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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。
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。
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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