基于RFID的电力巡检系统传输距离及抗干扰分析
岳萍
摘 要： 针对电力巡检系统传输距离及抗干扰分析方法的分析效率低、对系统传输距离和抗干扰能力的优化性能弱的问题。提出基于RFID的电力巡检系统传输距离及抗干扰分析方法。通过对基于RFID的电力巡检系统的结构和巡检流程进行研究，确定方法的分析方向。传输距离分析方法依据系统电路中输入线圈和输出线圈的排列方式，给出电力巡检系统的传输距离优化函数。抗干扰分析方法根据系统传输通道受干扰情况，给出高、中、低三个等级的抗干扰分析方案，对系统中的正向传输通道使用中、高等级抗干扰方案，对逆向传输通道使用低等级抗干扰方案。实验结果表明，所提方法对电力巡检系统传输距离和抗干扰能力的优化性能较强，并具备较高的分析效率。
关键词： RFID； 电力巡检系统； 传输距离； 抗干扰分析
中图分类号： TN915.853?34； TN91 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）12?0159?03
Abstract： Aiming at the low analysis efficiency of the transmission distance and anti?jamming analysis method of the electric power inspection system， and poor optimization performance of the system transmission distance and anti?jamming performance， a transmission distance and anti?jamming analysis method of the electric power inspection system based on RFID is put forward. The structure of the electric power inspection system based on RFID and inspection process are studied to determine the analysis direction for this method. The transmission distance analysis method is adopted to obtain the transmission distance optimization function of the electric power inspection system according to the arrangement mode of input coil winding and output coil winding in system circuit. The anti?jamming analysis method is used to achieve the high?grade， medium?grade and low?grade anti?jamming analysis schemes according to the disturbed condition of the system transmission channel. The medium?grade and high?grade anti?jamming analysis schemes are used for the forward?direction transmission channel of the system. The low?grade anti?jamming analysis scheme is used for the reverse?direction transmission channel. The experimental results show that the method has superior optimization performance for transmission distance and anti?interference ability of the electric power inspection system， and high analysis efficiency.
Keywords： RFID； electric power inspection system； transmission distance； anti?interference analysis
近年来，数字化领域发展迅猛，各行各业以及居民的用电量明显增加，电力设备的稳定运行关系着国家经济命脉，也与人们的生产、生活息息相关。如何合理解决电力设备故障、维持其稳定运行，是人们关注的重点[1?3]。基于RFID的电力巡检系统能够及时发现电力安全隐患，是保障电力设备稳定运行的基础。随着科研组织对电力巡检工作研究的不断深入，人们逐渐意识到基于RFID的电力巡检系统传输距离及抗干扰能力的重要性，對其分析方法的选择也成为科研组织的重点关注内容[4?6]。
1 基于RFID的电力巡检系统
无线射频识别技术是一种非冲突式的通信技术，能够直接使用无线射频信号对目标进行特殊信息识别。基于RFID的电力巡检系统数据容量大、体积小，并且自动化水平较高，可有效减少用工成本。图1为基于RFID的电力巡检系统结构图。
由图1可得，基于RFID的电力巡检系统由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要包括处理芯片和RFID手持终端。其中，电力设备射频标签来源于被巡检区域中的电力设备，RFID手持终端是巡检人员在巡检工作中使用的无线射频终端，它具有携带方便、使用环境无限制的优点；软件部分包括数据库服务器和控制中心。
在电力巡检工作中，电力设备射频标签会被实时采集并自动写入到RFID手持终端中，RFID手持终端将对电力设备射频标签进行定位和巡检时间的填制等处理。经RFID手持终端处理后的电力设备射频标签含有设备故障、故障产生时间、故障设备定位等信息，这些信息将传输到处理芯片中进行分析。
2 电力巡检系统传输距离及抗干扰分析
2.1 系统传输距离分析方法
2.2 系统抗干扰分析方法
基于RFID的电力巡检系统拥有两条传输通道，分别是电力设备射频标签采集通道和RFID手持终端处理通道。所提基于RFID的电力巡检系统抗干扰方法将电力设备射频标签采集通道的方向标记为正向传输，反方向的传输方向则为逆向传输。
根据第1节的描述，可知正向传输通道要长于逆向传输通道，因此所提方法构建出如图2所示的系统传输通道干扰模拟图。
由图2可知，正向传输通道的距离较长，因此比逆向传输通道更易受到干扰。干扰因素主要包括：不明身份人员对巡检方案的非法变更、电力设备电子编码的非法盗用、电力设备射频标签的未授权复制、系统运行流程的变更、数据库服务器的信息泄露等。因此，应该对系统的信息存储、通信传输以及巡检方案的具体实施等方面进行重点抗干扰设计。在信息存储工作和通信传输工作中，应维持信息的完整性和隐私性；在巡检方案的具体实施工作中，应维持实施流程的隐私性和准确性。所提基于RFID的电力巡检系统抗干扰方法将根据上述信息，在保证方法分析效率的基础上对系统抗干扰模型进行构建，如图3所示。
由图3可知，所提基于RFID的电力巡检系统抗干扰方法的抗干扰模型给出高、中、低三个等级的抗干扰方案。低等级抗干扰方案包括密钥验证和询问机制，中等级抗干扰方案为真实ID保护，高等级抗干扰方案则是将两个或两个以上的低、中等级抗干扰方案进行融合。通常，对基于RFID的电力巡检系统中的正向传输通道使用中、高等级抗干扰方案，对逆向传输通道使用低等级抗干扰方案。
3 实验验证
3.1 系统传输距离优化性能验证
在电力巡检系统传输距离优化性能验证中，选择GPRS分析方法和智能诊断系统分析方法作为本文方法的实验对照组。实验先对未使用任何方法进行优化的基于RFID的电力巡检系统的传输距离进行采集，再对使用上述三种方法进行优化后的系统传输距离进行采集，绘制成如图4所示的曲线图，并进行对比。
由图4可知，优化前基于RFID的电力巡检系统的传输距离随输入/输出线圈半径差值的增长而下降，优化后的系统传输距离则较为稳定。在三种方法中，经本文方法优化后的系统传输距离下降现象明显改善，并且传输距离比优化前平均增长15.3 m，证明本文方法对系统传输距离的优化性能较强。
3.2 系统抗干扰能力优化性能验证
在电力巡检系统抗干扰能力优化性能验证中，选择5种能够对基于RFID的电力巡检系统产生较大程度干扰的干扰因素，使用第3.1节中的三种方法对系统进行优化，优化结果如表1所示。
由表1可知，在GPRS分析方法和智能诊断系统分析方法的优化下，系统均受到了不同程度的干扰。而在本文方法的合理优化下，系统并未受到干扰，证明本文方法对系统抗干扰能力的优化性能较强。
3.3 方法分析效率验证
对第3.1、3.2节中三种方法的分析时间进行统计，如表2所示。
对比表2中的数据可知，本文方法的分析时间非常短，表明本文方法具备较高的分析效率。
4 结 论
本文提出基于RFID的电力巡检系统传输距离及抗干扰分析方法，其通过对基于RFID的电力巡检系统进行研究，给出系统传输距离分析函数，以及密钥验证、询问机制和真实ID保护等系统抗干扰分析方案。实验将本文方法与GPRS分析方法、智能诊断系统分析方法进行对比，证明了本文方法能够合理优化电力巡检系统的传输距离和抗干扰能力，并具备较高的分析效率。
参考文献
[1] 安树，陈永利.船舶电力系统界面特性仿真[J].现代电子技术，2016，39（2）：101?103.
[2] 和方方，皇甫军红.RFID技术在石油化工建设项目中的应用研究[J].现代电子技术，2015，38（21）：130?132.
[3] 王建波，邵文权，张艳丽，等.电压差特征引起电压暂降的故障类型识别[J].西安工程大学学报，2015，29（5）：617?622.
[4] 王慕之，赵思臣，王奔，等.PEMFC电池堆单体电池电压巡检系统开发与实验[J].电源技术，2016，40（1）：84?86.
[5] 祖丽楠，张强，梁静，等.变电站巡检机器人导航方法研究[J].科学技术与工程，2014，14（9）：198?201.
[6] 吴敏秀.中压电缆终端在线监测及故障预警技術的研究[J].中国电力，2014，47（4）：123?127.
摘 要： 针对电力巡检系统传输距离及抗干扰分析方法的分析效率低、对系统传输距离和抗干扰能力的优化性能弱的问题。提出基于RFID的电力巡检系统传输距离及抗干扰分析方法。通过对基于RFID的电力巡检系统的结构和巡检流程进行研究，确定方法的分析方向。传输距离分析方法依据系统电路中输入线圈和输出线圈的排列方式，给出电力巡检系统的传输距离优化函数。抗干扰分析方法根据系统传输通道受干扰情况，给出高、中、低三个等级的抗干扰分析方案，对系统中的正向传输通道使用中、高等级抗干扰方案，对逆向传输通道使用低等级抗干扰方案。实验结果表明，所提方法对电力巡检系统传输距离和抗干扰能力的优化性能较强，并具备较高的分析效率。
关键词： RFID； 电力巡检系统； 传输距离； 抗干扰分析
中图分类号： TN915.853?34； TN91 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）12?0159?03
Abstract： Aiming at the low analysis efficiency of the transmission distance and anti?jamming analysis method of the electric power inspection system， and poor optimization performance of the system transmission distance and anti?jamming performance， a transmission distance and anti?jamming analysis method of the electric power inspection system based on RFID is put forward. The structure of the electric power inspection system based on RFID and inspection process are studied to determine the analysis direction for this method. The transmission distance analysis method is adopted to obtain the transmission distance optimization function of the electric power inspection system according to the arrangement mode of input coil winding and output coil winding in system circuit. The anti?jamming analysis method is used to achieve the high?grade， medium?grade and low?grade anti?jamming analysis schemes according to the disturbed condition of the system transmission channel. The medium?grade and high?grade anti?jamming analysis schemes are used for the forward?direction transmission channel of the system. The low?grade anti?jamming analysis scheme is used for the reverse?direction transmission channel. The experimental results show that the method has superior optimization performance for transmission distance and anti?interference ability of the electric power inspection system， and high analysis efficiency.
Keywords： RFID； electric power inspection system； transmission distance； anti?interference analysis
近年来，数字化领域发展迅猛，各行各业以及居民的用电量明显增加，电力设备的稳定运行关系着国家经济命脉，也与人们的生产、生活息息相关。如何合理解决电力设备故障、维持其稳定运行，是人们关注的重点[1?3]。基于RFID的电力巡检系统能够及时发现电力安全隐患，是保障电力设备稳定运行的基础。随着科研组织对电力巡检工作研究的不断深入，人们逐渐意识到基于RFID的电力巡检系统传输距离及抗干扰能力的重要性，對其分析方法的选择也成为科研组织的重点关注内容[4?6]。
1 基于RFID的电力巡检系统
无线射频识别技术是一种非冲突式的通信技术，能够直接使用无线射频信号对目标进行特殊信息识别。基于RFID的电力巡检系统数据容量大、体积小，并且自动化水平较高，可有效减少用工成本。图1为基于RFID的电力巡检系统结构图。
由图1可得，基于RFID的电力巡检系统由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要包括处理芯片和RFID手持终端。其中，电力设备射频标签来源于被巡检区域中的电力设备，RFID手持终端是巡检人员在巡检工作中使用的无线射频终端，它具有携带方便、使用环境无限制的优点；软件部分包括数据库服务器和控制中心。
在电力巡检工作中，电力设备射频标签会被实时采集并自动写入到RFID手持终端中，RFID手持终端将对电力设备射频标签进行定位和巡检时间的填制等处理。经RFID手持终端处理后的电力设备射频标签含有设备故障、故障产生时间、故障设备定位等信息，这些信息将传输到处理芯片中进行分析。
2 电力巡检系统传输距离及抗干扰分析
2.1 系统传输距离分析方法
2.2 系统抗干扰分析方法
基于RFID的电力巡检系统拥有两条传输通道，分别是电力设备射频标签采集通道和RFID手持终端处理通道。所提基于RFID的电力巡检系统抗干扰方法将电力设备射频标签采集通道的方向标记为正向传输，反方向的传输方向则为逆向传输。
根据第1节的描述，可知正向传输通道要长于逆向传输通道，因此所提方法构建出如图2所示的系统传输通道干扰模拟图。
由图2可知，正向传输通道的距离较长，因此比逆向传输通道更易受到干扰。干扰因素主要包括：不明身份人员对巡检方案的非法变更、电力设备电子编码的非法盗用、电力设备射频标签的未授权复制、系统运行流程的变更、数据库服务器的信息泄露等。因此，应该对系统的信息存储、通信传输以及巡检方案的具体实施等方面进行重点抗干扰设计。在信息存储工作和通信传输工作中，应维持信息的完整性和隐私性；在巡检方案的具体实施工作中，应维持实施流程的隐私性和准确性。所提基于RFID的电力巡检系统抗干扰方法将根据上述信息，在保证方法分析效率的基础上对系统抗干扰模型进行构建，如图3所示。
由图3可知，所提基于RFID的电力巡检系统抗干扰方法的抗干扰模型给出高、中、低三个等级的抗干扰方案。低等级抗干扰方案包括密钥验证和询问机制，中等级抗干扰方案为真实ID保护，高等级抗干扰方案则是将两个或两个以上的低、中等级抗干扰方案进行融合。通常，对基于RFID的电力巡检系统中的正向传输通道使用中、高等级抗干扰方案，对逆向传输通道使用低等级抗干扰方案。
3 实验验证
3.1 系统传输距离优化性能验证
在电力巡检系统传输距离优化性能验证中，选择GPRS分析方法和智能诊断系统分析方法作为本文方法的实验对照组。实验先对未使用任何方法进行优化的基于RFID的电力巡检系统的传输距离进行采集，再对使用上述三种方法进行优化后的系统传输距离进行采集，绘制成如图4所示的曲线图，并进行对比。
由图4可知，优化前基于RFID的电力巡检系统的传输距离随输入/输出线圈半径差值的增长而下降，优化后的系统传输距离则较为稳定。在三种方法中，经本文方法优化后的系统传输距离下降现象明显改善，并且传输距离比优化前平均增长15.3 m，证明本文方法对系统传输距离的优化性能较强。
3.2 系统抗干扰能力优化性能验证
在电力巡检系统抗干扰能力优化性能验证中，选择5种能够对基于RFID的电力巡检系统产生较大程度干扰的干扰因素，使用第3.1节中的三种方法对系统进行优化，优化结果如表1所示。
由表1可知，在GPRS分析方法和智能诊断系统分析方法的优化下，系统均受到了不同程度的干扰。而在本文方法的合理优化下，系统并未受到干扰，证明本文方法对系统抗干扰能力的优化性能较强。
3.3 方法分析效率验证
对第3.1、3.2节中三种方法的分析时间进行统计，如表2所示。
对比表2中的数据可知，本文方法的分析时间非常短，表明本文方法具备较高的分析效率。
4 结 论
本文提出基于RFID的电力巡检系统传输距离及抗干扰分析方法，其通过对基于RFID的电力巡检系统进行研究，给出系统传输距离分析函数，以及密钥验证、询问机制和真实ID保护等系统抗干扰分析方案。实验将本文方法与GPRS分析方法、智能诊断系统分析方法进行对比，证明了本文方法能够合理优化电力巡检系统的传输距离和抗干扰能力，并具备较高的分析效率。
参考文献
[1] 安树，陈永利.船舶电力系统界面特性仿真[J].现代电子技术，2016，39（2）：101?103.
[2] 和方方，皇甫军红.RFID技术在石油化工建设项目中的应用研究[J].现代电子技术，2015，38（21）：130?132.
[3] 王建波，邵文权，张艳丽，等.电压差特征引起电压暂降的故障类型识别[J].西安工程大学学报，2015，29（5）：617?622.
[4] 王慕之，赵思臣，王奔，等.PEMFC电池堆单体电池电压巡检系统开发与实验[J].电源技术，2016，40（1）：84?86.
[5] 祖丽楠，张强，梁静，等.变电站巡检机器人导航方法研究[J].科学技术与工程，2014，14（9）：198?201.
[6] 吴敏秀.中压电缆终端在线监测及故障预警技術的研究[J].中国电力，2014，47（4）：123?127.
