史迪康 汪有成 王斌 李智玲 李培陽

摘要：電纜是電網(wǎng)構(gòu)成的基礎(chǔ)部分，其作用是對電能進(jìn)行傳輸和分配，是城市建設(shè)發(fā)展的重要內(nèi)容，因此需要在管理上給予高度重視。本文以地下的電纜智能巡檢系統(tǒng)為主題，從項(xiàng)目背景與內(nèi)容、主要建設(shè)研究內(nèi)容、項(xiàng)目創(chuàng)新與特色以及項(xiàng)目預(yù)期成果四個(gè)方面，分析了基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)，意在為地下電纜的定位識別、故障排查提供方法參考。

關(guān)鍵詞：射頻識別技術(shù)（RFID）;地下電纜;智能巡檢系統(tǒng)

中圖分類號：TP391.44??文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?????文章編號：1671-2064（2019）17-0000-00

0 引言

隨著我國城市建設(shè)的不斷推進(jìn)，作為城市發(fā)展重要內(nèi)容的電線電纜具有不可替代的作用，但是由于城市建設(shè)中不可避免的會出現(xiàn)移位改造，使得地下電纜的位置發(fā)生了變化，這對于電纜溝道的位置確定以及電纜的檢修和排查帶來了很大的困難。利用射頻識別技術(shù)，依靠現(xiàn)代電子科技，能夠有效解決這一難題，并且該技術(shù)也具有一定的應(yīng)用前景。

1 項(xiàng)目內(nèi)容

RFID即無線射頻識別技術(shù)，這是一種非接觸式的數(shù)據(jù)通信方式，能夠很方便地識別隱藏目標(biāo)，而且具有設(shè)備簡單、成本低、識別速度快、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。利用無線射頻識別技術(shù)，可以有效地彌補(bǔ)因電纜深埋于地下，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患以，解決難以準(zhǔn)確定位的管理難題^[1]。

利用無線射頻識別技術(shù)，借助物聯(lián)網(wǎng)研究如何對地下電纜進(jìn)行更精細(xì)化的運(yùn)行維護(hù)管理，在建立精細(xì)化數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，繼續(xù)豐富生產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容及數(shù)據(jù)展現(xiàn)層功能，為地下電纜實(shí)現(xiàn)可視化的展示、分析、決策支持提供數(shù)據(jù)服務(wù)，盡快解決運(yùn)行維護(hù)人員的迫切需求，提高運(yùn)行維護(hù)管理工作的效率，為電力企業(yè)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 主要建設(shè)研究內(nèi)容

2.1系統(tǒng)架構(gòu)

在地下電纜設(shè)備上設(shè)置相應(yīng)的識別標(biāo)識和傳感器，并利用物探工具將標(biāo)識中包含的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可見信息。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與無線射頻識別技術(shù)的作用下，建立電力地下資產(chǎn)管理系統(tǒng)，輔助進(jìn)行電力地下管線的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)工作。利用互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸，在移動(dòng)端接入硬件設(shè)備用于采集數(shù)據(jù)和顯示，并運(yùn)用云技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲，滿足運(yùn)行維護(hù)和應(yīng)急管理的需求，同時(shí)與地下資產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息及時(shí)傳輸和無縫對接。其具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

在完整的智能巡檢系統(tǒng)中會涉及射頻識別技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、個(gè)人數(shù)字助理和無線互聯(lián)技術(shù)。同時(shí)為了獲得更高的工作效率和更好的實(shí)用體驗(yàn)，需要將智能巡檢系統(tǒng)向著各方面不斷延伸探究，因此還需要應(yīng)用到集群技術(shù)和緩存技術(shù)。

根據(jù)具體使用要求、現(xiàn)有技術(shù)等情況，將地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的性能定位在以下范圍內(nèi)：電纜位置的定位識別應(yīng)當(dāng)控制在每百米范圍30秒以內(nèi)，可視化圖形的繪制時(shí)間控制在3秒以內(nèi)，與總控管理平臺的信息交換時(shí)間盡量保持在0.1秒左右，對地圖放縮和平移操作的響應(yīng)時(shí)間盡量保持在0.05秒以內(nèi)^[2]。

2.2研究內(nèi)容

在地下電纜的運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)中需要包含的研究內(nèi)容主要有以下四個(gè)方面：

一是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行編碼標(biāo)識的管理：通過建立唯一編碼特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究地下電纜與地面的信息互通的具體途徑。

二是將射頻傳感器標(biāo)識與全球定位系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用：通過在地下電纜上安裝特定的標(biāo)識設(shè)備與傳感器，并利用定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)反饋確定電纜的位置，能夠有效實(shí)現(xiàn)快速非開挖式的精確定位。

三是將地下電纜的相關(guān)情況形成可視化圖形：利用計(jì)算機(jī)識別技術(shù)和圖像處理技術(shù)，將地下電纜的位置、相關(guān)參數(shù)等轉(zhuǎn)換成圖形或圖像在屏幕上顯示出來，以更加方便地實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理以及決策分析。

四是基于移動(dòng)設(shè)備APP的運(yùn)行維護(hù)管理平臺：將識別系統(tǒng)自動(dòng)獲得的數(shù)據(jù)推送到現(xiàn)場工作人員的手持設(shè)備中，與此同時(shí)也要將現(xiàn)場采集的圖片、施工軌跡等數(shù)據(jù)傳輸至系統(tǒng)，最大化地實(shí)現(xiàn)地下電纜管理工作的意義和價(jià)值。

2.2.1編碼標(biāo)識管理功能

編碼標(biāo)識管理功能的實(shí)現(xiàn)需要通過無線射頻識別技術(shù)。一套完整的無線射頻識別系統(tǒng)需要由電子標(biāo)簽、讀寫器和管理系統(tǒng)三個(gè)部分組成。其中電子標(biāo)簽是與地下電纜直接連接的部分，即通過在地下電纜的外部保護(hù)裝置上以及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)處放置能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲與信號發(fā)射的電子電路如圖2所示。讀寫器的作用就是將電子標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行閱讀和改寫。電子標(biāo)簽與讀寫器之間的信號是通過電磁波與電信號之間的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。管理系統(tǒng)是電子標(biāo)簽與讀寫器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換處理的中轉(zhuǎn)站，同時(shí)還可以通過管理平臺將編碼標(biāo)識得到的數(shù)據(jù)信息與其他平臺共享。

2.2.2射頻傳感器標(biāo)識與全球定位系統(tǒng)結(jié)合

根據(jù)目前已經(jīng)建立的管理系統(tǒng)，可以將地下電纜智能巡檢系統(tǒng)與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)相連接，實(shí)時(shí)定位工作人員的作業(yè)區(qū)域、地下電纜的運(yùn)行區(qū)域等等，還可以及時(shí)通過總控臺進(jìn)行工作通知、故障搶修、實(shí)時(shí)對話等，為地下電纜設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)工作提供更好的條件。

以具體應(yīng)用為例，現(xiàn)場作業(yè)人員可以通過移動(dòng)設(shè)備接受總控處下達(dá)的作業(yè)任務(wù)，移動(dòng)設(shè)備也可以通過實(shí)時(shí)定位確定工作人員的位置，并且給予方向指引。由于地下電纜設(shè)備通常會深埋于地下0.3米至1.0米的位置，而且上層覆蓋物的成分也十分復(fù)雜，此時(shí)需要利用移動(dòng)設(shè)備的超高頻射頻識別功能精確判斷電纜的位置，同時(shí)向總控處反饋工作人員已到達(dá)地點(diǎn)的信號。如果發(fā)現(xiàn)電纜設(shè)備出現(xiàn)問題，還可以利用移動(dòng)設(shè)備及時(shí)上報(bào)^[3]。

2.2.3可視化圖形顯示功能

由于地下電纜的數(shù)量大而且范圍廣，所以可視化圖形功能的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)具有界面簡潔、操作方便、調(diào)整全面等特點(diǎn)，還需要從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可擴(kuò)展性、兼容性等方面考慮圖形顯示平臺的結(jié)構(gòu)。可以利用分層設(shè)計(jì)的思想，將平臺劃分為四個(gè)結(jié)構(gòu)，從可視化圖形整體查閱到基本的繪制功能到與自動(dòng)化功能結(jié)合等等。逐層分離、層層遞進(jìn)。

2.2.4運(yùn)行維護(hù)管理平臺

運(yùn)行維護(hù)管理平臺是整個(gè)智能巡檢系統(tǒng)的主要控制樞紐，在具體實(shí)施上，可以分為管理模塊、現(xiàn)場模塊和監(jiān)控模塊三個(gè)主要部分。其中管理模塊是對各種反饋信息的整理和審查;現(xiàn)場模塊是對作業(yè)現(xiàn)場情況的監(jiān)督，以幫助及時(shí)上報(bào)問題;監(jiān)控模塊是幫助管理人員對現(xiàn)場施工、突發(fā)問題、設(shè)備故障等情況進(jìn)行了解的重要方式。依據(jù)三個(gè)部分的功能特點(diǎn)，可以將其關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)地下電纜智能巡檢系統(tǒng)功能全面的要求。

3 項(xiàng)目創(chuàng)新與特色

一是在信息化管理方面，對電纜探測、標(biāo)識及數(shù)據(jù)建模，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)臺賬信息化;對電纜通道進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，建立電子標(biāo)識。實(shí)現(xiàn)信息化管理和智能化管理基礎(chǔ)建設(shè)。

二是在可視化資產(chǎn)方面，存儲并展示地下資產(chǎn)地理信息及相關(guān)屬性，快速、方便的展示現(xiàn)場地理位置情況及相關(guān)電纜屬性資料，實(shí)現(xiàn)電纜信息管理，提供分析數(shù)據(jù)依據(jù)。

三是在智能運(yùn)檢管理方面，建立巡檢計(jì)劃管理模型，支撐移動(dòng)終端的無紙化辦公，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)上傳智能化。智能化巡檢標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，建立缺陷管理模型，能夠支持移動(dòng)設(shè)備中的地圖標(biāo)注。

四是能夠完整地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)成圖、數(shù)據(jù)擴(kuò)展、數(shù)據(jù)展示和數(shù)據(jù)共享。數(shù)據(jù)成圖是指將普查數(shù)據(jù)清理、歸整、校驗(yàn)后上傳到平臺中，系統(tǒng)自動(dòng)生成電纜路徑圖，同時(shí)展現(xiàn)電纜敷設(shè)方式、連接關(guān)系和臺賬結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)擴(kuò)展是指基于生產(chǎn)臺賬擴(kuò)展出符合電網(wǎng)臺賬規(guī)范的數(shù)據(jù)模型，包括電纜通道、工井等設(shè)施設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與生產(chǎn)系統(tǒng)臺賬數(shù)據(jù)無縫對接。數(shù)據(jù)展示是指展現(xiàn)敷設(shè)方式、以單線圖展現(xiàn)線路連接關(guān)系、用截面圖來展示電纜通道內(nèi)的資源排布情況。數(shù)據(jù)共享是指充分利用云特性，提供海量數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)與城市地下管線綜合管理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)對接。這樣系統(tǒng)就具有了高效、靈活、交互、直觀的特點(diǎn)。

此外，對地下電纜巡檢的行業(yè)進(jìn)行分析研究，可以發(fā)現(xiàn)目前根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用成熟度，結(jié)合地下資產(chǎn)環(huán)境的特殊性，電力地下資產(chǎn)具有隱蔽性較強(qiáng)的特征，對現(xiàn)場每個(gè)地下資產(chǎn)設(shè)備，研究建立唯一編碼特征基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究資產(chǎn)建立與地面的信息互聯(lián)互通手段，真正實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)方式的資產(chǎn)管理方案。

4 成果展望

通過本項(xiàng)目的開展，能夠通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)地下電纜的信息標(biāo)識數(shù)據(jù)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)對接，在日常運(yùn)行維護(hù)或巡檢工作中，可通過移動(dòng)設(shè)備對地下電纜進(jìn)行精確、快速的定位與關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)尋找，真正實(shí)現(xiàn)依靠信息化手段完成管理工作。對地下電纜設(shè)備及電力溝道進(jìn)行智能化管理，建立地下電纜屬性信息的管理系統(tǒng)，通過現(xiàn)場作業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，做好電纜運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)工作，能夠提高管理工作的效率和作用，而且實(shí)現(xiàn)地下電纜管理的可視化顯示和精確定位，對應(yīng)急搶修、指揮調(diào)度工作能提供輔助決策和技術(shù)支持。因此這一系統(tǒng)對于電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益與電力管理工作的進(jìn)步都有重要意義，具有廣闊的應(yīng)用前景^[4]。

5 結(jié)語

總而言之，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，隨著無線射頻識別技術(shù)的不斷發(fā)展，逐步將其應(yīng)用于地下電纜智能巡檢系統(tǒng)中，并利用計(jì)算機(jī)輔助功能與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)現(xiàn)場作業(yè)與遠(yuǎn)程監(jiān)控的融合，協(xié)助電力企業(yè)全面掌握地下電纜的位置和運(yùn)行情況，及時(shí)排除故障隱患，用科技的力量保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]楊進(jìn)進(jìn)，范勇，宋濤，等.智能巡檢系統(tǒng)在無線維護(hù)中的應(yīng)用[J].電子世界，2019（03）：181-182.

[2]李思堯，董章，邱方馳，等.基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的研究[J].電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2018（05）：5-7.

[3]李杰豪，鄭灝.智能巡檢管理系統(tǒng)在輸電線路運(yùn)維中的應(yīng)用分析[J].科技風(fēng)，2018（28）：115.

[4]趙欣. 基于射頻識別的電子標(biāo)識技術(shù)在電纜管理中的應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)（北京），2016.

收稿日期：2019-07-24

基金項(xiàng)目：地下管線標(biāo)識系統(tǒng)（2019-26）;內(nèi)蒙古電力（集團(tuán)）有限責(zé)任公司科技項(xiàng)目。

作者簡介：史迪康（1989—），男，內(nèi)蒙古包頭人，本科，工程師，研究方向：配電運(yùn)行與檢修。