一、引言
地下电力管线设备作为城市基础设施的重要组成部分，其准确定位对于电力供应的可靠性和安全性至关重要。然而，由于地下环境的复杂性和现有定位技术的局限性，地下电力管线设备的准确位置往往难以确定。在设备发生故障时，抢修人员需要耗费大量时间和精力寻找设备位置，这不仅影响了抢修效率，还可能导致电力供应长时间中断，给居民生活和工业生产带来不便。因此，研发一种高效、准确的地下设备定位技术显得尤为迫切。
二、技术原理与系统架构
1 技术原理
本装置采用的核心技术包括射频能量捕获技术、无线定位技术和防腐防水耐酸碱技术。射频能量捕获技术使得装置能够通过外部高频射频信号进行唤醒，无需供电，从而大大延长了装置的使用寿命并降低了维护成本。无线定位技术则利用无线信号强度或到达时间差等参数，结合先进的算法对地下设备的位置进行精确计算。此外，防腐防水耐酸碱技术确保了装置在地下恶劣环境中能够长期稳定运行，不被腐蚀和破坏[1]。
2系统架构
本装置的系统架构由无源标签、读写器和数据处理中心三部分组成。无源标签被固定在地下设备上，用于接收外部高频射频信号并返回内置信息。读写器则负责发射高频射频信号并接收无源标签返回的信息，同时将信息传输至数据处理中心。数据处理中心对接收到的信息进行处理和分析，利用无线定位算法计算出地下设备的精确位置，并将结果反馈给抢修人员。整个系统工作流程高效、准确，能够显著提升抢修效率和电力供应的可靠性。
三、关键技术创新点
1射频能量捕获与低功耗设计
随着电力设备的日益增多和地下管线复杂性的增加，传统电力设备的定位方式面临能耗高、维护难等问题。一种无源无线通信地下设备智能定位装置创新性地采用了射频能量捕获技术，通过捕获外部高频射频信号为装置供电，实现了装置在常态下的零功耗运行。这种设计不仅显著延长了设备的使用寿命，还大幅降低了运维成本。在无源工作模式下，装置仅在接收到外部激活信号时才启动，平时则处于休眠状态，从而避免了不必要的能耗。射频能量捕获技术的应用，为地下设备的智能化、绿色化运行提供了有力支撑。
2高穿透性无线通信技术
针对地下管线设备被混凝土、土壤等障碍物覆盖导致信号难以穿透的问题，该装置采用了超高频射频技术。这种技术具有较强的穿透能力，能够有效克服地下环境的复杂性，实现信号的稳定传输。超高频射频信号在穿透障碍物时，能够保持较高的信号强度和稳定性，确保定位信息的准确传输。同时，该技术还具备较高的抗干扰能力，能够在复杂电磁环境中保持正常工作，进一步提升了装置的可靠性和实用性[2]。
3精确无线定位算法
为了实现对地下设备的精确定位，该装置内置了先进的无线定位算法。该算法基于信号质量的变化进行定位计算，通过对接收到的射频信号进行分析和处理，能够准确计算出目标与接收设备之间的相对位置。无线定位算法在处理信号时，充分考虑了地下环境的复杂性和多变性，通过自适应调整算法参数，确保在不同环境下都能获得高精度的定位结果。此外，该算法还具备较高的实时性和稳定性，能够在短时间内完成定位计算，为抢修运维人员提供及时、准确的设备位置信息。
四、实验验证与性能评估
1实验设计
为了全面验证无源无线通信地下设备智能定位装置的性能，实验设计在一个模拟城市地下管网环境的测试场进行。该测试场包含了多种类型的障碍物，如混凝土墙、土壤层、金属管道等，以模拟真实的地下环境。实验设备包括待测试的定位装置、外部高频射频信号发射器、以及用于数据收集和处理的计算机系统。实验方法分为三个阶段：首先，在不同位置和环境下部署定位装置；其次，使用射频信号发射器对装置进行激活，并记录返回的信号数据；最后，通过计算机系统对收集到的数据进行分析，评估装置的定位精度、能耗和穿透性。
2性能评估
在定位精度测试方面，实验选择了空旷地、混凝土墙后、土壤层下以及金属管道旁等多种环境进行测试。结果显示，装置在不同环境下的平均定位误差均小于5厘米，表现出极高的定位精度。在能耗测试方面，通过连续监测装置在激活状态下的能耗情况，并与传统有源定位装置进行对比，验证了本装置的低功耗设计效果显著，能耗降低了约80%。在穿透性测试方面，装置成功穿透了不同厚度的混凝土墙和土壤层，信号强度和稳定性均保持较高水平，证明了超高频射频技术在穿透障碍物方面的优势。
3结果分析
实验结果表明，无源无线通信地下设备智能定位装置在定位精度、能耗和穿透性方面均表现出色。定位精度的测试结果证明了无线定位算法的有效性和稳定性，能够在复杂环境下提供高精度的定位信息。能耗测试的结果则验证了低功耗设计的成功应用，显著降低了装置的运行成本和维护难度。穿透性测试的结果进一步展示了超高频射频技术在地下设备定位中的独特优势，克服了传统定位技术在穿透障碍物方面的局限。
五、应用前景与市场分析
1应用前景
本装置在电力、通信、交通等领域具有广泛的应用前景。在电力领域，可用于快速定位地下电缆和设备故障点，提高抢修效率和电力供应的可靠性；在通信领域，可用于定位地下光缆和基站设备的位置，便于日常维护和故障排查；在交通领域，则可用于定位地下管道和隧道内的设备位置，确保交通设施的安全运行。此外，本装置还可应用于考古发掘、矿山勘探等领域，为相关行业的地下设备定位提供有力支持[3]。
2市场分析
随着城市化进程的加快和基础设施的不断完善，地下设备定位技术的市场需求日益增长。本装置凭借其高效、准确、低功耗和适应性强等优势，在市场上具有较强的竞争力。通过调研市场需求和分析竞争对手情况，可以预见本装置在未来的市场中具有广阔的应用前景和商业潜力。同时，随着技术的不断发展和创新，本装置的性能将进一步提升，其应用领域也将不断拓展和深化。
六、结论
本文设计了一种无源无线通信地下设备智能定位装置，通过射频能量捕获技术、无线定位技术和防腐防水耐酸碱技术的融合应用，实现了对地下设备位置的精确计算。实验结果表明，该装置在定位精度、能耗和穿透性等方面均表现出色，能够有效解决地下设备定位难题并提高抢修效率。同时，该装置还具有广泛的应用前景和市场潜力，在电力、通信、交通等领域具有重要的应用价值。未来，随着技术的不断发展和创新，本装置的性能将进一步提升，为地下设备定位技术的发展做出更大的贡献。
参考文献
[1]江健,石琦玉.一种无动力设备智能定位终端及其方法[J].中国信息界,2024,(02):183-185.
[2]孔庆波,杨箴.基于电子化移交的站线变户数据问题智能定位研究[J].电子设计工程,2021,29(24):125-129.
[3]马耀武.煤矿井下作业设备定位技术研究与应用[D].中国矿业大学,2021.
