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）

本文以物聯網技術為依托，綜合運用射頻識別技術（RFID）、空間信息技術（GIS、GPS等技術），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。平臺由電子標簽、標簽探測儀、移動智能終端（帶GPS模塊）和后臺管理系統組成，實現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有效的技術手段，對提升了電纜運維管理的技術水平，保障了現場施工的安全準確性及施工定位準確度，實現了電纜的智能化、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

隨著區域經濟與城市化建設的快速發展，城市供電方式由架空線路改為地下電纜埋設已經是大勢所趨。準確、快速定位現場目標電纜的空間位置，并實時獲取電纜屬性信息、走向及相關設備信息，是地下電纜運行維護需要解決的重要問題。為此，人們基于傳統的AM/FM、GIS等手段，在不同時期，采用不同技術手段構建了各種地下電纜管理信息化系統，出現了成熟的專用探測儀器和技術體系。然而，單純依賴這些電纜探測設備和技術，對電纜運行維護的實際作用有限。在電纜應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性試驗、逐一排查，導致地下電纜維護工作繁重、操作復雜、難度大、風險高，不能降低電纜等地下設施管理的難度和復雜性，給電網安全運行帶來較大隱患。

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

1　RFID射頻識別的基本原理和特點

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

1.1RFID基本原理

最簡單的 RFID系統由應答器、閱讀器、應用軟件系統組成[1]。一般由標簽作為應答器且具有惟一的電子編碼使其附著在被識別目標對象的物體上。閱讀器主要用于接受、解碼讀取、處理數據。RFID系統的工作原理：通過閱讀器發出固定頻率射頻信號，當被檢測標簽進入工作區時被激活后，系統自動接收標簽發送過來的編碼信號，閱讀器對接收的信號進行解調和解碼，然后將數據傳送到計算機網絡。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據采集技術，RFID應用到資源管理系統上，其優勢表現尤為突出，如以下幾點。

1）防水、防磁、耐高溫，不受環境影響，具有放沖突功能。

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

3）RFID讀取數據快、距離長，可讀取標簽上的編碼，并通過移動互聯網與后臺管理系統中的電纜信息相關聯，實時顯示電纜信息。

4）RFID標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、銘牌技術無法適應的惡劣環境下使用。

5）通過標簽對電纜信息數據具有保密功能，使得數據只有專用閱讀器可識讀。

2　地下電纜信息可視化管理系統防

該地下電纜信息可視化管理系統平臺主要基于RFID技術，由電子標簽、標簽探測儀、移動智能終端（帶GPS模塊）和后臺服務系統組成，充分利用RFID技術的優勢，實現了地下電纜的精益化、智能化、信息化、可視化管理，為地下資產的全生命周期管理打下堅實基礎。其工作結構圖如圖2所示。

圖2　地下電纜信息可視化管理系統工作結構圖

2.1RFID數據采集系統

RFID數據采集系統主要由兩部分組成[4]，分別為射頻識別（RFID）標簽和RFID數據采集終端。

1）射頻識別（RFID）標簽[5]

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

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

2）RFID數據采集終端

RFID數據采集終端主要由標簽探測儀和移動智能終端組成。標簽探測儀由識讀模塊和線圈組成。只要距離適當，標簽探測儀的線圈和電子標簽的天線之間就會形成磁場，能夠識讀標簽的惟一的編碼ID號，通過藍牙將標簽ID號發送至終端中，通過軟件將采集到的信息與標簽 ID號一一相關聯并傳輸到服務管理系統，其應用場景如圖3所示。

圖3　地下電纜信息可視化管理系統的應用場景

在地下電纜信息可視化管理系統中，我們通過前端數據采集系統，將現場采集標簽上的相關聯信息整合、關聯并錄入系統，最終實現對地下電纜的實時、有效監測。

2.2系統的后臺服務管理

所謂的地下電纜信息可視化管理系統，是通過電子地圖結合 RFID技術實現電纜狀態信息的信息可視化管控。通過電子標簽的經緯度坐標及時、精準定位電纜故障發生地點進行搶修，減少損失，提高地下電纜的管理水平。

1）后臺服務系統設計目標

基于本文所提到的地下電纜信息可視化管理系統，本系統的設計目標主要如下：

（1）在管理中心實現管控電纜線路基本數據參數的實時調取、修改，實現可視化、智能化的管理。

（2）當電纜發生異常事件時，移動智能終端通過移動互聯網連接后臺數據庫，調出相關的電子地圖，通過電子標簽記錄的經緯度坐標信息，GPS定位導航事件發生地點，根據不同的事件性質做不同的處理。

（3）實現對歷史數據的實時整理，實現了歷史數據的初步大數據統計分析，發現事故頻發的區域及設備類型，為提高電纜設備的運行維護水平提供有力的證據支撐。

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2）后臺服務管理系統

根據系統設計目標，并使GIS與電纜屬性信息更好的結合在一起，系統采用如圖4所示軟件功能模式。

前端、后臺服務軟件調用GIS電子地圖，利用電子地圖上標記的電子標簽對應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，從而達到信息可視化、智能化管理的目標。

圖4　系統軟件功能模式

3　系統工程化的實現

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

4　結論

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

[1] 李泉林, 郭龍巖. 綜述 RFID技術及其應用領域[J].中國電子商情: RFID技術與應用, 2006(1): 51-62.

[2] 李昕. RFID 系統的優點及應用前景[J]. 科技信息:科學教研, 2007(18): 76-77.

[3] 李蘇東, 司少先, 楊玉坤, 等. 基于 RFID/GIS的市政管線資源管理系統的研究與實現[J]. 測繪與空間地理信息, 2009, 32(3): 66-69.

[4] 熊春如, 馮峻域, 戴青云, 等. 射頻識別(RFID)數據采集系統終端設計[J]. 新余高專學報, 2006, 11(2): 89-93.

[5] 秦虎, 王紅衛, 謝勇. 基于電子標簽的數據采集系統[J]. 物流技術, 2004(10): 49-52.

[6] 鄭華武, 劉正光, 王偉. 基于GIS和分布式計算環境的電信電纜可視化智能管理系統設計[J]. 計算機工程, 2002(2): 216-218, 230.

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。