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摘 要：简要介绍物联网RFID技术特点，总结惠州电力地下光缆运维管理现状，分析RFID技术在地下光缆管理中的应用场景，并详细说明RFID在地下光缆智能管理应用中的技术指标，研究基于RFID技术的地下光缆智能管理平台的具体实现。
关键词：物联网技术；RFID；光缆智能管理
1 引言
Instrumented（工具植入化，40亿手机用户，300亿RFID，庞大的传感网络和工业信息化系统等）、Interconnected（互联化）和Intelligent（智能化）三者的有机融合促使物联网得以实现，我们只需要“百尺竿头，更上一步”就可以实现5A化（anywhere-任何地点， anything-任何事物， anytime-任何时间， anyway-任何方式， anyhow-任何原因）的物联网世界。
物联网产业的快速发展带动了RFID产业的发展，目前，RFID在金融、移动支付、城市公共事业、交通、医疗卫生、食品安全以及商品防伪领域得到广泛应用。随着国家专项资金的继续支持，商务部、人民银行、交通部、国家电网、卫生部、农业部等部委关于RFID应用试点进一步扩大。
RFID技术的基本原理是通过对物的电子标识，基于无线通信网络，实现物物相连、物人关联，最终实现智能感知。而地下光缆深埋地下，我们无法一眼得知地下光缆所在位置、光缆的走向，在地下光缆出现故障时，开挖只能依靠经验。能否应用RFID技术革新地下光缆的管理模式，实现管理上的突破，具有非常大的研究意义。
2 电力地下光缆存在的问题
结合物联网应用的特征，我们首先以惠州电力地下光缆管理为例，重点分析电力地下光缆在运维管理方面存在的问题，为后续如何利用RFID技术解决地下光缆的管理问题的应用研究打下基础。惠州供电局已建设通信网络资源管理系统，实现了对通信光缆和各个通信网络运行信息资源管理，当地下光缆线路出现故障时，能够及时掌握哪些设备网络系统受到影响，及时通知通信维护人员进行维护，但由于地下光缆的走向附件资产等信息不明，导致维护效率大打折扣。具体存在以下问题：
（1）无定位光缆走廊GIS数据不清
惠州供电局通过通信网络资源管理系统的建设形成了光缆连接拓扑图，摸清了供电局所有管理的通信光缆及承载运行系统，但光缆连接拓扑图并不能真实反应光缆的真实走向，更无法得知地下光缆的信息，当电力地下光缆出现故障时，维护更多的依赖于运维班组人员的经验。
（2）现场缺乏实物标识，参照物不明显
城市的快速发展导致城市地形地貌和现场环境变化比较快，路面标志也因为时间的流逝脱落，使得原有的通信光缆难以查找。由于缺乏实物标识，市政施工导致电力通信光缆的外力破坏事故频频发生，严重影响着电力通信系统的正常运行。
（3）无法辨识同沟光缆，重复探测工作效率低
电力地下光缆与电缆同沟敷设，普遍存在同沟多回路的情况。地下光缆错综复杂，同沟光缆标牌脱落、褪色情况严重，无法辨识同沟光缆，需重新探测识别，导致现场抢修维护工作效率低。
3 物联网在地下光缆管理应用场景分析
3.1RFID技術原理及特点分析
射频识别RFID是物联网感知层的关键技术，又称电子标签，是一种新的自动识别技术，它通过射频技术实现非接触双向通信，达到对目标对象的自动识别。RFID应用系统主要由标签、阅读器及天线三部分组成，无源电子标签进入磁场后，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出存储在芯片中的产品信息；解读器读取信息并解码后，送至后台信息系统进行有关数据处理。
RFID技术的最大特点是可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。基于RFID及时的无源电子标签具有识别精度高、环境适应能力强、抗干扰强、操作简捷和价格低廉等许多特点，非常适用于地下光缆线路巡检抢修，在很大程度上弥补了重复探测的缺陷。地下光缆错综复杂、地下环境恶劣、开挖成本高， RFID的无源特性、在复杂环境下的适应能力和抗干扰性，为一次探测、多次非开挖情况下准确获取地下光缆的信息提供了理论基础。
3.4RFID在地下光缆管理的应用场景
近年来，电力地下光缆建设规模日益增长，但地下光缆的现场定位与维护依然是以人工勘测定位为主。如何利用现代化的技术手段摸清地下光缆资产，实现地下光缆资产的集中管理，并根据地下光缆的真实走向直观地进行展示，为巡检或抢修人员提供真实、直观、准确的第一手资料，提高维护管理效率，是目前管理亟待解决的问题。
由此可知，RFID技术在地下光缆资源运维中的应用很有必要，且前景广阔。采用基于RFID技术的无源电子标签，通过探测摸清电力线走廊地下光缆及附属设施的地理位置、埋设深度，在电缆井、接头井、光缆沿线埋设电子标签，并向电子标签写入地下光缆及附属设施的关键信息，如电子标签的全球唯一编码、埋设深度，与此同时，还可以通过唯一编码关联其他信息，如同沟光缆数量、权属单位、维修养护记录、现场的照片、工井的真实照片等，实现对电力地下光缆资产的集中管理。
另外，引入先进的GIS技术，在上述电子标识数据的基础上，以电力通信线路为逻辑单元，依托标识器位置数据，在电子地图和影像图清晰、准确展示线路的分布和走向，并关联详细信息，为光缆管理运维人员提供详实的数据。
同时采用具有GPRS等无线通信技术的便携式 RFID读写器终端，实现地下光缆资源信息的远程 读取、更新以及实时上传；建立RFID电子标签与管理系统的即时通信，提高光缆资源管理的信息化水平，提高运维人员现场获取信息的准确性、可操作性。
4 关键指标及系统主要功能实现
4.1RFID标签关键指标 基于光缆现场维护巡检作业实际情况，标识器设计存在以下考虑因素：
1、因电子标识安装于地表以下，现场电源供给存在设计及维护难度，而且不便更换电源；
2、标识点信息为单点标识，快速度定位功能为主要功能；
3、从光纤管理角度出发，标识定点的同时，需附带少量数据存储功能（信息量过大影响读写速度）；
4、现场为便携式读写设备作业模式，阅读器（探测器）电源需为直流电源；
5、结合电力地下光缆管沟设计深度、安装方便性、标识器埋设安全性三方面因素，标识器埋设深度在1.5米范围以内较为合理，然则标识器读写距离则需穿透土壤或其他障碍物1.5米深度进行信息交换。
综合以上因素，地下电子标识需具备以下物理电气特点：
1、无源设计，无专门外置供电模块；
2、低频电子芯片，传输距离较远；
3、具有唯一ID号，防止不同标识位置点信息混淆；
4、具备1024字节信息存储空间。
4.2系统功能实现
（1）光缆标识数据管理
光缆资产包括起止站点、参数、工井、路由、光缆接续/终端设备等，通过对地下光缆的资产探测、采集、标识，获取标识数据，实现对地下光缆资产的集中管理。
（2）地图及光缆资产展示
接入大比例尺电子地图和高清影像图数据，以光缆线路标识数据为基础形成光缆线路的矢量图形，以图层方式显示在电子地图和影像地图上，直观展示整个区域地下光缆分布情况，并提供鼠标点击线路和标识器获取线路属性信息、标识的光缆及附属设施的属性信息。
（3）现场精确定位
GPS定位受GPS卫星、信号传播、接收设备三方面影响，存在5米到10米的误差，如果以GPS定位数据指导现场开挖，极有可能导致开挖地点偏移到对面马路。通过建立电子标识网络，利用无线射频读写设备进行现场光纜精确、快速定位，可以弥补GPS定位与现场实际情况有偏差的情况。
（4）移动巡查
光缆线路巡检是光缆线路维护的重要任务之一，基于移动终端开发移动巡查模块。巡查人员现场巡查时，发现光缆故障或隐患，通过在手机上加载离线地图和光缆线路数据，将光缆故障问题上报至后台管理系统。
5 结束语
地下光缆智能管理平台采用最新的物联网技术、GPS、GIS技术，通过探测地下光缆资产、组建光缆标识网络，实现了地下光缆资产的集中管理、智能管理、可视化管理，开启光缆资产快速定位、移动巡查模式，对物联网技术在电力地下光缆智能化管理方面的推广应用提供切实可行的指导意义。
参考文献
[1] 朱洪波、杨龙祥、朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2011.31（2）：240-241.
[2] 沈苏彬，范曲婷，宗平等.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报.2009.29（7）：79-81
[3] 彭清泉等.无线传感器网络中自治愈的群组密钥管理方案[J].电子学报，2010.38（3）：128-129.
作者简介：
郑广安（1963—），男，广西钦州人，工程师，从事电力系统通信网设备检修管理工作。
王晓晖（1980—），男，湖北咸宁人，工程师，从事电力系统通信网生产运行管理工作。
朱凌（1973—），男，贵州贵阳人，高级工程师，从事电力系统电网、通信网生产运行管理工作。
关键词：物联网技术；RFID；光缆智能管理
1 引言
Instrumented（工具植入化，40亿手机用户，300亿RFID，庞大的传感网络和工业信息化系统等）、Interconnected（互联化）和Intelligent（智能化）三者的有机融合促使物联网得以实现，我们只需要“百尺竿头，更上一步”就可以实现5A化（anywhere-任何地点， anything-任何事物， anytime-任何时间， anyway-任何方式， anyhow-任何原因）的物联网世界。
物联网产业的快速发展带动了RFID产业的发展，目前，RFID在金融、移动支付、城市公共事业、交通、医疗卫生、食品安全以及商品防伪领域得到广泛应用。随着国家专项资金的继续支持，商务部、人民银行、交通部、国家电网、卫生部、农业部等部委关于RFID应用试点进一步扩大。
RFID技术的基本原理是通过对物的电子标识，基于无线通信网络，实现物物相连、物人关联，最终实现智能感知。而地下光缆深埋地下，我们无法一眼得知地下光缆所在位置、光缆的走向，在地下光缆出现故障时，开挖只能依靠经验。能否应用RFID技术革新地下光缆的管理模式，实现管理上的突破，具有非常大的研究意义。
2 电力地下光缆存在的问题
结合物联网应用的特征，我们首先以惠州电力地下光缆管理为例，重点分析电力地下光缆在运维管理方面存在的问题，为后续如何利用RFID技术解决地下光缆的管理问题的应用研究打下基础。惠州供电局已建设通信网络资源管理系统，实现了对通信光缆和各个通信网络运行信息资源管理，当地下光缆线路出现故障时，能够及时掌握哪些设备网络系统受到影响，及时通知通信维护人员进行维护，但由于地下光缆的走向附件资产等信息不明，导致维护效率大打折扣。具体存在以下问题：
（1）无定位光缆走廊GIS数据不清
惠州供电局通过通信网络资源管理系统的建设形成了光缆连接拓扑图，摸清了供电局所有管理的通信光缆及承载运行系统，但光缆连接拓扑图并不能真实反应光缆的真实走向，更无法得知地下光缆的信息，当电力地下光缆出现故障时，维护更多的依赖于运维班组人员的经验。
（2）现场缺乏实物标识，参照物不明显
城市的快速发展导致城市地形地貌和现场环境变化比较快，路面标志也因为时间的流逝脱落，使得原有的通信光缆难以查找。由于缺乏实物标识，市政施工导致电力通信光缆的外力破坏事故频频发生，严重影响着电力通信系统的正常运行。
（3）无法辨识同沟光缆，重复探测工作效率低
电力地下光缆与电缆同沟敷设，普遍存在同沟多回路的情况。地下光缆错综复杂，同沟光缆标牌脱落、褪色情况严重，无法辨识同沟光缆，需重新探测识别，导致现场抢修维护工作效率低。
3 物联网在地下光缆管理应用场景分析
3.1RFID技術原理及特点分析
射频识别RFID是物联网感知层的关键技术，又称电子标签，是一种新的自动识别技术，它通过射频技术实现非接触双向通信，达到对目标对象的自动识别。RFID应用系统主要由标签、阅读器及天线三部分组成，无源电子标签进入磁场后，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出存储在芯片中的产品信息；解读器读取信息并解码后，送至后台信息系统进行有关数据处理。
RFID技术的最大特点是可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。基于RFID及时的无源电子标签具有识别精度高、环境适应能力强、抗干扰强、操作简捷和价格低廉等许多特点，非常适用于地下光缆线路巡检抢修，在很大程度上弥补了重复探测的缺陷。地下光缆错综复杂、地下环境恶劣、开挖成本高， RFID的无源特性、在复杂环境下的适应能力和抗干扰性，为一次探测、多次非开挖情况下准确获取地下光缆的信息提供了理论基础。
3.4RFID在地下光缆管理的应用场景
近年来，电力地下光缆建设规模日益增长，但地下光缆的现场定位与维护依然是以人工勘测定位为主。如何利用现代化的技术手段摸清地下光缆资产，实现地下光缆资产的集中管理，并根据地下光缆的真实走向直观地进行展示，为巡检或抢修人员提供真实、直观、准确的第一手资料，提高维护管理效率，是目前管理亟待解决的问题。
由此可知，RFID技术在地下光缆资源运维中的应用很有必要，且前景广阔。采用基于RFID技术的无源电子标签，通过探测摸清电力线走廊地下光缆及附属设施的地理位置、埋设深度，在电缆井、接头井、光缆沿线埋设电子标签，并向电子标签写入地下光缆及附属设施的关键信息，如电子标签的全球唯一编码、埋设深度，与此同时，还可以通过唯一编码关联其他信息，如同沟光缆数量、权属单位、维修养护记录、现场的照片、工井的真实照片等，实现对电力地下光缆资产的集中管理。
另外，引入先进的GIS技术，在上述电子标识数据的基础上，以电力通信线路为逻辑单元，依托标识器位置数据，在电子地图和影像图清晰、准确展示线路的分布和走向，并关联详细信息，为光缆管理运维人员提供详实的数据。
同时采用具有GPRS等无线通信技术的便携式 RFID读写器终端，实现地下光缆资源信息的远程 读取、更新以及实时上传；建立RFID电子标签与管理系统的即时通信，提高光缆资源管理的信息化水平，提高运维人员现场获取信息的准确性、可操作性。
4 关键指标及系统主要功能实现
4.1RFID标签关键指标 基于光缆现场维护巡检作业实际情况，标识器设计存在以下考虑因素：
1、因电子标识安装于地表以下，现场电源供给存在设计及维护难度，而且不便更换电源；
2、标识点信息为单点标识，快速度定位功能为主要功能；
3、从光纤管理角度出发，标识定点的同时，需附带少量数据存储功能（信息量过大影响读写速度）；
4、现场为便携式读写设备作业模式，阅读器（探测器）电源需为直流电源；
5、结合电力地下光缆管沟设计深度、安装方便性、标识器埋设安全性三方面因素，标识器埋设深度在1.5米范围以内较为合理，然则标识器读写距离则需穿透土壤或其他障碍物1.5米深度进行信息交换。
综合以上因素，地下电子标识需具备以下物理电气特点：
1、无源设计，无专门外置供电模块；
2、低频电子芯片，传输距离较远；
3、具有唯一ID号，防止不同标识位置点信息混淆；
4、具备1024字节信息存储空间。
4.2系统功能实现
（1）光缆标识数据管理
光缆资产包括起止站点、参数、工井、路由、光缆接续/终端设备等，通过对地下光缆的资产探测、采集、标识，获取标识数据，实现对地下光缆资产的集中管理。
（2）地图及光缆资产展示
接入大比例尺电子地图和高清影像图数据，以光缆线路标识数据为基础形成光缆线路的矢量图形，以图层方式显示在电子地图和影像地图上，直观展示整个区域地下光缆分布情况，并提供鼠标点击线路和标识器获取线路属性信息、标识的光缆及附属设施的属性信息。
（3）现场精确定位
GPS定位受GPS卫星、信号传播、接收设备三方面影响，存在5米到10米的误差，如果以GPS定位数据指导现场开挖，极有可能导致开挖地点偏移到对面马路。通过建立电子标识网络，利用无线射频读写设备进行现场光纜精确、快速定位，可以弥补GPS定位与现场实际情况有偏差的情况。
（4）移动巡查
光缆线路巡检是光缆线路维护的重要任务之一，基于移动终端开发移动巡查模块。巡查人员现场巡查时，发现光缆故障或隐患，通过在手机上加载离线地图和光缆线路数据，将光缆故障问题上报至后台管理系统。
5 结束语
地下光缆智能管理平台采用最新的物联网技术、GPS、GIS技术，通过探测地下光缆资产、组建光缆标识网络，实现了地下光缆资产的集中管理、智能管理、可视化管理，开启光缆资产快速定位、移动巡查模式，对物联网技术在电力地下光缆智能化管理方面的推广应用提供切实可行的指导意义。
参考文献
[1] 朱洪波、杨龙祥、朱琦.物联网技术进展与应用[J].南京邮电大学学报（自然科学版），2011.31（2）：240-241.
[2] 沈苏彬，范曲婷，宗平等.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报.2009.29（7）：79-81
[3] 彭清泉等.无线传感器网络中自治愈的群组密钥管理方案[J].电子学报，2010.38（3）：128-129.
作者简介：
郑广安（1963—），男，广西钦州人，工程师，从事电力系统通信网设备检修管理工作。
王晓晖（1980—），男，湖北咸宁人，工程师，从事电力系统通信网生产运行管理工作。
朱凌（1973—），男，贵州贵阳人，高级工程师，从事电力系统电网、通信网生产运行管理工作。