基于北斗网格编码体系的变电站室内精准定位研究

石明 董然

摘要：随着无人变电站、智能变电站的快速发展，对室内电力设备定位精度要求越来越高。现亟需运用一种新技术，从根源上解决变电站室内电力设施精准定位问题，实现设备精益管理和高效运维。本文提出一种基于北斗网格编码体系的变电站室内精准定位技术，制定机房设备统一身份标识标准，提供室内设备高精度定位服务的同时实现设备帐卡物的一致性管理。

关键词：室内定位;北斗网格位置码;变电站;北斗信标

1 引言

随着物联网应用的兴起，智能电网以及电力物联网的建设对变电站精益化管理也提出了要求。目前變电站基本已配置综合自动化系统、视频监控系统及电气设备在线监控系统等，但是上述系统不能实现变电站全覆盖，也不能实时精准定位变电站设备从而对设备发生故障情况及时预警和报警。另外，现有的室内定位技术存在定位精度不够高、信号处理难、布设室内信号网成本高等问题，且缺乏对空间位置数据的统一标识、关联查询及综合分析等时空大数据方面的挖掘应用，不能满足变电站的精益化管理需求。

为解决上述问题，本文提出了一种全新的变电站室内设备精准定位与变电站室内三维可视化解决方案，利用北斗网格编码技术，可对变电站设备赋予时空属性，制定变电站机房设备统一身份标识标准，能够高效查询检索设备数据，真正实现网格化、精细化、三维可视化服务，大大提高变电站室内安全运行管理效率。

2 北斗网格位置码

北斗网格位置码是一种适用于北斗卫星导航系统应用终端输出的一种网格化位置标识[1]，它是在地球空间剖分理论[2]的基础上产生的，编码方式设计与北斗卫星导航系统以及增强系统定位精度相匹配，可以兼顾设备和人的使用。针对变电站室内精准定位的应用场景，北斗网格编码有以下其他技术不可比拟的技术优势：

1、三维建模真三维优势。现有的GIS、BIM等三维图均采用连续经纬度坐标实现物体外包络面矢量建模，学术上称2.5维或2.75维三维模型，北斗网格码采用地球剖分网格坐标，利用多尺度网格积木式建模，物体的表面及内部均可精准描述，属于真三维建模，适合数据孪生对全部空间表征的需要。

2、三维建模成本优势。对现有数据不推倒、不重来，利用北斗网格三维图建模工具，可快速对现有的GIS、BIM三维图网格化，实现真三维数据重构，保护了已有数据资产，实现了数据资产统一三维空间编码标识，是一种低成本见效快实现数字孪生电力资产数字化的技术途径。

3、三维建模应用性能优势。利用北斗网格位置码计算优势，可以高效建立统一的电力资产大数据时空索引系统、注册与解析数据服务系统及数据展示与分析系统等;

4、三维建模标准引领优势。多项国际、国家以及行业标准支撑，更加专业地构建基于北斗网格信标和空间网格剖分理论的室内精准定位应用系统，实现变电站内设施空间管理“一张图”效果，方便室内设施精细化管理。

因此，将北斗网格位置码用于变电站室内电力设备精准定位和数据统一管理有着极其重要的应用价值和发展前景。

3 基于北斗网格编码体系的变电站室内精准定位

3.1 变电站室内设备北斗网格编码体系

本文基于北斗网格编码，结合电力行业特点，提出变电站室内空间剖分模型，实现大到整个建筑室内空间，小到一个电力设备与全球网格的一一映射。

结合变电站环境及相关数据的应用需求，变电站编码模型选择空间信息作为主要建模依据，为层级、形态等特征各异的电力资产数据，提供结构、长度一致的标识编码。这种标识编码不仅能够唯一标识电力资产数据，还能够体现编码对象的基础信息（如时间、属性、类别等）。利用北斗电力时空信息网格码作为识别ID，通过北斗电力时空信息网格码搭建空间索引算法，构建电力对象与对象的空间互联，形成电网资产编码基础结构。

3.2 变电站室内信息采集与高精度定位

对采集来的变电站室内电力设备空间位置信息进行室内空间位置编码或赋码，根据电力设备的特性，以不同形式的北斗网格信标进行空间位置标识（纸质标签、电子标签、射频标签等），制定标识布设方案。使用电力作业终端对室内北斗网格信标进行全息感知，实现室内高精度定位以及精细化运行管理研究。

北斗网格信标位置标签生成以后，根据构建的变电站三维立体网格模型，查询需要部署北斗网格信标的关键设备所在的网格，生成北斗网格位置码，通过北斗信标读写模块，将北斗信标对应的北斗网格位置码写入至标签中。

空间位置信息精准定位是变电站室内电力设备融合系统的基本要素，利用射频技术对带有射频标识的设备和人进行位置感知是提供室内“最后一米”精准位置信息的关键。当电力北斗作业终端进入变电站室内可感知到北斗网格信标，根据电力作业终端与多个北斗网格信标的距离，计算出当前工作人员的所在空间网格，通过对当前网格进行渲染与标注、实现工作人员室内定位、轨迹、停留时间等查询。最终形成一套室内定位体系，从而实现静止或移动的人员、物体等在室内空间的定位和位置监控。

3.3 变电站室内空间数字孪生三维网格数据图构建

对于变电站现有的CAD数据、BIM数据、电力设备数据、监控影像等各类型数据，构建变电站空间三维网格数据模型，对变电站内的建筑物、设备设施、能源监控等全域数据进行数字孪生三维网格建模工程，内容包括数据编目、元信息提取、坐标转换、格式标准化、数据接入、数据编码等，实现海量、多源、异构变电站室内运行数据的标准化、规范化、流程化，为变电站室内电力设备运行数据的一体化组织和高效管理奠定技术基础。

4 结束语

本文基于空间剖分理论和北斗网格位置码，提出了一种变电站室内精准定位技术。对变电站设备赋予时空属性，给变电站设备及数据进行唯一编码标识，该方法能够高效查询检索变电站设备数据，真正实现网格化、精细化、三维可视化变电站服务，大大提高了变电站室内安全运行管理效率。

参考文献

[1]中华人民共和国国家市场监督管理总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T 39409—2020，北斗网格位置码[S].

[2]程承旗，付晨.地球空间参考网格及应用前景[J].地理信息世界，2014，000（003）：1-8.