基于射频识别的地下管线电子标识系统

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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。

2RFID 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。

2.1RFID 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]

电子标签阅读器

图1 RFID 基本原理图

2.2RFID 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

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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。

地下管线标识系统

用户界面

管理管理

图2 地下电缆信息可视化管理系统工作结构图

3.1RFID 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.