基于物联网技术的电力通信杆塔资源管理应用

2013-04-25赵志宇

电子科技 2013年11期

赵志宇

(江苏省电力公司南京供电公司，江苏南京210019)

射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是物联网技术的重要组成部分，是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的的技术。如何在电力系统中引入RFID技术解决生产运行实际问题，成为智能电网建设中的重要课题。

在物联网技术成为国家产业发展重点背景下，各地电网公司拥有丰富的电力杆路沟道资源，自2000年以来，由于光通信网络不断发展，运营商通过私搭乱建大规模占用电力杆路沟道，致使抢占客户资源造成电力线路短路、倒杆、检修维护人员触电、高空坠落等事故时有发生，严重影响供电安全，给供电企业造成不良社会影响。

当前电力通信杆塔缆线搭挂单位众多，包括联通、移动、公安、电信、广电等，主要存在如下问题:(1)钢绞线使用混乱无序，造成借用、穿越其他产权单位钢绞线等现象。(2)工作人员无法在现场快速简易获取缆线资源明细数据。因此如何解决现场快速识别电力杆塔搭挂缆线明细数据，成为通过物联网技术射频识别方案要解决的问题。

1 基于物联网的射频识别解决方案

通过登杆使用不同产权单位的钢绞线进行分类、整理捆扎、悬挂具备RFID的标识牌到钢绞线上，进行通信缆线搭挂的通道标识。将标识与地理信息中的数据进行关联，建立标签信息系统。通过开发基于RFID读取的终端软件，读取RFID标签，自动更新后台数据并返回标签所在通道的缆线明细数据，从而划定标识出产权单位专用缆线通道，快速获取标签对应钢绞线下缆线数据明细和杆塔固定编码标识信息，作为基于物联网射频识别技术方案解决以上问题。

网络组成图如图1所示，内网管理GIS系统缆线台帐信息，外网将缆线台帐数据信息进行定期发布与更新，可使用内外网隔离终端，减少数据更新后拷贝工作。通过GPRS或者3G网络实现手持终端标签信息与后台缆线明细的数据接收以及任务接收回执工作。

2 RFID选型

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

图1 系统网络组成图

RFID射频识别应用于电力杆塔需要具备7～8 m的远距离读取要求。按应用频率的不同可分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF，860～960 MHz)、微波(MW)，本次应用主要采用超高频(UHF，860～960 MHz)技术。RFID按照能源的供给方式分为无源、有源以及半有源。通过现场测试比对，发现既要满足城区电力杆塔高度7 m以上读写要求且提供长时间免更换这两项要求，只有有源超高频标签能够满足。由于微波RFID成本过高故在本次实验中不作参考。

系统使用VS2005开发基于.net CF2.0框架的嵌入式应用软件，通过调用无源RFID驱动中间件DLL驱动文件API向终端天线发送命令，终端天线通过雷达原理模型，发射电915 MHz高频磁波，碰到标签后通过标签内部的阻抗开关电路反射电磁波，同时携带回24位编码信息。终端在获得编码信息后，通过GPRS公网进一步获取信息系统中的明细数据。

3 软件功能

图2 软件功能

3.1 后台软件功能

后台软件管理功能主要包括分缆任务管理、缆线台帐管理与标签数据管理。分缆任务管理主要管理需要发布到分缆终端的现场缆线确认任务，告知终端持有人特定的缆线数据校核任务内容。

图3 后台软件界面截图

标签数据管理主要包括读取终端现场采集16进制20位编码RFID标签信息到后台系统以及对标签数据与缆线数据的关联绑定操作。

缆线台帐管理是指基于地理信息平台的缆线地理路径录入和维护功能。

3.2 终端软件功能

包括标签读写、任务管理、系统设置等功能。

标签读写提供现场RFID信息的读写操作功能。任务管理主要指用户可通过终端接收到任务位置、任务发送人、任务描述信息、发送时间、截止日期并进行任务回、完结操作。系统设置可以完成数据同步、上传、下载主机的IP设置和检测工作。

图4 终端使用界面截图

3.3 数据传输功能

包括分缆信息查询、帐户同步与标签信息上传功能。(1)分缆信息查询指终端读取标签编号后，通过无线网络传输后台并返回结果信息到终端图形窗口功能。(2)帐户同步通过无线网络从后台返回终端操作帐户的过程。(3)标签信息上传指将现场录入标签编码数据集中批量导入地理信息系统以减少录入操作的过程。

在与无线公网的传输过程中使用基于SOAP协议的Web Service平台开发终端前台代理类，通过终端代理类与后台SOAP服务类进行通信传输，发送逻辑指令与获取相应数据。通过发布接口文件，客户端下载对应服务接口的wsdl文件代理类到终端客户端开发程序中调用，如图5所示。在传输安全上使用MD5加密算法，对后台编码和传输数据信息进行加密和解密，在一定程度上减少了信息在公网传输途径中的安全问题。

图5 系统架构

4 电力通信领域RFID实际应用

南京供电公司杆线整治小组以“解决现场快速识别电力杆塔搭挂缆线明细数据”为目标，提出使用基于物联网技术的无源射频识别技术，选择双塘路、来凤街、莫愁路等部分杆塔缆线进行实地悬挂试验。首先使用铆钉固定金属标牌与RFID标签后，通过手持式RFID采集终端进行标签号、杆塔号、通道归属等信息采集录入。然后将不同产权单位光缆整理捆扎成束，使用不锈钢扎带将不同颜色的标识牌悬挂钢绞线上进行区分。最后将标签编号绑定后台GIS系统缆线台帐数据。运营商如需在已经捆扎好的缆线中重新置入缆线，可以拆开缆线束，置入缆线后进行捆扎恢复。

图6 装置及配套标签实物照片

由于金属板能够屏蔽射频标签周围其他频率电磁波的干扰，营造一个适应RFID和发射机工作波频率的电磁环境，所以无源RFID需要依靠金属板标牌才能进行尽量长距离的读取。在试验中发现，加挂金属板标牌后反而无法实现远距离读取，通过射频工作原理分析，无源RFID悬挂金属板背后必须挖空其金属部分，因为金属不仅能够屏蔽其他电磁波，同样也能产生电磁波的反射叠加，干扰RFID读取。由于挖空的位置处于标签之后，终端发射的电磁波不会造成过多的反射和叠加，顺利实现远距离标签读取。

通过悬挂RFID标签，巡视过程中通过手持设备扫描芯片卡，再通过无线通信技术与后台数据进行通信，查看手持系统中显示的缆线数量、产权单位、走向、芯对数等信息与实际巡查的信息是否符合，可实现简易操作和快速确认是否存在私搭乱挂现象。利用带色标牌规范标识搭挂通道也解决了随意借用其他产权单位通道造成缆线穿越、散落等问题。