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电子标签在光缆运维中的应用

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vdianwang 发表于 2024-7-7 13:40:56 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

0 引言


当前,在电力光缆运维工作中,一方面缺乏有效的管理手段,各类光缆在电力管道内擅自铺设,造成管道拥塞、交错混杂;另一方面,传统的光缆识别很容易丢失、被破坏或被仿制,造成光缆排查效率低,维护管理缺乏手段。因此,建立光缆电子标签管理系统,提升光缆识别和故障处置效率,实现沟道光缆的信息化、直观化、可视化运维十分必要。国网西安供电公司将射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)成功应用到光缆运维工作中,研发了具有信息防伪、耐受沟道恶劣环境的电子标签和便携式识别装置,建立了电子标签管理系统,实现了光缆信息的唯一识别与便捷维护,为光缆运维提供了先进的技术管理手段。

1 RFID技术

RFID技术利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递,并通过所传递的信息进行识别。系统一般包括电子标签、解读器、中央信息系统等,其基本工作原理是当标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送存储在芯片中的产品信息,或者由标签主动发送某一频率的信号,解读器读取信息并解码后,送至中央信息系统进行有关数据处理。 RFID技术数据采集抗干扰能力强,电子标签使用寿命长且能存储数据[1-3],并通过加密手段实现信息保护,管井下的特殊环境决定了一般的标识或管理方式可靠性低,而电子标签具有防腐、防水、抗电磁设计,特别适合恶劣的电力沟道。基于RFID技术的光缆电子标签管理系统为沟道管理、运维管理提供了先进的技术手段。

2 电子标签管理系统结构

电子标签管理系统分为电子标签、手持终端、加密系统以及后台管理系统等。逻辑上又分为核心处理层、交互层、网络通信层、应用层4部分。应用层以终端设备和电子标签为主,主要实现电子标签绑定及巡检时的数据采集,实时采集前端巡检线路数据,并即时完成与后台通信、数据交互等,标签绑定为光缆建立身份,手持终端实现电子标签信息识读,通过网络层接收或发送指令。网络通信层和交互层实现网络通信链路的连接以及系统交互,同时对交互数据进行转换和过滤,接入外部系统或外部批量数据。核心处理层分为应用处理层和数据层,数据层是系统的基础,向应用处理层提供统一、规范的原始数据,实现业务数据共享。应用处理层则向终端应用层提供应用处理服务。电子标签管理系统结构如图1所示。

img_1.png 图1 电子标签管理系统结构Fig.1 Electronic tag management system structure

标签在出厂前通过加密发卡机统一进行第一道加密,确定合法标签,保证后台系统可以识别。用户使用时,进行第二次自主加密,确定是本单位标签。防止假冒,加密过的标签利用手持终端可以识别。电子标签内置RFID电子芯片,具有512 bit存储空间,可根据实际情况写入相应数据,包括光缆的编号、状态、位置、故障情况等信息。手持终端作为巡检管理光缆的中转设备,在光缆巡查过程中可用来轻松识读光缆属性,判断其合法性,满足移动巡检需求。光缆信息在后台数据库中进行统一管理。

3 电子标签管理系统的组成及功能3.1 电子标签实现光缆可靠识别

电子标签是带有无线电子射频识别标签的固定式光缆标签,采用三扎带设计,易弯折的尼龙材质,整体设计可以确保光缆标签紧贴光缆表面牢固安装,防滑、防尘、防水,不会因光缆拉动而位移,同时电子标签为自毁设计,一次性安装,拆装后将无法再次使用,一旦电子标签被人为拆掉,其天线将被破坏,无法再次使用。电子标签与传统的标识方式不同,光缆信息固化在标签内部,难以复制,且适应恶劣环境,能保证光缆标识正确、可靠,减少了标签因环境而损毁的可能,同时标签的颜色、外部标识等还可以根据用户需求进行定制。

3.2 手持终端实现光缆可视化、移动化管理

手持终端设计为适合在管井下、雨雪高温天气、潮湿等户外恶劣条件使用,能实现RFID读写应用及与后台的即时交互,其核心部件包括高性能处理器、射频模块、读写模块、存储器、摄像头、GPS定位、激光条码等模块,具备各种外围通讯接口,具有各种安全加密模块,可以根据不同需求配置。

手持终端用来实现移动巡检,其安装有相关管理系统,可与后台系统进行信息数据互通。用户在日常巡检、光缆迁改、故障抢修等工作中,利用手持终端可以实现对沟道光缆的准确识别、定位,协助完成光缆巡检任务,光缆的历史缺陷信息可现场查询,实现可视化运维。

3.3 后台管理系统实现数据整合利用

后台管理系统是电子标签管理系统的核心,负责将所有绑定的光缆信息进行记录,规范光缆管理流程,收集巡检信息,对井下光缆进行有序管理。通过系统后台数据库,可以对不同时期的光缆运行数据进行查询、分析,进行图表化的直观展现,可视化呈现光缆在沟道内的敷设情况,实现对所有光缆数据的集成整合,使管理者从千头万绪的线缆管理工作中解脱出来,实现光缆运行数据的快速、直接查找,为线路规划决策提供技术支持,满足光缆资产全寿命周期管理要求。电子标签后台管理系统框架如图2所示。

img_2.png 图2 电子标签后台管理系统框架Fig.2 Electronic tag background management system framework

4 电子标签管理系统安全管理机制

电子标签管理系统采用RFID自动化数据采集技术,实现了光缆的电子化、信息化、智能化管理,提高维护管理水平及工作效率,降低人力成本。光缆标签安全管理软件对整个光缆标签系统安全性进行统一管理,对加密机及手持终端进行安全授权,对标签进行身份初始化,对加密机、手持机进行认证或身份注销等[4-7]。

为了防止标签被盗用、复制或标签记录的光缆信息被窃取等,系统建立了三级安全管理机制,从电子标签的生产到投入使用前,利用加密机要进行2次加密处理,在一线前端通过手持机进行解密识读,保证所有数据均在系统内部流通,外部无法获取。每个电子标签具有64位唯一序列号和96字节序号。加密机内放置有客户识别模块(Subscriber Identity Module,SAM)卡,由标签安全管理系统在加密机内设置主密钥,放置在加密机SAM卡的硬件安全区域,保证不被读取,遇到非法读写操作会自动销毁。使用加密机内主密钥通过加密算法生成工作密钥,存放在标签加密机内安全区域。该工作密钥用于对标签数据进行加密或无线通信数据加密。通过加密机读取标签标识(ID)及用户标识(User identification,UID),将这2个数据通过一定算法组合,用加密机内工作密钥通过加密算法生成密文数据,放入标签数据区域。手持机读取标签ID及UID,读取标签存储区域的密文数据,2个数据核对,对标签身份进行认证。

5 电子标签管理系统在供电公司的应用

近年来,随着城市建设的需要,西安地区大量架空线路落地改造,沟道内各类线缆数量激增。电力沟道内环境相对复杂,电缆、光缆数量众多,而各类线缆上所绑定的普通标识牌及标牌信息不易保留和辨识,且极易仿造,造成严重安全隐患。为此国网西安供电公司建立基于RFID的电子标签管理系统,不仅解决了维护难题,还成功实现了对沟道光缆的快速定位与准确识别,有效防止了电力光缆标签被复制、光缆信息被窃取的情况发生[8-10]。

为了进一步规范电子标签管理,西安供电公司结合实际工作,建立了光缆电子标签“六单制”闭环管理办法,实现从标签生产、入库、出库、绑定直至报废的全程化封闭控制,彻底杜绝常规标签被复制、冒用、丢失、盗用情况发生。即结合电子标签建立过程,建立工作任务单、发卡单、预绑定单、领料单、绑定单、退库单,实现光缆与电子标签绑定管理,确保标签发放及使用各个环节间的严格对应,并将工作流程固化在信息系统中,形成规范有序的闭环管理体系,确保每个电子标签都在系统管理之内,确保标签所承载的线缆信息100%准确。系统实现了各种光缆及标签数据的批量导入,工作任务分配、任务实施、责任落实情况实现了全程数据化,快速实现通信故障定位,减少光缆日常维护作业时间,有效地提高了通信光缆管理工作的水平及工作效率[11-12]。

同时,该公司还将电子标签管理系统与光缆地理信息管理系统有效结合,实现了标签地理信息的快速查看,一旦发生光缆故障,可以通过标签信息快速确定故障点的标签ID,在显示器上可以很直观地发现故障点,从而能指挥调度抢修人员快速到现场并确定故障点。

系统应用2年来,西安供电公司在300余千米沟道骨干光缆上安装了电子标签,彻底改变了光缆标识破坏或老化脱落、识别难、查找难等问题,实现了电力通信光缆的准确、自动、快速识别,实现了沟道光缆日常巡检、迁改、故障抢修等工作的电子化管理,全面提升了沟道光缆运维与故障处置效率。

6 结语

RFID电子标签的应用改变了传统光缆维护管理依靠人工的模式,形成完整的光缆信息记录,实现了光缆运维过程的数据化、信息化管理,系统与地理信息系统相结合,能实现光缆故障快速准确定位,为光缆故障指挥提供技术手段,实现光缆全寿命周期管理。






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