基于RFID的地下电缆智能巡检系统分析

史迪康 汪有成 王斌 李智玲 李培阳

摘要：电缆是电网构成的基础部分，其作用是对电能进行传输和分配，是城市建设发展的重要内容，因此需要在管理上给予高度重视。本文以地下的电缆智能巡检系统为主题，从项目背景与内容、主要建设研究内容、项目创新与特色以及项目预期成果四个方面，分析了基于RFID的地下电缆智能巡检系统，意在为地下电缆的定位识别、故障排查提供方法参考。

关键词：射频识别技术（RFID）;地下电缆;智能巡检系统

中图分类号：TP391.44  文献标识码：A     文章编号：1671-2064（2019）17-0000-00

0 引言

随着我国城市建设的不断推进，作为城市发展重要内容的电线电缆具有不可替代的作用，但是由于城市建设中不可避免的会出现移位改造，使得地下电缆的位置发生了变化，这对于电缆沟道的位置确定以及电缆的检修和排查带来了很大的困难。利用射频识别技术，依靠现代电子科技，能够有效解决这一难题，并且该技术也具有一定的应用前景。

1 项目内容

RFID即无线射频识别技术，这是一种非接触式的数据通信方式，能够很方便地识别隐藏目标，而且具有设备简单、成本低、识别速度快、抗干扰能力强等优点。利用无线射频识别技术，可以有效地弥补因电缆深埋于地下，及时发现隐患以，解决难以准确定位的管理难题^[1]。

利用无线射频识别技术，借助物联网研究如何对地下电缆进行更精细化的运行维护管理，在建立精细化数据库的基础上，继续丰富生产管理系统的数据内容及数据展现层功能，为地下电缆实现可视化的展示、分析、决策支持提供数据服务，尽快解决运行维护人员的迫切需求，提高运行维护管理工作的效率，为电力企业发展奠定坚实的基础。

2 主要建设研究内容

2.1系统架构

在地下电缆设备上设置相应的识别标识和传感器，并利用物探工具将标识中包含的计算机数据转化为可见信息。在物联网技术与无线射频识别技术的作用下，建立电力地下资产管理系统，辅助进行电力地下管线的调查和统计工作。利用互联网的数据传输，在移动端接入硬件设备用于采集数据和显示，并运用云技术进行数据存储，满足运行维护和应急管理的需求，同时与地下资产管理系统实现信息及时传输和无缝对接。其具体系统架构如图1所示。

在完整的智能巡检系统中会涉及射频识别技术、全球定位系统、个人数字助理和无线互联技术。同时为了获得更高的工作效率和更好的实用体验，需要将智能巡检系统向着各方面不断延伸探究，因此还需要应用到集群技术和缓存技术。

根据具体使用要求、现有技术等情况，将地下电缆智能巡检系统的性能定位在以下范围内：电缆位置的定位识别应当控制在每百米范围30秒以内，可视化图形的绘制时间控制在3秒以内，与总控管理平台的信息交换时间尽量保持在0.1秒左右，对地图放缩和平移操作的响应时间尽量保持在0.05秒以内^[2]。

2.2研究内容

在地下电缆的运行维护管理系统中需要包含的研究内容主要有以下四个方面：

一是利用物联网技术进行编码标识的管理：通过建立唯一编码特征的基础上，进一步研究地下电缆与地面的信息互通的具体途径。

二是将射频传感器标识与全球定位系统结合应用：通过在地下电缆上安装特定的标识设备与传感器，并利用定位系统的数据反馈确定电缆的位置，能够有效实现快速非开挖式的精确定位。

三是将地下电缆的相关情况形成可视化图形：利用计算机识别技术和图像处理技术，将地下电缆的位置、相关参数等转换成图形或图像在屏幕上显示出来，以更加方便地实现资产数据统计与处理以及决策分析。

四是基于移动设备APP的运行维护管理平台：将识别系统自动获得的数据推送到现场工作人员的手持设备中，与此同时也要将现场采集的图片、施工轨迹等数据传输至系统，最大化地实现地下电缆管理工作的意义和价值。

2.2.1编码标识管理功能

编码标识管理功能的实现需要通过无线射频识别技术。一套完整的无线射频识别系统需要由电子标签、读写器和管理系统三个部分组成。其中电子标签是与地下电缆直接连接的部分，即通过在地下电缆的外部保护装置上以及关键节点处放置能够进行数据存储与信号发射的电子电路如图2所示。读写器的作用就是将电子标签中的数据信息进行阅读和改写。电子标签与读写器之间的信号是通过电磁波与电信号之间的转换实现的。管理系统是电子标签与读写器之间进行数据交换处理的中转站，同时还可以通过管理平台将编码标识得到的数据信息与其他平台共享。

2.2.2射频传感器标识与全球定位系统结合

根据目前已经建立的管理系统，可以将地下电缆智能巡检系统与数据管理系统相连接，实时定位工作人员的作业区域、地下电缆的运行区域等等，还可以及时通过总控台进行工作通知、故障搶修、实时对话等，为地下电缆设备的运行维护工作提供更好的条件。

以具体应用为例，现场作业人员可以通过移动设备接受总控处下达的作业任务，移动设备也可以通过实时定位确定工作人员的位置，并且给予方向指引。由于地下电缆设备通常会深埋于地下0.3米至1.0米的位置，而且上层覆盖物的成分也十分复杂，此时需要利用移动设备的超高频射频识别功能精确判断电缆的位置，同时向总控处反馈工作人员已到达地点的信号。如果发现电缆设备出现问题，还可以利用移动设备及时上报^[3]。

2.2.3可视化图形显示功能

由于地下电缆的数量大而且范围广，所以可视化图形功能的设计应当具有界面简洁、操作方便、调整全面等特点，还需要从系统的稳定性、可扩展性、兼容性等方面考虑图形显示平台的结构。可以利用分层设计的思想，将平台划分为四个结构，从可视化图形整体查阅到基本的绘制功能到与自动化功能结合等等。逐层分离、层层递进。

2.2.4运行维护管理平台

运行维护管理平台是整个智能巡检系统的主要控制枢纽，在具体实施上，可以分为管理模块、现场模块和监控模块三个主要部分。其中管理模块是对各种反馈信息的整理和审查;现场模块是对作业现场情况的监督，以帮助及时上报问题;监控模块是帮助管理人员对现场施工、突发问题、设备故障等情况进行了解的重要方式。依据三个部分的功能特点，可以将其关联起来，实现地下电缆智能巡检系统功能全面的要求。

3 项目创新与特色

一是在信息化管理方面，对电缆探测、标识及数据建模，实现资产台账信息化;对电缆通道进行标准化建设，建立电子标识。实现信息化管理和智能化管理基础建设。

二是在可视化資产方面，存储并展示地下资产地理信息及相关属性，快速、方便的展示现场地理位置情况及相关电缆属性资料，实现电缆信息管理，提供分析数据依据。

三是在智能运检管理方面，建立巡检计划管理模型，支撑移动终端的无纸化办公，数据采集、数据管理、数据上传智能化。智能化巡检标准化作业，建立缺陷管理模型，能够支持移动设备中的地图标注。

四是能够完整地实现数据成图、数据扩展、数据展示和数据共享。数据成图是指将普查数据清理、归整、校验后上传到平台中，系统自动生成电缆路径图，同时展现电缆敷设方式、连接关系和台账结构。数据扩展是指基于生产台账扩展出符合电网台账规范的数据模型，包括电缆通道、工井等设施设备，实现与生产系统台账数据无缝对接。数据展示是指展现敷设方式、以单线图展现线路连接关系、用截面图来展示电缆通道内的资源排布情况。数据共享是指充分利用云特性，提供海量数据服务，实现与城市地下管线综合管理信息系统数据对接。这样系统就具有了高效、灵活、交互、直观的特点。

此外，对地下电缆巡检的行业进行分析研究，可以发现目前根据物联网的技术应用成熟度，结合地下资产环境的特殊性，电力地下资产具有隐蔽性较强的特征，对现场每个地下资产设备，研究建立唯一编码特征基础上，进一步研究资产建立与地面的信息互联互通手段，真正实现物联网方式的资产管理方案。

4 成果展望

通过本项目的开展，能够通过网络传输，实现地下电缆的信息标识数据与生产管理系统对接，在日常运行维护或巡检工作中，可通过移动设备对地下电缆进行精确、快速的定位与关键节点寻找，真正实现依靠信息化手段完成管理工作。对地下电缆设备及电力沟道进行智能化管理，建立地下电缆属性信息的管理系统，通过现场作业进行数据采集，做好电缆运行情况的统计工作，能够提高管理工作的效率和作用，而且实现地下电缆管理的可视化显示和精确定位，对应急抢修、指挥调度工作能提供辅助决策和技术支持。因此这一系统对于电力企业的经济效益与电力管理工作的进步都有重要意义，具有广阔的应用前景^[4]。

5 结语

总而言之，科学技术是第一生产力，随着无线射频识别技术的不断发展，逐步将其应用于地下电缆智能巡检系统中，并利用计算机辅助功能与数据处理技术，实现电力行业现场作业与远程监控的融合，协助电力企业全面掌握地下电缆的位置和运行情况，及时排除故障隐患，用科技的力量保障电网安全稳定的运行。

参考文献

[1]杨进进，范勇，宋涛，等.智能巡检系统在无线维护中的应用[J].电子世界，2019（03）：181-182.

[2]李思尧，董章，邱方驰，等.基于RFID的地下电缆智能巡检系统的研究[J].电气技术与经济，2018（05）：5-7.

[3]李杰豪，郑灏.智能巡检管理系统在输电线路运维中的应用分析[J].科技风，2018（28）：115.

[4]赵欣. 基于射频识别的电子标识技术在电缆管理中的应用[D].华北电力大学（北京），2016.

收稿日期：2019-07-24

基金项目：地下管线标识系统（2019-26）;内蒙古电力（集团）有限责任公司科技项目。

作者简介：史迪康（1989—），男，内蒙古包头人，本科，工程师，研究方向：配电运行与检修。