基于北斗網(wǎng)格編碼體系的變電站室內(nèi)精準(zhǔn)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(fā)展，對室內(nèi)電力設(shè)備定位精度要求越來越高?，F(xiàn)亟需運(yùn)用一種新技術(shù)，從根源上解決變電站室內(nèi)電力設(shè)施精準(zhǔn)定位問題，實現(xiàn)設(shè)備精益管理和高效運(yùn)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(zhǔn)定位技術(shù)，制定機(jī)房設(shè)備統(tǒng)一身份標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)，提供室內(nèi)設(shè)備高精度定位服務(wù)的同時實現(xiàn)設(shè)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(biāo)

1 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的興起，智能電網(wǎng)以及電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)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(shè)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(zhǔn)定位變電站設(shè)備從而對設(shè)備發(fā)生故障情況及時預(yù)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(shè)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(biāo)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(yīng)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(shè)備精準(zhǔn)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(shè)備賦予時空屬性，制定變電站機(jī)房設(shè)備統(tǒng)一身份標(biāo)識標(biāo)準(zhǔn)，能夠高效查詢檢索設(shè)備數(shù)據(jù)，真正實現(xiàn)網(wǎng)格化、精細(xì)化、三維可視化服務(wù)，大大提高變電站室內(nèi)安全運(yùn)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(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用終端輸出的一種網(wǎng)格化位置標(biāo)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(shè)計與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)以及增強(qiáng)系統(tǒng)定位精度相匹配，可以兼顧設(shè)備和人的使用。針對變電站室內(nèi)精準(zhǔn)定位的應(yīng)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(biāo)實現(xiàn)物體外包絡(luò)面矢量建模，學(xué)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(biāo)，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(zhǔn)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(hù)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(biāo)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(yīng)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(wù)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)展示與分析系統(tǒng)等;

4、三維建模標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)優(yōu)勢。多項國際、國家以及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)支撐，更加專業(yè)地構(gòu)建基于北斗網(wǎng)格信標(biāo)和空間網(wǎng)格剖分理論的室內(nèi)精準(zhǔn)定位應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)變電站內(nèi)設(shè)施空間管理“一張圖”效果，方便室內(nèi)設(shè)施精細(xì)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(shè)備精準(zhǔn)定位和數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理有著極其重要的應(yīng)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(zhǔn)定位

3.1 變電站室內(nèi)設(shè)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(shè)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(yīng)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(biāo)識編碼。這種標(biāo)識編碼不僅能夠唯一標(biāo)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(shè)備空間位置信息進(jìn)行室內(nèi)空間位置編碼或賦碼，根據(jù)電力設(shè)備的特性，以不同形式的北斗網(wǎng)格信標(biāo)進(jìn)行空間位置標(biāo)識（紙質(zhì)標(biāo)簽、電子標(biāo)簽、射頻標(biāo)簽等），制定標(biāo)識布設(shè)方案。使用電力作業(yè)終端對室內(nèi)北斗網(wǎng)格信標(biāo)進(jìn)行全息感知，實現(xiàn)室內(nèi)高精度定位以及精細(xì)化運(yùn)行管理研究。

北斗網(wǎng)格信標(biāo)位置標(biāo)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(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備所在的網(wǎng)格，生成北斗網(wǎng)格位置碼，通過北斗信標(biāo)讀寫模塊，將北斗信標(biāo)對應(yīng)的北斗網(wǎng)格位置碼寫入至標(biāo)簽中。

空間位置信息精準(zhǔn)定位是變電站室內(nèi)電力設(shè)備融合系統(tǒng)的基本要素，利用射頻技術(shù)對帶有射頻標(biāo)識的設(shè)備和人進(jìn)行位置感知是提供室內(nèi)“最后一米”精準(zhǔn)位置信息的關(guān)鍵。當(dāng)電力北斗作業(yè)終端進(jìn)入變電站室內(nèi)可感知到北斗網(wǎng)格信標(biāo)，根據(jù)電力作業(yè)終端與多個北斗網(wǎng)格信標(biāo)的距離，計算出當(dāng)前工作人員的所在空間網(wǎng)格，通過對當(dāng)前網(wǎng)格進(jìn)行渲染與標(biāo)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(shè)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(shè)備設(shè)施、能源監(jiān)控等全域數(shù)據(jù)進(jìn)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(biāo)轉(zhuǎn)換、格式標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、流程化，為變電站室內(nèi)電力設(shè)備運(yùn)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(zhǔn)定位技術(shù)。對變電站設(shè)備賦予時空屬性，給變電站設(shè)備及數(shù)據(jù)進(jìn)行唯一編碼標(biāo)識，該方法能夠高效查詢檢索變電站設(shè)備數(shù)據(jù)，真正實現(xiàn)網(wǎng)格化、精細(xì)化、三維可視化變電站服務(wù)，大大提高了變電站室內(nèi)安全運(yùn)行管理效率。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國國家市場監(jiān)督管理總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用前景[J].地理信息世界，2014，000（003）：1-8.