1月20日，江苏无锡220千伏双河变电站开展检修作业。国网江苏省电力有限公司电力科学研究院研制的北斗信号“路由器”为吊车上安装的北斗终端提供了准确的差分定位数据，实现了吊车位置厘米级定位。
北斗差分定位技术可以为电力设备提供厘米级的高精度定位服务。由于电网企业使用北斗差分定位技术网络安全要求严、接入成本高，该技术在电力业务中的应用受限。为此，江苏电科院创新研发了北斗信号“路由器”。该设备具备差分定位数据共享、基站服务与防欺骗信号检测三重功能。每台设备的覆盖范围可达1.2平方千米，为200台以上的北斗终端提供厘米级定位服务。
电力行业需要高精度定位功能
(资料图)
目前，北斗卫星导航系统（BDS）已全面应用于各行各业。常规的北斗定位技术采用卫星信号定位，定位精度达米级，可满足导航等生活应用需求。然而，在电力行业的一些业务应用中，米级定位精度难以满足需求。
“我们迫切需要更高的定位精度来更好地保证供电可靠性和作业安全性，定位偏差最好能小于10厘米。”江苏电科院数字化技术中心物联网室主管朱道华介绍。
目前，厘米级的高精度定位主要依靠北斗差分定位技术实现。预先设置的北斗基准站对外发布差分定位数据，“告知”周边的北斗终端如何校正自身的定位坐标，使北斗终端将定位精度细化至厘米级。
江苏电科院从2020年开始研究北斗差分定位技术在电力行业的应用，牵头研制了6款高精度电力北斗业务终端，建成了电力北斗终端产品级性能检测试验场，参与了国网江苏电力北斗地基增强网建设工作。
2021年年初，江苏电科院在南京江北新区、无锡等地调研北斗技术在电力行业的应用需求，发现北斗差分定位技术可有效提升输电通道巡检等业务安全性，但技术推广受到制约。在变电站、重点输电通道等区域，往往有多台北斗终端同时工作。每台北斗终端必须配置符合电力安全要求的远程通信模块、获取差分定位服务授权信息，才能接入北斗系统。这些通信模块功耗较高，需要更大容量的电池，增加了北斗终端的体积、重量和造价。每台北斗终端都需要进行网络和差分定位服务设置，在工程应用中存在一定困难。
为了解决这些问题，朱道华带领研究团队踏上了创新之路。
北斗信号“路由器”研发成功
电力北斗业务应用大多集中在一个区域内，是否可以实时获取差分定位数据，共享给区域内其他北斗终端使用呢？如果这个方案可行，就可以实现终端低功耗、小型化、免设置，使用成本将大幅下降。因此，解决差分定位数据的共享问题成为研究团队的主攻方向。
2022年，研究团队开始探索北斗差分定位数据共享技术。在一次头脑风暴中，会议桌上摆放的路由器激发了朱道华的灵感。“我们能否研发一台北斗‘路由器’，利用电力物联网感知层通信网络分发差分定位数据，实现多个终端共享一份数据呢？”朱道华提出。
研究团队首先研究了北斗终端与电力北斗系统之间的交互协议，再结合近年来电力物联网技术的研究成果，搭建了电力北斗差分定位数据共享应用原型系统进行实验，测试了使用同一份数据对一个区域内多台北斗终端定位性能的影响，测试了不同物联网通信技术的性能。
经过近百次测试和参数调整，研究团队实现了从电力北斗系统实时获取差分定位数据，再利用本地微功率无线网络发送给北斗终端。这样一来，其他北斗终端本身无须具备远程通信功能，只需要使用一个本地微功率无线通信单元作为数据共享装置，就可以实现高精度定位。这一装置就像一台北斗信号“路由器”，起到了分发差分定位数据的作用。
为了保障网络不畅或者差分信号不佳时定位不受影响，研究团队开发了本地基站自动切换功能。北斗信号“路由器”会实时校验自身坐标，判断电力北斗系统的差分定位数据是否正常。一旦出现异常，该装置可自动转入基站模式，利用自身的准确坐标计算出当地的差分定位数据，为北斗终端提供本地差分定位服务。该装置还可以根据实时定位判断附近是否存在异常的卫星定位信号并发出告警，防止欺骗信号影响北斗终端正常工作。
研究团队在本地无线通信网络中使用了鉴权接入和数据加密等技术，使北斗信号“路由器”和北斗终端之间通过加密网络连接，保障差分定位数据和北斗终端位置数据安全传输。
是“路由器”也是物联网网关
随着电力设备规模扩大、智能感知需求增加，北斗终端应用数量日益增多，一座变电站部署的终端数量可达100台以上。实现终端准确定位并管理终端的位置数据成了一个难题。
自2022年8月起，研究团队开发电力物联网云边交互接口，使北斗信号“路由器”增加了边缘物联代理功能，实现了“一机多用”。该装置不仅能起到北斗信号“路由器”的作用，还能作为物联网网关，将北斗终端的位置数据上报至国网江苏电力物联管理平台。
“输电线路运维、变电站作业等工作都面临着终端数量多、位置变化多的问题。”朱道华介绍，“北斗信号‘路由器’在这些场景中可以发挥终端定位和位置上报的作用。”
2022年11月14日，该装置在江苏电科院园区部署并开展可靠性测试。在半个月的挂网测试中，该装置运行稳定。2022年11月29日，该装置在无锡220千伏双河变电站吊车作业三维管控项目中试点应用，防止吊车与带电设备之间的距离不符合安全距离要求，实现吊车作业全过程安全监护。
北斗信号“路由器”的应用降低了北斗差分定位技术的使用成本，为“电力+北斗”技术的应用提供了一个可复制、可推广、低成本的应用方案，将在江苏全省变电站、输电通道推广。
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