RFID技術(shù)的電子標(biāo)識器的應(yīng)用.doc

RFID技術(shù)的電子標(biāo)識器的應(yīng)用1. 目前的地下管線維護(hù)管理現(xiàn)狀及常見問題目前，大部分地下線纜除了敷設(shè)在主干道路旁側(cè)的電纜溝或隧道外,依舊大量采取了直埋方式。對于故障電纜路徑的找尋方法大多采取標(biāo)識物識別或應(yīng)用其他定位儀器查找，在實際的運用過程中時常存在以下幾個問題致使因無法確定電纜路徑而使故障排除工作陷入僵局。1.1標(biāo)識物缺失。在日常的管線網(wǎng)維護(hù)管理工作中，由于地區(qū)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，市政建設(shè)、房屋建筑、道路、綠化及各種管線建設(shè)對地理環(huán)境引起的變化等諸多因素，原有管線地上標(biāo)志物已經(jīng)缺失。根本無法再利用當(dāng)初的標(biāo)識物或圖紙相關(guān)參照物進(jìn)行對照找尋管線路徑。1.2傳統(tǒng)的探測設(shè)備受外界條件干擾強烈，容易出現(xiàn)較大誤差。傳統(tǒng)地下管線探測設(shè)備易受到金屬物、強電場等環(huán)境影響，以及信號接入條件不同所造成的檢測誤差，甚至是較大的誤差。例如某進(jìn)線電纜中間接頭進(jìn)水故障，由于該地區(qū)房地產(chǎn)開發(fā)地理位置變化較大，原資料圖紙電纜地上標(biāo)注物已經(jīng)缺失，電纜位置無法查詢，致使故障點遲遲未能找到，雖然動用各種儀器查找，但效果皆不十分明顯，整個電纜故障查找和排除故障總共花費時間長達(dá)兩天半之久。1.3受氣候條件干擾，在惡劣天氣條件下無法進(jìn)行。又如電纜被建筑工地挖掘機挖斷，肇事人在電纜被挖斷后將事故點掩埋，同樣因為圖紙資料不準(zhǔn)確，電纜位置不清楚，加之有較大降雨，地面都被較深積水覆蓋，造成全線三段電纜無法準(zhǔn)確檢測故障點，運用各項設(shè)備儀器查尋，直到第二天才恢復(fù)。2.RFID（射頻識別技術(shù)）簡介RFID技術(shù)的問世無疑是為電纜網(wǎng)的維護(hù)管理工作提供了一個全新的方法及理念，我們可以利用該項技術(shù)大幅度的提升電纜故障維修工作的工作效率。2.1什么是RFID技術(shù)射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，縮寫RFID）是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)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(dá)到識別目的的技術(shù)。2.2 RFID技術(shù)的工作原理RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜：標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（Passive Tag，無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽）；解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。一套完整的RFID系統(tǒng), 是由閱讀器(Reader)與電子標(biāo)簽(TAG)也就是所謂的應(yīng)答器(Transponder)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個部份所組成, 其工作原理是Reader 發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給Transponder, 用以驅(qū)動 Transponder電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出，此時 Reader 便依序接收解讀數(shù)據(jù), 送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。以RFID 卡片閱讀器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看大致上可以分成感應(yīng)偶合(Inductive Coupling) 及后向散射偶合(Backscatter Coupling)兩種, 一般低頻的RFID大都采用第一種式, 而較高頻大多采用第二種方式。閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應(yīng)答器之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時閱讀器通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時序。 在實際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過Ethernet或WLAN等實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。應(yīng)答器是RFID系統(tǒng)的信息載體，目前應(yīng)答器大多是由耦合原件（線圈、微帶天線等）和微芯片組成無源單元。2. RFID技術(shù)的延伸電子信息標(biāo)識器利用RFID技術(shù)而研制的可以埋設(shè)在地下的電子信息標(biāo)識器可以有效地應(yīng)用于電纜網(wǎng)的日常維護(hù)管理工作之中。只要我們根據(jù)設(shè)計要求預(yù)先在電纜埋設(shè)的過程中安放地下電子標(biāo)識器，在日后的維護(hù)工作中，我們就可以輕松的以非開挖地的方式找到該電纜的相關(guān)信息。并且標(biāo)識器探測識讀設(shè)備利用的是RFID識讀技術(shù)，根據(jù)標(biāo)識器反映的信號強弱來精準(zhǔn)定位和查找地下電纜，從而有效的克服了傳統(tǒng)探測設(shè)備受天氣、金屬、地質(zhì)等條件的約束，即使在惡劣的自然條件下也可以充分的發(fā)揮功效，因此無論是從便捷性還是實用性角度，相對目前的電纜查找探測的方法和儀器都達(dá)到了質(zhì)的飛躍。3.地下電子信息標(biāo)識器系統(tǒng)組成3.1電子信息標(biāo)識器的組成電力電纜電子信息標(biāo)識系統(tǒng)主要有電子信息標(biāo)識器和標(biāo)識器探測儀兩個部分組成。為區(qū)別通信、供水、石油天然氣等地下設(shè)施，探測識別埋設(shè)在電力電纜附近的標(biāo)識器的設(shè)備只能使用電力版的探測設(shè)備,，識讀時可以讀取標(biāo)識器的ID編碼及記錄的相關(guān)電力電纜的信息。型號：RXG-TR07讀取距離：605cm外殼標(biāo)尺：25 x H75 mm重量：52g型號：RXG-TR15讀取距離：15010cm外殼標(biāo)尺：49 x H141 mm重量：600g型號：RXG-TR20讀取距離：18010cm外殼標(biāo)尺：240 x 240 mm重量：800g（圖1）3.2電子標(biāo)識器的工作原理（1）探測儀以間斷方式發(fā)送一定頻率的信號脈沖。（2）相同諧振頻率的地下標(biāo)識器吸收并存儲信號能量。（3）探測儀短時間發(fā)送信號后,停止發(fā)送并進(jìn)入信號接收模式。（4）當(dāng)探測儀停止發(fā)送信號,標(biāo)識器將儲存的能量釋放并反射回探測儀。（5）探測儀檢測返回的信號強度來確定標(biāo)識器具體地點。（6）當(dāng)探測儀與標(biāo)識器最接近時，信號最強，也就是標(biāo)識器的正上方。（7）電子信息標(biāo)識器采用RFID技術(shù)存儲并傳輸數(shù)據(jù)信息。（如圖2）所示。（圖2）3.3電子標(biāo)識器簡介國內(nèi)外應(yīng)用情況電纜電子信息標(biāo)識系統(tǒng)是電子標(biāo)識系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用。最早是為美國公共設(shè)施應(yīng)用而開發(fā) ，用于對現(xiàn)場事件點的重新定位。帶信息存取的信息標(biāo)識器及與之相應(yīng)的定位設(shè)備，更增加了電子標(biāo)識系統(tǒng)使用的可靠性和方便性。據(jù)資料介紹，我國香港地區(qū)已對地下燃?xì)?、給水、排水、電力、通信等管線全面埋設(shè)了電子標(biāo)識器并制定了相關(guān)管線施工維護(hù)規(guī)范，從而有效地降低了事故發(fā)生率，在提高勞動生產(chǎn)率和地下管線的安全性方面提供了良好的技術(shù)保障手段。在世博場館的燃?xì)馀涮坠こ讨?，浦東燃?xì)鈶?yīng)用了電子信息標(biāo)識系統(tǒng)，用于精確定位和準(zhǔn)確識別管道、閥門、彎頭、三通和其他地下管道設(shè)施等。使用RFID技術(shù)后，既能避免為了尋找管道而大面積開挖路面對居民生活產(chǎn)生的影響，又保證了對城市地下管道的精確識別和安全管理。3.4電子標(biāo)識系統(tǒng)較傳統(tǒng)探測設(shè)備的優(yōu)越性3.4.1由于電子標(biāo)識系統(tǒng)是通過探測設(shè)備對地下電子標(biāo)識器的信號強度的探測來達(dá)到確認(rèn)標(biāo)識器位置的，它克服了傳統(tǒng)地下管線探測設(shè)備易受到金屬物、強電場等環(huán)境影響，以及信號接入條件不同所造成的檢測誤差，甚至是較大的誤差。3.4.2電子標(biāo)識器產(chǎn)品生產(chǎn)時采用注塑一體成型的生產(chǎn)工藝,保證了產(chǎn)品的絕對密閉性,外殼采用適用于地下復(fù)雜環(huán)境下能使用的材料,內(nèi)部結(jié)構(gòu)采取了防震等保護(hù)措施,從而確保產(chǎn)品能在地下長時間使用。3.4.4電子標(biāo)識器系統(tǒng)應(yīng)用時所受的干擾和影響很小，相應(yīng)的精確度高，因而能較好地發(fā)揮其精確定位功能。如果結(jié)合全球定位系統(tǒng)GPS使用，以全球定位系統(tǒng)尋找發(fā)生故障的大致地區(qū)，再以電子標(biāo)識器產(chǎn)品本身有效磁場范圍內(nèi)進(jìn)行快速地精確定位，或者在不同種類地下設(shè)施密集地區(qū)及同溝敷設(shè)多束電纜地區(qū)，分別選用不同頻率的電子標(biāo)識器加以區(qū)分，其作用則更為明顯。4.RFID技術(shù)的實際應(yīng)用方法電子標(biāo)識系統(tǒng)的建立和應(yīng)用電子標(biāo)識系統(tǒng)充分利用RFID技術(shù)的特點，在電纜網(wǎng)的運行維護(hù)管理工作中通過快速的定位幫助現(xiàn)場施工人員快速、精確的確定電纜路徑及相關(guān)設(shè)備信息，從而縮短工作時間，保障施工安全性，避免因大量開挖土石方或挖斷其他管線而引起不必要的工程延誤。其應(yīng)用方法大致分為兩個階段：1.建立電子標(biāo)識系統(tǒng)。將標(biāo)識器按工作流程準(zhǔn)確的放入埋設(shè)電纜的規(guī)范位置，并建立相關(guān)信息備份。2.應(yīng)用電子信息標(biāo)識系統(tǒng)。根據(jù)標(biāo)識器反映的位置判斷電纜走向及相關(guān)設(shè)備信息。4.1電子信息標(biāo)識系統(tǒng)的建立。4.1.1現(xiàn)場設(shè)計。經(jīng)過現(xiàn)場勘察后，將電子信息標(biāo)識器位置、埋深深度及埋設(shè)要求在施工圖紙中進(jìn)行標(biāo)注。（1）設(shè)計人員在對現(xiàn)場進(jìn)行勘察后，根據(jù)電纜敷設(shè)的路徑按照一定間隔確定電子信息標(biāo)識器埋設(shè)位置，并在設(shè)計圖紙中對電子標(biāo)識器的位置、埋深及安裝要求作以說明和標(biāo)注。（2）在電子標(biāo)識信息表（如表1所示）中填寫相關(guān)信息，并將此表隨設(shè)計圖紙一同校驗轉(zhuǎn)出。（如圖3所示）4.1.2根據(jù)設(shè)計圖紙要求按設(shè)計規(guī)范現(xiàn)場施工，將電子標(biāo)識器埋設(shè)于相應(yīng)位置。施工方在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙規(guī)范要求施工，根據(jù)圖紙準(zhǔn)確的放置電子標(biāo)識器。在這里，我們有必要了解一下電子標(biāo)識器安裝時的注意事項和安裝位置。(1)電子信息標(biāo)識器埋設(shè)時有條件的地方可以使用扎帶綁扎在電纜上，確保其位置相對固定。如果受現(xiàn)場條件限制無法進(jìn)行綁扎固定時，可采用直接敷設(shè)在電纜上方的方法，但之間必須保持至少20厘米的距離。(2)電子標(biāo)識器在埋設(shè)時要求垂直放置,必要時可以放在一定長度的PVC管內(nèi),然后把PVC管垂直埋置，同時必須注意埋深深度必須小于其規(guī)定的最大埋深。埋設(shè)過程中應(yīng)先鋪墊細(xì)土后放置標(biāo)識器，再回填至少15厘米細(xì)土后方可夯實或機械回填至路面。（3）電子信息標(biāo)識器埋設(shè)于相應(yīng)電纜設(shè)施的正上方，相鄰兩個電子標(biāo)識器之間的水平距離必須大于2米且小于50米，建議埋設(shè)間隔為1020米，以保證能被清晰的識別出來。（4）電纜電子標(biāo)識器安裝位置。在進(jìn)行地下電纜建設(shè)和維護(hù)過程中，電子標(biāo)識器可沿電纜按照一定的間隔埋設(shè)，但在以下幾處事件點處應(yīng)重點安裝標(biāo)識器:電纜拐彎處通常沿彎道埋設(shè)三個電子標(biāo)識器并保證間距至少大于1米，其主要作用在于進(jìn)行電纜探測時可以準(zhǔn)確的測出電纜的拐點;當(dāng)電纜埋深深度發(fā)生時，在電纜埋深變化的兩端分別放置電子標(biāo)識器，并保證最小距離大于2米小于50米;電纜中間接頭處;電纜護(hù)管兩側(cè)分別安裝電子信息標(biāo)識器;接續(xù)點、井蓋、T型分支等事件點處;與供水、供暖、通信等其他管線交叉跨域處。4.1.3建立或變更電子標(biāo)識器信息檔案。標(biāo)識器設(shè)計有可存儲相關(guān)信息的芯片，而且每個標(biāo)識器預(yù)先寫入唯一序列號標(biāo)識碼。對標(biāo)識器相應(yīng)ID編號及對應(yīng)環(huán)境深度等信息進(jìn)行記錄，并由專人負(fù)責(zé)及時進(jìn)行維護(hù)，保證數(shù)據(jù)的及時性和準(zhǔn)確性。4.1.4竣工驗收。根據(jù)施工圖紙，使用定位儀對每個電子標(biāo)識器進(jìn)行驗證，讀取其ID號和信息，并與電子標(biāo)識信息表進(jìn)行對照。利用GPS全球定位系統(tǒng)對電子標(biāo)識器進(jìn)行現(xiàn)場定位，將其記錄位置導(dǎo)入電子地理信息系統(tǒng)（GIS系統(tǒng)）中，并根據(jù)此位置進(jìn)行電纜繪制。確認(rèn)無誤后方可履行簽字手續(xù)。4.1.5 資料歸檔。將電子信息標(biāo)識器的ID編號及對應(yīng)環(huán)境深度與驗收資料共同歸檔，信息維護(hù)員根據(jù)資料建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫信息并做好維護(hù)。1現(xiàn)場設(shè)計；2按設(shè)計規(guī)范施工；3建立信息檔案；4竣工驗收；5資料歸檔電子標(biāo)識信息記錄表工程名稱 施工日期施工單位記錄人序號ID條形碼描述井號埋設(shè)位置經(jīng)度緯度123456（表1）現(xiàn)場勘察電纜路徑及管線設(shè)計確定埋設(shè)標(biāo)識器位置及安裝注意事項為每個標(biāo)識器分配編碼在電子標(biāo)識信息表中填寫相關(guān)信息校驗出圖（圖3）4.2電子信息標(biāo)識系統(tǒng)的應(yīng)用當(dāng)某段電纜發(fā)生故障時，應(yīng)用電子信息標(biāo)識系統(tǒng)來查找故障電纜較通常電纜查找方法來說，其查找速度可以提升80%以上，根本原因在于：通過探測設(shè)備定位查找和識別電子信息標(biāo)識系統(tǒng)中的地下電子標(biāo)識器可以使施工人員快捷的找尋到標(biāo)識器的相應(yīng)位置，而后通過對標(biāo)識器“點”的定位，實現(xiàn)對電纜的“線”定位的效果。我們現(xiàn)在假設(shè)在K地區(qū)的一段電纜L，同時還有另一條電纜M敷設(shè)在電纜L旁并與電纜M平行埋設(shè)，每條電纜有四個電子標(biāo)識器。當(dāng)這條電纜L發(fā)生故障時，如果按照常規(guī)方法去找尋電纜，在圖紙不清的情況下，我們無法判斷出我們所查到的電纜是L電纜還是M電纜且查找定位困難，從而造成土石開挖工程量過大，甚至可能因為埋深不清誤將M電纜挖斷，引發(fā)停電事故。應(yīng)用電子信息標(biāo)識系統(tǒng)后，在圖紙不清的情況下，我們?nèi)钥梢哉覍つ繕?biāo)電纜位置：4.2.1將GIS系統(tǒng)中的相應(yīng)電纜及其附近埋設(shè)的電子標(biāo)識器坐標(biāo)導(dǎo)入至手持電腦中。4.2.2利用GPS全球定位系統(tǒng)對需要查找的電纜管線上埋設(shè)的標(biāo)識器進(jìn)行導(dǎo)航確定標(biāo)識器的大致定位。4.2.3施工人員應(yīng)用探測儀，找到埋設(shè)在目標(biāo)電纜附近的地下電子標(biāo)識器4.2.4讀取ID標(biāo)識。如果讀到ID標(biāo)識編碼與標(biāo)識器A相符，則A點為目標(biāo)電纜經(jīng)過的點；如果讀到ID標(biāo)識編碼與標(biāo)識器E相符，則需再次找尋電子標(biāo)識。4.2.5運用同樣方法分別找尋出ABCD四點，則目標(biāo)電纜路徑確定，同時根據(jù)電子標(biāo)識信息記錄表可以查出目標(biāo)電纜的埋深、長度、型號、材質(zhì)等相關(guān)信息。將GIS系統(tǒng)中的目標(biāo)電纜座標(biāo)位置及相應(yīng)ID編碼信息導(dǎo)入手持電腦中利用GPS定位系統(tǒng)對目標(biāo)電纜上埋設(shè)的標(biāo)識器的大致位置進(jìn)行定位沿路找尋最近的電子信息標(biāo)識器并讀取其ID編