北斗衛星系統在配電網災害應急中的應用

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星系統的配電網應急系統，集合電源充放電技術、無線接入技術、北斗短報文通信技術，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設備供電。通過集成無線WIFI終端、北斗數傳終端，在災害發生時，解決災害現場狀況、人員信息等數據的回傳問題，實現應急場景下故障及災害信息的及時上報。

關鍵詞：北斗衛星；應急；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

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

1 現狀與概述

1.1 現有電力應急通信分析

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，大型發電廠、變電站以及中低壓配網自動化系統，基本上都采用此類通信技術[4-6]。但目前使用的技術在遇到突發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，導致通信中斷，故障排查和檢修又極其困難；GPRS信號由于受發射功率的影響，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，信號穩定性差；GPS系統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非國產系統對于電力這個關鍵行業存在著安全風險。

1.2 北斗衛星系統優勢

綜上情況，應用北斗衛星系統是配電網應對災害突發情況更加穩定可靠的方式[7-11]。北斗衛星系統擁有中國自主知識產權，具有全天候、無死角、無盲區、抗災害能力強的特點，系統具有三大主要功能：快速精準定位，災害發生時可準確得到受災地點坐標；精密授時，北斗系統可向用戶提供20～100ns同步精度的時間信息；短報文通信，北斗衛星系統一大特色，可實現用戶終端雙向報文通信，通訊鏈路穩定可靠，災害發生時能夠利用北斗短報文實現受災地區人員與應急指揮中心的雙向通信，幫助指揮人員和搶修人員了解現場狀況，提高應急搶險速度，最大限度的保護人民生命和財產，降低損失。

2 應用系統設計

2.1 系統總構架

北斗配電應急通信系統由北斗配電終端監測平臺應急通信模塊和北斗配電應急通信終端兩大部分組成。系統主要構成如圖1所示。其中，北斗配電應急通信終端由北斗數傳終端、北斗無線模塊及手機應用軟件組成。

2.2 北斗配電應急通信單元

2.2.1 組成框架

北斗配電應急通信終端內置操作系統，控制北斗數傳終端與無線模塊之間的數據傳輸以及內置WEB服務器，提供WEB訪問服務，且能夠存儲用戶數據。北斗數傳終端負責北斗數據的發送與接收，實現北斗短報文通信與位置采集服務功能。北斗數傳終端在配電網出現斷電后，將立即上報一條位置信息到配電網主站，以此通知平臺當前配電網節點出現了斷電現象。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場應急通信通道的服務。北斗配電應急通信終端結構示意圖如圖2所示。

2.2.2 移動端與應急終端間通信

WIFI服務終端通過內置服務器提供一套完整的北斗通信WEB服務，當移動端接入終端后，通過WIFI向終端發送一系列的數據與指令。所有的數據與指令形式都以符合HTTP協議的請求方式發送，當終端WEB服務器接收到請求后經過處理，將向移動端返回請求結果，并在北斗終端用戶卡通信頻度可用時逐條向平臺上報數據。同樣，移動端通過查詢并接收到平臺下發數據后，按照北斗通信協議解析數據并顯示在網頁或者APP界面上，通過這種方式實現移動端與北斗配電應急通信終端的通信。

2.2.3 應急終端與監控平臺間通信

應急終端接收到通信請求后，內置操作系統將按照北斗協議組裝指令，轉發至北斗數傳終端內的北斗模塊，再通過北斗衛星將數據發送至監控平臺的北斗設備上。同樣，應急終端接收到平臺發來的信息后，北斗數傳終端將會把數據轉發至系統，系統解析后推送給移動端用戶。北斗配電應急通信終端的整體通信數據流程如圖3所示。

2.3 北斗配電終端監測平臺系統

2.3.1 平臺架構

北斗配電終端監測平臺應急通信模塊在北斗配電終端監測平臺的基礎上增加了應急短報文信息展示及信息交互。結合GIS地圖，展示應急地點的位置信息及現場上報文字信息。組成如圖4所示。

2.3.2 平臺數據處理

電力監控平臺搭建上北斗設備，便能接收到北斗配電應急通信終端發來的數據，接收的北斗數據傳入北斗配電監測平臺，平臺根據北斗協議解析出信息，信息包括短報文內容和位置信息等。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容，平臺會根據接收到的應急終端北斗卡號，查詢預先登記好的數據庫數據，顯示出該JP柜的信息，并將緊急信息顯示出來，平臺可根據當地情況安排檢修。

3 系統應用

3.1 應用場景

當發生災害并且電力中斷時，JP柜開啟內置蓄電池線路給北斗WIFI應急通信終端供電，激活北斗配電應急通信終端。終端啟動后組建無線熱點并自動上報系統位置信息，搶險人員及受災用戶可通過手機、移動終端等智能設備連接到北斗配電應急通信終端的無線網絡，通過手機瀏覽器訪問應急通信WEB網頁，用戶在網頁中填寫受災及人員狀況并提交或直接通過APP進行操作。信息通過北斗數傳終端經由北斗衛星導航系統傳送至后方應急指揮中心，應急指揮中心也可通過北斗衛星發送信息到受災地區，用戶可使用瀏覽器查看應急指揮中心返回的信息。

3.2 系統應用效果

移動端通過WIFI與應急終端連接后，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；通過訪問應急通信網頁如圖5所示，北斗應急終端內含一個WEB服務器，用戶可直接打開移動端的網頁瀏覽器，訪問指定網站，在網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 系統分析

4.1 系統特點與作用

充分利用配電網的資源，在災害發生時，實現WIFI近程覆蓋，北斗短報文遠程傳輸，第一時間將現場受災情況、人員信息回傳至后方指揮中心，提高應急響應效率。

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，提升災害抵御能力，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，降低故障或災害帶來的損失。

4.2 系統適應性

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

5 結語

北斗配電應急通信系統利用北斗衛星系統解決了配網設備的授時、定位和通信問題，實現了配電網設備運行的全面實時監控，實現了配網故障快速定位，通過GIS定位故障位置并合理規劃搶修線路，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水平，切實提高了用戶供電可靠性。

參考文獻

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