提升地下電纜信息可視化管理的研究

徐海寧

（舟山供電公司，浙江 舟山 316000）

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提升地下電纜信息可視化管理的研究

徐海寧

（舟山供電公司，浙江 舟山 316000）

本文以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，綜合運用射頻識別技術(shù)（RFID）、空間信息技術(shù)（GIS、GPS等技術(shù)），集成先進地下電纜探測裝備，建立了一套信息化、可視化地下電纜管理平臺。平臺由電子標(biāo)簽、標(biāo)簽探測儀、移動智能終端（帶GPS模塊）和后臺管理系統(tǒng)組成，實現(xiàn)了地下電纜的精益化、智能化、可視化管理，為地下電纜的運行管理和故障處理提供一種的科學(xué)有效的技術(shù)手段，對提升了電纜運維管理的技術(shù)水平，保障了現(xiàn)場施工的安全準(zhǔn)確性及施工定位準(zhǔn)確度，實現(xiàn)了電纜的智能化、可視化管控等方面具有重要意義。

RFID；信息化；可視化；探測儀；管理系統(tǒng)

隨著區(qū)域經(jīng)濟與城市化建設(shè)的快速發(fā)展，城市供電方式由架空線路改為地下電纜埋設(shè)已經(jīng)是大勢所趨。準(zhǔn)確、快速定位現(xiàn)場目標(biāo)電纜的空間位置，并實時獲取電纜屬性信息、走向及相關(guān)設(shè)備信息，是地下電纜運行維護需要解決的重要問題。為此，人們基于傳統(tǒng)的AM/FM、GIS等手段，在不同時期，采用不同技術(shù)手段構(gòu)建了各種地下電纜管理信息化系統(tǒng)，出現(xiàn)了成熟的專用探測儀器和技術(shù)體系。然而，單純依賴這些電纜探測設(shè)備和技術(shù)，對電纜運行維護的實際作用有限。在電纜應(yīng)急搶修或日常維護時，依然需要對電纜進行開挖探測等重復(fù)性試驗、逐一排查，導(dǎo)致地下電纜維護工作繁重、操作復(fù)雜、難度大、風(fēng)險高，不能降低電纜等地下設(shè)施管理的難度和復(fù)雜性，給電網(wǎng)安全運行帶來較大隱患。

本文所論及的是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托，綜合運用射頻識別技術(shù)、空間信息技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，集成先進地下電纜探測裝備，建立了一套地下電纜電子標(biāo)簽信息化管理系統(tǒng)，為地下資產(chǎn)的全生命周期管理打下堅實基礎(chǔ)。

1　RFID射頻識別的基本原理和特點

RFID射頻識別技術(shù)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的新興非接觸式具備自動識別功能的一種新技術(shù)，它利用射頻信號空間耦合，實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的。它能穿透雪、冰、涂料、水泥、金屬和條形碼無法使用的惡劣環(huán)境閱讀標(biāo)簽，并且閱讀速度極快，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

1.1RFID基本原理

最簡單的 RFID系統(tǒng)由應(yīng)答器、閱讀器、應(yīng)用軟件系統(tǒng)組成[1]。一般由標(biāo)簽作為應(yīng)答器且具有惟一的電子編碼使其附著在被識別目標(biāo)對象的物體上。閱讀器主要用于接受、解碼讀取、處理數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)的工作原理：通過閱讀器發(fā)出固定頻率射頻信號，當(dāng)被檢測標(biāo)簽進入工作區(qū)時被激活后，系統(tǒng)自動接收標(biāo)簽發(fā)送過來的編碼信號，閱讀器對接收的信號進行解調(diào)和解碼，然后將數(shù)據(jù)傳送到計算機網(wǎng)絡(luò)。RFID的基本原理圖如圖1所示[2]。

圖1　RFID基本原理圖

1.2RFID主要特點[3]

作為最為廣泛使用的自動數(shù)據(jù)采集技術(shù)，RFID應(yīng)用到資源管理系統(tǒng)上，其優(yōu)勢表現(xiàn)尤為突出，如以下幾點。

1）防水、防磁、耐高溫，不受環(huán)境影響，具有放沖突功能。

2）無源和免接觸操作，應(yīng)用便利，只需置于閱讀器形成的電磁場中就可準(zhǔn)確讀入數(shù)據(jù)，減少甚至排除因人工干預(yù)數(shù)據(jù)采集而帶來的效率降低和糾錯成本。

3）RFID讀取數(shù)據(jù)快、距離長，可讀取標(biāo)簽上的編碼，并通過移動互聯(lián)網(wǎng)與后臺管理系統(tǒng)中的電纜信息相關(guān)聯(lián)，實時顯示電纜信息。

4）RFID標(biāo)簽的識讀不依賴于可見光，因此不需以目視可見為前提，可在條碼、銘牌技術(shù)無法適應(yīng)的惡劣環(huán)境下使用。

5）通過標(biāo)簽對電纜信息數(shù)據(jù)具有保密功能，使得數(shù)據(jù)只有專用閱讀器可識讀。

2　地下電纜信息可視化管理系統(tǒng)防

該地下電纜信息可視化管理系統(tǒng)平臺主要基于RFID技術(shù)，由電子標(biāo)簽、標(biāo)簽探測儀、移動智能終端（帶GPS模塊）和后臺服務(wù)系統(tǒng)組成，充分利用RFID技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)了地下電纜的精益化、智能化、信息化、可視化管理，為地下資產(chǎn)的全生命周期管理打下堅實基礎(chǔ)。其工作結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2　地下電纜信息可視化管理系統(tǒng)工作結(jié)構(gòu)圖

2.1RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

RFID數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由兩部分組成[4]，分別為射頻識別（RFID）標(biāo)簽和RFID數(shù)據(jù)采集終端。

1）射頻識別（RFID）標(biāo)簽[5]

系統(tǒng)的射頻識別標(biāo)簽采用的是只讀非接觸射頻卡，由天線和微型芯片組成。電子標(biāo)簽微型芯片里面存在惟一標(biāo)識號用來標(biāo)識電子標(biāo)簽。

本系統(tǒng)中的地下電纜每隔一段距離安裝一個電子信息標(biāo)簽，以電子信息標(biāo)簽的惟一編碼ID號作為該標(biāo)識位置點的標(biāo)志，通過標(biāo)簽探測儀識讀電子信息標(biāo)簽ID號，將ID號藍(lán)牙傳輸至移動智能終端，結(jié)合移動互聯(lián)網(wǎng)實時顯示該位置點的電纜信息、電纜線路名稱、敷設(shè)方式、電纜溝道深度、電纜溝道寬度、附屬設(shè)備描述、電纜井名稱、井內(nèi)電纜線路描述（中間接頭、孔位信息）、標(biāo)簽安裝位置描述、該位置點電纜井、溝內(nèi)部情況照片及外部外景照片。

2）RFID數(shù)據(jù)采集終端

RFID數(shù)據(jù)采集終端主要由標(biāo)簽探測儀和移動智能終端組成。標(biāo)簽探測儀由識讀模塊和線圈組成。只要距離適當(dāng)，標(biāo)簽探測儀的線圈和電子標(biāo)簽的天線之間就會形成磁場，能夠識讀標(biāo)簽的惟一的編碼ID號，通過藍(lán)牙將標(biāo)簽ID號發(fā)送至終端中，通過軟件將采集到的信息與標(biāo)簽 ID號一一相關(guān)聯(lián)并傳輸?shù)椒?wù)管理系統(tǒng)，其應(yīng)用場景如圖3所示。

圖3　地下電纜信息可視化管理系統(tǒng)的應(yīng)用場景

在地下電纜信息可視化管理系統(tǒng)中，我們通過前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將現(xiàn)場采集標(biāo)簽上的相關(guān)聯(lián)信息整合、關(guān)聯(lián)并錄入系統(tǒng)，最終實現(xiàn)對地下電纜的實時、有效監(jiān)測。

2.2系統(tǒng)的后臺服務(wù)管理

所謂的地下電纜信息可視化管理系統(tǒng)，是通過電子地圖結(jié)合 RFID技術(shù)實現(xiàn)電纜狀態(tài)信息的信息可視化管控。通過電子標(biāo)簽的經(jīng)緯度坐標(biāo)及時、精準(zhǔn)定位電纜故障發(fā)生地點進行搶修，減少損失，提高地下電纜的管理水平。

1）后臺服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

基于本文所提到的地下電纜信息可視化管理系統(tǒng)，本系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)主要如下：

（1）在管理中心實現(xiàn)管控電纜線路基本數(shù)據(jù)參數(shù)的實時調(diào)取、修改，實現(xiàn)可視化、智能化的管理。

（2）當(dāng)電纜發(fā)生異常事件時，移動智能終端通過移動互聯(lián)網(wǎng)連接后臺數(shù)據(jù)庫，調(diào)出相關(guān)的電子地圖，通過電子標(biāo)簽記錄的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息，GPS定位導(dǎo)航事件發(fā)生地點，根據(jù)不同的事件性質(zhì)做不同的處理。

（3）實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的實時整理，實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的初步大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)事故頻發(fā)的區(qū)域及設(shè)備類型，為提高電纜設(shè)備的運行維護水平提供有力的證據(jù)支撐。

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2）后臺服務(wù)管理系統(tǒng)

根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)，并使GIS與電纜屬性信息更好的結(jié)合在一起，系統(tǒng)采用如圖4所示軟件功能模式。

前端、后臺服務(wù)軟件調(diào)用GIS電子地圖，利用電子地圖上標(biāo)記的電子標(biāo)簽對應(yīng)的地下電纜及電力井屬性信息、圖像等，可以方便的得出地下電纜路徑及信息、電力井及井內(nèi)每根電纜具體信息、電纜中間接頭信息、巡檢路徑等功能，從而達(dá)到信息可視化、智能化管理的目標(biāo)。

圖4　系統(tǒng)軟件功能模式

3　系統(tǒng)工程化的實現(xiàn)

要實現(xiàn)地下電纜信息可視化管理需先完成系統(tǒng)的前期初始化工作，現(xiàn)場施工安裝時，通過前端軟件將地下電纜、電纜井及井內(nèi)電纜、中間接頭有關(guān)屬性數(shù)據(jù)等信息一一寫入后臺數(shù)據(jù)庫。將各電子大標(biāo)簽安裝在直埋電纜附近或電力井井壁上，將電子小標(biāo)簽捆扎在電力井內(nèi)每根電纜上，標(biāo)簽探測儀通過無線射頻信號識讀電子標(biāo)簽的 ID編碼號并藍(lán)牙傳輸至手持智能終端，通過以現(xiàn)場安裝點的標(biāo)簽及其惟一 ID編碼作為位置點標(biāo)志并提供相應(yīng)的采集位置點數(shù)據(jù)，前端軟件通過輸入GPS數(shù)據(jù)、編輯、綁定 ID號，在 GIS電子地圖上生成標(biāo)簽位置點圖標(biāo)，并與數(shù)據(jù)庫里的直埋電纜、電力井及井內(nèi)電纜等信息一一關(guān)聯(lián)起來。

4　結(jié)論

地下電纜信息可視化管理系統(tǒng)為電纜管理單位的運行管理和故障處置提供了一種科學(xué)、有效的技術(shù)手段，提升了電纜運維管理的技術(shù)水平，保障了現(xiàn)場施工的安全準(zhǔn)確性及施工定位的準(zhǔn)確度，實現(xiàn)了電纜的智能化、可視化管控。隨著無線射頻識別技術(shù)的不斷發(fā)展進步，射頻識別技術(shù)將更加廣泛的應(yīng)用在電力行業(yè)的各個角落中，保障電纜的安全穩(wěn)定運行。

[1] 李泉林, 郭龍巖. 綜述 RFID技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域[J].中國電子商情: RFID技術(shù)與應(yīng)用, 2006(1): 51-62.

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Research on the Information Visualization Management of Underground Cables

Xu Haining
(Zhoushan Electric Power Bureau, Zhoushan, Zhejiang 316000)

The cable management platform was established. Which based on the Internet of things technology, the integrated use of radio frequency identification technology (RFID), space information technology (GPS, GIS and other technologies), and integrated advanced underground cable detection equipment. Platform by the electronic tag, tag detector, mobile intelligent terminal with GPS module and the backstage management system management system, realize the underground cable lean, intellectualization and visualization management, for the operation of the underground cable maintenance and fault processing to provide strong scientific and technological means, to improve the modernization of cable operation management, improve construction site safety, accuracy and cable facility location accuracy has important significance.

RFID; GIS information; visualization; detector; management system

徐海寧（1983-），男，山東省煙臺市，碩士研究生，工程師，主要從事從事海纜運行檢修工作。