基于RFID的碳纤维复合接地体状态监测方法及系统与流程

本发明涉及射频识别，具体涉及基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法及系统。

背景技术：

1、输电线路杆塔接地系统是保障电网安全稳定运行的关键基础设施，其核心功能是将雷电流、故障电流迅速泄放至大地，防止线路跳闸和设备损坏。传统接地系统普遍采用扁钢、不锈钢、铜包钢等金属类接地材料，但这类材料存在固有缺陷：一是与土壤接触不密实，接触电阻大，在高土壤电阻率地区需大幅增加敷设长度和降阻材料用量；二是易受土壤腐蚀，即使采用防腐涂层，也会因施工磨损、焊接缺陷等出现点腐蚀，导致接地电阻逐年升高，使用寿命通常仅为10-15年，难以匹配输电线路50年以上的设计年限。

2、为解决上述问题，碳纤维复合接地体应运而生。特别是再生碳纤维复合尖端金属网接地体，以多尖端金属网为导电极芯，采用再生碳纤维、再生骨料、地聚物胶凝材料等复合固化形成外层导电结构，兼具高导电性、强耐腐蚀性、低碳环保等优势，与土壤粘合性好，能有效降低接触电阻，使用寿命可达50年以上，已成为新一代接地材料的重要发展方向。然而，随着再生碳纤维复合接地体在输电线路中的大规模推广应用，其长期运行状态的在线监测成为制约接地系统安全稳定运行的新的技术瓶颈。

3、无源射频识别技术凭借无需外接电源、体积小巧、可长期稳定运行、具备全球唯一身份编码等核心特性，为碳纤维复合接地体的全生命周期状态监测提供了理想的技术路径。一方面，无源rfid（radio frequency identification，射频识别）标签无需内置电池，可通过接收地面读写器发射的射频场获取能量，实现自身供电与传感数据的无线传输，能够直接封装预埋于接地体内部，完全满足接地体50年以上免维护的监测需求；另一方面，每个rfid标签的唯一身份编码可与接地体单元实现一一绑定，为大规模接地体阵列的分布式独立监测与故障精准定位提供了基础标识体系。同时，碳纤维复合接地体的导电固化层对超高频射频信号具有良好的穿透性，不会对标签与地面读写器之间的通信造成不可恢复的阻断，为地下接地体状态参数的无线传输奠定了物理基础。

4、尽管rfid技术在碳纤维复合接地体监测领域具备显著的技术可行性，但现有相关技术方案仍存在诸多局限性，无法直接适配接地体阵列的实际监测需求。

5、中国专利文件cn120935592a涉及射频识别技术领域，公开了一种基于rfid设备的电力连接点温度测量方法与装置，通过多天线协同传输策略和动态接入处理方案，提升了复杂电磁干扰环境下测温数据的传输可靠性。尽管该技术优化了rfid信号在电力电磁环境下的处理流程，但该方案仅适用于地面开关柜、电缆接头等裸露电力连接点的温度监测，未考虑接地体深埋地下导致的射频信号穿越导电固化层、土壤等多层介质的衰减与时延问题，也未设计接地体单元的唯一身份标识与状态映射机制，无法实现阵列内各接地体的分区精准检测与故障单元定位。

6、中国专利文件cn108174361a涉及射频识别技术领域，公开了一种融合rfid传感与wsn（wireless sensor network，无线感测网络）技术的杆塔健康监测无线传感网络，采用塔基-塔身、塔身、杆塔-变电站三层通信架构，将无源rfid传感标签埋入塔基实现地下结构健康监测。尽管该技术首次将无源rfid技术应用于电力设施地下监测场景，解决了地下监测节点的长期供电难题，但该方案仅针对杆塔混凝土塔基的温湿度、氯离子含量等参数监测，未涉及接地体的腐蚀状态与接地电阻这两项核心运行指标的检测；且其塔身wsn节点仍依赖太阳能供电，在接地体阵列深埋地下、分布范围广、数量多的场景下，射频信号穿透土壤与导电固化层的衰减问题未得到解决，数据远距离传输能力不足，无法实现大规模接地体阵列的分布式全覆盖监测。

7、综上所述，现有技术在再生碳纤维复合接地体状态监测领域存在以下缺陷：一是传统有线监测方案施工开挖量大、成本高，现有无线监测方案未解决射频信号穿越多层介质的衰减与时延问题，数据远距离传输受限；二是传统监测设备需外接电源或定期更换电池，施工及后期运维成本高、故障率高，难以满足接地体50年以上的全生命周期免维护监测需求；三是无法对阵列内多组接地体单元进行唯一身份识别与状态映射，难以分区精准检测各单元的腐蚀程度与接地电阻状态，无法快速定位故障单元。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，以解决现有技术中再生碳纤维复合接地体阵列深埋地下导致检测信号传输困难的技术问题。

2、本发明的目的是采取下述技术方案来实现的：

3、本发明提供了基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，包括：

4、通过rfid读写器向其射频覆盖区域内的无源rfid标签发射射频激励信号，接收各无源rfid标签返回的射频响应信号，生成包含标签身份标识和传感调制信息的原始射频信号数据集；其中，rfid读写器位于布设接地体阵列的地面上方，无源rfid标签封装预埋于接地体阵列的每个接地体单元内部，且集成有腐蚀传感模块和电阻传感模块；

5、对所述原始射频信号数据集执行工频谐波干扰滤除与时序对齐处理，生成预处理射频信号数据集；

6、对所述预处理射频信号数据集执行标签身份解码处理与传感参数解调处理，生成包含标签身份编码、腐蚀传感参数和电阻传感参数的标签传感数据集；

7、基于预存的接地体单元身份映射数据集，对所述标签传感数据集执行身份匹配关联处理，生成各接地体单元对应的腐蚀状态参数和接地电阻状态参数；

8、对所述腐蚀状态参数和接地电阻状态参数执行量纲标准化处理后，通过网络模块传输至后台管理平台进行结构化存储与展示。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

10、本发明通过采用无源rfid技术，射频信号能够穿透导电固化层和土壤介质实现无线传输；通过工频谐波干扰滤除处理消除电力环境中的电磁干扰，通过时序对齐处理解决不同埋深标签的信号时延差异问题，能够提高地下传输信号的质量和可靠性；无源rfid标签无需内置电池，通过接收地面读写器发射的射频场获取能量，能够在地下环境中长期稳定运行，满足接地体50年以上全生命周期免维护的监测需求；每个无源rfid标签具有全球唯一的身份编码，施工时与接地体单元进行一一绑定，通过身份匹配关联处理能够将传感数据精准对应到每个接地体单元，实现故障单元的快速定位。

1.基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述通过rfid读写器向其射频覆盖区域内的无源rfid标签发射射频激励信号，接收各无源rfid标签返回的射频响应信号，生成包含标签身份标识和传感调制信息的原始射频信号数据集，包括：

3.根据权利要求2所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述基于接地体阵列的分区布设信息，对rfid读写器的射频覆盖区域执行分区划分处理，生成读写器分区覆盖集合，包括：

4.根据权利要求2所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述接收当前扫描分区内各无源rfid标签返回的射频响应信号，包括：

5.根据权利要求2所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述基于上一周期的射频响应信号质量参数，对下一周期的射频激励信号功率执行动态调整处理，包括：

6.根据权利要求1所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述对所述原始射频信号数据集执行工频谐波干扰滤除与时序对齐处理，生成预处理射频信号数据集，包括：

7.根据权利要求6所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述基于所述原始信号时域特征集合，对所述原始射频信号数据集执行工频谐波干扰滤除处理，以生成滤波后射频信号数据集，包括：

8.根据权利要求6所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述对所述滤波后射频信号数据集执行时序对齐处理，以生成对齐后射频信号数据集，包括：

9.根据权利要求8所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述叠加所述第一理论时延与第二理论时延，生成各无源rfid标签的总射频响应信号理论时延，包括：

10.根据权利要求9所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述无源rfid标签的总射频响应信号理论时延基于以下公式计算：

11.根据权利要求6所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述对所述对齐后射频信号数据集执行完整性校验处理，以生成预处理射频信号数据集，包括：

12.根据权利要求1所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述对所述预处理射频信号数据集执行标签身份解码处理与传感参数解调处理，生成包含标签身份编码、腐蚀传感参数和电阻传感参数的标签传感数据集，包括：

13.根据权利要求12所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述对所述预处理射频信号数据集执行信号帧分割处理，以生成标签独立信号帧集合，包括：

14.根据权利要求12所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述对所述标签独立信号帧集合执行标签身份解码处理，以生成标签身份编码集合，包括：

15.根据权利要求12所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述基于所述标签身份编码集合，对所述标签独立信号帧集合执行腐蚀传感参数解调处理与电阻传感参数解调处理，以生成腐蚀传感参数集合及电阻传感参数集合，包括：

16.根据权利要求1所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述基于预存的接地体单元身份映射数据集，对所述标签传感数据集执行身份匹配关联处理，生成各接地体单元对应的腐蚀状态参数和接地电阻状态参数，包括：

17.根据权利要求16所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述加载预存的接地体单元身份映射数据集，以生成加载完成的接地体单元身份映射数据集，包括：

18.根据权利要求16所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述基于所述加载完成的接地体单元身份映射数据集，对所述待匹配标签身份编码集合执行身份匹配关联处理，以生成标签-接地体单元关联关系集合，包括：

19.根据权利要求16所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述基于所述标签-接地体单元关联关系集合，对所述标签传感数据集中的腐蚀传感参数和电阻传感参数执行映射分配处理，以生成各接地体单元对应的腐蚀状态参数和接地电阻状态参数，包括：

20.根据权利要求1所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述对所述腐蚀状态参数和接地电阻状态参数执行量纲标准化处理后，通过网络模块传输至后台管理平台进行结构化存储与展示，包括：

21.根据权利要求20所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述对所述腐蚀状态参数和接地电阻状态参数执行量纲标准化处理，以生成标准化状态参数数据集，包括：

22.根据权利要求20所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述对所述标准化状态参数数据集执行数据封装处理，以生成封装后状态数据包，包括：

23.根据权利要求20所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测方法，其特征在于，所述对所述解析后状态参数数据集执行结构化存储与可视化展示处理，包括：

24.基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测系统，其特征在于，包括：

25.根据权利要求24所述的基于rfid的碳纤维复合接地体状态监测系统，其特征在于：