位;北斗網(wǎng)格位置碼;變電站;北斗信標

1 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)應用的興起，智能電網(wǎng)以及電力物聯(lián)網(wǎng)的建設對變電站精益化管理也提出了要求。目前變電站基本已配置綜合自動化系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)及電氣設備在線監(jiān)控系統(tǒng)等，但是上述系統(tǒng)不能實現(xiàn)變電站全覆蓋，也不能實時精準定位變電站設備從而對設備發(fā)生故障情況及時預警和報警。另外，現(xiàn)有的室內(nèi)定位技術(shù)存在定位精度不夠高、信號處理難、布設室內(nèi)信號網(wǎng)成本高等問題，且缺乏對空間位置數(shù)據(jù)的統(tǒng)一標識、關(guān)聯(lián)查詢及綜合分析等時空大數(shù)據(jù)方面的挖掘應用，不能滿足變電站的精益化管理需求。

為解決上述問題，本文提出了一種全新的變電站室內(nèi)設備精準定位與變電站室內(nèi)三維可視化解決方案，利用北斗網(wǎng)格編碼技術(shù)，可對變電站設備賦予時空屬性，制定變電站機房設備統(tǒng)一身份標識標準，能夠高效查詢檢索設備數(shù)據(jù)，真正實現(xiàn)網(wǎng)格化、精細化、三維可視化服務，大大提高變電站室內(nèi)安全運行管理效率。

2 北斗網(wǎng)格位置碼

北斗網(wǎng)格位置碼是一種適用于北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)應用終端輸出的一種網(wǎng)格化位置標識[1]，它是在地球空間剖分理論[2]的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，編碼方式設計與北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)以及增強系統(tǒng)定位精度相匹配，可以兼顧設備和人的使用。針對變電站室內(nèi)精準定位的應用場景，北斗網(wǎng)格編碼有以下其他技術(shù)不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢：

1、三維建模真三維優(yōu)勢?，F(xiàn)有的GIS、BIM等三維圖均采用連續(xù)經(jīng)緯度坐標實現(xiàn)物體外包絡面矢量建模，學術(shù)上稱2.5維或2.75維三維模型，北斗網(wǎng)格碼采用地球剖分網(wǎng)格坐標，利用多尺度網(wǎng)格積木式建模，物體的表面及內(nèi)部均可精準描述，屬于真三維建模，適合數(shù)據(jù)孿生對全部空間表征的需要。

2、三維建模成本優(yōu)勢。對現(xiàn)有數(shù)據(jù)不推倒、不重來，利用北斗網(wǎng)格三維圖建模工具，可快速對現(xiàn)有的GIS、BIM三維圖網(wǎng)格化，實現(xiàn)真三維數(shù)據(jù)重構(gòu)，保護了已有數(shù)據(jù)資產(chǎn)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資產(chǎn)統(tǒng)一三維空間編碼標識，是一種低成本見效快實現(xiàn)數(shù)字孿生電力資產(chǎn)數(shù)字化的技術(shù)途徑。

3、三維建模應用性能優(yōu)勢。利用北斗網(wǎng)格位置碼計算優(yōu)勢，可以高效建立統(tǒng)一的電力資產(chǎn)大數(shù)據(jù)時空索引系統(tǒng)、注冊與解析數(shù)據(jù)服務系統(tǒng)及數(shù)據(jù)展示與分析系統(tǒng)等;

4、三維建模標準引領(lǐng)優(yōu)勢。多項國際、國家以及行業(yè)標準支撐，更加專業(yè)地構(gòu)建基于北斗網(wǎng)格信標和空間網(wǎng)格剖分理論的室內(nèi)精準定位應用系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站內(nèi)設施空間管理“一張圖”效果，方便室內(nèi)設施精細化管理。

因此，將北斗網(wǎng)格位置碼用于變電站室內(nèi)電力設備精準定位和數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理有著極其重要的應用價值和發(fā)展前景。

3 基于北斗網(wǎng)格編碼體系的變電站室內(nèi)精準定位

3.1 變電站室內(nèi)設備北斗網(wǎng)格編碼體系

本文基于北斗網(wǎng)格編碼，結(jié)合電力行業(yè)特點，提出變電站室內(nèi)空間剖分模型，實現(xiàn)大到整個建筑室內(nèi)空間，小到一個電力設備與全球網(wǎng)格的一一映射。

結(jié)合變電站環(huán)境及相關(guān)數(shù)據(jù)的應用需求，變電站編碼模型選擇空間信息作為主要建模依據(jù)，為層級、形態(tài)等特征各異的電力資產(chǎn)數(shù)據(jù)，提供結(jié)構(gòu)、長度一致的標識編碼。這種標識編碼不僅能夠唯一標識電力資產(chǎn)數(shù)據(jù)，還能夠體現(xiàn)編碼對象的基礎(chǔ)信息（如時間、屬性、類別等）。利用北斗電力時空信息網(wǎng)格碼作為識別ID，通過北斗電力時空信息網(wǎng)格碼搭建空間索引算法，構(gòu)建電力對象與對象的空間互聯(lián)，形成電網(wǎng)資產(chǎn)編碼基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

3.2 變電站室內(nèi)信息采集與高精度定位

對采集來的變電站室內(nèi)電力設備空間位置信息進行室內(nèi)空間位置編碼或賦碼，根據(jù)電力設備的特性，以不同形式的北斗網(wǎng)格信標進行空間位置標識（紙質(zhì)標簽、電子標簽、射頻標簽等），制定標識布設方案。使用電力作業(yè)終端對室內(nèi)北斗網(wǎng)格信標進行全息感知，實現(xiàn)室內(nèi)高精度定位以及精細化運行管理研究。

北斗網(wǎng)格信標位置標簽生成以后，根據(jù)構(gòu)建的變電站三維立體網(wǎng)格模型，查詢需要部署北斗網(wǎng)格信標的關(guān)鍵設備所在的網(wǎng)格，生成北斗網(wǎng)格位置碼，通過北斗信標讀寫模塊，將北斗信標對應的北斗網(wǎng)格位置碼寫入至標簽中。

空間位置信息精準定位是變電站室內(nèi)電力設備融合系統(tǒng)的基本要素，利用射頻技術(shù)對帶有射頻標識的設備和人進行位置感知是提供室內(nèi)“最后一米”精準位置信息的關(guān)鍵。當電力北斗作業(yè)終端進入變電站室內(nèi)可感知到北斗網(wǎng)格信標，根據(jù)電力作業(yè)終端與多個北斗網(wǎng)格信標的距離，計算出當前工作人員的所在空間網(wǎng)格，通過對當前網(wǎng)格進行渲染與標注、實現(xiàn)工作人員室內(nèi)定位、軌跡、停留時間等查詢。最終形成一套室內(nèi)定位體系，從而實現(xiàn)靜止或移動的人員、物體等在室內(nèi)空間的定位和位置監(jiān)控。

3.3 變電站室內(nèi)空間數(shù)字孿生三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)圖構(gòu)建

對于變電站現(xiàn)有的CAD數(shù)據(jù)、BIM數(shù)據(jù)、電力設備數(shù)據(jù)、監(jiān)控影像等各類型數(shù)據(jù)，構(gòu)建變電站空間三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)模型，對變電站內(nèi)的建筑物、設備設施、能源監(jiān)控等全域數(shù)據(jù)進行數(shù)字孿生三維網(wǎng)格建模工程，內(nèi)容包括數(shù)據(jù)編目、元信息提取、坐標轉(zhuǎn)換、格式標準化、數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)編碼等，實現(xiàn)海量、多源、異構(gòu)變電站室內(nèi)運行數(shù)據(jù)的標準化、規(guī)范化、流程化，為變電站室內(nèi)電力設備運行數(shù)據(jù)的一體化組織和高效管理奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

本文基于空間剖分理論和北斗網(wǎng)格位置碼，提出了一種變電站室內(nèi)精準定位技術(shù)。對變電站設備賦予時空屬性，給變電站設備及數(shù)據(jù)進行唯一編碼標識，該方法能夠高效查詢檢索變電站設備數(shù)據(jù)，真正實現(xiàn)網(wǎng)格化、精細化、三維可視化變電站服務，大大提高了變電站室內(nèi)安全運行管理效率。

參考文獻

[1]中華人民共和國國家市場監(jiān)督管理總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 39409—2020，北斗網(wǎng)格位置碼[S].

[2]程承旗，付晨.地球空間參考網(wǎng)格及應用前景[J].地理信息世界，2014，000（003）：1-8.