基于北斗網格編碼體系的變電站室內精準定位研究

石明 董然

摘要：隨著無人變電站、智能變電站的快速發展，對室內電力設備定位精度要求越來越高。現亟需運用一種新技術，從根源上解決變電站室內電力設施精準定位問題，實現設備精益管理和高效運維。本文提出一種基于北斗網格編碼體系的變電站室內精準定位技術，制定機房設備統一身份標識標準，提供室內設備高精度定位服務的同時實現設備帳卡物的一致性管理。

關鍵詞：室內定位;北斗網格位置碼;變電站;北斗信標

1 引言

隨著物聯網應用的興起，智能電網以及電力物聯網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、視頻監控系統及電氣設備在線監控系統等，但是上述系統不能實現變電站全覆蓋，也不能實時精準定位變電站設備從而對設備發生故障情況及時預警和報警。另外，現有的室內定位技術存在定位精度不夠高、信號處理難、布設室內信號網成本高等問題，且缺乏對空間位置數據的統一標識、關聯查詢及綜合分析等時空大數據方面的挖掘應用，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設備精準定位與變電站室內三維可視化解決方案，利用北斗網格編碼技術，可對變電站設備賦予時空屬性，制定變電站機房設備統一身份標識標準，能夠高效查詢檢索設備數據，真正實現網格化、精細化、三維可視化服務，大大提高變電站室內安全運行管理效率。

2 北斗網格位置碼

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

1、三維建模真三維優勢。現有的GIS、BIM等三維圖均采用連續經緯度坐標實現物體外包絡面矢量建模，學術上稱2.5維或2.75維三維模型，北斗網格碼采用地球剖分網格坐標，利用多尺度網格積木式建模，物體的表面及內部均可精準描述，屬于真三維建模，適合數據孿生對全部空間表征的需要。

2、三維建模成本優勢。對現有數據不推倒、不重來，利用北斗網格三維圖建模工具，可快速對現有的GIS、BIM三維圖網格化，實現真三維數據重構，保護了已有數據資產，實現了數據資產統一三維空間編碼標識，是一種低成本見效快實現數字孿生電力資產數字化的技術途徑。

3、三維建模應用性能優勢。利用北斗網格位置碼計算優勢，可以高效建立統一的電力資產大數據時空索引系統、注冊與解析數據服務系統及數據展示與分析系統等;

4、三維建模標準引領優勢。多項國際、國家以及行業標準支撐，更加專業地構建基于北斗網格信標和空間網格剖分理論的室內精準定位應用系統，實現變電站內設施空間管理“一張圖”效果，方便室內設施精細化管理。

因此，將北斗網格位置碼用于變電站室內電力設備精準定位和數據統一管理有著極其重要的應用價值和發展前景。

3 基于北斗網格編碼體系的變電站室內精準定位

3.1 變電站室內設備北斗網格編碼體系

本文基于北斗網格編碼，結合電力行業特點，提出變電站室內空間剖分模型，實現大到整個建筑室內空間，小到一個電力設備與全球網格的一一映射。

結合變電站環境及相關數據的應用需求，變電站編碼模型選擇空間信息作為主要建模依據，為層級、形態等特征各異的電力資產數據，提供結構、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數據，還能夠體現編碼對象的基礎信息（如時間、屬性、類別等）。利用北斗電力時空信息網格碼作為識別ID，通過北斗電力時空信息網格碼搭建空間索引算法，構建電力對象與對象的空間互聯，形成電網資產編碼基礎結構。

3.2 變電站室內信息采集與高精度定位

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

北斗網格信標位置標簽生成以后，根據構建的變電站三維立體網格模型，查詢需要部署北斗網格信標的關鍵設備所在的網格，生成北斗網格位置碼，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電力設備融合系統的基本要素，利用射頻技術對帶有射頻標識的設備和人進行位置感知是提供室內“最后一米”精準位置信息的關鍵。當電力北斗作業終端進入變電站室內可感知到北斗網格信標，根據電力作業終端與多個北斗網格信標的距離，計算出當前工作人員的所在空間網格，通過對當前網格進行渲染與標注、實現工作人員室內定位、軌跡、停留時間等查詢。最終形成一套室內定位體系，從而實現靜止或移動的人員、物體等在室內空間的定位和位置監控。

3.3 變電站室內空間數字孿生三維網格數據圖構建

對于變電站現有的CAD數據、BIM數據、電力設備數據、監控影像等各類型數據，構建變電站空間三維網格數據模型，對變電站內的建筑物、設備設施、能源監控等全域數據進行數字孿生三維網格建模工程，內容包括數據編目、元信息提取、坐標轉換、格式標準化、數據接入、數據編碼等，實現海量、多源、異構變電站室內運行數據的標準化、規范化、流程化，為變電站室內電力設備運行數據的一體化組織和高效管理奠定技術基礎。

4 結束語

本文基于空間剖分理論和北斗網格位置碼，提出了一種變電站室內精準定位技術。對變電站設備賦予時空屬性，給變電站設備及數據進行唯一編碼標識，該方法能夠高效查詢檢索變電站設備數據，真正實現網格化、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督管理總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T 39409—2020，北斗網格位置碼[S].

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