CN114759975A - 一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集方法，涉及电力电网保护技术领域，包括以下步骤：采集单元采集电能表信息，并构建信息编码数据模型；通讯单元将采集单元的采集处理信息通过北斗卫星传输至主站控制单元；主站控制单元接收通讯单元传输的采集处理信息进行处理，进行数据查询、数据处理、数据存储、档案管理和通道管理。本发明还提供一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集系统。本发明采用北斗卫星通讯方式进行通讯，使得传输数据量明显减少，实现对关口电能表中电能量、遥测、事件等数据的准确、安全、高效、快速传输上送，满足应用系统对计量表的实时状态监视与异常评估，同时解决系统中各个设备的时间同步问题。

Description

一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集方法及系统

技术领域

本发明涉及电力电网数据采集技术领域，具体涉及一种基于北斗卫星通信 的电能量数据采集方法及系统。

背景技术

在电力系统领域，计量自动化系统是指对电厂、变电站、公变、专变、低 压用户等发电侧、供电侧、配电侧和售电侧电能量等数据实现采集、监测与统 计分析功能的系统。

目前GPRS无线电力远程抄表系统，电力部门可将工业和民用电表采集的 用电数据通过GPRS网络实时传送到地、市、省级电力公司的用电数据管理主 站系统，以实现对居民和工业用电数据的管理，及符合分析等。然而该系统需 要基于现有的GPRS网络，在广阔的无人区，GPRS并不能完全覆盖，因此在 通信盲区GPRS无线电力远程抄表系统并不能得到充分的应用。

北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统，其与GPS、 GLONASS导航系统的核心差异在于其具备短报文双向通信能力，可在全球范围 内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时、短报文 通信服务。北斗短报文通信有以下的特点：覆盖范围广，传送距离远、可进行 多址通信，通信频带宽，组网灵活机动，在卫星覆盖区域内，在露天条件下， 通信基本不受地形、天气条件的限制，信号传输质量高，通信可靠，基本能够 满足全天候的工作要求，建站成本及通信费用与通信距离无关。响应速度快： 北斗短报文传输点对点通信延迟为1～5s，消息通信传输时延约0.5s。长度限制： 民用北斗短报文通信服务规定，单条报文的最大传输字节数为78个半字节。这 就极大地限制了机车每次上传报文的信息量，对报文封装格式需进行严格设计， 尽量减少不必要字节，提高报文有效信息的占比。发送频率限制：民用北斗短 报文通信服务，一般可用的服务频率为每分钟发送一条。北斗系统具有良好的 加密功能，用户终端采用一户一密，保密性较强，可保证用户数据通信安全。

但是现有的北斗通过采用北斗卫星通道的通讯方式解决了在许多地区，为 接入非统调电厂存在的无线传输无信号，铺设专线费用高等问题。在非统调电 厂端安装数据采集终端和北斗用户机，将数据通过北斗卫星发送到北斗卫星指 挥机，但是数据在通过北斗卫星通道传输时，可能由于信号强度、天气、通道 质量等原因，造成发送丢帧、错误帧等问题的出现，从而导致调度主站端接收 到的数据失真，严重影响电能量采集数据的准确性和可用性，甚至在电能量统 计时出现负数以及冒大数等严重的异常情况，一定程度上也制约了北斗卫星通 信技术在电力领域的深化应用。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足，本发明提供一种基于北斗卫星通信的 电能量数据采集方法，以达到解决对电能表中电能量、遥测、事件等数据的准 确、安全、高效、快速传输上送的目的，能够实时解决电能量采集数据的智能 检测与处理，该技术适用于不同厂家的电能量采集系统。

本发明提出的技术方案为：

一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集方法，包括以下步骤：

采集单元采集电能表信息，并构建信息编码数据模型；

通讯单元将采集单元的采集处理信息通过北斗卫星传输至主站控制单元；

主站控制单元接收通讯单元传输的采集处理信息进行处理，进行数据查询、 数据处理、数据存储、档案管理和通道管理。

作为本发明的进一步技术方案为，所述采集单元采集电能表信息，并构建 信息编码数据模型；具体包括：

对采集的电能表信息进行信息编码，缩减数据编码长度，分析其数据处理 信息，构建数据表示模型和基础数据与模型建设体系；

所述数据表示模型包括档案信息、电能表采集数据、电能表采集事件数据；

所述基础数据与模型建设体系，包括：

档案数据模型，包含采集点与电能表匹配关系模型、电能表采集数据分类 模型、采集事件分类模型；

采集数据模型，针对采集数据，基于不同采集数据项，定义数据大小，采 集频率，采集间隔增量数据大小，所占字节长度；

采集数据帧报文编码方案模型，针对不同电能表的采集状况建立多种数据 编码，根据电能表的采集数据生成相对应的报文数据帧；

报文编码模型，对档案数据和采集数据，按照单个数据的传输长度以及编 码次序对数据构建北斗卫星通讯报文编码，北斗卫星通讯报文编码在北斗指挥 机存有备案，用于解析北斗接收报文，恢复上传数据。

作为本发明的进一步技术方案为，所述报文数据帧采用通用的哈夫曼编码， 数据帧按通信协议排序后依次传输写入到指定的数据栈中，帧头对数据进行定 义分类，帧尾对数据进行排序，而数据码的编码避免出现连续的高电平。

作为本发明的进一步技术方案为，所述档案数据模型包括采集点与电能表 匹配关系模型、电能表采集数据分类模型、采集事件分类模型；具体为：

采集点与电能表匹配关系模型：每个基于北斗的采集终端的采集点与实际 采集单位对应关系包含：序号、采集点、采集表识别码、安装位置、责任人、 初始值、当前采集时间、当前采集值、其他相关信息、状态；

电能表采集数据分类模型：电能量采集数据项包括：正向有功间隔电量、 反向有功间隔电量、正向有功累加电量、反向有功累加电量、A相有功功率、B 相有功功率、C相有功功率、A相无功功率、B相无功功率、C相无功功率、A相 电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流、C相电流、A相功率因数、B 相功率因数、C相功率因数、总有功功率、总无功功率、总功率因数的数据传输；

采集事件分类模型：包括来源于电能表捕获的A相TV失压开始、A相TV失 压结束、B相TV失压开始、B相TV失压结束、C相TV失压开始、C相TV失压 结束、A相TA失流开始、A相TA失流结束、B相TA失流开始、B相TA失流结 束、C相TA失流开始、C相TA失流结束、及远方电能量数据终端与关口电能表 通信中断、远方电能量数据终端与关口电能表通信恢复。

作为本发明的进一步技术方案为，所述通讯单元将采集单元的采集处理信 息通过北斗卫星传输至主站控制单元；具体包括：采集终端与北斗通讯指挥机 信息通过报文协议进行信息交互，具体为：

北斗指挥机提供关于当前短报文通信信道性能描述信息，采集终端设备获 知当前短报文通信信道性能描述信息；

北斗指挥机提供北斗通信卡的性能描述信息：单次可允许发送最大的字节 数、最短允许发送时间间隔；

采集终端设备根据北斗通信卡的性能描述信息进行自适应性调整；

北斗指挥机下发空闲消息到采集终端设备，表明北斗指挥机当前具备传送 数据的能力。

作为本发明的进一步技术方案为，所述采集终端设备根据北斗通信卡的性 能描述信息进行自适应性调整，具体包括：

设备对时，北斗指挥机配置精准时钟源，并能定时对采集终端设备进行对 时；采集终端设备是否对关口电能表进行对时，需要北斗指挥机通过命令来通 知采集终端设备，以实现北斗指挥机到关口电能表的对时控制；

数据轮询，北斗指挥机通过北斗通信与采集终端设备建立连接；北斗指挥 机能按时间标签定时轮询采集终端设备中存储的各类数据，接收采集终端设备 主动上送的事件信息。

作为本发明的进一步技术方案为，所述主站控制单元接收通讯单元传输的 采集处理信息进行处理，进行数据查询、数据处理、数据存储、档案管理和通 道管理；具体包括：

主站控制单元对通讯单元传输的采集处理信息进行北斗短报文通讯处理， 其中北斗短报文通讯处理包括：采集、质量控制、编码分包、传输、接收解析、 数据写入；针对发送端数据进行报文编码，对子包加入包头，在接收到对面的 信息后，对子包包头进行拆除，然后对数据进行分析，让组包恢复原来的数据。

作为本发明的进一步技术方案为，所述对数据进行分析，让组包恢复原来 的数据，还包括：

补包，若使用的过程中，在接收端能够控制使用的时间，无法接收全部子 包，就无法有效完成分组，此时，需要通过接收端发出请求，重新将丢失的子 包进行分析，整个操作被称为补包；如果在数据传输的过程中，相关的补包工 作不成功，需反复重复上述补包行为，实现补包；如果经过反复的补包，数据 搜集实施不成功，需重新进行任务设定。

作为本发明的进一步技术方案为，所述主站控制单元对通讯单元传输的采 集处理信息进行北斗短报文通讯处理，包括：

数据采集模块，通过采集终端对电能表数据进行数据的采集工作，获取各 电能表的实时采集数据以及捕获发生事件，调用质量控制模型，对采集数据进 行分类处理；对于验证成功的数据进入编码流程；

采集数据编码，系统启动后，对采集数据进行编码，生成适合北斗通信用 的短报文；

报文发送，针对编制好的短报文，直接推入报文发送队列，等待发送模块 对数据进行发送；当服务侦测到信道可用时，数据发送任务启动，向卫星发送 上传报文；任务按照先进先出的方式排队发送；

报文接收及解析，北斗指挥机接收模块接收已发送的短报文，直接进入报 文解析队列，等待解析模块对数据进行解析，并恢复基于采集点电能表的原始 数据，并进行确认；

补抄数据，北斗指挥机需要生成补抄数据任务时，终端接收指挥机请求后 打断原来的任务发送流程，优先响应指挥机采集任务，当该任务应答结束后， 自动从原断点任务队列开始继续发送流程。

本发明还提供一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集系统，包括：

采集单元，用于采集电能表信息，并构建信息编码数据模型；

通讯单元，用于将采集单元的采集处理信息通过北斗卫星传输至主站控制 单元；

主站控制单元，用于接收通讯单元传输的采集处理信息进行处理，进行数 据查询、数据处理、数据存储、档案管理和通道管理；

所述采集单元包括：数据采集模块，数据管理模块，任务管理模块，第一 通讯管理模块，所述第一通讯管理模块包括北斗通信管理模块、北斗模块接口 和北斗天线；

所述通讯单元包括北斗现场通讯模块、北斗卫星和北斗主站指挥机，所述 北斗现场通讯模块与北斗模块接口连接，所述北斗现场通讯模块通过北斗卫星 与北斗主站指挥机通讯；

所述主站控制单元包括：前置机、隔离装置和数据总线，所述前置机包括 北斗通信管理、采集管理模块和协议解析模块，所述前置机通过采集管理与北 斗主站指挥机通讯，所述前置机通过隔离装置与总线连接，所述总线上设置数 据查询模块、数据处理模块、数据存储模块、档案管理模块和通道管理模块。

本发明的有益效果为：

本发明采用北斗卫星通讯方式进行通讯,针对使用报文对数据进行基于采集 终端基础数据逻辑排序、采集数据基于增量数据上传的方法，使得传输数据量 明显减少，从而实现对关口电能表中电能量、遥测、事件等数据的进行准确、 安全、高效、快速传输上送，满足应用系统对计量表的实时状态监视与异常评 估，对计量数据的实时状态监视与异常评估，同时解决系统中各个设备的时间 同步问题。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集方法流程图；

图2为本发明提出的采集终端与北斗通讯指挥机信息通过报文协议进行信 息交互流程图；

图3为本发明提出的一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集系统结构图；

图4为本发明提出的北斗短报文数据传输流程图；

图5为本发明提出的数据采集总体流程图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进 行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描 述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实 施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例， 均属于本发明保护的范围。

本发明中涉及的技术术语包括：

1.计量点：指可以测量出唯一的一组电气量值的测量装置与终端的顺序电 气连接点，当物理上相同一个电气连接点被多个装置所测量，或者被一个装置 所测量但通过多种方式被传递到终端时，按照多个计量点计，每个计量点设备 具有唯一的逻辑定位编码，是该装置在终端的参数配置、数据应用的唯一对象 标识。

2.北斗短报文：是指通过北斗卫星和地面接收发送装置，实现按一定频度 传输限定字节数据的双向数据通信传输报文方式。

3.北斗天线：部署于地面，用于接收北斗卫星信号，可实现数据的发送与 接收的天线装置。

4.北斗通信模块：是指具有北斗短报文通信能力的功能单元，集成在北斗 天线内，是通信接口和北斗通信管理单元等的集合，对现场用户卡地址以及主 站指挥机用户卡的地址与用户数据进行打包，并发往北斗卫星。

5.北斗指挥机：用于主站侧接收北斗卫星数据。是指可以和一个或多个北 斗通信模块实现通信的地面应用指挥终端，由天线和主机组成，具有全方向高 灵敏度信号捕、捉能力和信号发射能力，可实现对下属多个用户卡的指挥调度 和多级分组组网功能。主要用于接收北斗卫星报文，完成北斗通信协议解析， 将数据传输至主站系统。

6.北斗用户卡：是指安装在采集现场用户端北斗通信模块内，用于通信识 别的信息记录单元，是终端用户的身份识别卡。

7.采集终端：在遵循公司现有终端标准基础上，对数据采集、数据压缩、 通信协议等功能进行相应改造，同时提供与北斗通信模块的接口、通信管理、 电源管理等功能，实现用北斗卫星作为通信通道来传输电厂、变电站、光伏电 站、电站电量、负荷、遥测量等数据并执行主站指令的终端设备。

参见图1，本发明提出一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集方法，包括 以下步骤：

步骤101，采集单元采集电能表信息，并构建信息编码数据模型；

步骤102，通讯单元将采集单元的采集处理信息通过北斗卫星传输至主站控 制单元；

步骤103，主站控制单元接收通讯单元传输的采集处理信息进行处理，进行 数据查询、数据处理、数据存储、档案管理和通道管理。

本发明以通过北斗传输的采集终端进行编码，然后将所有通过该终端传输 的数据进行二次编码，即对所有设备、区域、传输项目等进行二次编码，针对 档案数据，采集逻辑序对数据进行识别，对于采集数据，采用增量传输，从而 节省传输数据。

在步骤101中，采集单元用于采集电能表信息，并构建信息编码数据模型； 具体包括：

对采集的电能表信息进行信息编码，缩减数据编码长度，分析其数据处理 信息，构建数据表示模型和基础数据与模型建设体系；

所述数据表示模型包括档案信息、电能表采集数据、电能表采集事件数据；

所述基础数据与模型建设体系，包括：

档案数据模型，包含采集点与电能表匹配关系模型、电能表采集数据分类 模型、采集事件分类模型；

采集数据模型，针对采集数据，基于不同采集数据项，定义数据大小，采 集频率，采集间隔增量数据大小，所占字节长度；

采集数据帧报文编码方案模型，针对不同电能表的采集状况建立多种数据 编码，根据电能表的采集数据生成相对应的报文数据帧；

报文编码模型，对档案数据和采集数据，按照单个数据的传输长度以及编 码次序对数据构建北斗卫星通讯报文编码，北斗卫星通讯报文编码在北斗指挥 机存有备案，用于解析北斗接收报文，恢复上传数据。

本发明实施例中，构建信息编码数据模型体系，为了提高单次信息携带量， 必须对实际数据进行高效简洁的方式进行信息编码，缩减数据编码长度；分析 其数据处理信息，构建相应的数据表示模型，分别包含档案信息、电能表采集 数据、电能表采集事件数据；构建基础数据与模型建设体系，主要包括故障类 别、数学模型及算法、故障诊断体系等。基于采集点的数据分类参见表1；

表1

序	数据类型	说明
			1.	档案信息	基础数据
2.	电能表采集数据	电能量数据
			3.	电能表采集事件数据	发生事件数据

本发明实施例中，所述档案数据模型包括采集点与电能表匹配关系模型、 电能表采集数据分类模型、采集事件分类模型；具体为：

采集点与电能表匹配关系：每个基于北斗的采集终端的采集点与实际采集 单位(含电能表号对应)等，对应关系包含：序号、采集点、采集表识别码、安 装位置、责任人、初始值、当前采集时间、当前采集值、其他相关信息、状态； 通常情况下，系统识别数据依据采集点或电能表识别码，实际应用过程中，这 两个识别码都具有一定的长度，由于北斗报文限度，每个采集终端所配置的采 集点(采集表)都不会太多，因此可序号进行上传；基于采集终端/采集点/电 能表数据的一二次编码对应模型如表2，基于采集项一二次编码对应模型如报表3，基于采集项异常事件一二次编码对应模型如表4；

表2

序	数据项	二次编码长度	一次编码长度	编码长度
					1.	采集终端	2Byte	14Byte	16Byte
2.	采集点	2Byte	14Byte	16Byte
					3.	电能表	2Byte	14Byte	16Byte
4.		6Byte	42Byte	48Byte

表3

表4

电能表采集数据分类模型：电能量采集数据项共计有22组，分别为：正向 有功间隔电量、反向有功间隔电量、正向有功累加电量、反向有功累加电量、A 相有功功率、B相有功功率、C相有功功率、A相无功功率、B相无功功率、C相 无功功率、A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流、C相电流、A 相功率因数、B相功率因数、C相功率因数、总有功功率、总无功功率、总功率 因数的数据传输；基于某采集点的电能表档案数据参见表5；

表5

采集事件分类模型：包括来源于电能表捕获的A相TV失压开始、A相TV失 压结束、B相TV失压开始、B相TV失压结束、C相TV失压开始、C相TV失压 结束、A相TA失流开始、A相TA失流结束、B相TA失流开始、B相TA失流结 束、C相TA失流开始、C相TA失流结束、及远方电能量数据终端与关口电能表 通信中断、远方电能量数据终端与关口电能表通信恢复；基于某采集点的电能 表捕获事件数据参见表6；

表6

序	采集项	采集数据长度	说明
				1.	A相TV失压开始	1Bit	是/否
2.	A相TV失压结束	1Bit	是/否
				3.	B相TV失压开始	1Bit	是/否
4.	B相TV失压结束	1Bit	是/否
				5.	C相TV失压开始	1Bit	是/否
6.	C相TV失压结束	1Bit	是/否
				7.	A相TA失流开始	1Bit	是/否
8.	A相TA失流结束	1Bit	是/否
				9.	B相TA失流开始	1Bit	是/否
10.	B相TA失流结束	1Bit	是/否
				11.	C相TA失流开始	1Bit	是/否
12.	C相TA失流结束	1Bit	是/否
				13.	电能表通信中断	1Bit	是/否
14.	电能表通信恢复	1Bit	是/否
				15.		14Bit＝2byte

针对终端中的采集点，构建基于不同采集数据项的采集频率长度模型、原 始数据长度模型、增量数据长度模型，基于某采集点的电能表采集频率模型(By te)参见表7，基于采集点的电能表采集项模型(Byte)参见表8；

表7

表8

针对不同电能表的各种采集状况建立多种数据编码，从而可以根据电能表 的采集数据生成相对应的报文数据帧；

对于不同的数据，含档案数据、采集数据等，按照单个数据的传输长度以 及编码次序对数据构建适合北斗卫星通讯报文编码方案，该方案在北斗指挥机 存有备案，便于解析北斗接收报文，恢复上传数据

本发明实施例中，在业务通信协议中，数据帧可采用通用的哈夫曼编码， 大部分数据都是带有时间特性的过程数据，发送、接收是有顺序的，这个顺序 可以由编码方案确定；数据帧按通信协议排序后依次传输写入到指定的数据栈 中，避免数据发生冲突。在传输过程中，帧头将数据进行定义分类，帧尾将数 据进行排序，而数据码的编码原则上避免出现连续的高电平，防止与最高优先 级的数据冲突。数据帧的简易模型长度(byte)参见表9；

表9

帧头H	长度L	北斗ID	采集时间T	CRC16	编码方案	数据帧
							2	2	3	3	2	1	0-50

(1)帧头H：用于报文类别的说明，如数据报文、控制报文等；

(2)长度L：用于填入数据域的总长度，其中低位在前，如L＝16，用Hex表 示为0x06、0x01；

(3)北斗ID：用于填入发送端的北斗ID，如241356，用Hex表示为0x24、 0x13、0x56；

(4)采集时间T：用于填入报文采集时间,如5日-3时-5分(dd-hh-mm)用He x表示为0x05、0x03H、0x05；

(5)CRC16：用于填入报文的校验；

(6)数据帧：基于数据帧编码方案，构建相对应的数据帧内容；

依据数据帧(50Byte)模型，构建基于一二次数据编码模型、采集频率长 度模型(28byte)、原始数据长度模型(116Byte)、增量数据长度模型(62Byte)、 电能表采集项模型(29Byte)等，由于原始数据长度模型与增量数据长度模型 的长度超过50byte，因此需要将其进行拆解，构建北斗系统应用数据编码模型。 北斗系统应用数据报文编码模型参见表10；

表10

表中北斗头帧＝(帧头H)+(长度L)+(北斗ID)+(采集时间T)+(CR C16)。

参见图2，在步骤102中，所述通讯单元将采集单元的采集处理信息通过北 斗卫星传输至主站控制单元；具体包括：采集终端与北斗通讯指挥机信息通过 报文协议进行信息交互，具体为：

步骤121，北斗指挥机提供关于当前短报文通信信道性能描述信息，采集终 端设备获知当前短报文通信信道性能描述信息；

步骤122，北斗指挥机提供北斗通信卡的性能描述信息：单次可允许发送最 大的字节数、最短允许发送时间间隔；

步骤123，采集终端设备根据北斗通信卡的性能描述信息进行自适应性调 整；

步骤124，北斗指挥机下发空闲消息到采集终端设备，表明北斗指挥机当前 具备传送数据的能力。

本发明实施例中，采集终端与指挥机信息沟通准则，在采集终端设备与北 斗指挥机之间建立良好的沟通机制，是有效提高信息传送能力的手段，因此需 要设定沟通准则。北斗指挥机与采集终端设备之间信息交互，要严格遵循报文 协议。北斗指挥机提供关于当前短报文通信信道性能方面的描述信息，方便采 集终端设备获知。北斗指挥机提供北斗通信卡的性能描述信息：单次可允许发 送最大的字节数、最短允许发送时间间隔，以便采集终端设备根据北斗通信卡 的性能调整传输策略，达到自适应性。北斗指挥机下发空闲消息到采集终端设 备，表明北斗指挥机当前具备传送数据的能力。

本发明实施例中，采集终端设备根据北斗通信卡的性能描述信息进行自适 应性调整，具体包括：

设备对时，北斗指挥机配置精准时钟源，并能定时对采集终端设备进行对 时；采集终端设备是否对关口电能表进行对时，需要北斗指挥机通过命令来通 知采集终端设备，以实现北斗指挥机到关口电能表的对时控制；

数据轮询，北斗指挥机通过北斗通信与采集终端设备建立连接；北斗指挥 机能按时间标签定时轮询采集终端设备中存储的各类数据，接收采集终端设备 主动上送的事件信息。

在步骤103中，所述主站控制单元接收通讯单元传输的采集处理信息进行 处理，进行数据查询、数据处理、数据存储、档案管理和通道管理；具体包括：

主站控制单元对通讯单元传输的采集处理信息进行北斗短报文通讯处理， 其中北斗短报文通讯处理包括：采集、质量控制、编码分包、传输、接收解析、 数据写入；针对发送端数据进行报文编码，对子包加入包头，在接收到对面的 信息后，对子包包头进行拆除，然后对数据进行分析，让组包恢复原来的数据。

本发明实施例中，采集数据处理，北斗短报文通信原理过程包括：采集、 质量控制、编码分包、传输(加密和解密)、接收解析、数据写入；针对发送端 数据进行报文编码，就要适当地加入包头，在接收到对面的信息后，需要对子 包包头进行拆除，然后科学地对数据进行分析，让组包恢复原来的数据；如果 使用的过程中，在接收端能够控制使用的时间，但是无法接收全部子包，就无 法有效完成分组，此时，需要通过接收端发出请求，重新将丢失的子包进行分 析，整个操作被称为补包；如果在数据传输的过程中，相关的补包工作不成功， 就要反复重复上述补包行为，实现补包的效果；如果经过反复的补包，数据搜 集实施不成功，需重新进行任务设定，进行下一次任务时，需要保证用电数据 传输的可靠性。

本发明实施例中，所述主站控制单元对通讯单元传输的采集处理信息进行 北斗短报文通讯处理，包括：

数据采集模块，通过采集终端对电能表数据进行数据的采集工作，获取各 电能表的实时采集数据以及捕获发生事件，调用质量控制模型，对采集数据进 行分类处理；对于验证成功的数据进入编码流程；

采集数据编码，系统启动后，对采集数据进行编码，生成适合北斗通信用 的短报文；

报文发送，针对编制好的短报文，直接推入报文发送队列，等待发送模块 对数据进行发送；当服务侦测到信道可用时，数据发送任务启动，向卫星发送 上传报文；任务按照先进先出的方式排队发送；

报文接收及解析，北斗指挥机接收模块接收已发送的短报文，直接进入报 文解析队列，等待解析模块对数据进行解析，并恢复基于采集点电能表的原始 数据，并进行确认；

补抄数据，北斗指挥机需要生成补抄数据任务时，终端接收指挥机请求后 打断原来的任务发送流程，优先响应指挥机采集任务，当该任务应答结束后， 自动从原断点任务队列开始继续发送流程。

本发明采用北斗卫星通讯方式进行通讯，针对使用报文对数据进行基于采 集终端基础数据逻辑排序、采集数据基于增量数据上传的方法，使得传输数据 量明显减少，从而实现对关口电能表中电能量、遥测、事件等数据的进行准确、 安全、高效、快速传输上送，满足应用系统对计量表的实时状态监视与异常评 估，对计量数据的实时状态监视与异常评估，同时解决系统中各个设备的时间 同步问题。

参见图4至图5，本发明还提供一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集系 统，包括：

采集单元，用于采集电能表信息，并构建信息编码数据模型；

通讯单元，用于将采集单元的采集处理信息通过北斗卫星传输至主站控制 单元；

主站控制单元，用于接收通讯单元传输的采集处理信息进行处理，进行数 据查询、数据处理、数据存储、档案管理和通道管理；

所述采集单元包括：数据采集模块，数据管理模块，任务管理模块，第一 通讯管理模块，所述第一通讯管理模块包括北斗通信管理模块、北斗模块接口 和北斗天线；

所述通讯单元包括北斗现场通讯模块、北斗卫星和北斗主站指挥机，所述 北斗现场通讯模块与北斗模块接口连接，所述北斗现场通讯模块通过北斗卫星 与北斗主站指挥机通讯；

所述主站控制单元包括：前置机、隔离装置和数据总线，所述前置机包括 北斗通信管理、采集管理模块和协议解析模块，所述前置机通过采集管理与北 斗主站指挥机通讯，所述前置机通过隔离装置与总线连接，所述总线上设置数 据查询模块、数据处理模块、数据存储模块、档案管理模块和通道管理模块。

本发明是基于电能量采集数据的传输平台，依据北斗短报文传输特点，对 采集数据进行重新编码后发送，在系统指挥机端进行解析恢复数据，从而得到 正确的采集数据。

基于北斗卫星的电能量计量数据采集系统由现场采集、通信信道和主站系 统三部分组成，采集终端与主站系统通过位于通信侧的北斗卫星作为连接纽带， 从而实现了采集终端电能数据远传以及主站系统指令下发。

由于北斗通信的有其独特的特点：接收数据无时间间隔限制，有报文大小 限制；发送数据既有时间间隔限制(每隔60秒发送一帧报文)，又有报文大小 限制。因此通过主站端召测、终端响应传输报文的方式效率低下，无法实现一 对多的大数据量的采集，针对需要传送的信息，怎样通过技术手段提高信息携 带量。为了解决以上问题，主要通过信息编码、信息分类、信息取舍这3种技 术手段，同时构建信息沟通准则，再选取合理的通信链路、设定信息交互的时 序，最后利用面向对象思想搭建软件框架并设计组件。

为提高通信通道利用效率，无论主站系统指挥机还是采集终端，应尽量减 少数据发送频次，因此采取由终端按一定任务配置，主动定时发送数据为主， 以主站扫描缺漏数据，下发补抄任务请求为辅的数据传输策略；同时，为保证 重要数据的采集，增加人工配置抄表任务下发，保证数据采集的完整性；采集 终端下挂电表数量需要综合考虑数据采集频率、采集数据项后所形成的数据量 具体设定，对于计量点较多的地方，可通过部署多个北斗天线装置实现数据上 送。

以上对本发明进行了详细介绍，但是本发明不限于上述实施方式，在本领 域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做 出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当 理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (10)

1.一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集单元采集电能表信息，并构建信息编码数据模型；

通讯单元将采集单元的采集处理信息通过北斗卫星传输至主站控制单元；

主站控制单元接收通讯单元传输的采集处理信息进行处理，进行数据查询、数据处理、数据存储、档案管理和通道管理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集单元采集电能表信息，并构建信息编码数据模型；具体包括：

对采集的电能表信息进行信息编码，缩减数据编码长度，分析其数据处理信息，构建数据表示模型和基础数据与模型建设体系；

所述数据表示模型包括档案信息、电能表采集数据、电能表采集事件数据；

所述基础数据与模型建设体系，包括：

档案数据模型，包含采集点与电能表匹配关系模型、电能表采集数据分类模型、采集事件分类模型；

采集数据模型，针对采集数据，基于不同采集数据项，定义数据大小，采集频率，采集间隔增量数据大小，所占字节长度；

采集数据帧报文编码方案模型，针对不同电能表的采集状况建立多种数据编码，根据电能表的采集数据生成相对应的报文数据帧；

报文编码模型，对档案数据和采集数据，按照单个数据的传输长度以及编码次序对数据构建北斗卫星通讯报文编码，北斗卫星通讯报文编码在北斗指挥机存有备案，用于解析北斗接收报文，恢复上传数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述报文数据帧采用通用的哈夫曼编码，数据帧按通信协议排序后依次传输写入到指定的数据栈中，帧头对数据进行定义分类，帧尾对数据进行排序，而数据码的编码避免出现连续的高电平。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述档案数据模型包括采集点与电能表匹配关系模型、电能表采集数据分类模型、采集事件分类模型；具体为：

采集点与电能表匹配关系模型：每个基于北斗的采集终端的采集点与实际采集单位对应关系包含：序号、采集点、采集表识别码、安装位置、责任人、初始值、当前采集时间、当前采集值、其他相关信息、状态；

电能表采集数据分类模型：电能量采集数据项包括：正向有功间隔电量、反向有功间隔电量、正向有功累加电量、反向有功累加电量、A相有功功率、B相有功功率、C相有功功率、A相无功功率、B相无功功率、C相无功功率、A相电压、B相电压、C相电压、A相电流、B相电流、C相电流、A相功率因数、B相功率因数、C相功率因数、总有功功率、总无功功率、总功率因数的数据传输；

采集事件分类模型：包括来源于电能表捕获的A相TV失压开始、A相TV失压结束、B相TV失压开始、B相TV失压结束、C相TV失压开始、C相TV失压结束、A相TA失流开始、A相TA失流结束、B相TA失流开始、B相TA失流结束、C相TA失流开始、C相TA失流结束、及远方电能量数据终端与关口电能表通信中断、远方电能量数据终端与关口电能表通信恢复。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通讯单元将采集单元的采集处理信息通过北斗卫星传输至主站控制单元；具体包括：采集终端与北斗通讯指挥机信息通过报文协议进行信息交互，具体为：

北斗指挥机提供关于当前短报文通信信道性能描述信息，采集终端设备获知当前短报文通信信道性能描述信息；

北斗指挥机提供北斗通信卡的性能描述信息：单次可允许发送最大的字节数、最短允许发送时间间隔；

采集终端设备根据北斗通信卡的性能描述信息进行自适应性调整；

北斗指挥机下发空闲消息到采集终端设备，表明北斗指挥机当前具备传送数据的能力。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述采集终端设备根据北斗通信卡的性能描述信息进行自适应性调整，具体包括：

设备对时，北斗指挥机配置精准时钟源，并能定时对采集终端设备进行对时；采集终端设备是否对关口电能表进行对时，需要北斗指挥机通过命令来通知采集终端设备，以实现北斗指挥机到关口电能表的对时控制；

数据轮询，北斗指挥机通过北斗通信与采集终端设备建立连接；北斗指挥机能按时间标签定时轮询采集终端设备中存储的各类数据，接收采集终端设备主动上送的事件信息。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主站控制单元接收通讯单元传输的采集处理信息进行处理，进行数据查询、数据处理、数据存储、档案管理和通道管理；具体包括：

主站控制单元对通讯单元传输的采集处理信息进行北斗短报文通讯处理，其中北斗短报文通讯处理包括：采集、质量控制、编码分包、传输、接收解析、数据写入；针对发送端数据进行报文编码，对子包加入包头，在接收到对面的信息后，对子包包头进行拆除，然后对数据进行分析，让组包恢复原来的数据。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述对数据进行分析，让组包恢复原来的数据，还包括：

补包，若使用的过程中，在接收端能够控制使用的时间，无法接收全部子包，就无法有效完成分组，此时，需要通过接收端发出请求，重新将丢失的子包进行分析，整个操作被称为补包；如果在数据传输的过程中，相关的补包工作不成功，需反复重复上述补包行为，实现补包；如果经过反复的补包，数据搜集实施不成功，需重新进行任务设定。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述主站控制单元对通讯单元传输的采集处理信息进行北斗短报文通讯处理，包括：

数据采集模块，通过采集终端对电能表数据进行数据的采集工作，获取各电能表的实时采集数据以及捕获发生事件，调用质量控制模型，对采集数据进行分类处理；对于验证成功的数据进入编码流程；

采集数据编码，系统启动后，对采集数据进行编码，生成适合北斗通信用的短报文；

报文发送，针对编制好的短报文，直接推入报文发送队列，等待发送模块对数据进行发送；当服务侦测到信道可用时，数据发送任务启动，向卫星发送上传报文；任务按照先进先出的方式排队发送；

报文接收及解析，北斗指挥机接收模块接收已发送的短报文，直接进入报文解析队列，等待解析模块对数据进行解析，并恢复基于采集点电能表的原始数据，并进行确认；

补抄数据，北斗指挥机需要生成补抄数据任务时，终端接收指挥机请求后打断原来的任务发送流程，优先响应指挥机采集任务，当该任务应答结束后，自动从原断点任务队列开始继续发送流程。

10.一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集系统，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一所述的一种基于北斗卫星通信的电能量数据采集方法，包括：

采集单元，用于采集电能表信息，并构建信息编码数据模型；

通讯单元，用于将采集单元的采集处理信息通过北斗卫星传输至主站控制单元；

主站控制单元，用于接收通讯单元传输的采集处理信息进行处理，进行数据查询、数据处理、数据存储、档案管理和通道管理；

所述采集单元包括：数据采集模块，数据管理模块，任务管理模块，第一通讯管理模块，所述第一通讯管理模块包括北斗通信管理模块、北斗模块接口和北斗天线；

所述通讯单元包括北斗现场通讯模块、北斗卫星和北斗主站指挥机，所述北斗现场通讯模块与北斗模块接口连接，所述北斗现场通讯模块通过北斗卫星与北斗主站指挥机通讯；

所述主站控制单元包括：前置机、隔离装置和数据总线，所述前置机包括北斗通信管理、采集管理模块和协议解析模块，所述前置机通过采集管理与北斗主站指挥机通讯，所述前置机通过隔离装置与总线连接，所述总线上设置数据查询模块、数据处理模块、数据存储模块、档案管理模块和通道管理模块。

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