基于北斗卫星通信方式与电力104规约结合的智能物联网数据研究与应用
基于5G+北斗的智慧编组站研究与应用·
研究探讨基于5G+北斗的智慧编组站研究与应用陈建译（中国铁路广州局集团有限公司电务部，广东广州510008）摘要：目前铁路站场通信主要使用铁路无线通信系统450MHz无线列调和铁路数字移动通信（GSM-R）技术，既有通信手段已难以满足编组站众多智慧业务的需求，而5G作为新一代移动通信技术在公网中已广泛部署并快速发展，具备大带宽、高可靠、低时延、海量连接等特征，满足铁路编组站场景的需求。
中国铁路广州局集团有限公司结合“智慧广铁”规划，以江村编组站综合自动化系统（CIPS）改造项目为契机，通过深入分析调机自动化车地信息传送、货检移动作业、可视化调度等铁路业务对于5G系统的业务需求，提出编组站5G智慧应用目标，构建以5G+MEC+北斗为基础的智慧编组站应用体系架构，制定应用发展路线和分阶段实施目标，并开展了系统建设与现场应用，为推动5G技术在智慧铁路的应用提供重要参考。
关键词：铁路；智慧编组站；5G；MEC；北斗；发展路线中图分类号：U285；U291.4文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）10-0085-08 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.10.0850引言与第四代移动通信技术（4G-LTE）相比，5G的传输速率提升10余倍，具有更高速率、更低时延，支持更多应用场景的优势。
编组站接发车、调车、货检、列检等业务众多，特别是随着可视化调车、货检视频图像、调车机车全自动运行等大带宽、低时延业务的涌现，4G-LTE难以全面支撑各类业务，采用5G技术则可在统一平台上承载各类业务，也可避免站场无线通信系统分散建设带来的重复投资、互联互通困难等相关问题［1］。
中国铁路广州局集团有限公司（简称广州局集团公司）自2020年开始“智慧广铁”规划工作，基金项目：中国铁路广州局集团有限公司科技研究开发计划项目（2021K080-Z）作者简介：陈建译（1964—），男，正高级工程师。
北斗高精度位置服务在智能电网中的应用
北斗高精度位置服务在智能电网中的应用
周萌;王勇;杨頔
【期刊名称】《中国新通信》
【年(卷),期】2024(26)1
【摘要】随着智能电网的发展,对电网设备的高精度定位和监测需求越来越大。
而北斗高精度位置服务是北斗卫星导航系统提供的一种高精度定位服务,可以实现厘米级的定位精度。
因此,在智能电网中应用北斗高精度位置服务可以实现对电网设备、电力负荷和电力环境等方面的精确监测和管理,提高电网的安全性、可靠性和效率。
本文介绍了北斗高精度位置服务在智能电网中的应用意义和原则,分析了北斗高精度位置服务在智能电网中的应用,并提出几点应用原则,以期为智能电网的建设和发展提供有益的参考和借鉴。
【总页数】4页(P60-62)
【作者】周萌;王勇;杨頔
【作者单位】国网思极位置服务有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TN9
【相关文献】
1.北斗地基增强技术在电网高精度地理位置服务中的应用
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北斗在电力行业的应用
北斗在电力行业的应用随着国家的推进，北斗卫星导航系统已经逐渐成为我国的民用卫星导航及定位服务产业的组成部分，受到了广泛的关注和应用。
在电力行业中，北斗系统可以发挥重要的作用。
本文将从北斗在电力行业的应用方面进行探讨。
一、北斗系统的特点和优势北斗系统是一种不受地形限制、不受时空限制的卫星导航系统，其特点和优势主要有以下方面：1. 全球性北斗系统覆盖全球，可以提供全球范围内的导航和定位服务。
2. 显示速度快北斗系统的显示速度非常快，能够在很短的时间内显示出导航图像。
3. 低成本相比其他卫星定位系统，北斗系统具有较低的成本，并且可以提供更稳定、更可靠的导航服务。
4. 时间同步北斗系统具有时间同步功能，可以提供精确的时间服务。
5. 可扩展性北斗系统具有较强的可扩展性，可以在导航、监控、通信、地震监测等方面进行应用。
二、北斗在电力行业的应用在电力行业中，北斗系统可以发挥多种作用。
1. 电力设备监测北斗系统可以用于电力设备的监测。
通过北斗系统，可以实时监测电力设备的位置、状态、工作时间等信息。
这对于电力企业的管理和维护非常有益。
2. 故障快速定位在电力设备出现故障时，通过北斗系统可以快速定位故障点，便于及时修复和维护。
这可以大大减少设备故障的停机时间和对电网的影响。
3. 质量监管北斗系统可以实现对电力产品的质量监管。
通过北斗系统，可以追踪产品的生产、运输、销售、使用等全过程，确保产品的质量和安全。
4. 资源调度北斗系统可以帮助电力企业进行资源调度。
通过北斗系统，可以实时监测电力设备的位置和工作情况，利用数据对电网资源进行调度，提高资源的利用率和电网的运行效率。
5. 安全监管在电力行业中，安全是最重要的。
北斗系统可以帮助电力企业进行安全监管。
通过北斗系统，可以实时监测电力设备的位置、状态、工作时间等信息，及时发现潜在的安全隐患。
三、北斗系统在电力行业中具有非常广泛的应用前景。
无论是在设备监测、故障定位、质量监管、资源调度还是安全监管等方面，都可以发挥重要的作用。
进一步加强北斗系统在联合勤务保障中的应用
Industry Observation产业观察DCW39数字通信世界2020.121 北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行并与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统。
目前，在基础产品产业化方面，国产北斗芯片、模块、天线等关键技术已取得全面突破，性能、价格与国际同类产品相当。
在关系国计民生的行业、区域、大众应用方面，规模进一步扩大。
在联合勤务保障领域，还需要进一步拓展北斗卫星导航系统的应用，有效打通战区至联合勤务保障末端信息链路，为各级保障力量实时掌握前方情况、精确感知保障需求、高效聚合保障资源、快速组织保障行动提供信息化手段。
北斗卫星导航系统从 20世纪80年代末期开始预研，经历了实验系统（北斗一号）和区域系统（北斗二号）两个阶段，2012年北斗二号正式投入运行，在亚太地区具备了与美国 GPS 性能相当的导航定位能力，2015年发射了 4颗新一代北斗导航卫星，北斗卫星导航系统由区域运行向全球拓展。
到 2020年5月，“北斗三号”全球星座组网将按计划发射最后一颗卫星，完成覆盖全球的系统建设目标。
北斗卫星导航系统由空间星座、地面控制和用户终端三大部分组成。
用户终端接收由地面控制中心经卫星转发的测距信号，大致分为五类：一是基本型，适合于一般的导航定位应用；二是通信型，适合于野外作业等各类数据采集和数据传输用户；三是授时型，适合于授时、校时、时间同步等用户；四是指挥型，适合于小型指挥中心指挥调度、监控管理等应用，具有识别、指挥下属用户机的功能；五是多模型用户机，既能接收北斗卫星定位和通信信息，又可利用 GPS 系统定位。
北斗卫星导航系统建成后将为全球用户提供卫星定位、测速和授时服务，并为我国及周边地区用户提供定位精度优于 1 m 的广域差分服务和短报文通信服务。
“北斗三号”系统继承“北斗”有源定位服务和无源定位服务两种技术体制，能够为全球用户提供定位、测速、授时、全球短报文通信、国际搜救服务等。
北斗卫星通信系统在电网中的应用
技术推广北斗卫星通5系统在电网中的应用刘陆洋部亚轩（国网乌鲁木齐供电公司，新疆乌鲁木齐830011）摘要：随着新技术的不断更新发展，寻求新技术解决电网中的问题是一种很好的方式，北斗卫星通信技术已经很成熟，而且通信覆盖面广、接入灵活，运用到电网中作为传统电力通信网的一种补充，将是一种很好的选择。
关键词：北斗卫星；电网；授时；应用1北斗卫星通信技术介绍目前国内对于北斗卫星的运用已经到第三代的应用，主要应用在可在全球范围内各种气候、各时段为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，北斗卫星具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为10m,测速精度可达0.2m/s,授时精度为10ms1；在数据通信运用方面，具有短报文通信能力。
11多通信模块集成可实现具有卫星通信、公网、集群对讲三合一网络的应急指挥终端。
根据对目前市面的深入调研和技术分析可知，有很多厂商实现了在一个终端中集成、绑定了上述3种通信模块，其优势是1个终端可当3个不同类型终端用，方便、简单、功能多，可以实现卫星通信、公网、集群对讲的切换使用,在使用时可以根据现场的实际环境情况和条件选择其中一种通信方式使用。
但因为三者之间网络制式及通信协议各不相同，集群语音无法通过卫星或公网上传下达，这是三合一网络的应急指挥终端目前存在的一点缺点，但随着北斗卫星应用的更深入研究，这一缺点也将会被改善。
1.2信道资源自适应分配运用电网在开展电力应急抢修工作时，由于抢修地点的局限性，传统的电力通信网往往无法实现通信支撑。
比如，公网虽有信号,但公网信号强度较差，传输速率有可能低于卫星网络，而公网不同网络间，移动、电信、联通等3大运营商的公网信号强度也很难界定网速差异,所以在同一应急终端中采用信道资源自适应分配技术,实现不同网络的优选，进行网速自甄别,对数据进行分包、多通道并行传输，是解决室外电力应急中数据通信的段。
1.3长报文传输“北斗”卫星导航系统可以在服务区域内任何时间、任何地点，为用户提供双向短报文通信服务囚。
北斗导航系统在物联网中的应用解析
“北斗一号”卫星导航系统在2008年的汶川地震抗震救灾中发挥了重要作用，救 灾部队携带的“北斗一号”终端机不断从前线发回各类灾情报告，为指挥部指挥抗震 救灾提供了重要的信 息支援。
北斗卫星导航系统的组成
Байду номын сангаас
太空段
5颗静止轨道卫星 30颗中轨道非静止 轨道卫星
地面控制中心
主控站 测轨站 测高战 校正站 计算中心
北斗导航与物联网的联系
北斗导航与物联网技术之间的关系，具体地来讲，北斗导航为物联网技术 应用提供位置导航服务，有了北斗导航的导航功能，可以增加物联网的应用范 围。而物联网技术作为北斗导航系统的产业链中的一环，既可以直接形成导航 应用产品，服务于广大用户，又可以促进新产业的出现，促进信息科技产业的 发展。
北斗导航在物联网应用中的优势
物联网技术是在互联网技术基础上的一种延伸和拓展，其核心和基础仍然是相 互之间的通信和交流，以此来达到资源共享之目的。在物联网通信过程中，当需要 对物体的位置进行准确的定位，特别是移动中的物体，采取传统的方法是比较困难 的，甚至是无法解决的。现在最好的解决方法是利用卫星导航定位系统，即利用 GPS的定位和导航服务。相对于传统意义上的方法，具有明显的优点和可操作性， 准确的位置信息，精准的授时服务，无需组建网络，覆盖范围广，获取信息方便等 优点。同时，其缺点也是很明显的：利用GPS有较大的安全隐患，特别是在战争时 候，风险可能更大，物联网通信就会受到影响，其功能会受到一定程度的削弱。因 为美国政府从来没有对GPS的质量和使用寿命做出过承诺和保证，而且美国军方还 可以对特定地方的GPS信号进行干扰和致盲。因此，完全自主的北斗导航系统，可 以完美地解决网联网技术中的定位导航问题，同时也可以保障系统工作的安全性和 可靠性。
北斗卫星通信概述及应用领域
北⽃卫星通信概述及应⽤领域⽬录⼀、北⽃卫星通信概述 (2)⼆、北⽃卫星通信应⽤领域 (2)2.1北⽃卫星通信在⽔利⾏业中的应⽤ (2)2.2北⽃卫星通信在⽔情监测数据传输中的应⽤ (3)三、北⽃卫星通信⽅式 (4)3.1点对点双向通信 (4)3.2多点对⼀点通信 (4)四、北⽃卫星通信的优缺点 (5)4.1北⽃卫星通信的优点 (5)4.2北⽃卫星通信的缺点 (5)北⽃卫星通信概述应⽤及优缺点⼀、北⽃卫星通信概述北⽃卫星导航系统﹝BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的⾃主发展、独⽴运⾏的全球卫星导航系统。
系统建设⽬标是：建成独⽴⾃主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北⽃卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应⽤产业⽀撑、推⼴和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各⾏业的⼴泛应⽤。
北⽃卫星导航系统由空间段、地⾯段和⽤户段三部分组成，空间段包括5颗静⽌轨道卫星和30颗⾮静⽌轨道卫星，地⾯段包括主控站、注⼊站和监测站等若⼲个地⾯站，⽤户段包括北⽃⽤户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。
北⽃卫星导航系统﹝BeiDou(COMPASS)Navigation Satellite System﹞是中国正在实施的⾃主发展、独⽴运⾏的全球卫星导航系统。
系统建设⽬标是：建成独⽴⾃主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北⽃卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应⽤产业⽀撑、推⼴和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各⾏业的⼴泛应⽤。
北⽃卫星导航系统由空间段、地⾯段和⽤户段三部分组成，空间段包括5颗静⽌轨道卫星和30颗⾮静⽌轨道卫星，地⾯段包括主控站、注⼊站和监测站等若⼲个地⾯站，⽤户段包括北⽃⽤户终端以及与其他卫星导航系统兼容的终端。
⼆、北⽃卫星通信应⽤领域2.1北⽃卫星通信在⽔利⾏业中的应⽤在⽔利⼯程勘测和设计中，经常会遇到⼭岭、江河、峡⾕等⾃然环境的阻隔，传统测量仪器很难找到合适的测量点，⼯作量也⽐较⼤，影响测量的精确度和⼯程进度。
配电自动化系统应用DLT634.5104-2009实施细则(试行)
3 术语和定义 DL/T634.5104-2009定义的术语和定义适用于本标准。本标准采用如下术语定义： 3.1 信息体 Information object 定义的一组信息、 定义或规范。 需要一个名字标识它在通信中的应用 （GB/T 16262-1996 的3.31）。 3.2 信息元素information element 定义的不可分割的变量，例如测量值或双点信息。 3.3 数据单元data unit 具有共同传送原因的信息实体。 3.4 数据单元类型data unit type 应用数据单元的开始的信息域，标识数据单元的类型和长度，隐含地或明确地规定应用 数据单元的结构及信息体的结构、类型和数目。 3.5 非平衡方式传输unbalanced transmission 非平衡传输过程用于监视控制和数据采集系统（SCADA），主站顺序地查询子站以控制 数据传输，是一种主从式传输方式。主站在这种情况下是启动站，它启动所有报文传输；子 站是从动站，只在它们被查询时才可以传输。 3.6 平衡方式传输balanced transmission 如果采用平衡传输模式，每个节点（包括控制站、厂站）均可以启动报文发送，是一种 对等传输方式。 4 符号、代号和缩略语 下列符号、代号和缩略语适用于本文件。 A 地址域 ACD 请求访问位 ASDU 应用服务数据单元 BCR 二进制计数器读数 C 控制域 COI 初始化原因 CON 控制命令 COS 状态量变化
5.1 104 规约采用平衡方式传输，一般情况下配电主站作为客户端(Client)，配电终端为服务 器端（Server），对于某些使用特殊场合（如 GPRS 模块为动态 IP）也可是配电终端作为客 户端(Client)，配电主站为服务器端（Server）。 5.2 端口号默认采用 2404 端口。
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匪
成配电设备数据 的集 中和转发， 具有遥测、 遥信和遥 控的“ 三遥” 功能 ， 以及 当地监控 、 故 障检测隔离等
功能 ， 并将 实 时数据 中转 到 配 电主 站 的 主站 服 务 器 上 。北 斗 指挥 机和 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ通讯设 备 接 收配 电子 站 或 配 电终 端 传输 的 电 网数 据 ， 再 经 通 讯 协议 转 换 设 备 传人 主站 服务 器 ； 配 电 主站 发 出的 控 制命 令 经 通 讯 协议 转换设 备后 ， 由北 斗 指 挥 机 Ｉ发 送 给配 电子 站
图 ２ 卫星通信 系统网络结构示意 图
或配 电终 端 。
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北斗卫星系统
现场智 能数 据 处 理 终 端 的核 心功 能 就 是 北 斗／
Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ － 电力 １ ０ ４通 信规 约转 换 。应 用北 斗／ Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ － 电 力１ ０ ４双模 通信 规 约转换 器 的智 能配 网系统 的总体
逻辑结 构 如 图 ３所 示 。配 电 终 端 包 括 多 台 测 控 终
现 场智 能数 据处 理终端 在处 理完 成这 些事 件 响 应后 ， 将 处理 完 成 的 电力 １ ０ ４规 约 数据 通 过 北 斗卫 星 链路 发送 到后 台 服 务器 ， 然后 由后 台服 务 器将 数 据 接 收汇 总 ， 并 解 包还 原 成 原 生 的 电力 １ ０ ４规 约数 据， 接入 国家 电网河 南 省 电力公 司鹤 壁 供 电公 司 的 智 慧城 市平 台数 据服 务器 。
端、 多 台通 讯协议 转 换 设 备 、 多 套 北 斗终 端 和 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 通 讯 设 备 。测 控设 备 为 安 装在 柱 上 的 Ｆ ｒ Ｉ ’ ｕ， 安 装 在
配变上 的 １ Ｔ ｒ Ｕ 和 安装 于 开 闭 所 、 配 电站 、 环 网 单 元
的Ｆ ｖ ｒ ｕ ／ Ｄ Ｔ ｕ 等 。测 控 设 备 Ｆ Ｆ Ｕ ／ Ｄ Ｔ Ｕ将 采 集 的 电 网数据 经 以太 网 ， 由通 讯 协 议 转 换设 备 进 行 协 议 转 换后 ， 传 人北 斗终 端 或 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ通讯 设 备 ， 或 同时传 人 北斗终端 和 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ通 讯 设 备 ， 由北 斗 终 端 和 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ 通讯设 备分 别 通 过 北 斗 卫 星 系 统 和 Ｇ Ｐ Ｒ Ｓ网 络 ， 将 电 网数 据传 输 给配 电子 站或 配 电主站 。配 电子 站负
图３ 智能配网系统的总体逻辑结构示意 图
３ 工作流程
现场 智能 数据 处理 终端 的事 件处 理 流 程 如 图 ４
所示 。其 主要 任务 可分 为 Ｒ Ｔ Ｕ （ 网口 Ｒ Ｊ － ４ ５ ） 通 信 任 务、 北斗通 信 任务 、 规 约转换 任 务 。其 中通信 任务 的 实 时 陛要 求最 高 ， 故设 为最 高优 先级 ； 其余 任 务按 照 实 时 眭要 求 ， 设 置 遥控 任务 第二 高优 先 级 ， 遥 信任 务 第 三高优 先级 。
３ ． ２ 北斗通信任务 的执行
北 斗通 信 任 务包 含 两 步 ： 第 一步 是 初 始化 北 斗 模块 ， 具 有 硬 件启 动 、 重启 、 搜星、 信 号 锁定 、 信 号 检 测 等功 能 ； 第 二步是完成数据包 的发送、 接 收 及 解 析 。执 行 时 首 先 启 动 北 斗 模 块 ， 通 信 波 特 率 为 １ ９ ２ ０ ０ ， 检测北斗卡是否安装 ， 以及信号强度等初始 化模 块 ， 然后 循环查 询 数据包 是否 需要 发送 与接 收 。
３ ． １ 北斗． 电力 １ ０ ４规约转换任务 的执行
北 斗． 电力 １ ０ ４规 约 转 换 任 务 包 括 电 力 数 据 的
图４ 规约转换器软件流程
重 庆 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报
第２ ０卷
采集 、 存储 、 转 换三部 分 。执行 时需 要从 采集 到 的数 据缓 冲 区 中读 取 电力 １ ０ ４规 约 中 的参数 ， 根据 总 站 发来 的命 令 ， 判断 命令 的类 型 并 触 发 相应 的转 换 规 则， 将 电力 １ ０ ４规 约 中的参 数 进行 压 缩 处 理并 打 包 成 北斗 的数 据包格 式 。
第 ２期
梅林 常 等 ： 基 于北 斗卫星通信方式与 电力 １ ０ ４规 约结合的智能物联 网数据研究与应用
３ ９
现场 智 能数 据处 理 终 端 。本 系统 由数 个 中心 站 、 多 个遥 控站 组成 ， 根 据 系统 的需要 ， 采 用北 斗卫 星作 为 数据 传输 信 道 ， 中心 站 可 以设 置 在 电力 公 司 的办 公 楼内， 遥 控站 位 于各个 线路 节 点处 。 各 遥 控 站 通 过智 能 数 据 处 理 终 端 将 符 合 电力 １ ０ ４协议 格式 的 数 据 ， 转 换 为 符 合 北 斗 卫 星 协 议 格 式 的数据 ， 通 过北 斗 终 端 机 分别 将 各 自数 据 传 输 到 中心 站北 斗指 挥机 上 ， 再 将 数据 传 给数 据 库 服 务 器 系统 进行 数据 的存 储 和处 理 。 本系统 中的 传输 工作 原 理如 图 ２所 示 。遥 信站 （ 即现场设 备端 ） 采 集 的数据 先传 送 给智 能数 据 处理 终端 ， 再将处理后的数据发给北斗卫星通信终端 ， 通 过卫星将 数据传送 给北京地 面站 ， 经 中心 站卫星 通信 终端机 ， 将 数据传送 给计算机进 行数据 处理 。