基于射频识别的地下管线电子标识系统.docx

基于射频识别的地下管线电子标识系统0 定义地下管线电子标识器采用低频RFID射频识别技术，是一款无源产品，工作时依靠外部电磁场提供能量，埋设在地下设施附近作为地下设施的身份标志,帮助精准定位、查找、识别和管理地下设施,帮助建立地下设施的信息化数据,为信息化管理地下设备打下坚实的基础，借助地下电子标识和管理系统实现科学管理地下设施。1 应用背景市政管线分为给水管、排水管(雨水、污水管)、电力管(含路灯)、通信电缆(含光缆)、煤气管和工业管道(如石油、化工管道)6种类型1,按管线材质又分为金属和非金属两大类。这些管道担负着城市水、电、通信能量的传输,是城市赖以生存的物质基础。目前,在我国现代化建设中,随着水、电力、煤气等行业,特别是通信线路的不断发展越来越多的管道将被埋置在地下,然而随着时间的变化及一些人为因素,将使原先地上标识所指明的地下管线与您的图纸发生一些变化,这样会给维护人员带来诸多不便,特别是在某些重要地段,交通要道,沙漠地区,仅凭借图纸和经验是很难判断路由的。随着城市建设发展,查明城市现有的各类地下管线的确切位置和埋深、规格、尺寸等信息参数,对当前的城市建设和未来城市规划都有重要的意义。对城市地下管线的探测,既是城市地下管线信息系统的基础工作,又是实际管理、建设、维护工作中的重要内容。它的重要性日益引起理论和实际工作者的高度重视。根据场源不同,地下管线的探测方法可分为:磁偶极感应法、夹钳感应法、直接法、工频法、示踪法、探地雷达。市政管线的场地条件复杂,使得地下管线探测工作是在干扰较大的地区进行,管线的分布又很复杂,在工作时必须采取必要的技术手段,压制或消弱干扰因素的影响,同时必须针对不同的情况采取不同的识别方法,这给管线的探测与识别带来很大的困难,加上随之而来的工程造价、人员数量增加也使得该项工作面临诸多问题。2 RFID的基本原理和特点射频识别RFID（Radio Frequency Identification）技术，是20世纪80年代发展起来的新兴非接触自动识别技术，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。2.1 RFID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2。一般由标签作为应答器，每个标签由芯片、射频前端与存储器组成，具有唯一的电子编码，附着在物体上识别目标对象。阅读器主要用于控制射频模块向标签发射读取信号，并接受标签的应答，对标签的对象标识信息进行解码，将对象标识信息传输到主机以供处理。应用层软件则把收集的数据进一步处理，为用户所使用。RFID系统的工作原理：阅读器通过内部线圈发送一定频率射频信号，当标签进入线圈工作区时，内部电路产生感应电流，标签被激活，其自身编码信息通过内置线路发射出去，系统接收模块接收到从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。此时，应用层软件系统根据逻辑运算判断该标签是否合法，针对不同的情况后作出相应的反应和处理。RFID的基本原理图如图1所示3。图1 RFID基本原理图2.2 RFID主要特点4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。3基于射频识别的地下管线电子标识系统该地下管线电子标识系统平台主要基于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，实现了地下管线的精益化、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。其工作结构图如下图2。图2 地下电缆信息可视化管理系统工作结构图3.1 RFID数据采集系统RFID数据采集系统主要由两部分组成5，分别为射频识别（RFID）标签和RFID数据采集终端。3.1.1 射频识别（RFID）标签6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一种为UID（Unique Identification，唯一标识号），用来唯一标识电子标签，它固化在电子标签中（只读）。本系统中的地下电缆每隔一段距离安装一个电子标识器，以电子标识器的唯一编码ID号作为该标识位置点的标志，通过标识探测仪识读电子标识器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管线信息、管线名称、敷设方式、埋深、附属设备描述、标识器安装位置描述、经纬度坐标、该位置点窖井内部情况照片及外部外景照片。3.1.2RFID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，能够识读标签的唯一的编码ID号，通过蓝牙将标签ID号传输至移动智能终端，再在移动智能终端的前端软件上将管线属性、窖井内管线照片等采集到的信息与标签ID号相关联，通过移动互联网实时上传至后台服务管理系统，其应用场景如图3.图3基于射频识别的地下管线电子标识系统应用场景本系统中，通过数据采集系统，将RFID电子标识器上的相关联信息通过数据采集系统录入电脑网络，实现了对地下管线的实时观测。3.2 后台服务管理系统本文中提出的地下管线电子标识系统，是通过GIS结合RFID技术来实现地下管线静态信息的管理，方便信息的查询和管线资源的规划。通过电子标签的经纬度坐标及时、精准定位管线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。3.2.1 地理信息系统（GIS）简介7地理信息系统（Geographical Information System，简称GIS），通常泛指用于获取、存储、查询、综合、处理、分析和显示与地球表面位置相关的数据的计算机系统。即GIS以地理信息为内容，以地理空间数据库为基础，对空间相关数据进行采集、存储、管理、操作、分析、模拟、显示、并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，并进行综合评价、管理、定量分析和决策服务。3.2.2 后台服务系统设计目标基于本文所提到的地下管线电子标识系统，本系统的设计目标主要如下：（1） 在管理中心可视化浏览、编辑和查询辖区内地下管线、窖井的详细资料，并通过与数据采集终端的通信，对地下管线的实时运行情况进行管理，对运行数据进行分析处理和日常维护。（2） 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） 通过对过去一段时间内的维护、历史事件及相关数据做统计分析，形成报表，总结经验，为提高维护水平提供有力的材料和思路。3.2.3 后台服务管理系统根据系统设计目标，并使GIS与管线属性信息更好的结合在一起，系统采用如图4软件功能模式。图4 系统软件功能模式前端、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管线及窖井属性信息、图像等，可以方便的得出地下管线路径及信息、窖井及井内管线具体信息、巡检路径等功能，从而达到信息可视化管理的目的。4系统工程化实现在使用地下管线电子标识系统前，先需完成系统的初始化工作，现场施工安装时，通过前端软件将地下管线、窖井及井内管线有关属性数据等信息一一写入后台数据库。将各电子标签安装在直埋管线附近或窖井井壁上，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唯一ID编码作为位置点标志，采集位置点GPS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管线、窖井及井内管线等信息一一关联起来。在巡检维护时，以标签及其唯一ID编码作为索引，利用标签探测仪和手持智能终端，通过探测、前端后台软件调用GIS地图和数据库，快速搜索探知电子标签的位置点，完成对该位置点电子标签的定位及数据读取，从而获得直埋管线、窖井位置的所在和管线、窖井及井内管线的敷设方式、标签编号、经纬度、埋设深度、现场描述情况、现场图片、管线名称等。如此即能准确对地下管线定位和信息化、可视化管理。参考文献1 王兴泰.工程与环境物探新方法新技术M.北京:地质出版社,1996.2 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):51-52.3 李昕.RFID系统的优点及应用前景J.计算机与信息技术，2007(18):76-774 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