基于RFID的地下电缆智能巡检系统的研究

李思尧 董 章 邱方驰 刘木疆 陈雅旎 杨湘琦 贾 梅

（深圳供电局有限公司）

0 引言

集移动互联网、数据库开发、嵌入式开发、GIS及物联网等多学科于一身的巡检系统在地下电缆巡检工作中有着重要的应用意义，国外地下电缆巡检系统主要应用于地下电缆运行监控 （包括辅助突出事故应急指挥、地下电缆的远程监控和事故报警、电缆隧道出入口管控和隧道井盖的监控、地下电缆动态载流量和负荷的监控、PDA移动作业等方面）、电缆运行状态监测的扩展 （如地下电缆的接地电流监测、电缆隧道气体监测等）、电缆专家诊断等方面［1，2］。我国地下电缆智能巡检虽然起步较晚，但已有较为成熟的产品，例如基于GPRS、GPS、PocketPC等技术开发的华微智能巡检系统具有电缆巡检、缺陷报告与生产管理系统对接等功能［3］。

1 基于RFID的地下电缆智能巡检系统的总体架构

根据调研，系统将主要包含如下三个方面的功能：首先是现场服务，即记录现场作业的执行情况并实时上报存在的问题；其次是业务管理，即对现场作业文档进行编辑和审批、管理地下电缆的巡检线路及管控巡检人员的作业情况；最后是在线监控，即通过各类现场作业的实时采集和处理，为管理人员监控现场作业情况提供数据支撑［4］。

根据调研需求并考虑到已有技术、系统扩展性及电力公司实际情况，本着 “需求牵引、总体规划、分布实施、小步快跑”的建设原则，基于RFID的地下电缆智能巡检系统采用面向服务的设计架构，构建了如图1所示的总体框架 （表1为系统的性能指标）。

图1 基于RFID的地下电缆智能巡检系统的总体架构

表1 基于RFID的地下电缆智能巡检系统的性能指标

2 基于RFID的地下电缆智能巡检系统的功能划分

整个系统由现场作业PDA和后台监控平台构成（如图2所示），现场作业PDA作为设备数据的最终接受方和现场业务数据的提供方，主要负责接收并存储相关运行实时数据及后台监控平台下达的电缆巡检任务、设备台账、作业指导书及缺陷等，并根据后台监控平台的需求来提供现场巡检信息；后台监控平台作为设备数据和运行数据的数据源头，负责提供电缆设备台账、电缆巡视任务单、危险点、设备缺陷、作业指导书等业务内容，并通过与现场作业PDA的数据交换通道来实现设备数据的同步［5］。

图2 基于RFID的地下电缆智能巡检系统的硬件组成

2.1 地下电缆智能巡检作业库

包含不同内容的多种作业文档会生成于地下电缆巡检作业过程中，管理人员需要花费大量的时间和精力对其进行规范和编制［6］，故系统构建地下电缆智能巡检作业库来同时满足管理人员快捷智能的编制需求和作业文档的编审批流程要求。具体说来，地下电缆智能巡检作业库的功能：

一、地下电缆标准化作业模型。作为地下电缆智能巡检作业库实施的基础，地下电缆标准化作业模型包含前期准备模型、技术措施模型、危险点特殊设备模型、危险点通用模型、实施方案模型、典型安全措施卡模型等，是通过集合方式按工作步骤来整合模型的。

二、文档智能化分析。文档智能化分析的职责包括：根据地下电缆标准化作业文本涉及设备、设备类型及巡检类型等方面的要求及管理人员作业文档编制的习惯，通过对已编制的电缆标准化作业文本进行规范，为各电缆标准化作业文本构建对应关键字并进行分析；对于新电缆标准化作业文本的编制，将根据管理人员所选择的巡检方案，从历史文本中进行智能筛选，并且还会根据管理人员所选择的设备厂商和型号来选择相应的设备范文，从而简化管理人员的文本编制工作量；根据地下电缆相同类型和作业性质的多项任务，将其巡视工作内容中的可重复使用设备、人员、安全要求等进行合并，而作业内容将根据不同设备在现场作业时进行自动分开［7］。

2.2 设备信息和业务信息管理

地下电缆智能巡检系统与生产管理系统进行了集成，这意味着生产管理系统可以为地下电缆智能巡检系统提供相应的电缆巡检设备数据 （电缆断面、电力潮流、设备台账、电缆拓扑关系、电缆沟体、电缆走向等）及电缆巡检业务数据 （巡检周期、巡检任务单等）及电缆巡检设备数据 （电缆断面、电力潮流、设备台账、电缆拓扑关系、电缆沟体、电缆走向等），从而为电缆现场在线管理奠定数据基础。

巡检人员在现场巡视时都有对应路线，每个巡视路线上会标注重要巡视点，系统可以利用RFID的读取功能来准确定位巡检人员是否至岗 （巡检人员现场作业后将巡检突发情况及巡检结果等通过PDA传输给后台监控平台，然后由后台监控平台统一通过班组、人员等多角度对巡检人员的巡视到位情况进行统计，从而作为巡检人员巡检到位率的考核依据）。在对巡检作业现场进行精准定位后，系统将读取射频识别卡的相应信息来判断此次巡检任务是否正确，同时对该电缆线路的走向进行调取。

系统同时提供离线和在线两种任务处理方式，其中地下电缆巡检任务的上传和下载通过在线处理方式完成，地下电缆巡检任务的日常工作通过离线方式完成。在巡检人员作业过程中，电缆定位信息将通过无线互联网进行实时上传，如果因网络中断等突发情况而导致定位信息无法上传时，PDA本地将暂时对其进行存储，待故障解除后再次上传［8］。

2.3 巡检全过程监控管理

第一，巡检点的大致定位。工作电缆位置、电缆走向、工井经纬度等信息可以通过后台监控平台传递到PDA，通过GPS来对巡检人员位置进行实时定位，将工作电缆的位置与巡检人员的位置进行对比来获得绝对距离值，然后根据绝对距离值的大小来进行排列。当计算得到的绝对距离值小于系统设置的提醒值时，意味着巡检人员要前往该处执行任务，此时地理信息图层的道路拓扑将被调用，然后计算出巡检人员到达工作电缆位置的最短路径，给予图片和语音提示来帮助巡检人员找到指定工井的大致位置，从而为下一步精准定位奠定基础。

第二，巡检点的精准定位。系统所使用的全球定位技术依赖于所提供定位点的经纬度信息，同时PDA的全球定位受天气因素、所在位置上空卫星个数等因素的影响而导致定位存在3～5m的误差。故当巡检人员找到指定工井的大致位置后，利用PDA的RFID技术来读取该范围内的视频识别卡信息，由此精准地找到巡检点。

第三，巡检人员管控。当巡检人员携带PDA执行任务时，巡检人员的实时位置信息、所持设备信息及PDA上的巡检任务信息都将被记录在监控管理后台中，从而确保巡检人员全程处于监控平台的管理下。

第四，巡检人员到岗监控。通过移动互联网、PDA巡检功能等技术，巡检人员巡检线路上各个关键位置的标签ID信息、经纬度信息等信息将被采集并传输到后台监控平台进行存储，此外巡检人员的巡检轨迹通过地图匹配算法也可以在后台界面上进行直观显示。当后台监控平台发现巡检人员巡视路线与任务要求存在差异时 （即巡检人员偏离既定巡检路线），将向管理人员发出声光警报，管理人员根据实际情况来向巡检人员发出告警［9］。

第五，巡检任务的实时派发。巡检作业中可能存在紧急事件，如设备的突出故障，此时监控平台根据收到的设备故障警报信息来生成相应的巡检任务，然后向指定设备进行派发。当巡检人员所持的PDA收到巡检任务后前往作业点进行执行，执行完毕后将巡检结果发送给监控平台。

第六，故障定位和详细信息反馈。根据故障检测点标签ID和距离，系统可以准确快速地定位到故障点，从数据库调用故障点的经纬度信息及附近的标签ID，并确保检修人员能够通过PDA来获得故障点定位信息，以便尽快地使故障得到处理。

第七，与状态监测系统的无缝对接。通过与状态监测系统的无缝对接，系统可以将巡检人员采集的现场电缆设备信息传递给状态监测系统。根据接收到的电缆设备信息，状态监测系统可以对业务规则进行重新整理，并将电缆运行情况和问题清单进行全方位展示，以便管理人员全面掌握地下电缆的整体运行状况。

3 基于RFID的地下电缆智能巡检系统的安全设计

基于RFID的地下电缆智能巡检系统的安全设计主要采取了如下几方面的措施：具有与组织机构管理相结合的安全管理功能，采用了基于用户名／密码的身份认证方式和基于角色的访问控制机制来解决广域网内部的安全管理问题，其基本的安全管理原则是“以责定岗、以岗定人”；基于Javaapplication和Web service机制来进行系统访问安全管理，通过http基本身份验证和Java认证规则来进行系统各功能应用；采用电力公司分区、分域、分级的网络与信息安全总体防护策略，制定系统内各类数据及相应存储、应用和共享的安全设计；在正常工作中自动创建数据管理日志，将用户登录、对数据访问、搜索及编辑等操作信息进行实时记录，从而对登录用户的操作进行全程跟踪。

4 结束语

综上所述，由现场作业PDA和后台监控平台构成的地下电缆智能巡检系统实现了地下电缆巡检的管理-执行-监控全作业过程的闭环控制，不仅利用标准化的作业信息库实现了现场作业的标准化和规范化，而且利用RFID技术来协作巡检人员全面掌握地下电缆、沟体及工井等相关设备信息与环境信息。