趙志宇

(江蘇省電力公司 南京供電公司，江蘇 南京210019)

射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)是物聯(lián)網(wǎng)技術的重要組成部分，是一項利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。如何在電力系統(tǒng)中引入RFID技術解決生產(chǎn)運行實際問題，成為智能電網(wǎng)建設中的重要課題。

在物聯(lián)網(wǎng)技術成為國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展重點背景下，各地電網(wǎng)公司擁有豐富的電力桿路溝道資源，自2000年以來，由于光通信網(wǎng)絡不斷發(fā)展，運營商通過私搭亂建大規(guī)模占用電力桿路溝道，致使搶占客戶資源造成電力線路短路、倒桿、檢修維護人員觸電、高空墜落等事故時有發(fā)生，嚴重影響供電安全，給供電企業(yè)造成不良社會影響。

當前電力通信桿塔纜線搭掛單位眾多，包括聯(lián)通、移動、公安、電信、廣電等，主要存在如下問題:(1)鋼絞線使用混亂無序，造成借用、穿越其他產(chǎn)權單位鋼絞線等現(xiàn)象。(2)工作人員無法在現(xiàn)場快速簡易獲取纜線資源明細數(shù)據(jù)。因此如何解決現(xiàn)場快速識別電力桿塔搭掛纜線明細數(shù)據(jù)，成為通過物聯(lián)網(wǎng)技術射頻識別方案要解決的問題。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的射頻識別解決方案

通過登桿使用不同產(chǎn)權單位的鋼絞線進行分類、整理捆扎、懸掛具備RFID的標識牌到鋼絞線上，進行通信纜線搭掛的通道標識。將標識與地理信息中的數(shù)據(jù)進行關聯(lián)，建立標簽信息系統(tǒng)。通過開發(fā)基于RFID讀取的終端軟件，讀取RFID標簽，自動更新后臺數(shù)據(jù)并返回標簽所在通道的纜線明細數(shù)據(jù)，從而劃定標識出產(chǎn)權單位專用纜線通道，快速獲取標簽對應鋼絞線下纜線數(shù)據(jù)明細和桿塔固定編碼標識信息，作為基于物聯(lián)網(wǎng)射頻識別技術方案解決以上問題。

網(wǎng)絡組成圖如圖1所示，內網(wǎng)管理GIS系統(tǒng)纜線臺帳信息，外網(wǎng)將纜線臺帳數(shù)據(jù)信息進行定期發(fā)布與更新，可使用內外網(wǎng)隔離終端，減少數(shù)據(jù)更新后拷貝工作。通過GPRS或者3G網(wǎng)絡實現(xiàn)手持終端標簽信息與后臺纜線明細的數(shù)據(jù)接收以及任務接收回執(zhí)工作。

2 RFID選型

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡組成圖

RFID射頻識別應用于電力桿塔需要具備7～8 m的遠距離讀取要求。按應用頻率的不同可分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF，860～960 MHz)、微波(MW)，本次應用主要采用超高頻(UHF，860～960 MHz)技術。RFID按照能源的供給方式分為無源、有源以及半有源。通過現(xiàn)場測試比對，發(fā)現(xiàn)既要滿足城區(qū)電力桿塔高度7 m以上讀寫要求且提供長時間免更換這兩項要求，只有有源超高頻標簽能夠滿足。由于微波RFID成本過高故在本次實驗中不作參考。

系統(tǒng)使用VS2005開發(fā)基于.net CF2.0框架的嵌入式應用軟件，通過調用無源RFID驅動中間件DLL驅動文件API向終端天線發(fā)送命令，終端天線通過雷達原理模型，發(fā)射電915 MHz高頻磁波，碰到標簽后通過標簽內部的阻抗開關電路反射電磁波，同時攜帶回24位編碼信息。終端在獲得編碼信息后，通過GPRS公網(wǎng)進一步獲取信息系統(tǒng)中的明細數(shù)據(jù)。

3 軟件功能

圖2 軟件功能

3.1 后臺軟件功能

后臺軟件管理功能主要包括分纜任務管理、纜線臺帳管理與標簽數(shù)據(jù)管理。分纜任務管理主要管理需要發(fā)布到分纜終端的現(xiàn)場纜線確認任務，告知終端持有人特定的纜線數(shù)據(jù)校核任務內容。

圖3 后臺軟件界面截圖

標簽數(shù)據(jù)管理主要包括讀取終端現(xiàn)場采集16進制20位編碼RFID標簽信息到后臺系統(tǒng)以及對標簽數(shù)據(jù)與纜線數(shù)據(jù)的關聯(lián)綁定操作。

纜線臺帳管理是指基于地理信息平臺的纜線地理路徑錄入和維護功能。

3.2 終端軟件功能

包括標簽讀寫、任務管理、系統(tǒng)設置等功能。

標簽讀寫提供現(xiàn)場RFID信息的讀寫操作功能。任務管理主要指用戶可通過終端接收到任務位置、任務發(fā)送人、任務描述信息、發(fā)送時間、截止日期并進行任務回、完結操作。系統(tǒng)設置可以完成數(shù)據(jù)同步、上傳、下載主機的IP設置和檢測工作。

圖4 終端使用界面截圖

3.3 數(shù)據(jù)傳輸功能

包括分纜信息查詢、帳戶同步與標簽信息上傳功能。(1)分纜信息查詢指終端讀取標簽編號后，通過無線網(wǎng)絡傳輸后臺并返回結果信息到終端圖形窗口功能。(2)帳戶同步通過無線網(wǎng)絡從后臺返回終端操作帳戶的過程。(3)標簽信息上傳指將現(xiàn)場錄入標簽編碼數(shù)據(jù)集中批量導入地理信息系統(tǒng)以減少錄入操作的過程。

在與無線公網(wǎng)的傳輸過程中使用基于SOAP協(xié)議的Web Service平臺開發(fā)終端前臺代理類，通過終端代理類與后臺SOAP服務類進行通信傳輸，發(fā)送邏輯指令與獲取相應數(shù)據(jù)。通過發(fā)布接口文件，客戶端下載對應服務接口的wsdl文件代理類到終端客戶端開發(fā)程序中調用，如圖5所示。在傳輸安全上使用MD5加密算法，對后臺編碼和傳輸數(shù)據(jù)信息進行加密和解密，在一定程度上減少了信息在公網(wǎng)傳輸途徑中的安全問題。

圖5 系統(tǒng)架構

4 電力通信領域RFID實際應用

南京供電公司桿線整治小組以“解決現(xiàn)場快速識別電力桿塔搭掛纜線明細數(shù)據(jù)”為目標，提出使用基于物聯(lián)網(wǎng)技術的無源射頻識別技術，選擇雙塘路、來鳳街、莫愁路等部分桿塔纜線進行實地懸掛試驗。首先使用鉚釘固定金屬標牌與RFID標簽后，通過手持式RFID采集終端進行標簽號、桿塔號、通道歸屬等信息采集錄入。然后將不同產(chǎn)權單位光纜整理捆扎成束，使用不銹鋼扎帶將不同顏色的標識牌懸掛鋼絞線上進行區(qū)分。最后將標簽編號綁定后臺GIS系統(tǒng)纜線臺帳數(shù)據(jù)。運營商如需在已經(jīng)捆扎好的纜線中重新置入纜線，可以拆開纜線束，置入纜線后進行捆扎恢復。

圖6 裝置及配套標簽實物照片

由于金屬板能夠屏蔽射頻標簽周圍其他頻率電磁波的干擾，營造一個適應RFID和發(fā)射機工作波頻率的電磁環(huán)境，所以無源RFID需要依靠金屬板標牌才能進行盡量長距離的讀取。在試驗中發(fā)現(xiàn)，加掛金屬板標牌后反而無法實現(xiàn)遠距離讀取，通過射頻工作原理分析，無源RFID懸掛金屬板背后必須挖空其金屬部分，因為金屬不僅能夠屏蔽其他電磁波，同樣也能產(chǎn)生電磁波的反射疊加，干擾RFID讀取。由于挖空的位置處于標簽之后，終端發(fā)射的電磁波不會造成過多的反射和疊加，順利實現(xiàn)遠距離標簽讀取。

通過懸掛RFID標簽，巡視過程中通過手持設備掃描芯片卡，再通過無線通信技術與后臺數(shù)據(jù)進行通信，查看手持系統(tǒng)中顯示的纜線數(shù)量、產(chǎn)權單位、走向、芯對數(shù)等信息與實際巡查的信息是否符合，可實現(xiàn)簡易操作和快速確認是否存在私搭亂掛現(xiàn)象。利用帶色標牌規(guī)范標識搭掛通道也解決了隨意借用其他產(chǎn)權單位通道造成纜線穿越、散落等問題。

5 結束語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術的RFID應用，構建電力通信桿線資源管理網(wǎng)絡系統(tǒng)與各搭掛纜線的物與網(wǎng)的連接，實現(xiàn)對搭掛纜線的全面管理與長效管理，不但提高了線路資源的精細化管理方法，也為管理者提供了智能、高效的強化管理的手段，保證電力桿塔、電力通信的安全以及通信資源正常有序的租用。

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