基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力通信桿塔資源管理應(yīng)用

趙志宇

(江蘇省電力公司 南京供電公司，江蘇 南京210019)

射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞，并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)。如何在電力系統(tǒng)中引入RFID技術(shù)解決生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)際問(wèn)題，成為智能電網(wǎng)建設(shè)中的重要課題。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成為國(guó)家產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點(diǎn)背景下，各地電網(wǎng)公司擁有豐富的電力桿路溝道資源，自2000年以來(lái)，由于光通信網(wǎng)絡(luò)不斷發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商通過(guò)私搭亂建大規(guī)模占用電力桿路溝道，致使搶占客戶資源造成電力線路短路、倒桿、檢修維護(hù)人員觸電、高空墜落等事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響供電安全，給供電企業(yè)造成不良社會(huì)影響。

當(dāng)前電力通信桿塔纜線搭掛單位眾多，包括聯(lián)通、移動(dòng)、公安、電信、廣電等，主要存在如下問(wèn)題:(1)鋼絞線使用混亂無(wú)序，造成借用、穿越其他產(chǎn)權(quán)單位鋼絞線等現(xiàn)象。(2)工作人員無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)快速簡(jiǎn)易獲取纜線資源明細(xì)數(shù)據(jù)。因此如何解決現(xiàn)場(chǎng)快速識(shí)別電力桿塔搭掛纜線明細(xì)數(shù)據(jù)，成為通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)射頻識(shí)別方案要解決的問(wèn)題。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的射頻識(shí)別解決方案

通過(guò)登桿使用不同產(chǎn)權(quán)單位的鋼絞線進(jìn)行分類、整理捆扎、懸掛具備RFID的標(biāo)識(shí)牌到鋼絞線上，進(jìn)行通信纜線搭掛的通道標(biāo)識(shí)。將標(biāo)識(shí)與地理信息中的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立標(biāo)簽信息系統(tǒng)。通過(guò)開(kāi)發(fā)基于RFID讀取的終端軟件，讀取RFID標(biāo)簽，自動(dòng)更新后臺(tái)數(shù)據(jù)并返回標(biāo)簽所在通道的纜線明細(xì)數(shù)據(jù)，從而劃定標(biāo)識(shí)出產(chǎn)權(quán)單位專用纜線通道，快速獲取標(biāo)簽對(duì)應(yīng)鋼絞線下纜線數(shù)據(jù)明細(xì)和桿塔固定編碼標(biāo)識(shí)信息，作為基于物聯(lián)網(wǎng)射頻識(shí)別技術(shù)方案解決以上問(wèn)題。

網(wǎng)絡(luò)組成圖如圖1所示，內(nèi)網(wǎng)管理GIS系統(tǒng)纜線臺(tái)帳信息，外網(wǎng)將纜線臺(tái)帳數(shù)據(jù)信息進(jìn)行定期發(fā)布與更新，可使用內(nèi)外網(wǎng)隔離終端，減少數(shù)據(jù)更新后拷貝工作。通過(guò)GPRS或者3G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)手持終端標(biāo)簽信息與后臺(tái)纜線明細(xì)的數(shù)據(jù)接收以及任務(wù)接收回執(zhí)工作。

2 RFID選型

RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成圖

RFID射頻識(shí)別應(yīng)用于電力桿塔需要具備7～8 m的遠(yuǎn)距離讀取要求。按應(yīng)用頻率的不同可分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF，860～960 MHz)、微波(MW)，本次應(yīng)用主要采用超高頻(UHF，860～960 MHz)技術(shù)。RFID按照能源的供給方式分為無(wú)源、有源以及半有源。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試比對(duì)，發(fā)現(xiàn)既要滿足城區(qū)電力桿塔高度7 m以上讀寫要求且提供長(zhǎng)時(shí)間免更換這兩項(xiàng)要求，只有有源超高頻標(biāo)簽?zāi)軌驖M足。由于微波RFID成本過(guò)高故在本次實(shí)驗(yàn)中不作參考。

系統(tǒng)使用VS2005開(kāi)發(fā)基于.net CF2.0框架的嵌入式應(yīng)用軟件，通過(guò)調(diào)用無(wú)源RFID驅(qū)動(dòng)中間件DLL驅(qū)動(dòng)文件API向終端天線發(fā)送命令，終端天線通過(guò)雷達(dá)原理模型，發(fā)射電915 MHz高頻磁波，碰到標(biāo)簽后通過(guò)標(biāo)簽內(nèi)部的阻抗開(kāi)關(guān)電路反射電磁波，同時(shí)攜帶回24位編碼信息。終端在獲得編碼信息后，通過(guò)GPRS公網(wǎng)進(jìn)一步獲取信息系統(tǒng)中的明細(xì)數(shù)據(jù)。

3 軟件功能

圖2 軟件功能

3.1 后臺(tái)軟件功能

后臺(tái)軟件管理功能主要包括分纜任務(wù)管理、纜線臺(tái)帳管理與標(biāo)簽數(shù)據(jù)管理。分纜任務(wù)管理主要管理需要發(fā)布到分纜終端的現(xiàn)場(chǎng)纜線確認(rèn)任務(wù)，告知終端持有人特定的纜線數(shù)據(jù)校核任務(wù)內(nèi)容。

圖3 后臺(tái)軟件界面截圖

標(biāo)簽數(shù)據(jù)管理主要包括讀取終端現(xiàn)場(chǎng)采集16進(jìn)制20位編碼RFID標(biāo)簽信息到后臺(tái)系統(tǒng)以及對(duì)標(biāo)簽數(shù)據(jù)與纜線數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)綁定操作。

纜線臺(tái)帳管理是指基于地理信息平臺(tái)的纜線地理路徑錄入和維護(hù)功能。

3.2 終端軟件功能

包括標(biāo)簽讀寫、任務(wù)管理、系統(tǒng)設(shè)置等功能。

標(biāo)簽讀寫提供現(xiàn)場(chǎng)RFID信息的讀寫操作功能。任務(wù)管理主要指用戶可通過(guò)終端接收到任務(wù)位置、任務(wù)發(fā)送人、任務(wù)描述信息、發(fā)送時(shí)間、截止日期并進(jìn)行任務(wù)回、完結(jié)操作。系統(tǒng)設(shè)置可以完成數(shù)據(jù)同步、上傳、下載主機(jī)的IP設(shè)置和檢測(cè)工作。

圖4 終端使用界面截圖

3.3 數(shù)據(jù)傳輸功能

包括分纜信息查詢、帳戶同步與標(biāo)簽信息上傳功能。(1)分纜信息查詢指終端讀取標(biāo)簽編號(hào)后，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸后臺(tái)并返回結(jié)果信息到終端圖形窗口功能。(2)帳戶同步通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)從后臺(tái)返回終端操作帳戶的過(guò)程。(3)標(biāo)簽信息上傳指將現(xiàn)場(chǎng)錄入標(biāo)簽編碼數(shù)據(jù)集中批量導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)以減少錄入操作的過(guò)程。

在與無(wú)線公網(wǎng)的傳輸過(guò)程中使用基于SOAP協(xié)議的Web Service平臺(tái)開(kāi)發(fā)終端前臺(tái)代理類，通過(guò)終端代理類與后臺(tái)SOAP服務(wù)類進(jìn)行通信傳輸，發(fā)送邏輯指令與獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)。通過(guò)發(fā)布接口文件，客戶端下載對(duì)應(yīng)服務(wù)接口的wsdl文件代理類到終端客戶端開(kāi)發(fā)程序中調(diào)用，如圖5所示。在傳輸安全上使用MD5加密算法，對(duì)后臺(tái)編碼和傳輸數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加密和解密，在一定程度上減少了信息在公網(wǎng)傳輸途徑中的安全問(wèn)題。

圖5 系統(tǒng)架構(gòu)

4 電力通信領(lǐng)域RFID實(shí)際應(yīng)用

南京供電公司桿線整治小組以“解決現(xiàn)場(chǎng)快速識(shí)別電力桿塔搭掛纜線明細(xì)數(shù)據(jù)”為目標(biāo)，提出使用基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無(wú)源射頻識(shí)別技術(shù)，選擇雙塘路、來(lái)鳳街、莫愁路等部分桿塔纜線進(jìn)行實(shí)地懸掛試驗(yàn)。首先使用鉚釘固定金屬標(biāo)牌與RFID標(biāo)簽后，通過(guò)手持式RFID采集終端進(jìn)行標(biāo)簽號(hào)、桿塔號(hào)、通道歸屬等信息采集錄入。然后將不同產(chǎn)權(quán)單位光纜整理捆扎成束，使用不銹鋼扎帶將不同顏色的標(biāo)識(shí)牌懸掛鋼絞線上進(jìn)行區(qū)分。最后將標(biāo)簽編號(hào)綁定后臺(tái)GIS系統(tǒng)纜線臺(tái)帳數(shù)據(jù)。運(yùn)營(yíng)商如需在已經(jīng)捆扎好的纜線中重新置入纜線，可以拆開(kāi)纜線束，置入纜線后進(jìn)行捆扎恢復(fù)。

圖6 裝置及配套標(biāo)簽實(shí)物照片

由于金屬板能夠屏蔽射頻標(biāo)簽周圍其他頻率電磁波的干擾，營(yíng)造一個(gè)適應(yīng)RFID和發(fā)射機(jī)工作波頻率的電磁環(huán)境，所以無(wú)源RFID需要依靠金屬板標(biāo)牌才能進(jìn)行盡量長(zhǎng)距離的讀取。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，加掛金屬板標(biāo)牌后反而無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離讀取，通過(guò)射頻工作原理分析，無(wú)源RFID懸掛金屬板背后必須挖空其金屬部分，因?yàn)榻饘俨粌H能夠屏蔽其他電磁波，同樣也能產(chǎn)生電磁波的反射疊加，干擾RFID讀取。由于挖空的位置處于標(biāo)簽之后，終端發(fā)射的電磁波不會(huì)造成過(guò)多的反射和疊加，順利實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離標(biāo)簽讀取。

通過(guò)懸掛RFID標(biāo)簽，巡視過(guò)程中通過(guò)手持設(shè)備掃描芯片卡，再通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)與后臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行通信，查看手持系統(tǒng)中顯示的纜線數(shù)量、產(chǎn)權(quán)單位、走向、芯對(duì)數(shù)等信息與實(shí)際巡查的信息是否符合，可實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易操作和快速確認(rèn)是否存在私搭亂掛現(xiàn)象。利用帶色標(biāo)牌規(guī)范標(biāo)識(shí)搭掛通道也解決了隨意借用其他產(chǎn)權(quán)單位通道造成纜線穿越、散落等問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的RFID應(yīng)用，構(gòu)建電力通信桿線資源管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與各搭掛纜線的物與網(wǎng)的連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)搭掛纜線的全面管理與長(zhǎng)效管理，不但提高了線路資源的精細(xì)化管理方法，也為管理者提供了智能、高效的強(qiáng)化管理的手段，保證電力桿塔、電力通信的安全以及通信資源正常有序的租用。

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