天地一体化

中国石油主动把握产业数字化、数字产业化赋予的机遇，积极推进以卫星通信、卫星导航和卫星遥感为核心的卫星应用产业发展，加速国家油气关键行业国产装备升级替换，推动企业数字化转型发展，助力国家油气行业卫星应用的标准化、规模化和国际化推广。本报告，首先介绍了中国石油卫星技术应用发展历程，在此基础上，针对卫星通信技术、北斗导航技术、卫星遥感技术三个方面重点介绍中国石油相关应用情况及未来发展规划。中国石油将构筑“通导遥”互为融通的天地一体化卫星技术战略信息保障体系，全面打造支撑当前、引领未来的新型数字化卫星应用资源，为“数智中国石油”高质量建设提供更加坚强有力的保障。

当前，空天地一体化网络的研究在如火如荼的开展中，通过开展组网架构、空口传输、路由交换、协议栈等天地融合设计与研究，将解决信息服务、资源管理以及网络运维的智能化问题。天地一体网络的发展趋势将是天基和地基网络从互联到协同再到一体，拉通协议、网络、业务、用户，构建全覆盖的泛在网络连接。因此，我们认为空天地一体化网络的演进可以分为以下三个阶段:天地互联、天地协同、天地一体。空天地一体化是路由与控制层的关键使能技术，是分布式功能层的载体，采用天地互联、天地协同、天地一体三步走构建空天地一体化网络，最终实现6G网络架构的泛在连接设计原则。 我国在 2019年成立了6G推进组，系统推进需求、技术、标准及国际合作等各项工作，并启动 6G技术试验。依据地面移动网络与卫星网络极强互补性的特点，推动地面网络和卫星网络的一体化融合，正成为 6G通信网络的重要发展趋势。为此，3GPP、ITU、以及 CCSA 等组织和机构已经启动地面移动网络和卫星网络的融合研究。

新型电力系统的构建亟需先进信息通信网络等数字化技术手段强力支撑，由于电力业务涵盖源、网、荷、储等各个环节，广泛分布的电力系统设备的通信环境和条件差异性巨大，我们需要构建以地面网络为基础、空基和天基网络为补充的广域泛在先进通信能力。中国电科院基于电力物联网业务需求和能源互联网的发展方向，研究了空天地一体化网络架构以及无线通信、光通信、卫星通导遥电力应用关键技术，提出了5G网络切片管理编排和高精度空口授时方案、光网络带宽容量自主调整方案以及卫星通导遥数据组合协同应用整体框架，研制了电力5G模组、无线专网超窄带低功耗原型样机和一体化定位授时原型样机，开发了光传输网仿真平台和卫星大数据应用平台原型系统，并在典型应用场景开展试点验证，为实现空天地一体化网络演进奠定基础。本文对研究情况进行了简要总结汇报，并对新型电力系统建设过程中，“天地互备多域融合、公专互补有无结合、感传算通导遥一体、数字孪生AI赋能”的一体化网络演进进行了展望。

近年来，卫星通信技术快速发展、不断演进，开启了卫星通信在电力行业的创新应用新方向，助推空天地一体化通信网络建设，促进电力通信高质量发展。本报告，首先介绍新型电力系统特征及对通信技术支撑要求，并分析总结卫星通信技术特点及适用范围。在此基础上，介绍卫星通信在电力行业中功能定位，并结合各类电力作业场景实际需求，提出卫星通信在电力行业中的应用典型场景。最后，分析卫星通信技术发展趋势，探索卫星通信与电网业务结合的演进方向。

根据国家、水利部和国网公司相关法规规范要求，电网工程水土保持监测是电网工程水保竣工验收的必须工作和关键环节。水土保持监测最广泛的应用场景是土状堆积物形成的稳定坡面，而此场景的最常用的测量方法为测钎法。该方法具体操作为：向待测坡面有规律的插入若干细钎，常见的测钎布设为3×3的9根测钎方阵，在测钎上标记与土壤表层持平的位置，作为原始高度点，人工定期观测地表土层降低的厚度，计算土壤蚀侵量等水土流失量相关数据。该方法要求测量人员定期到达现场查看测钎的状态，人工测量每根测钎的地表降低厚度，这种方法耗时耗力且易破坏坡面稳定性。 本发明专利将水土保持专业与测试技术相结合，创造性的利用超声波在传播过程中方向性强、能量消耗缓慢、遇到物体表面产生反射波的特性，测量检测波发射与反射接收的时间间隔，计算出需要测量的距离，自动监测地表降低厚度，首次实现了水土侵蚀量的自动化测量，大大节省了人力物力，降低了人工监测破坏坡面的风险，并使水土保持监测的频率不再受限于人工巡查频率，真正实现了水土保持的全天候监测。由于自动测量所获得的数据量远远多于人工读取，且测量精度大幅提升，为建立更精准的不同环境下的水土侵蚀模型提供了数据基础。 本专利还设计了一种标准反射块和反射实时校准技术，创造性的解决了超声测距易受温度、湿度、压力等环境因素影响的问题，使测钎设备在多环境因子的干扰下依然可以有远高测量标准的测量精度，从而使基于超声测量的水土保持监测传感器走向实用。经调研，目前还没有类似技术或专利应用于水土保持监测，本专利为独创性专利。 本专利获2019年度国网陕西省电力公司专利奖一等奖，除此之外，以本专利为基础的“交流特高压工程环保监测与施工关键技术及应用”项目获得“2020年中国电力科学技术奖一等奖”，“特高压工程环境保护及水土保持专项技术研究”项目获得“2019年电力建设科学技术进步奖二等奖”，“电网工程天地一体化水土保持监测关键技术”项目获得“2019年度电力建设科学技术进步奖二等奖”，“输变电工程水土保持监测软件平台关键技术”项目获得“2019年国网陕西省电力公司科学技术进步奖一等奖”，以及“输变电工程水土保持在线监测系统”项目获得“2018年国网陕西省电力公司科学技术进步奖一等奖”。经鉴定，本专利研究成果在交直流特高压工程建设中得到成功应用，实时监测水土流失量及环境因子，为水土流失监测和治理提供技术支撑，取得了显著的经济效益、生态环境效益和社会效益，为电网建设和环境保护发挥了积极作用。同时，该研究成果在输变电工程建设生态环境监测方面达到国际领先水平。

为保障大电网安全稳定运行，目前针对电力系统开展的多时间尺度的仿真，都依托于电力通信网络和业务的可靠支撑。然而，随着能源互联网的建设，电力通信网络呈现空天地一体化的发展趋势，电力业务朝着多元化、高带宽需求的方向发展，形成了高复杂度特殊电力专网承载多种类特殊电力业务的局面。因此，有必要开展融合电力业务的通信网仿真工作，亟需解决复杂通信网络建模、运行质量评估和风险预警、融合电力业务的综合仿真平台研发等技术难题。本项目在多项国网公司科技项目的支持下，形成以下创新成果。项目成果已在国网信通公司进行了部署试点，并在在新疆、四川、河南、冀北等地区推广应用，辅助完成了通信架构验证、业务通信路由方式推荐和故障仿真等工作，为电力通信网络规划、优化、扩建和运维提供了强有力支撑。近三年，项目相关技术成果转化为产品，累计实现新增销售额3.58亿元，取得了良好的经济效益、社会效益与环境效益，成果的深化应用为保障大电网稳定运行和提升公司运维管理水平做出突出贡献。