發布日期：2022-05-20 點擊率：67
一、引言
2010年3月，在十一屆全國人大三次會議上，時任總理溫家寶在政府工作報告上專門強調“要大力培育戰略性新興產業，加快物聯網的研發應用”。從此，物聯網技術(RFID無線射頻識別技術)在中國百花齊放、如火如荼地發展起來。目前我國物聯網關鍵技術研發實現新突破，已開始在農業、公共安全、城市交通、衛生保健等多個領域得到應用。RFID技術在地下管網標識與巡查的管理及應用，近年來也被越來越多的地下管線管理部門提上議事日程。并在燃氣、自來水、通訊等領域取得了很好的應用。
本文結合真實案例，就RFID技術在城市污水壓力管定位標識與后期巡查管理做了系統介紹。
二、RFID工作原理
射頻識別技術在低頻段基于變壓器耦合模型(初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞)，在高頻段基于雷達探測目標的空間耦合模型(雷達發射電磁波信號碰到目標后攜帶目標信息返回雷達接收機)。1948年哈里斯托克曼發表的“利用反射功率的通信”奠定了射頻識別技術的理論基礎。
最基本的RFID系統由三部分組成(如圖1所示)
⑴標簽(Tag，即射頻卡)：由耦合元件及芯片組成，標簽含有內置天線，用于和射頻天線間進行通信。
⑵閱讀器：讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標簽信息的設備。
⑶天線：在標簽和讀取器問傳遞射頻信號。
三、埋地RFID特性
RFID按供電方式分為有源卡和無源卡;按載波頻率分為低頻射頻卡、中頻射頻卡和高頻射頻卡;按調制方式的不同可分為主動式和被動式;按作用距離可分為密耦合卡(作用距離小于1cm)、近耦合卡(作用距離小于15cm)、疏耦合卡(作用距離約1m)和遠距離卡(作用距離從1m到10m。甚至更遠)。
應用于地下管網的地下電子標識一般為低頻、被動式、疏耦合卡，有別于市面上常用的射頻卡，埋地電子標識需要具備以下幾個條件：
⑴結構堅硬，抗壓、抗酸堿、防水。
⑵穿透障礙物能力強，至少能具備穿脫水泥路面的能力。
⑶抗干擾能力強，至少能區分8種以上不同專業的地下管線標識。
⑷保密性能好，城市地下管線屬于城市的血管和神經，在RFID上附載的信息必須具有很好的保密性，以防被不法分子利用和破壞。
⑸保用期長，要求RFID的使用壽命跟所標識的地下管線一樣長。一般為10~30年甚至更長。
⑹無源，因為永久固定埋在地下，不適合帶電源。
目前適用于地下管線標識的較為成熟RFID產品主要有兩種，一種為美國產的“3M電子標識系統(EMS)”;另一種為北京產的RXG.TR系列管道電子標識器。本文用到的電子標識是RXG.TR系列。其參數為：頻率128KHz，工作溫度-20℃~+80℃，濕度耐抗95%RH，電壓耐抗±5KV峰值，使用年限為50年，最大探測深度1.5米。電子標識探測器為RXG-HandR300型，主要功能：通過查找地下電子標識器的磁場有效范圍來準確定位地下管線的位置，帶GPS模塊，可導航查找管線上埋設的地下電子標識器。
四、應用實例
廣州市污水壓力管分布在廣州各個區，全長大約有40cm，管徑500~1800，材質有鋼、砼、玻璃鋼夾砂等。主要是為了將收集到的污水提升送至各個污水廠進行處理用途。為了對分散的污水壓力管進行有效管理和巡查，管道業主委托我公司對全部壓力管進行準確探測，并在探測點上面貼上金屬標識牌，下方埋設RXG-TR電子標識，建立污水壓力管屬性數據庫和電子標識數據庫，配備電子標識探測器及電子標識掃描信息傳送管理系統，為后期的管理、維護及巡查提供最直接可靠的一手資料。
埋設管道電子標識之前，需將目標管道的位置、埋深100%探測清楚，這是管道標識埋設的前提，如何確保污水壓力管探測100%準確?這是另外一個技術專題，這里不做贅述。為保證電子標識器能相對永久保存，同時能被探測器讀取到，需要將電子標識器安裝在路面以下50~60cm處。電子標識器安裝前需用讀寫器將相對應的管線信息寫入到電子標識器里面。用電鉆鉆出一個直徑為3cm，深度約60cm的小洞，先注入約5cm厚度的水泥砂漿，豎直放入電子標識器(頭朝上)，用標識探測器在地面，確認能夠讀取到標識器里的信息，再用水泥砂漿填實、抹平。電子標識埋設密度：除拐點、三通等特征點外，直線距離平均30米埋設一個。
五、管道標識信息遠程傳輸技術
通過編寫專用的Android系統傳輸軟件(APK)，安裝在Android手機/PDA上，將標識探測器讀到的RFID信息與后臺的地圖數據信息實時聯系起來，實現管道標識查詢、定位與監控等功能。管道標識信息傳輸的平臺是由標識探測器、PDA、GIS組成，結合了嵌入式系統和地理信息系統。其中標識探測器采用RFID識讀標識，這是整個技術實現的重要突破。標識探測器還通過“藍牙”技術與PDA通信。PDA的無線網絡(例如：3G、4G)與GIS連接，既實現了實時獲取和反饋標識探測器的數據，又實現了實時獲取和反饋GIS數據，使標識探測器能間接、實時的與GIS通信。從而實現對管道的實時化、系統化的管理，見圖2。
RFID技術在污水壓力管道中的應用使管道的維護管理有了歷史性突破，尤其突出表現在管道巡線管理方面。在管道實施巡線時，巡線人手持標識探測器和PDA。每完成一個標識識讀后，巡線員立刻看到目標管道的管徑、埋深、材質等信息，同時將管道標識信息通過3G網絡傳輸給管道后臺管理者。管理者通過GIS方便快捷的查詢統計巡線數據。這樣一來，不僅使巡線操作系統化，使巡線管理更加系統化。有效的提高了管道維護管理的效率。
六、結語
通過RFID技術在廣州市污水壓力管中探測與標識的成功應用，筆者總結了以下幾條結論：
1.應用于管道標識的RFID有別于普通RFID，一定要有很強的穿透力和長久的壽命。
2.要根據不同的地面條件埋設不同類型的管道電子標識，以滿足不同深度的探測需求。
3.需建立完善的后臺數據庫并配備專用的電子標識讀寫器和RFID信息無線傳輸載體，整個RFID管理體統才算完整。
4.有待技術改進之處：利用RFID探測器在掃描地下RFID時，應有方向箭頭指示和距離顯示功能，探測器在RFID正上方時，還應有讀取深度功能。
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