地下管線電子標識器採用低頻RFID射頻識別技術，是一款無源產品，工作時依靠外部電磁場提供能量，埋設在地下設施附近作為地下設施的身份標誌,幫助精準定位、查找、識別和管理地下設施,幫助建立地下設施的信息化數據,為信息化管理地下設備打下堅實的基礎，藉助地下電子標識和管理系統實現科學管理地下設施。
基本介紹
- 中文名：地下管線電子標識系統
1 套用背景
市政管線分為給水管、排水管(雨水、污水管)、電力管(含路燈)、通信電纜(含光纜)、煤氣管和工業管道(如石油、化工管道)6種類型,按管線材質又分為金屬和非金屬兩大類。這些管道擔負著城市水、電、通信能量的傳輸,是城市賴以生存的物質基礎。目前,在我國現代化建設中,隨著水、電力、煤氣等行業,特別是通信線路的不斷發展越來越多的管道將被埋置在地下,然而隨著時間的變化及一些人為因素,將使原先地上標識所指明的地下管線與您的圖紙發生一些變化,這樣會給維護人員帶來諸多不便,特別是在某些重要地段,交通要道,沙漠地區,僅憑藉圖紙和經驗是很難判斷路由的。隨著城市建設發展,查明城市現有的各類地下管線的確切位置和埋深、規格、尺寸等信息參數,對當前的城市建設和未來城市規劃都有重要的意義。對城市地下管線的探測,既是城市地下管線信息系統的基礎工作,又是實際管理、建設、維護工作中的重要內容。它的重要性日益引起理論和實際工作者的高度重視。
根據場源不同,地下管線的探測方法可分為:磁偶極感應法、夾鉗感應法、直接法、工頻法、示蹤法、探地雷達。市政管線的場地條件複雜,使得地下管線探測工作是在干擾較大的地區進行,管線的分布又很複雜,在工作時必須採取必要的技術手段,壓制或消弱干擾因素的影響,同時必須針對不同的情況採取不同的識別方法,這給管線的探測與識別帶來很大的困難,加上隨之而來的工程造價、人員數量增加也使得該項工作面臨諸多問題。
2 RFID的基本原理和特點
射頻識別RFID（Radio Frequency Identification）技術，是20世紀80年代發展起來的新興非接觸自動識別技術，它利用射頻信號空間耦合，實現無接觸信息傳遞，並通過所傳遞的信息達到識別目的。它能穿透雪、冰、塗料、水泥、金屬和條形碼無法使用的惡劣環境閱讀標籤，並且閱讀速度極快，被廣泛套用於各個領域。
2.1 RFID基本原理
最簡單的RFID系統由應答器、閱讀器、套用軟體系統組成。一般由標籤作為應答器，每個標籤由晶片、射頻前端與存儲器組成，具有唯一的電子編碼，附著在物體上識別目標對象。閱讀器主要用於控制射頻模組向標籤發射讀取信號，並接受標籤的應答，對標籤的對象標識信息進行解碼，將對象標識信息傳輸到主機以供處理。套用層軟體則把收集的數據進一步處理，為用戶所使用。
RFID系統的工作原理：閱讀器通過內部線圈傳送一定頻率射頻信號，當標籤進入線圈工作區時，內部電路產生感應電流，標籤被激活，其自身編碼信息通過內置線路發射出去，系統接收模組接收到從標籤傳送過來的編碼信號，閱讀器對接收的信號進行解調和解碼，然後將數據傳送到計算機網路。此時，套用層軟體系統根據邏輯運算判斷該標籤是否合法，針對不同的情況後作出相應的反應和處理。RFID的基本原理圖如圖1所示。
2.2 RFID主要特點
作為最為廣泛使用的自動數據採集技術，RFID套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，具有放衝突功能。
（2）無源和免接觸操作，套用便利，只需置於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採集而帶來的效率降低和糾錯成本。
（3）RFID讀取數據快、距離長，可讀取標籤上的編碼，並通過移動網際網路與後台管理系統中的電纜信息相關聯，實時顯示電纜信息。
（4）RFID標籤的識讀不依賴於可見光，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）通過標籤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。
3基於射頻識別的地下管線電子標識系統
該地下管線電子標識系統平台主要基於RFID技術，由電子標籤、標籤探測儀、移動智慧型終端（帶GPS模組）和後台服務系統組成，充分利用RFID技術的優勢，實現了地下管線的精益化、智慧型化、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。其工作結構圖如下圖2。
圖2 地下電纜信息可視化管理系統工作結構圖
3.1 RFID數據採集系統
RFID數據採集系統主要由兩部分組成[5]，分別為射頻識別（RFID）標籤和RFID數據採集終端。
3.1.1 射頻識別（RFID）標籤[6]
系統的射頻識別標籤採用的是唯讀非接觸射頻卡，由天線和微型晶片組成。電子標籤微型晶片裡面存在一種為UID（Unique Identification，唯一標識號），用來唯一標識電子標籤，它固化在電子標籤中（唯讀）。
本系統中的地下電纜每隔一段距離安裝一個電子標識器，以電子標識器的唯一編碼ID號作為該標識位置點的標誌，通過標識探測儀識讀電子標識器ID號，將ID號藍牙傳輸至移動智慧型終端，結合移動網際網路實時顯示該位置點的管線信息、管線名稱、敷設方式、埋深、附屬設備描述、標識器安裝位置描述、經緯度坐標、該位置點窖井內部情況照片及外部外景照片。
3.1.2RFID數據採集終端
RFID數據採集終端主要由標籤探測儀和移動智慧型終端組成。
標籤探測儀由識讀模組和線圈組成。只要距離適當，標籤探測儀的線圈和電子標籤的天線之間就會形成磁場，能夠識讀標籤的唯一的編碼ID號，通過藍牙將標籤ID號傳輸至移動智慧型終端，再在移動智慧型終端的前端軟體上將管線屬性、窖井內管線照片等採集到的信息與標籤ID號相關聯，通過移動網際網路實時上傳至後台服務管理系統，其套用場景如圖3.
圖3基於射頻識別的地下管線電子標識系統套用場景
本系統中，通過數據採集系統，將RFID電子標識器上的相關聯信息通過數據採集系統錄入電腦網路，實現了對地下管線的實時觀測。
3.2 後台服務管理系統
本文中提出的地下管線電子標識系統，是通過GIS結合RFID技術來實現地下管線靜態信息的管理，方便信息的查詢和管線資源的規劃。通過電子標籤的經緯度坐標及時、精準定位管線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。
3.2.1 地理信息系統（GIS）簡介
地理信息系統（Geographical Information System，簡稱GIS），通常泛指用於獲取、存儲、查詢、綜合、處理、分析和顯示與地球表面位置相關的數據的計算機系統。即GIS以地理信息為內容，以地理空間資料庫為基礎，對空間相關數據進行採集、存儲、管理、操作、分析、模擬、顯示、並採用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態的地理信息，並進行綜合評價、管理、定量分析和決策服務。
3.2.2 後台服務系統設計目標
基於本文所提到的地下管線電子標識系統，本系統的設計目標主要如下：
（1）在管理中心可視化瀏覽、編輯和查詢轄區內地下管線、窖井的詳細資訊，並通過與數據採集終端的通信，對地下管線的實時運行情況進行管理，對運行數據進行分析處理和日常維護。
（2）發生異常事件時，移動智慧型終端通過移動網際網路連線後台資料庫，調出相關的電子地圖，通過電子標籤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）通過對過去一段時間內的維護、歷史事件及相關數據做統計分析，形成報表，總結經驗，為提高維護水平提供有力的材料和思路。
3.2.3 後台服務管理系統
根據系統設計目標，並使GIS與管線屬性信息更好的結合在一起，系統採用如圖4軟體功能模式。
圖4 系統軟體功能模式
前端、後台服務軟體調用GIS電子地圖，利用電子地圖上標記的電子標籤對應的地下管線及窖井屬性信息、圖像等，可以方便的得出地下管線路徑及信息、窖井及井內管線具體信息、巡檢路徑等功能，從而達到信息可視化管理的目的。
4系統工程化實現
在使用地下管線電子標識系統前，先需完成系統的初始化工作，現場施工安裝時，通過前端軟體將地下管線、窖井及井內管線有關屬性數據等信息一一寫入後台資料庫。將各電子標籤安裝在直埋管線附近或窖井井壁上，標籤探測儀通過無線射頻信號識讀電子標籤的ID編碼號並藍牙傳輸至手持智慧型終端，通過以現場安裝點的標籤及其唯一ID編碼作為位置點標誌，採集位置點GPS數據，前端軟體通過輸入GPS數據、編輯、綁定ID號，在GIS電子地圖上生成標籤位置點圖示，並與資料庫里的直埋管線、窖井及井內管線等信息一一關聯起來。
在巡檢維護時，以標籤及其唯一ID編碼作為索引，利用標籤探測儀和手持智慧型終端，通過探測、前端後台軟體調用GIS地圖和資料庫，快速搜尋探知電子標籤的位置點，完成對該位置點電子標籤的定位及數據讀取，從而獲得直埋管線、窖井位置的所在和管線、窖井及井內管線的敷設方式、標籤編號、經緯度、埋設深度、現場描述情況、現場圖片、管線名稱等。如此即能準確對地下管線定位和信息化、可視化管理。
參考文獻
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