1、精選文檔基于射頻識別的地下管線電子標識系統0 定義地下管線電子標識器采用低頻 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 下設施的身份標志 ,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， 借助地下電子標識和管理系統實現科學管理地下設施。1 應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1, 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 ,

2、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 , 僅憑借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

3、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 復雜 ,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 很復雜 ,在工作時必須采取必要的技術手段 ,壓制或消弱干擾因素的影 響,同時必須針對不同的情況采取不同的識別方法 ,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 8

4、0 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， 并通過所傳遞的信息達到識別目 的。它能穿透雪、冰、涂料、水泥、金屬和條形碼無法使用的惡劣環 境閱讀標簽，并且閱讀速度極快，被廣泛應用于各個領域。2.1 RFID 基本原理最簡單的 RFID 系統由應答器、閱讀器、應用軟件系統組成 2 。 一般由標簽作為應答器，每個標簽由芯片、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。 閱讀器主要用于 控制射頻模塊向標簽發射讀取信號， 并接受標簽的應答， 對標簽的對 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。 應用層 軟件則把

5、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發送一定頻率射頻信號，當標簽進入線圈工作區時，內部電路產生感應電流，標簽被激 活，其自身編碼信息通過內置線路發射出去， 系統接收模塊接收到從 標簽發送過來的編碼信號，閱讀器對接收的信號進行解調和解碼， 然 后將數據傳送到計算機網絡。此時，應用層軟件系統根據邏輯運算判 斷該標簽是否合法，針對不同的情況后作出相應的反應和處理。RFID 的基本原理圖如圖1所示3電子標簽閱讀器圖1 RFID基本原理圖射頻前端謂輯控制2.2 RFID主要特點作為最為廣泛使用的自動數據采集技術，RFID應用到資源管理系統上，其優勢表現尤為突出，如

6、以下幾點。（1）防水、防磁、耐高溫，不受環境影響，具有放沖突功能。（2）無源和免接觸操作，應用便利，只需置于閱讀器形成的電 磁場中就可準確讀入數據，減少甚至排除因人工干預數據 采集而帶來的效率降低和糾錯成本。可編輯精選文檔（3）RFID 讀取數據快、 距離長，可讀取標簽上的編碼， 并通過 移動互聯網與后臺管理系統中的電纜信息相關聯，實時顯 示電纜信息。（ 4）RFID 標簽的識讀不依賴于可見光， 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）通過標簽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 基于射頻識別的地下管線電子標識系統該地下管線電子標

7、識系統平臺主要基于 RFID 技術，由電子標簽、 標簽探測儀、移動智能終端（帶 GPS 模塊）和后臺服務系統組成， 充分利用 RFID 技術的優勢，實現了地下管線的精益化、智能化、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。地下管線標識系統用戶界面管線資源管理（管線巡檢維護1 i 1（:系統丿應用；JVJJ 1/剖面圖丿/廣異常事/管線資地圖/圖片資生成分析/件定位/ /料信息導航/ /料乞/報表分析結果故障檢修管線管理路徑導航圖片資料報表分析11JI 數據庫P-11用戶數據管理管理圖2地下電纜信息可視化管理系統工作結構圖3.1 RFID數據采集系統

8、RFID數據采集系統主要由兩部分組成5，分別為射頻識別（RFID） 標簽和RFID數據采集終端。3.1.1射頻識別（RFID ）標簽系統的射頻識別標簽采用的是只讀非接觸射頻卡，由天線和微型芯片組成。電子標簽微型芯片里面存在一種為UID（ Un ique Identification ，唯一標識號），用來唯一標識電子標簽，它固化在電 子標簽中（只讀）。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志，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能終端， 結合移動 互聯網實時顯示該位置點的管線信息、管線名稱、敷設方

9、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 數據采集終端RFID 數據采集終端主要由標簽探測儀和移動智能終端組成。 標簽探測儀由識讀模塊和線圈組成。 只要距離適當， 標簽探測儀 的線圈和電子標簽的天線之間就會形成磁場， 能夠識讀標簽的唯一的 編碼 ID 號，通過藍牙將標簽 ID 號傳輸至移動智能終端， 再在移動智 能終端的前端軟件上將管線屬性、 窖井內管線照片等采集到的信息與 標簽 ID 號相關聯，通過移動互聯網實時上傳至后臺服務管理系統， 其應用場景如圖 3.可編輯圖3基于射頻識別的地下管線電子標識系統應用場景本系統

10、中，通過數據采集系統，將 RFID電子標識器上的相關聯 信息通過數據采集系統錄入電腦網絡，實現了對地下管線的實時觀測。 3.2后臺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 戈嘰通過電子標簽的經緯度坐標及時、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 In formation System,簡稱 GIS),通常泛指用于獲取、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

11、以地理信息為內容，以地理空間數據庫為基礎，對空間相關數據進行采集、存儲、管理、操作、分析、模擬、顯示、并采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，并進行綜合評價、管理、定量分析和決策服務。3.2.2 后臺服務系統設計目標 基于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 井的詳細資料，并通過與數據采集終端的通信，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，移動智能終端通過移動互聯網連接后臺 數據庫，調出相關的電子地圖，通過電子標簽記錄的經緯 度坐標信息，

12、 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 后臺服務管理系統根據系統設計目標，并使 GIS 與管線屬性信息更好的結合在一 起，系統采用如圖 4 軟件功能模式。前端軟件、彳后臺服務系統移動互聯網有線互聯網數據庫圖4系統軟件功能模式前端、后臺服務軟件調用GIS電子地圖，利用電子地圖上標記的 電子標簽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

13、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，通過前端軟件將地下管線、窖井及井內管線有關屬 性數據等信息一一寫入后臺數據庫。將各電子標簽安裝在直埋管線附 近或窖井井壁上，標簽探測儀通過無線射頻信號識讀電子標簽的ID編碼號并藍牙傳輸至手持智能終端，通過以現場安裝點的標簽及其唯 一 ID編碼作為位置點標志，采集位置點GPS數據，前端軟件通過輸 入GPS數據、編輯、綁定ID號，在GIS電子地圖上生成標簽位置點 圖標，并與數據庫里的直埋管線、窖井及井內管線等信息關聯起來。在巡檢維護時，以標簽及其唯一 ID 編碼作為索引，利用標簽探 測儀和手持智能終端， 通過探

14、測、前端后臺軟件調用 GIS 地圖和數據 庫，快速搜索探知電子標簽的位置點， 完成對該位置點電子標簽的定 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、 標簽編號、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1 王興 泰.工 程與 環 境 物探新 方 法新 技 術 M. 北 京:地 質出 版 社,1996.2 李泉林，郭龍巖 .綜述 RFID 技術及其應用領域 J. 中國電子商 情 :RFID 技術與應用 ,2006(1):51-52.3 李昕 .RFID 系統的優點及應用前景 J. 計算機與信息技術， 2007(18):76-774 李蘇東，司少先，楊玉坤等 .基于 RFID/GIS