基于移动互联网的电力应急指挥系统论文发表的设计与研

　　基于移动互联网的电力应急指挥系统的设计与研究

　　李洋1，胡斌2，杨树峰1，李国朝1

　　（1.陕西银河景天电子有限责任公司，陕西 西安 710075；2.国网陕西省电力公司，陕西 西安 710048）

　　【摘 要】 电力应急指挥系统，是为了快速而有效地处置可能造成电网故障甚至瘫痪的各类突发情况,而建立的应急通信指挥系统。文章从电力行业对应急指挥系统通信的要求及当前移动互联网环境分析切入，阐述了一套基于移动互联网的电力应急指挥系统的设计思路与技术要点，对系统架构、多网融合设计、数据交互、复合信息传输及数据融合设计进行了重点分析与描述。

　　【关键词】 应急指挥；电力应急通信；移动互联网；多网融合

　　The Design and Research of Power Emergency Command System Based on Mobile Internet

　　Abstract: The power emergency command system is an emergency communication command system established for solving all kinds of emergencies which may cause grid failed or even paralyzed. The article expounds the design ideas and technical points of a power emergency command system based on mobile Internet from the requirements of the power industry to the emergency command system communication and the current analysis of the mobile Internet environment, and the article has described the system architecture, multi-network fusion design, data interaction, composite information transmission and data fusion design in detail.

　　KEY WORDS: Emergency Command；Power emergency communication；Mobile Internet；Multi-network integration

　　1 引言

　　电力系统作为一种涉及国计民生的基础产业，对于社会的正常生产和生活具有极为重要的意义。近年来，地震、冰灾、洪涝等重大自然灾害和电力生产重特大事故等各类突发事件频发，且日益呈现常态化趋势，这些突发事件对电力设施造成的经济损失和社会影响难以估量。与此同时，随着社会需求的不断提高，电力系统的结构也日趋扩大和复杂，为了保证电力系统运行的安全性、可靠性和经济性，高效可靠的电力应急指挥系统就显得非常重要，不仅如此，电力应急指挥系统有效和快速地应对和处置电力突发事件的能力，对确保电力安全生产具有十分重要的意义。

　　电力应急指挥系统就是用于快速处理电力突发紧急事件的应急指挥系统，可以指挥快速修复故障设备或线路，尽量减小因供电中断造成的损失。尤其是在重大事故、公共紧急事件、严重自然灾害等突发事件发生时，这些都极易引发大规模停电事故甚至电网瘫痪，此时，电力应急指挥系统就显得尤为重要。

　　2 电力应急指挥系统对通信的要求

　　由于电力突发事件的不可预知性，现有电力应急指挥系统只能通过电力专网、普通无线图传设备来调取安装有监控设备的变电站、输电线路的视频来获取现场信息，而对于那些没有部署监控设备或者没有连接电力专网的地点，如果发生电力突发事件，电力公司应急指挥中心只能通过传统的电话方式，联系现场人员，了解现场情况，这样不仅无法第一时间通过实时图像的形式了解现场状况，而且由于沟通方式的限制，难免出现因延误和指挥处置不力造成更大的损失。由此可以看出，突发事件的不确定性和电力运检抢修的即时性是一对矛盾，突发事件的不确定性会导致电力运检抢修的效率很难提高，而应急系统的快速反应则是电力运检高效抢修的重要环节。通过传统的通讯方式和平台架构，很显然，此二者之间的矛盾很难解决。

　　由此，电力应急指挥系统对应急通信的要求主要有三点：快速响应、机动快捷、可靠稳定。由于突发事件的不可预见性，为了达到情况上报和命令下达及时快速，就要求应急通信必须快速响应，来确保应急抢险和救援及时实施，在第一时间响应，将一线与后方联通起来。同时，要求运维人员要在最短时间内掌握现场状况并制定应对方案，将现场状况传输到指挥中心，且与其他分部形成联动。在整个过程，还要保证应急通信设备及系统具备更高的稳定性和环境适应性，以及在各种突发事件（灾害）发生场地的不同环境、不同地点的可靠适用性。

　　3 移动互联网当前环境与发展趋势概述

　　进入20世纪90年代以来，移动通信系统飞速发展，从传统的通信业务逐渐向互联网、多媒体等宽带业务发展，为新一代电力ICT网络的无线接入带来新的选择。随着3G 在全世界范围的大规模商用，其已成为目前通信领域讨论的热点，传输速率在支持静止状态下为2 Mbit/s，步行慢速移动环境中为384 kbit/s，高速移动下为144 kbit/s，定位于多媒体IP 业务。移动网络技术发展至目前，4G将移动通信推向更大的带宽，物理层采用OFDM-MIMO 技术，极大地提高了频谱效率，使数据通信速率有了质的提高。5G通信已经开始试验部署，未来几年将会商用，网速可达5M/S - 6M/S。

　　移动互联网的快速发展主要体现在便捷性、即时性、智能性、信息与终端丰富性，以及与传统行业的高度融合性。随着移动通信、智能终端、云计算等技术的进一步发展，移动互联网可最大限度的实现信息互动的实时性和可靠性，为基于移动互联网的各种平台提供了完善的技术保障。

　　4 基于移动互联网的电力应急指挥系统的设计

　　基于移动互联网的电力应急指挥系统在传统应急指挥系统的功能特点之上，支持多种通讯网络互联互通，实现多态信息双向交互和实时共享，支持多种移动终端的接入。系统设计将无线、有线、卫星、微波通信多种通信方式实现异构网络融合，将远程、近程通信结合，使得音视频、图文、数据、专业信息等多信息能够互通，以及实现多种类型终端的互联。

　　4.1 系统架构设计

　　按照电力系统的组织架构和建制，系统由省级应急指挥中心系统、地市级应急指挥系统、县级应急指挥系统分层设计。其中省级应急指挥中心系统具有业务管理、转发与综合网络管理调度功能，调度和管理全省电力应急指挥通信系统；地市级应急指挥系统具有业务管理与处理功能，调度所辖全地市的应急指挥通信系统；县级应急指挥系统具有业务接入功能，调度所辖县的应急指挥通信系统。各层级自上而下形成管理上的树状结构，而在业务通信上是属于网状结构，实现整个系统节点的彼此互联。

　　系统架构分层建制，统一管理。各层级既能独立进行电力应急指挥通信的运行，实现指挥、会商、部署、交互，也能在上层级的网络组织中进行跨层级、平层级的地灾应急指挥通信的全网络运转。

　　4.2 中心站与终端的架构设计

　　基于移动互联网的电力应急指挥系统通常由随身应急终端（包括智能手机和平板电脑）、便携式应急终端（包括手提箱式终端与无线摄像机）、穿戴式应急终端（包括安全帽与吸附式摄像头）、辅助功能设备（包括移动办公箱和移动气象站、便携式卫星箱）、应急指挥车与应急无人机、应急指挥中心主站及分公司指挥中心分站构成。系统的每个终端能在网络中彼此互联，进行包括音视频、应急抢修现场多种电力测试数据、多种气象数据等多种信息进行传输与共享。实现指挥中心、分站中心、各级应急中心领导和专家组的远程指挥及移动办公。

　　4.3 多网融合设计

　　基于电力应急实施的各种复杂地域和网络环境，系统设计构建以移动互联网设计为核心，由卫星通信、公网通信、自组网区域无线通信等多网络融合的天地一体的应急通信保障网络。通过各级的主站、分站、接入站的多网络接入功能，将各种网络进行数据的汇聚、转发、融合，实现多种网络的数据交互，以及各网络终端的互联互通，形成多网融合的能力。

　　4.4 数据交互规则设计

　　各类数据在同一层以及不同层的交互与转发，同时存在数据交互的优先级以及控制权。这里涉及到中心主站、分站，以及直属主站的终端，和直属分站的终端间的数据交互。

　　（1）同一层级的数据交互

　　同一层级指的是无论分站还是终端，无论是有线还是无线网络传输，在业务上属于扁平管理的数据交互模式。

　　只要归属于同一层级的主站，无论终端还是分站，数据都是通过主站按照分配的账号进行对应目的地转发，形成数据的同层级交互。

　　（2）跨层级的数据交互

　　跨层级是指不在同一分站的终端，或者在不同层级的终端之间的数据交互，在业务上不属于扁平管理，而是跨越式的交互类型。

　　由于不属于同一主站或者分站，数据的交互必需要通过所属分站，然后转发到主站，再由主站转发给其他终端所属分站，最后到达对应账号的终端，实现跨层级数据交互。

　　（3）数据交互的优先级

　　数据交互的优先级有两个层面：一个是数据类型，另一个是所属层级的数据。

　　电力应急指挥系统的数据类型主要分为：实时数据和非实时数据，其中实时数据有音频数据、视频数据、定位数据、电力即时检测数据等；非实时数据有文本数据、存储数据、档案数据、统计数据等。本系统按照实时性要求，对不同的数据类型交互优先级设计为：音频数据 ＞ 视频数据 ＞ 定位数据 ＞ 电力即时检测数据 ＞ 文本数据 ＞ 存储数据 ＞ 档案数据 ＞ 统计数据。

　　所属层级的优先级规则为：上一级数据业务转发优先于下一级数据业务。

　　当下一级的数据类型比上一级数据类型优先级高的情况下，以数据类型的优先级为数据转发最终优先级。

　　（4）数据在不同网络间传输通路规则

　　本系统涉及的网络类型：专网、公网；有线网、无线网；地面通信网、卫星通信网。传输通路规则如下：专网和公网并存时，优选专网；有线网和无线网并存时，优选有线网；地面通信网和卫星网并存时，优选卫星通信网。以上规则是在符合一般情况的提前下的通用规则，若有特殊要求，则按照特殊规则执行。

　　4.5复合信息的拆分传输与数据融合机制

　　基于移动互联网的电力应急指挥承载着大量的不同类型的数据通信和传输，本系统设计通过对各类关联信息按照一定规则进行复合，形成独有的数据类型，然后在传输的时候作为一个整体进行传输；在传输时，再进行整体拆分传输，在对端进行组合与恢复，具体呈现时进行关联数据的融合。目的有两个：一是实现数据的传输加密，二是实现多通道的复合传输。一维无线资源容器由时间域的帧序列构成；二维无线资源容器由时间域和频率域的帧序列构成[1]。按照时域和频域将关联信息复合起来，如下图：

　　然后在时域和内容空间上进行切包，在进行封装，在网络层建立网络层传输池，进行网络层多通道的创建，来实现数据在网络层的传输分配。依据不同传输通道的实时侦测情况，实现切包的动态大小分配，达到最优的传输效率。

　　在接收端根据复合控制信息、关联信息，以及传输包的特征符实现恢复，再根据最开头的关联数据信息，进行多种数据的融合与呈现，实现了完整的复合信息的拆分传输与数据融合。每经过一个节点均根据信息特征和网络环境做以上的工作，按照CRC循环冗余校验编码规则实现数据的传输完整性。

　　5 结语

　　本文结合电力行业的现状和需求，分析了移动互联网的移动、便携、即时等特点，对应电力应急通信移动性、突发性、紧急性和临时性的要求，设计了一套基于移动互联网的电力应急指挥系统。该系统设计包括多层级架构、多网络融合、多数据共享、多终端互联；通过各节点间的数据交互设计，以及复合信息的拆分传输与数据融合机制，达到多网络融合下的最优传输与数据共享目标。为电力应急保障提供了当前技术条件下具有较高参考价值的一种应急通信系统方案与技术方法。

　　参考文献

　　[1] 胡致远, 李宁, 郭建丁, 许磊. 无线异构网络的资源分配策略. 计算机应用. 2011年4月第31卷第4期

　　[2] 王振中，陆建德. 移动自组网路由协议的单向链路和路由安全方案研究设计. 苏州大学硕士学位论文. 2007年4月

　　[3] 应俊，刘江，唐伟文. 无线网络中的资源分配和调度算法综述. 重庆邮电大学学报（自然科学版）. 2009年6月第21卷第3期

　　[4] 倪振华，林亦雷，曾惠兰. 基于变电站通信网的应急现场无线通信覆盖技术和装备研究. 电气应用，电力电气. 2015年第34卷第9期