提升地下电缆信息可视化管理的研究

徐海宁

（舟山供电公司，浙江 舟山 316000）



提升地下电缆信息可视化管理的研究

徐海宁

（舟山供电公司，浙江 舟山 316000）

本文以物联网技术为依托，综合运用射频识别技术（RFID）、空间信息技术（GIS、GPS等技术），集成先进地下电缆探测装备，建立了一套信息化、可视化地下电缆管理平台。平台由电子标签、标签探测仪、移动智能终端（带GPS模块）和后台管理系统组成，实现了地下电缆的精益化、智能化、可视化管理，为地下电缆的运行管理和故障处理提供一种的科学有效的技术手段，对提升了电缆运维管理的技术水平，保障了现场施工的安全准确性及施工定位准确度，实现了电缆的智能化、可视化管控等方面具有重要意义。

RFID；信息化；可视化；探测仪；管理系统

随着区域经济与城市化建设的快速发展，城市供电方式由架空线路改为地下电缆埋设已经是大势所趋。准确、快速定位现场目标电缆的空间位置，并实时获取电缆属性信息、走向及相关设备信息，是地下电缆运行维护需要解决的重要问题。为此，人们基于传统的AM/FM、GIS等手段，在不同时期，采用不同技术手段构建了各种地下电缆管理信息化系统，出现了成熟的专用探测仪器和技术体系。然而，单纯依赖这些电缆探测设备和技术，对电缆运行维护的实际作用有限。在电缆应急抢修或日常维护时，依然需要对电缆进行开挖探测等重复性试验、逐一排查，导致地下电缆维护工作繁重、操作复杂、难度大、风险高，不能降低电缆等地下设施管理的难度和复杂性，给电网安全运行带来较大隐患。

本文所论及的是以物联网技术为依托，综合运用射频识别技术、空间信息技术、移动互联网等技术，集成先进地下电缆探测装备，建立了一套地下电缆电子标签信息化管理系统，为地下资产的全生命周期管理打下坚实基础。

1　RFID射频识别的基本原理和特点

RFID射频识别技术是20世纪80年代发展起来的新兴非接触式具备自动识别功能的一种新技术，它利用射频信号空间耦合，实现无接触信息传递，并通过所传递的信息达到识别目的。它能穿透雪、冰、涂料、水泥、金属和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，被广泛应用于各个领域。

1.1RFID基本原理

最简单的 RFID系统由应答器、阅读器、应用软件系统组成[1]。一般由标签作为应答器且具有惟一的电子编码使其附着在被识别目标对象的物体上。阅读器主要用于接受、解码读取、处理数据。RFID系统的工作原理：通过阅读器发出固定频率射频信号，当被检测标签进入工作区时被激活后，系统自动接收标签发送过来的编码信号，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后将数据传送到计算机网络。RFID的基本原理图如图1所示[2]。

图1　RFID基本原理图

1.2RFID主要特点[3]

作为最为广泛使用的自动数据采集技术，RFID应用到资源管理系统上，其优势表现尤为突出，如以下几点。

1）防水、防磁、耐高温，不受环境影响，具有放冲突功能。

2）无源和免接触操作，应用便利，只需置于阅读器形成的电磁场中就可准确读入数据，减少甚至排除因人工干预数据采集而带来的效率降低和纠错成本。

3）RFID读取数据快、距离长，可读取标签上的编码，并通过移动互联网与后台管理系统中的电缆信息相关联，实时显示电缆信息。

4）RFID标签的识读不依赖于可见光，因此不需以目视可见为前提，可在条码、铭牌技术无法适应的恶劣环境下使用。

5）通过标签对电缆信息数据具有保密功能，使得数据只有专用阅读器可识读。

2　地下电缆信息可视化管理系统防

该地下电缆信息可视化管理系统平台主要基于RFID技术，由电子标签、标签探测仪、移动智能终端（带GPS模块）和后台服务系统组成，充分利用RFID技术的优势，实现了地下电缆的精益化、智能化、信息化、可视化管理，为地下资产的全生命周期管理打下坚实基础。其工作结构图如图2所示。

图2　地下电缆信息可视化管理系统工作结构图

2.1RFID数据采集系统

RFID数据采集系统主要由两部分组成[4]，分别为射频识别（RFID）标签和RFID数据采集终端。

1）射频识别（RFID）标签[5]

系统的射频识别标签采用的是只读非接触射频卡，由天线和微型芯片组成。电子标签微型芯片里面存在惟一标识号用来标识电子标签。

本系统中的地下电缆每隔一段距离安装一个电子信息标签，以电子信息标签的惟一编码ID号作为该标识位置点的标志，通过标签探测仪识读电子信息标签ID号，将ID号蓝牙传输至移动智能终端，结合移动互联网实时显示该位置点的电缆信息、电缆线路名称、敷设方式、电缆沟道深度、电缆沟道宽度、附属设备描述、电缆井名称、井内电缆线路描述（中间接头、孔位信息）、标签安装位置描述、该位置点电缆井、沟内部情况照片及外部外景照片。

2）RFID数据采集终端

RFID数据采集终端主要由标签探测仪和移动智能终端组成。标签探测仪由识读模块和线圈组成。只要距离适当，标签探测仪的线圈和电子标签的天线之间就会形成磁场，能够识读标签的惟一的编码ID号，通过蓝牙将标签ID号发送至终端中，通过软件将采集到的信息与标签 ID号一一相关联并传输到服务管理系统，其应用场景如图3所示。

图3　地下电缆信息可视化管理系统的应用场景

在地下电缆信息可视化管理系统中，我们通过前端数据采集系统，将现场采集标签上的相关联信息整合、关联并录入系统，最终实现对地下电缆的实时、有效监测。

2.2系统的后台服务管理

所谓的地下电缆信息可视化管理系统，是通过电子地图结合 RFID技术实现电缆状态信息的信息可视化管控。通过电子标签的经纬度坐标及时、精准定位电缆故障发生地点进行抢修，减少损失，提高地下电缆的管理水平。

1）后台服务系统设计目标

基于本文所提到的地下电缆信息可视化管理系统，本系统的设计目标主要如下：

（1）在管理中心实现管控电缆线路基本数据参数的实时调取、修改，实现可视化、智能化的管理。

（2）当电缆发生异常事件时，移动智能终端通过移动互联网连接后台数据库，调出相关的电子地图，通过电子标签记录的经纬度坐标信息，GPS定位导航事件发生地点，根据不同的事件性质做不同的处理。

（3）实现对历史数据的实时整理，实现了历史数据的初步大数据统计分析，发现事故频发的区域及设备类型，为提高电缆设备的运行维护水平提供有力的证据支撑。

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2）后台服务管理系统

根据系统设计目标，并使GIS与电缆属性信息更好的结合在一起，系统采用如图4所示软件功能模式。

前端、后台服务软件调用GIS电子地图，利用电子地图上标记的电子标签对应的地下电缆及电力井属性信息、图像等，可以方便的得出地下电缆路径及信息、电力井及井内每根电缆具体信息、电缆中间接头信息、巡检路径等功能，从而达到信息可视化、智能化管理的目标。

图4　系统软件功能模式

3　系统工程化的实现

要实现地下电缆信息可视化管理需先完成系统的前期初始化工作，现场施工安装时，通过前端软件将地下电缆、电缆井及井内电缆、中间接头有关属性数据等信息一一写入后台数据库。将各电子大标签安装在直埋电缆附近或电力井井壁上，将电子小标签捆扎在电力井内每根电缆上，标签探测仪通过无线射频信号识读电子标签的 ID编码号并蓝牙传输至手持智能终端，通过以现场安装点的标签及其惟一 ID编码作为位置点标志并提供相应的采集位置点数据，前端软件通过输入GPS数据、编辑、绑定 ID号，在 GIS电子地图上生成标签位置点图标，并与数据库里的直埋电缆、电力井及井内电缆等信息一一关联起来。

4　结论

地下电缆信息可视化管理系统为电缆管理单位的运行管理和故障处置提供了一种科学、有效的技术手段，提升了电缆运维管理的技术水平，保障了现场施工的安全准确性及施工定位的准确度，实现了电缆的智能化、可视化管控。随着无线射频识别技术的不断发展进步，射频识别技术将更加广泛的应用在电力行业的各个角落中，保障电缆的安全稳定运行。

[1] 李泉林, 郭龙岩. 综述 RFID技术及其应用领域[J].中国电子商情: RFID技术与应用, 2006(1): 51-62.

[2] 李昕. RFID 系统的优点及应用前景[J]. 科技信息:科学教研, 2007(18): 76-77.

[3] 李苏东, 司少先, 杨玉坤, 等. 基于 RFID/GIS的市政管线资源管理系统的研究与实现[J]. 测绘与空间地理信息, 2009, 32(3): 66-69.

[4] 熊春如, 冯峻域, 戴青云, 等. 射频识别(RFID)数据采集系统终端设计[J]. 新余高专学报, 2006, 11(2): 89-93.

[5] 秦虎, 王红卫, 谢勇. 基于电子标签的数据采集系统[J]. 物流技术, 2004(10): 49-52.

[6] 郑华武, 刘正光, 王伟. 基于GIS和分布式计算环境的电信电缆可视化智能管理系统设计[J]. 计算机工程, 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

徐海宁（1983-），男，山东省烟台市，硕士研究生，工程师，主要从事从事海缆运行检修工作。