RFID技术在污水压力管道标识管理中的应用

　　一、引言

　　2010年3月，在十一届全国人大三次会议上，时任总理温家宝在政府工作报告上专门强调“要大力培育战略性新兴产业，加快物联网的研发应用”。从此，物联网技术(RFID无线射频识别技术)在中国百花齐放、如火如荼地发展起来。目前我国物联网关键技术研发实现新突破，已开始在农业、公共安全、城市交通、卫生保健等多个领域得到应用。RFID技术在地下管网标识与巡查的管理及应用，近年来也被越来越多的地下管线管理部门提上议事日程。并在燃气、自来水、通讯等领域取得了很好的应用。

　　本文结合真实案例，就RFID技术在城市污水压力管定位标识与后期巡查管理做了系统介绍。

　　二、RFID工作原理

　　射频识别技术在低频段基于变压器耦合模型(初级与次级之间的能量传递及信号传递)，在高频段基于雷达探测目标的空间耦合模型(雷达发射电磁波信号碰到目标后携带目标信息返回雷达接收机)。1948年哈里斯托克曼发表的“利用反射功率的通信”奠定了射频识别技术的理论基础。

　　最基本的RFID系统由三部分组成(如图1所示)

　　⑴标签(Tag，即射频卡)：由耦合元件及芯片组成，标签含有内置天线，用于和射频天线间进行通信。

　　⑵阅读器：读取(在读写卡中还可以写入)标签信息的设备。

　　⑶天线：在标签和读取器问传递射频信号。

　　三、埋地RFID特性

　　RFID按供电方式分为有源卡和无源卡;按载波频率分为低频射频卡、中频射频卡和高频射频卡;按调制方式的不同可分为主动式和被动式;按作用距离可分为密耦合卡(作用距离小于1cm)、近耦合卡(作用距离小于15cm)、疏耦合卡(作用距离约1m)和远距离卡(作用距离从1m到10m。甚至更远)。

　　应用于地下管网的地下电子标识一般为低频、被动式、疏耦合卡，有别于市面上常用的射频卡，埋地电子标识需要具备以下几个条件：

　　⑴结构坚硬，抗压、抗酸碱、防水。

　　⑵穿透障碍物能力强，至少能具备穿脱水泥路面的能力。

　　⑶抗干扰能力强，至少能区分8种以上不同专业的地下管线标识。

　　⑷保密性能好，城市地下管线属于城市的血管和神经，在RFID上附载的信息必须具有很好的保密性，以防被不法分子利用和破坏。

　　⑸保用期长，要求RFID的使用寿命跟所标识的地下管线一样长。一般为10~30年甚至更长。

　　⑹无源，因为永久固定埋在地下，不适合带电源。

　　目前适用于地下管线标识的较为成熟RFID产品主要有两种，一种为美国产的“3M电子标识系统(EMS)”;另一种为北京产的RXG.TR系列管道电子标识器。本文用到的电子标识是RXG.TR系列。其参数为：频率128KHz，工作温度-20℃~+80℃，湿度耐抗95%RH，电压耐抗±5KV峰值，使用年限为50年，最大探测深度1.5米。电子标识探测器为RXG-HandR300型，主要功能：通过查找地下电子标识器的磁场有效范围来准确定位地下管线的位置，带GPS模块，可导航查找管线上埋设的地下电子标识器。

　　四、应用实例

　　广州市污水压力管分布在广州各个区，全长大约有40cm，管径500~1800，材质有钢、砼、玻璃钢夹砂等。主要是为了将收集到的污水提升送至各个污水厂进行处理用途。为了对分散的污水压力管进行有效管理和巡查，管道业主委托我公司对全部压力管进行准确探测，并在探测点上面贴上金属标识牌，下方埋设RXG-TR电子标识，建立污水压力管属性数据库和电子标识数据库，配备电子标识探测器及电子标识扫描信息传送管理系统，为后期的管理、维护及巡查提供最直接可靠的一手资料。

　　埋设管道电子标识之前，需将目标管道的位置、埋深100%探测清楚，这是管道标识埋设的前提，如何确保污水压力管探测100%准确?这是另外一个技术专题，这里不做赘述。为保证电子标识器能相对永久保存，同时能被探测器读取到，需要将电子标识器安装在路面以下50~60cm处。电子标识器安装前需用读写器将相对应的管线信息写入到电子标识器里面。用电钻钻出一个直径为3cm，深度约60cm的小洞，先注入约5cm厚度的水泥砂浆，竖直放入电子标识器(头朝上)，用标识探测器在地面，确认能够读取到标识器里的信息，再用水泥砂浆填实、抹平。电子标识埋设密度：除拐点、三通等特征点外，直线距离平均30米埋设一个。

　　五、管道标识信息远程传输技术

　　通过编写专用的Android系统传输软件(APK)，安装在Android手机/PDA上，将标识探测器读到的RFID信息与后台的地图数据信息实时联系起来，实现管道标识查询、定位与监控等功能。管道标识信息传输的平台是由标识探测器、PDA、GIS组成，结合了嵌入式系统和地理信息系统。其中标识探测器采用RFID识读标识，这是整个技术实现的重要突破。标识探测器还通过“蓝牙”技术与PDA通信。PDA的无线网络(例如：3G、4G)与GIS连接，既实现了实时获取和反馈标识探测器的数据，又实现了实时获取和反馈GIS数据，使标识探测器能间接、实时的与GIS通信。从而实现对管道的实时化、系统化的管理，见图2。

　　RFID技术在污水压力管道中的应用使管道的维护管理有了历史性突破，尤其突出表现在管道巡线管理方面。在管道实施巡线时，巡线人手持标识探测器和PDA。每完成一个标识识读后，巡线员立刻看到目标管道的管径、埋深、材质等信息，同时将管道标识信息通过3G网络传输给管道后台管理者。管理者通过GIS方便快捷的查询统计巡线数据。这样一来，不仅使巡线操作系统化，使巡线管理更加系统化。有效的提高了管道维护管理的效率。

　　六、结语

　　通过RFID技术在广州市污水压力管中探测与标识的成功应用，笔者总结了以下几条结论：

　　1.应用于管道标识的RFID有别于普通RFID，一定要有很强的穿透力和长久的寿命。

　　2.要根据不同的地面条件埋设不同类型的管道电子标识，以满足不同深度的探测需求。

　　3.需建立完善的后台数据库并配备专用的电子标识读写器和RFID信息无线传输载体，整个RFID管理体统才算完整。

　　4.有待技术改进之处：利用RFID探测器在扫描地下RFID时，应有方向箭头指示和距离显示功能，探测器在RFID正上方时，还应有读取深度功能。