CN112367623A - 一种基于北斗rfid高精度位置服务的电网资产管理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，属于电网资产管理技术领域；解决了RFID的位置服务应用，要求移动终端必须同时具备超高频射频功能和高精度定位功能。通过北斗技术与RFID射频技术的结合，利用北斗系统的高精度定位功能，解决电力资产的地理信息数据不全、精度不够问题的问题，实现资产全面可视和信息实时更新；系统包括高精度小型化的北斗定位技术模块、远距离超高频RFID模块、北斗定位和RFID集成模块等；本发明具有以下有益效果：利用北斗定位和RFID，服务电网资产管理业务，在北斗三代技术体系下，对电力系统高精度定位等环节提供了更可靠的保障。北斗+RFID可以实现电网资产的信息位置采集，满足电网资产的全寿命周期管理。

Description

一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统
技术领域
本发明属于电网资产管理技术领域，特别涉及一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统。
背景技术
无线射频识别即射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)，是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的。RFID射频识别技术已在电网资产全寿命周期管理上开展了不同层面的应用，技术实现模式是将实物标识粘贴在资产上，进行设备信息的存储、免接触批量读取和数据传递。此举可以实现对设备的全寿命周期的精准管理，通过对实物标识数据的日常运维，实现对设备的动态跟踪管理，消除资产管理的难点、盲点和障碍，实现对资产设备的精确定位管理，其在资产管理领域的应用将有着非常良好的前景，并由此带来高效率和经济效益。
目前，国家电网公司、南方电网公司正在积极推动RFID射频识别技术在资产、智能仓储管理等系统的推广和应用。RFID射频识别技术已在电网资产全寿命周期管理上开展了不同层面的应用，技术实现模式是将实物标识粘贴在资产上，进行设备信息的存储、免接触批量读取和数据传递。此举可以实现对设备的全寿命周期的精准管理，通过对实物标识数据的日常运维，实现对设备的动态跟踪管理。但是RFID的位置服务应用，要求移动终端必须同时具备超高频射频功能和高精度定位功能。目前，电力公司业务部门移动终端种类繁多，终端累计约30多万台，大多数都缺少超高频射频和高精度定位功能，这将导致业务流中终端无法使用。
为了解决上述现有技术问题的不足，本发明公开了一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，解决了RFID的位置服务应用，要求移动终端必须同时具备超高频射频功能和高精度定位功能。通过北斗技术与RFID射频技术的结合，利用北斗系统的高精度定位功能，解决电力资产的地理信息数据不全、精度不够问题的问题，实现资产全面可视和信息实时更新；系统包括高精度小型化的北斗定位技术模块、远距离超高频RFID模块、北斗定位和RFID集成模块等；本发明具有以下有益效果：利用北斗定位和RFID，服务电网资产管理业务，在北斗三代技术体系下，对电力系统高精度定位等环节提供了更可靠的保障。北斗+RFID可以实现电网资产的信息位置采集，满足电网资产的全寿命周期管理。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决上述现有技术问题的不足，本发明公开了一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，解决了RFID的位置服务应用，要求移动终端必须同时具备超高频射频功能和高精度定位功能。通过北斗技术与RFID射频技术的结合，利用北斗系统的高精度定位功能，解决电力资产的地理信息数据不全、精度不够问题的问题，实现资产全面可视和信息实时更新；系统包括高精度小型化的北斗定位技术模块、远距离超高频RFID模块、北斗定位和RFID集成模块等；本发明具有以下有益效果：利用北斗定位和RFID，服务电网资产管理业务，在北斗三代技术体系下，对电力系统高精度定位等环节提供了更可靠的保障。北斗+RFID可以实现电网资产的信息位置采集，满足电网资产的全寿命周期管理。
(二)技术方案本发明通过如下技术方案实现：一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，包括有至少一套移动终端、至少一套后台主机、至少一套远距离超高频射频模块和加密芯片集成模块，至少一套小型化北斗高精度定位模块，至少一套监控模块；
所述移动终端：用于电网资产数据读取定位，资产设备信息的存储、免接触批量读取和数据传递；
包括有：通讯天线、北斗RNSS天线、RFID读卡器、RFID解密芯片、北斗加密通信模块、北斗WiFi通信模块、RFID数据读取抗干扰模块；
所述后台主机：用于信息存储、安全认证、交互、信息传递、数据备份及管理；
包括有：主机设备、存储设备、网络设备、数据库、备份系统、管理系统；
所述远距离超高频射频模块和加密芯片集成模块：用于资产全面可视和信息实时更新，资产设备信息数据加密保护；
所述小型化北斗高精度定位模块：用于电网资产设备的高精度定位；
包括有：北斗RNSS天线、通讯天线、低噪声放大器、无线通讯模块、北斗定位芯片/模组、储存单元、DSP处理器、DC-DC电源模块。
所述监控模块包括有：
北斗电力定位授时数传模块：用于为电力终端提供高精度的同步时间,为需要高精度的时间应用提供基础；
红外摄像机：用于保证夜间拍摄以及拍摄温度变化产生的影响，根据红外影响，判断高压电力设备的潜在故障；
可见光摄像机：用于拍摄目标画面，对目标做精细观察；
北斗加密通信模块：用于数据的加密、解密、签名、验签、身份认证、访问权限控制、通信线路保护，保证数据存储、传输、交互的安全性；
北斗WiFi通信模块：用于数据传输及卫星通信，共享北斗数据；
进一步的，所述移动终端、监控模块通过无线方式经由北斗加密通信模块实时传输数据至后台主机。
进一步的，所述高精度小型化北斗定位模块，采用实时RTK方式实现单频高精度定位。
进一步的，所述高精度小型化北斗定位模块，单点定位精度≤3米，差分定位≤0.5米
进一步的，所述远距离超高频射频模块，包括读卡器及主控微处理器；读卡器支持Mifare卡、TYPEA CPU卡、TYPEB CPU卡三种射频卡协议。
进一步的，所述远距离超高频射频模块，读卡器对外的通信接口采用的是USB接口、RS232接口。
进一步的，所述远距离超高频射频模块，超高频支持920-925MHz频段。
进一步的，所述基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统框架具有五个层面，包括展现层、应用层、平台层、传输层、感知层。
(三)有益效果
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
为了解决上述现有技术问题的不足，本发明公开了一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，解决了RFID的位置服务应用，要求移动终端必须同时具备超高频射频功能和高精度定位功能。通过北斗技术与RFID射频技术的结合，利用北斗系统的高精度定位功能，解决电力资产的地理信息数据不全、精度不够问题的问题，实现资产全面可视和信息实时更新；系统包括高精度小型化的北斗定位技术模块、远距离超高频RFID模块、北斗定位和RFID集成模块等；本发明具有以下有益效果：利用北斗定位和RFID，服务电网资产管理业务，在北斗三代技术体系下，对电力系统高精度定位等环节提供了更可靠的保障。北斗+RFID可以实现电网资产的信息位置采集，满足电网资产的全寿命周期管理。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的总体网络拓补示意图；
图2为本发明的小型化北斗高精度定位模块总体框架图；
图3为本发明的单频RTK高精度定位算法数据处理流程图；
图4为本发明的单频RTK高精度定位算法数据处理具体流程图；
图5为本发明的远距离超高频射频模块微处理器软件处理流程；
图6为本发明的RFID数据读取抗干扰软件设计流程图；
图7为本发明的系统架构图。
具体实施方式
请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6与图7，为了解决上述现有技术问题的不足，本发明公开了一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，解决了RFID的位置服务应用，要求移动终端必须同时具备超高频射频功能和高精度定位功能。通过北斗技术与RFID射频技术的结合，利用北斗系统的高精度定位功能，解决电力资产的地理信息数据不全、精度不够问题的问题，实现资产全面可视和信息实时更新；系统包括高精度小型化的北斗定位技术模块、远距离超高频RFID模块、北斗定位和RFID集成模块等；本发明具有以下有益效果：利用北斗定位和RFID，服务电网资产管理业务，在北斗三代技术体系下，对电力系统高精度定位等环节提供了更可靠的保障。北斗+RFID可以实现电网资产的信息位置采集，满足电网资产的全寿命周期管理。
(二)技术方案本发明通过如下技术方案实现：一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，包括有至少一套移动终端、至少一套后台主机、至少一套远距离超高频射频模块和加密芯片集成模块，至少一套小型化北斗高精度定位模块，至少一套监控模块；
所述移动终端：用于电网资产数据读取定位，资产设备信息的存储、免接触批量读取和数据传递；
包括有：通讯天线、北斗RNSS天线、RFID读卡器、RFID解密芯片、北斗加密通信模块、北斗WiFi通信模块、RFID数据读取抗干扰模块；
所述后台主机：用于信息存储、安全认证、交互、信息传递、数据备份及管理；
包括有：主机设备、存储设备、网络设备、数据库、备份系统、管理系统；
所述远距离超高频射频模块和加密芯片集成模块：用于资产全面可视和信息实时更新，资产设备信息数据加密保护；
所述小型化北斗高精度定位模块：用于电网资产设备的高精度定位；
包括有：北斗RNSS天线、通讯天线、低噪声放大器、无线通讯模块、北斗定位芯片/模组、储存单元、DSP处理器、DC-DC电源模块。
所述监控模块包括有：
北斗电力定位授时数传模块：用于为电力终端提供高精度的同步时间,为需要高精度的时间应用提供基础；
红外摄像机：用于保证夜间拍摄以及拍摄温度变化产生的影响，根据红外影响，判断高压电力设备的潜在故障；
可见光摄像机：用于拍摄目标画面，对目标做精细观察；
北斗加密通信模块：用于数据的加密、解密、签名、验签、身份认证、访问权限控制、通信线路保护，保证数据存储、传输、交互的安全性；
北斗WiFi通信模块：用于数据传输及卫星通信，共享北斗数据；
其中，所述移动终端、监控模块通过无线方式经由北斗加密通信模块实时传输数据至后台主机。
其中，所述高精度小型化北斗定位模块，采用实时RTK方式实现单频高精度定位。
其中，所述高精度小型化北斗定位模块，单点定位精度≤3米，差分定位≤0.5米
其中，所述远距离超高频射频模块，包括读卡器及主控微处理器；读卡器支持Mifare卡、TYPEA CPU卡、TYPEB CPU卡三种射频卡协议。
其中，所述远距离超高频射频模块，读卡器对外的通信接口采用的是USB接口、RS232接口。
其中，所述远距离超高频射频模块，超高频支持920-925MHz频段。
其中，所述基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统框架具有五个层面，包括展现层、应用层、平台层、传输层、感知层。
工作原理：
包括有至少一套高精度小型化北斗定位模块、至少一套远距离超高频射频模块、至少一套低功耗的无线数据传输模块，至少一套北斗定位和RFID集成模块；所述高精度小型化北斗定位模块：用于电网资产高精度定位；所述远距离超高频射频模块：用于资产设备信息的存储、免接触批量读取和数据传递；所述低功耗的无线数据传输模块：用于资产设备进行交互和连接以及信息传输；所述北斗定位和RFID集成模块：用于电网资产的信息位置采集。
如图1所示，电网资产设备搭载有小型化北斗高精度定位模块以及远距离超高频射频模块和加密芯片集成模块，工作人员可通过移动终端以及监控模块实时读取设备的运行情况，RFID数据通过加密芯片进行加密，对数据进行保护。移动终端搭载有RFID读卡器、RFID解密芯片、北斗加密模块以及北斗WiFi通信模块，工作人员通过移动终端获取资产设备的数据后，经由加密芯片进行解密，获取数据后通过北斗加密模块和北斗WiFi通信模块传输至后台主机进行储存并建立台账、报表，工作人员根据工作需要可通过认证后的移动端设备读取信息。监控模块包括各类摄像头及北斗电力定位授时数传模块、北斗加密通信模块、北斗WiFi通信模块、北斗高精度天线，实时获取设备现场信息，提供资产设备高精度空间、时间情况。
如图2所示，小型化北斗高精度定位模块包括LNA电路、DSP处理器、北斗定位模块(输出原始观测值)、以及小型化高效率电源模块。高精度小型化北斗定位模块采用实时RTK方式实现单频高精度定位，因此实施中选择一款能够输出原始观测数据和星历文件和高精度PPS秒脉冲的北斗卫星信号接收芯片作为模块核心。另外模块的硬件电路还包括DC-DC电源芯片以及相关外围的阻容，构成RC滤波网络，以保证供电电压的稳定，再配合必需的卫星信号接收天线接口及卫星信号输入线，这样就构成了如上图所示的高精度定位模块结构框图。北斗定位芯片/模块通过串口与DSP单元进行数据的输出与输入，输入的内容主要是配置指令，用于配置模块的相关工作状态以及部分附加功能的开启或关闭，在进行配置时，考虑到数据可存储性以及后期处理的便捷，将模块输出数据(观测数据和星历文件)格式配置为十六进制的UBX文件，DSP单元通过接收UBX文件和RTCM数据进行事后RTK结算输出高精度定位结果。如图3所示，单频RTK高精度定位算法数据处理流程，将北斗定位模块的输出数据格式设置为十六进制的UBX协议，并提供原始观测数据以及星历文件给DSP处理器作为RTK解算，而过程中要用到的数据是UBX协议下的AID.ALM、RXM-SFRBX以及RXM—RAWX三种数据帧，其中第一项为星历文件，第二项为导航数据子帧，第三项为观测数据，这三类信息对应的数据在定位作业过程中不断输出。考虑到数据输出频率高有利于提高定位精度，将数据输出频率设置为10Hz。在定位结束后，DSP处理器读取存储的UBX文件，然后将UBX文件导入到RTK-LIB中，即可得到单个模块的RENIX格式的O文件和N文件，其中O文件为观测文件，主要内容为该模块观测到的卫星信号的载波相位、C/A码伪距、多普勒频率以及信噪比等内容。N文件为导航文件，用于提供该模块观测到的卫星的轨道参数，结合时间即可确定卫星此时的具体位置，同时由于卫星轨道变化缓慢，因此还能对该时间点以后的一段时间内卫星位置进行预测。结合O文件和N文件内容即可获取接收机与卫星的距离以及对应卫星的位置，从而根据式(2)所示定位原理即可求出接收机的大致位置，同时通过结合Kalman滤波提高定位精度，其具体流程如图4所示。
远距离超高频射频模块射频芯片技术线路实施方案。本读卡器设计需要考虑支持Mifare卡、TYPEA CPU卡、TYPEB CPU卡，以这几方面功能为基础，选择TM2130作为本设计的射频芯片方案，主控微处理器选择STM32F072C8U6。微处理器软件流程如图5所示。
RFID数据读取抗干扰模块如图6所示，RFID干扰分为数字输入通道干扰和模拟输入通道感染，针对干扰具有随机、多呈毛刺状、作用时间短的特点，输入时可多次采集，直到两次或多次完全相同方认为有信号。每次采集最好延时10～100ms。针对模拟输入感染，可采用软件中值滤波方式，对采集信号进行滤波。中值滤波是对某一被测量连续采样n次(一般取奇数次)，然后把n次采样值按大小排列。取中间值为本次采样值。该算法主要优点是能有效克服中值滤波因偶然因素引起的波动干扰，对温度、液位、开度等变缓慢的被测参数有良好的滤波效果。
本发明的控制方式是通过人工启动和关闭开关来控制，动力元件的接线图与电源的提供属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和接线布置。
本发明的控制方式是通过控制器来自动控制，控制器的控制电路通过本领域的技术人员简单编程即可实现，电源的提供也属于本领域的公知常识，并且本发明主要用来保护机械装置，所以本发明不再详细解释控制方式和电路连接
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，其特征在于：包括有至少一套移动终端、至少一套后台主机、至少一套远距离超高频射频模块和加密芯片集成模块，至少一套小型化北斗高精度定位模块，至少一套监控模块；
所述移动终端：用于电网资产数据读取定位，资产设备信息的存储、免接触批量读取和数据传递；
包括有：通讯天线、北斗RNSS天线、RFID读卡器、RFID解密芯片、北斗加密通信模块、北斗WiFi通信模块、RFID数据读取抗干扰模块；
所述后台主机：用于信息存储、安全认证、交互、信息传递、数据备份及管理；
包括有：主机设备、存储设备、网络设备、数据库、备份系统、管理系统；
所述远距离超高频射频模块和加密芯片集成模块：用于资产全面可视和信息实时更新，资产设备信息数据加密保护；
所述小型化北斗高精度定位模块：用于电网资产设备的高精度定位；
包括有：北斗RNSS天线、通讯天线、低噪声放大器、无线通讯模块、北斗定位芯片/模组、储存单元、DSP处理器、DC-DC电源模块。
所述监控模块包括有：
北斗电力定位授时数传模块：用于为电力终端提供高精度的同步时间,为需要高精度的时间应用提供基础；
红外摄像机：用于保证夜间拍摄以及拍摄温度变化产生的影响，根据红外影响，判断高压电力设备的潜在故障；
可见光摄像机：用于拍摄目标画面，对目标做精细观察；
北斗加密通信模块：用于数据的加密、解密、签名、验签、身份认证、访问权限控制、通信线路保护，保证数据存储、传输、交互的安全性；
北斗WiFi通信模块：用于数据传输及卫星通信，共享北斗数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，其特征在于：所述移动终端、监控模块通过无线方式经由北斗加密通信模块实时传输数据至后台主机。
3.根据权利要求1所述的一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，其特征在于：所述高精度小型化北斗定位模块，采用实时RTK方式实现单频高精度定位。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，其特征在于：所述高精度小型化北斗定位模块，单点定位精度≤3米，差分定位≤0.5米。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，其特征在于：所述远距离超高频射频模块，包括读卡器及主控微处理器；读卡器支持Mifare卡、TYPEA CPU卡、TYPEB CPU卡三种射频卡协议。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，其特征在于：所述远距离超高频射频模块，读卡器对外的通信接口采用的是USB接口、RS232接口。
7.根据权利要求1所述的一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，其特征在于：所述远距离超高频射频模块，超高频支持920-925MHz频段。
8.根据权利要求1所述的一种基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统，其特征在于：所述基于北斗RFID高精度位置服务的电网资产管理系统框架具有五个层面，包括展现层、应用层、平台层、传输层、感知层。
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