基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的研究

李思堯 董 章 邱方馳 劉木疆 陳雅旎 楊湘琦 賈 梅

（深圳供電局有限公司）

0 引言

集移動互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫開發(fā)、嵌入式開發(fā)、GIS及物聯(lián)網(wǎng)等多學科于一身的巡檢系統(tǒng)在地下電纜巡檢工作中有著重要的應用意義，國外地下電纜巡檢系統(tǒng)主要應用于地下電纜運行監(jiān)控 （包括輔助突出事故應急指揮、地下電纜的遠程監(jiān)控和事故報警、電纜隧道出入口管控和隧道井蓋的監(jiān)控、地下電纜動態(tài)載流量和負荷的監(jiān)控、PDA移動作業(yè)等方面）、電纜運行狀態(tài)監(jiān)測的擴展 （如地下電纜的接地電流監(jiān)測、電纜隧道氣體監(jiān)測等）、電纜專家診斷等方面［1，2］。我國地下電纜智能巡檢雖然起步較晚，但已有較為成熟的產(chǎn)品，例如基于GPRS、GPS、PocketPC等技術開發(fā)的華微智能巡檢系統(tǒng)具有電纜巡檢、缺陷報告與生產(chǎn)管理系統(tǒng)對接等功能［3］。

1 基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的總體架構

根據(jù)調(diào)研，系統(tǒng)將主要包含如下三個方面的功能：首先是現(xiàn)場服務，即記錄現(xiàn)場作業(yè)的執(zhí)行情況并實時上報存在的問題；其次是業(yè)務管理，即對現(xiàn)場作業(yè)文檔進行編輯和審批、管理地下電纜的巡檢線路及管控巡檢人員的作業(yè)情況；最后是在線監(jiān)控，即通過各類現(xiàn)場作業(yè)的實時采集和處理，為管理人員監(jiān)控現(xiàn)場作業(yè)情況提供數(shù)據(jù)支撐［4］。

根據(jù)調(diào)研需求并考慮到已有技術、系統(tǒng)擴展性及電力公司實際情況，本著 “需求牽引、總體規(guī)劃、分布實施、小步快跑”的建設原則，基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)采用面向服務的設計架構，構建了如圖1所示的總體框架 （表1為系統(tǒng)的性能指標）。

圖1 基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的總體架構

表1 基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的性能指標

2 基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的功能劃分

整個系統(tǒng)由現(xiàn)場作業(yè)PDA和后臺監(jiān)控平臺構成（如圖2所示），現(xiàn)場作業(yè)PDA作為設備數(shù)據(jù)的最終接受方和現(xiàn)場業(yè)務數(shù)據(jù)的提供方，主要負責接收并存儲相關運行實時數(shù)據(jù)及后臺監(jiān)控平臺下達的電纜巡檢任務、設備臺賬、作業(yè)指導書及缺陷等，并根據(jù)后臺監(jiān)控平臺的需求來提供現(xiàn)場巡檢信息；后臺監(jiān)控平臺作為設備數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源頭，負責提供電纜設備臺賬、電纜巡視任務單、危險點、設備缺陷、作業(yè)指導書等業(yè)務內(nèi)容，并通過與現(xiàn)場作業(yè)PDA的數(shù)據(jù)交換通道來實現(xiàn)設備數(shù)據(jù)的同步［5］。

圖2 基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的硬件組成

2.1 地下電纜智能巡檢作業(yè)庫

包含不同內(nèi)容的多種作業(yè)文檔會生成于地下電纜巡檢作業(yè)過程中，管理人員需要花費大量的時間和精力對其進行規(guī)范和編制［6］，故系統(tǒng)構建地下電纜智能巡檢作業(yè)庫來同時滿足管理人員快捷智能的編制需求和作業(yè)文檔的編審批流程要求。具體說來，地下電纜智能巡檢作業(yè)庫的功能：

一、地下電纜標準化作業(yè)模型。作為地下電纜智能巡檢作業(yè)庫實施的基礎，地下電纜標準化作業(yè)模型包含前期準備模型、技術措施模型、危險點特殊設備模型、危險點通用模型、實施方案模型、典型安全措施卡模型等，是通過集合方式按工作步驟來整合模型的。

二、文檔智能化分析。文檔智能化分析的職責包括：根據(jù)地下電纜標準化作業(yè)文本涉及設備、設備類型及巡檢類型等方面的要求及管理人員作業(yè)文檔編制的習慣，通過對已編制的電纜標準化作業(yè)文本進行規(guī)范，為各電纜標準化作業(yè)文本構建對應關鍵字并進行分析；對于新電纜標準化作業(yè)文本的編制，將根據(jù)管理人員所選擇的巡檢方案，從歷史文本中進行智能篩選，并且還會根據(jù)管理人員所選擇的設備廠商和型號來選擇相應的設備范文，從而簡化管理人員的文本編制工作量；根據(jù)地下電纜相同類型和作業(yè)性質的多項任務，將其巡視工作內(nèi)容中的可重復使用設備、人員、安全要求等進行合并，而作業(yè)內(nèi)容將根據(jù)不同設備在現(xiàn)場作業(yè)時進行自動分開［7］。

2.2 設備信息和業(yè)務信息管理

地下電纜智能巡檢系統(tǒng)與生產(chǎn)管理系統(tǒng)進行了集成，這意味著生產(chǎn)管理系統(tǒng)可以為地下電纜智能巡檢系統(tǒng)提供相應的電纜巡檢設備數(shù)據(jù) （電纜斷面、電力潮流、設備臺賬、電纜拓撲關系、電纜溝體、電纜走向等）及電纜巡檢業(yè)務數(shù)據(jù) （巡檢周期、巡檢任務單等）及電纜巡檢設備數(shù)據(jù) （電纜斷面、電力潮流、設備臺賬、電纜拓撲關系、電纜溝體、電纜走向等），從而為電纜現(xiàn)場在線管理奠定數(shù)據(jù)基礎。

巡檢人員在現(xiàn)場巡視時都有對應路線，每個巡視路線上會標注重要巡視點，系統(tǒng)可以利用RFID的讀取功能來準確定位巡檢人員是否至崗 （巡檢人員現(xiàn)場作業(yè)后將巡檢突發(fā)情況及巡檢結果等通過PDA傳輸給后臺監(jiān)控平臺，然后由后臺監(jiān)控平臺統(tǒng)一通過班組、人員等多角度對巡檢人員的巡視到位情況進行統(tǒng)計，從而作為巡檢人員巡檢到位率的考核依據(jù)）。在對巡檢作業(yè)現(xiàn)場進行精準定位后，系統(tǒng)將讀取射頻識別卡的相應信息來判斷此次巡檢任務是否正確，同時對該電纜線路的走向進行調(diào)取。

系統(tǒng)同時提供離線和在線兩種任務處理方式，其中地下電纜巡檢任務的上傳和下載通過在線處理方式完成，地下電纜巡檢任務的日常工作通過離線方式完成。在巡檢人員作業(yè)過程中，電纜定位信息將通過無線互聯(lián)網(wǎng)進行實時上傳，如果因網(wǎng)絡中斷等突發(fā)情況而導致定位信息無法上傳時，PDA本地將暫時對其進行存儲，待故障解除后再次上傳［8］。

2.3 巡檢全過程監(jiān)控管理

第一，巡檢點的大致定位。工作電纜位置、電纜走向、工井經(jīng)緯度等信息可以通過后臺監(jiān)控平臺傳遞到PDA，通過GPS來對巡檢人員位置進行實時定位，將工作電纜的位置與巡檢人員的位置進行對比來獲得絕對距離值，然后根據(jù)絕對距離值的大小來進行排列。當計算得到的絕對距離值小于系統(tǒng)設置的提醒值時，意味著巡檢人員要前往該處執(zhí)行任務，此時地理信息圖層的道路拓撲將被調(diào)用，然后計算出巡檢人員到達工作電纜位置的最短路徑，給予圖片和語音提示來幫助巡檢人員找到指定工井的大致位置，從而為下一步精準定位奠定基礎。

第二，巡檢點的精準定位。系統(tǒng)所使用的全球定位技術依賴于所提供定位點的經(jīng)緯度信息，同時PDA的全球定位受天氣因素、所在位置上空衛(wèi)星個數(shù)等因素的影響而導致定位存在3～5m的誤差。故當巡檢人員找到指定工井的大致位置后，利用PDA的RFID技術來讀取該范圍內(nèi)的視頻識別卡信息，由此精準地找到巡檢點。

第三，巡檢人員管控。當巡檢人員攜帶PDA執(zhí)行任務時，巡檢人員的實時位置信息、所持設備信息及PDA上的巡檢任務信息都將被記錄在監(jiān)控管理后臺中，從而確保巡檢人員全程處于監(jiān)控平臺的管理下。

第四，巡檢人員到崗監(jiān)控。通過移動互聯(lián)網(wǎng)、PDA巡檢功能等技術，巡檢人員巡檢線路上各個關鍵位置的標簽ID信息、經(jīng)緯度信息等信息將被采集并傳輸?shù)胶笈_監(jiān)控平臺進行存儲，此外巡檢人員的巡檢軌跡通過地圖匹配算法也可以在后臺界面上進行直觀顯示。當后臺監(jiān)控平臺發(fā)現(xiàn)巡檢人員巡視路線與任務要求存在差異時 （即巡檢人員偏離既定巡檢路線），將向管理人員發(fā)出聲光警報，管理人員根據(jù)實際情況來向巡檢人員發(fā)出告警［9］。

第五，巡檢任務的實時派發(fā)。巡檢作業(yè)中可能存在緊急事件，如設備的突出故障，此時監(jiān)控平臺根據(jù)收到的設備故障警報信息來生成相應的巡檢任務，然后向指定設備進行派發(fā)。當巡檢人員所持的PDA收到巡檢任務后前往作業(yè)點進行執(zhí)行，執(zhí)行完畢后將巡檢結果發(fā)送給監(jiān)控平臺。

第六，故障定位和詳細信息反饋。根據(jù)故障檢測點標簽ID和距離，系統(tǒng)可以準確快速地定位到故障點，從數(shù)據(jù)庫調(diào)用故障點的經(jīng)緯度信息及附近的標簽ID，并確保檢修人員能夠通過PDA來獲得故障點定位信息，以便盡快地使故障得到處理。

第七，與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的無縫對接。通過與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的無縫對接，系統(tǒng)可以將巡檢人員采集的現(xiàn)場電纜設備信息傳遞給狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。根據(jù)接收到的電纜設備信息，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以對業(yè)務規(guī)則進行重新整理，并將電纜運行情況和問題清單進行全方位展示，以便管理人員全面掌握地下電纜的整體運行狀況。

3 基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的安全設計

基于RFID的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)的安全設計主要采取了如下幾方面的措施：具有與組織機構管理相結合的安全管理功能，采用了基于用戶名／密碼的身份認證方式和基于角色的訪問控制機制來解決廣域網(wǎng)內(nèi)部的安全管理問題，其基本的安全管理原則是“以責定崗、以崗定人”；基于Javaapplication和Web service機制來進行系統(tǒng)訪問安全管理，通過http基本身份驗證和Java認證規(guī)則來進行系統(tǒng)各功能應用；采用電力公司分區(qū)、分域、分級的網(wǎng)絡與信息安全總體防護策略，制定系統(tǒng)內(nèi)各類數(shù)據(jù)及相應存儲、應用和共享的安全設計；在正常工作中自動創(chuàng)建數(shù)據(jù)管理日志，將用戶登錄、對數(shù)據(jù)訪問、搜索及編輯等操作信息進行實時記錄，從而對登錄用戶的操作進行全程跟蹤。

4 結束語

綜上所述，由現(xiàn)場作業(yè)PDA和后臺監(jiān)控平臺構成的地下電纜智能巡檢系統(tǒng)實現(xiàn)了地下電纜巡檢的管理-執(zhí)行-監(jiān)控全作業(yè)過程的閉環(huán)控制，不僅利用標準化的作業(yè)信息庫實現(xiàn)了現(xiàn)場作業(yè)的標準化和規(guī)范化，而且利用RFID技術來協(xié)作巡檢人員全面掌握地下電纜、溝體及工井等相關設備信息與環(huán)境信息。