一、引言

　　2010年3月，在十一屆全國(guó)人大三次會(huì)議上，時(shí)任總理溫家寶在政府工作報(bào)告上專門強(qiáng)調(diào)“要大力培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，加快物聯(lián)網(wǎng)的研發(fā)應(yīng)用”。從此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(RFID無線射頻識(shí)別技術(shù))在中國(guó)百花齊放、如火如荼地發(fā)展起來。目前我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)實(shí)現(xiàn)新突破，已開始在農(nóng)業(yè)、公共安全、城市交通、衛(wèi)生保健等多個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。RFID技術(shù)在地下管網(wǎng)標(biāo)識(shí)與巡查的管理及應(yīng)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?xì)狻⒆詠硭?、通訊等領(lǐng)域取得了很好的應(yīng)用。

　　本文結(jié)合真實(shí)案例，就RFID技術(shù)在城市污水壓力管定位標(biāo)識(shí)與后期巡查管理做了系統(tǒng)介紹。

　　二、RFID工作原理

　　射頻識(shí)別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型(初級(jí)與次級(jí)之間的能量傳遞及信號(hào)傳遞)，在高頻段基于雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的空間耦合模型(雷達(dá)發(fā)射電磁波信號(hào)碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機(jī))。1948年哈里斯托克曼發(fā)表的“利用反射功率的通信”奠定了射頻識(shí)別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

　　最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成(如圖1所示)

　?、艠?biāo)簽(Tag，即射頻卡)：由耦合元件及芯片組成，標(biāo)簽含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信。

　　⑵閱讀器：讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備。

　?、翘炀€：在標(biāo)簽和讀取器問傳遞射頻信號(hào)。

　　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(diào)制方式的不同可分為主動(dòng)式和被動(dòng)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(yuǎn)距離卡(作用距離從1m到10m。甚至更遠(yuǎn))。

　　應(yīng)用于地下管網(wǎng)的地下電子標(biāo)識(shí)一般為低頻、被動(dòng)式、疏耦合卡，有別于市面上常用的射頻卡，埋地電子標(biāo)識(shí)需要具備以下幾個(gè)條件：

　?、沤Y(jié)構(gòu)堅(jiān)硬，抗壓、抗酸堿、防水。

　?、拼┩刚系K物能力強(qiáng)，至少能具備穿脫水泥路面的能力。

　?、强垢蓴_能力強(qiáng)，至少能區(qū)分8種以上不同專業(yè)的地下管線標(biāo)識(shí)。

　?、缺Ｃ苄阅芎?，城市地下管線屬于城市的血管和神經(jīng)，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(zhǎng)，要求RFID的使用壽命跟所標(biāo)識(shí)的地下管線一樣長(zhǎng)。一般為10~30年甚至更長(zhǎng)。

　　⑹無源，因?yàn)橛谰霉潭裨诘叵拢贿m合帶電源。

　　目前適用于地下管線標(biāo)識(shí)的較為成熟RFID產(chǎn)品主要有兩種，一種為美國(guó)產(chǎn)的“3M電子標(biāo)識(shí)系統(tǒng)(EMS)”;另一種為北京產(chǎn)的RXG.TR系列管道電子標(biāo)識(shí)器。本文用到的電子標(biāo)識(shí)是RXG.TR系列。其參數(shù)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(cè)深度1.5米。電子標(biāo)識(shí)探測(cè)器為RXG-HandR300型，主要功能：通過查找地下電子標(biāo)識(shí)器的磁場(chǎng)有效范圍來準(zhǔn)確定位地下管線的位置，帶GPS模塊，可導(dǎo)航查找管線上埋設(shè)的地下電子標(biāo)識(shí)器。

　　四、應(yīng)用實(shí)例

　　廣州市污水壓力管分布在廣州各個(gè)區(qū)，全長(zhǎng)大約有40cm，管徑500~1800，材質(zhì)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(gè)污水廠進(jìn)行處理用途。為了對(duì)分散的污水壓力管進(jìn)行有效管理和巡查，管道業(yè)主委托我公司對(duì)全部壓力管進(jìn)行準(zhǔn)確探測(cè)，并在探測(cè)點(diǎn)上面貼上金屬標(biāo)識(shí)牌，下方埋設(shè)RXG-TR電子標(biāo)識(shí)，建立污水壓力管屬性數(shù)據(jù)庫和電子標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)庫，配備電子標(biāo)識(shí)探測(cè)器及電子標(biāo)識(shí)掃描信息傳送管理系統(tǒng)，為后期的管理、維護(hù)及巡查提供最直接可靠的一手資料。

　　埋設(shè)管道電子標(biāo)識(shí)之前，需將目標(biāo)管道的位置、埋深100%探測(cè)清楚，這是管道標(biāo)識(shí)埋設(shè)的前提，如何確保污水壓力管探測(cè)100%準(zhǔn)確?這是另外一個(gè)技術(shù)專題，這里不做贅述。為保證電子標(biāo)識(shí)器能相對(duì)永久保存，同時(shí)能被探測(cè)器讀取到，需要將電子標(biāo)識(shí)器安裝在路面以下50~60cm處。電子標(biāo)識(shí)器安裝前需用讀寫器將相對(duì)應(yīng)的管線信息寫入到電子標(biāo)識(shí)器里面。用電鉆鉆出一個(gè)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(biāo)識(shí)器(頭朝上)，用標(biāo)識(shí)探測(cè)器在地面，確認(rèn)能夠讀取到標(biāo)識(shí)器里的信息，再用水泥砂漿填實(shí)、抹平。電子標(biāo)識(shí)埋設(shè)密度：除拐點(diǎn)、三通等特征點(diǎn)外，直線距離平均30米埋設(shè)一個(gè)。

　　五、管道標(biāo)識(shí)信息遠(yuǎn)程傳輸技術(shù)

　　通過編寫專用的Android系統(tǒng)傳輸軟件(APK)，安裝在Android手機(jī)/PDA上，將標(biāo)識(shí)探測(cè)器讀到的RFID信息與后臺(tái)的地圖數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)管道標(biāo)識(shí)查詢、定位與監(jiān)控等功能。管道標(biāo)識(shí)信息傳輸?shù)钠脚_(tái)是由標(biāo)識(shí)探測(cè)器、PDA、GIS組成，結(jié)合了嵌入式系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)。其中標(biāo)識(shí)探測(cè)器采用RFID識(shí)讀標(biāo)識(shí)，這是整個(gè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要突破。標(biāo)識(shí)探測(cè)器還通過“藍(lán)牙”技術(shù)與PDA通信。PDA的無線網(wǎng)絡(luò)(例如：3G、4G)與GIS連接，既實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)獲取和反饋標(biāo)識(shí)探測(cè)器的數(shù)據(jù)，又實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)獲取和反饋GIS數(shù)據(jù)，使標(biāo)識(shí)探測(cè)器能間接、實(shí)時(shí)的與GIS通信。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的實(shí)時(shí)化、系統(tǒng)化的管理，見圖2。

　　RFID技術(shù)在污水壓力管道中的應(yīng)用使管道的維護(hù)管理有了歷史性突破，尤其突出表現(xiàn)在管道巡線管理方面。在管道實(shí)施巡線時(shí)，巡線人手持標(biāo)識(shí)探測(cè)器和PDA。每完成一個(gè)標(biāo)識(shí)識(shí)讀后，巡線員立刻看到目標(biāo)管道的管徑、埋深、材質(zhì)等信息，同時(shí)將管道標(biāo)識(shí)信息通過3G網(wǎng)絡(luò)傳輸給管道后臺(tái)管理者。管理者通過GIS方便快捷的查詢統(tǒng)計(jì)巡線數(shù)據(jù)。這樣一來，不僅使巡線操作系統(tǒng)化，使巡線管理更加系統(tǒng)化。有效的提高了管道維護(hù)管理的效率。

　　六、結(jié)語

　　通過RFID技術(shù)在廣州市污水壓力管中探測(cè)與標(biāo)識(shí)的成功應(yīng)用，筆者總結(jié)了以下幾條結(jié)論：

　　1.應(yīng)用于管道標(biāo)識(shí)的RFID有別于普通RFID，一定要有很強(qiáng)的穿透力和長(zhǎng)久的壽命。

　　2.要根據(jù)不同的地面條件埋設(shè)不同類型的管道電子標(biāo)識(shí)，以滿足不同深度的探測(cè)需求。

　　3.需建立完善的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫并配備專用的電子標(biāo)識(shí)讀寫器和RFID信息無線傳輸載體，整個(gè)RFID管理體統(tǒng)才算完整。

　　4.有待技術(shù)改進(jìn)之處：利用RFID探測(cè)器在掃描地下RFID時(shí)，應(yīng)有方向箭頭指示和距離顯示功能，探測(cè)器在RFID正上方時(shí)，還應(yīng)有讀取深度功能。