2.4　能源互联网中的时空位置服务

目前，“通导遥”（通信、导航、遥感）卫星一体化信息实时智能服务已成为全球范围内的研究热点与前沿方向。其中，空天信息网络（PNTRC）是基础核心，这里的P是定位（Positioning），N是导航（Navigation），T是授时（Timing），R是遥感（Remote Sensing），C是通信（Communication）。建设电力PNTRC五位一体信息网络，可以支撑电网防灾减灾、输电线路巡视、电力气象预报和应急通信等各业务应用方向，实现能源互联网状态实时监测，为全球范围内的能源互联网业务需求提供可靠、一流的智能服务。能源互联网状态实时监测网络如图2-6所示。

开展位置服务通信导航终端设备研究，是为了实现具有高精度定位、导航、授时、通信、安全接入等功能的终端设备产品国产化，满足能源互联网空天地一体化信息网络应用需求和位置服务需求，适用于配电自动化、智能巡检、输电线路监测、用电信息采集等应用场景[11]。其重大意义主要包括：推进电力行业芯片自主化及工业级芯片应用进程；满足电网各专业对位置服务和通信导航应用的需求；打造位置服务核心产品，促进北斗卫星、电力位置服务网、电力无线专网、低功耗窄带广域物联网等融合应用；促进形成基于电力物联网的端边侧设备科研成果及产业化发展；进一步保障电网安全稳定运行，提高电网智能化水平。

电力行业在时空位置服务领域的需求主要包括以下几项。

（1）电力工程测绘和基础数据采集。为近3亿台/套GIS平台中管理电力设备设施的坐标位置及设备台账的更新提供高精度位置服务。

（2）电力杆塔变形/位移/地质灾害监测应用。对电力杆塔及周边地质形变进行实时监测，分析形变发展趋势；实现监测实时性、自动化，极大地减少人力、物力浪费。

（3）智能巡检和移动作业应用。智能巡检将逐步替代或辅助运维人员开展例行巡检等工作，如变电站巡检机器人和线路巡检无人机等；统一车辆和电动汽车/充电桩的巡检和人员移动作业。

（4）北斗应急通信指挥。配合北斗数传终端、车载终端、智能穿戴等设备，实现北斗短报文和卫星定位服务，达到通信全覆盖，人员、车辆在任何区域遇到险情都可以一键报警并提供位置信息。

（5）管理及生产大区时间同步和精准授时服务。现场人员考勤和位置管理、设备资产和作业的精准授时，信息大区时间同步。

（6）北斗设备模块化。实现电力通用定位授时通信设备应用，电力系统人员、设备依托通用北斗时空芯片/模块/接收机来精确定位授时和安全通信；用于移动设备和智能装备。

相关产品系列主要包括时空位置芯片、时空芯片模组、终端设备、北斗设备等，如图2-7所示。

2.4.1　时空位置芯片

为了充分满足电网对高精度定位、授时、短报文应用的需求，需要大力开展北斗高精度时空位置芯片的研制，基于北斗位置服务网，研发基带捕获算法、基带跟踪算法、时空解算算法、实时动态（Real-time Kinematic，RTK）差分算法，并将其嵌入芯片当中，实现电力系统时空位置服务设备核心器件的自主化，逐步实现对全球定位系统（Global Positioning System，GPS）芯片的替换[12]。

北斗时空位置芯片主要包括高精度北斗定位芯片、高精度北斗授时芯片、北斗短报文芯片，三者分别具备高精度定位能力、时钟信息秒脉冲输出能力和短报文通信能力，可广泛应用在移动作业终端、智能穿戴、智慧工/器具、北斗安全帽等中，为电网统一授时授频、移动作业、应急指挥、用电信息采集等提供重要的核心基础保障，满足智能运检设备模块化和本质一体化要求，有效解决复杂电磁环境的电磁兼容性等问题，保障电网设备授时、定位、通信的安全性和可靠性。

2.4.2　时空芯片模组

时空芯片模组具备独立的电源管理，集成天线、接口及多种功能芯片，嵌入终端设备中。通过内嵌算法，将通信、导航定位功能进行高度集成整合，满足高精度导航定位和通信应用的需要。时空芯片模具作为终端层核心基础组件，将终端层接入无线网络，实现数据传输和交换。

时空芯片模组可根据应用场景需要，提供高精度RTK导航定位、组合导航定位、室内外一体化导航定位功能。通过安全芯片确保安全接入，并可根据应用场景和业务需要，增加高精度授时、短报文通信功能，可支持多种网络传输协议（以下一种或多种：4G无线通信、电力线载波、光纤通信等）。时空芯片模组产品体积小，具有抗干扰、低时延、低功耗等技术优势，具备高可靠性和易维护性，可满足车辆、输电线路无人机、变电站机器人等高精度移动作业和立体化巡检的需要。通导一体化芯片模组与电气、物理、环境传感器进行集成，可在设备状态监测、故障预警、杆塔位移监测、线路舞动等方面发挥重要作用。

在能源互联网中推荐使用的模组为亚米级定位模组、高精度RTK定位模组、高精度组合导航模组。

2.4.3　终端设备

除时空位置芯片和时空芯片模组以外，通常实际使用的是位置服务导航定位终端，如图2-8和图2-9所示。作为独立设备，该终端设备可方便用户快速、方便地接入位置服务网，其主要技术指标如表2-1所示。