H TK-196型鐵路車號自動識別系統的擴展應用

王信隆

（哈爾濱威克科技股份有限公司，黑龍江哈爾濱150090）

隨著我國經濟的迅猛發展，鐵路運輸作為國民經濟的一個重要部門，實現運輸和管理的現代化，提高運輸和管理效率，已是鐵路發展的必由之路。為加快鐵路信息現代化建設步伐，鐵道部決定開展車號自動識別系統（ATIS）工程建設。HTK-196型車號自動識別系統是在引進、消化、吸收國外先進技術基礎上，結合中國鐵路實際情況研制開發的。系統主要由標簽、地面識別設備、CPS管理設備、列檢復示設備、信息跟蹤查詢設備、標簽編程網絡等部分組成。

1 H TK-196型鐵路車號自動識別系統簡介

HTK-196車號自動識別系統于1992年底立項，1995年開始進行總體設計、實施、調試、完善。根據鐵道部的部署，該系統1996年7月在鷹—廈、濱—綏線試驗，1997年5月—1998年3月在大—秦線組網運用試驗，取得了很好的結果：網絡信息傳輸實時性好，識別精度100%，實現了貨車動態管理，實現了貨車實時跟蹤，實現了交界口實時統計分析管理，實現了以車號為信息源對車輛的運用管理。1998年4月15日通過了鐵道部技術鑒定。

現全路55萬輛貨車都安裝標簽，鐵路地面識別設備安裝2 000多套，復示終端400余套，中央數據管理機70余套，在鐵路系統已獲正式運用。在實際運用中實現了車次、車號的自動識別；實現了車輛實時跟蹤和動態管理；實現了故障車輛跟蹤預報以確保行車安全，提高了運輸管理效率，取得了很好的應用效果。

HTK-196型車號自動識別系統不但在鐵路運輸管理上獲得運用，也在其他各種測試設備和有鐵道線的企業內部也獲得了廣泛的應用，下面重點介紹一下這方面的情況，并對系統的組成及工作情況作簡要說明。

2 在軌道衡上的應用

2.1 軌道衡的微機自動化檢測

我國動態軌道衡技術在運輸生產中的作用日益顯著，然而軌道衡在使用過程中，都要配備專人晝夜值班進行手工抄車號、自重、標重等信息并手工輸入，還受車速、天氣、環境等影響，經常出現差錯；另外列車過完衡后，需要及時將數據打印出來傳給調度，以便處理超載等問題車輛，而手工操做又需很多時間，因此常常造成列車晚點，影響鐵路運輸效率。所以如何解決車號等信息的自動識別與輸入，提高軌道衡應用的準確性和效率，實現全自動化檢測的課題就擺在面前。

“HTK-196GDHRF軌道衡車輛信息自動識別系統”就是針對現有軌道衡系統進行設計的，主要是利用原鐵路“HTK-196型車號自動識別系統”的技術，轉而應用到軌道衡系統，從而開發出來的應用于軌道衡領域的一套新系統。專門為著解決上述問題，從而提高軌道衡應用的準確性和效率。

本項目由哈爾濱鐵路局科委立項，研制時間為2001年1～12月。2002年通過哈爾濱鐵路局科委鑒定，并獲黑龍江省科技成果三等獎。

2.2 系統構成

“HTK-196GDHRF軌道衡車輛信息自動識別系統”是由車號自動識別系統和軌道衡稱重系統兩部分組成。兩者是分別獨立的兩個系統，過車時分別獨立工作，自動識別系統將車輛車號、自重、標重信息用232串口傳送給軌道衡計算機，并存于特定文件夾內，然后由軌道衡系統讀取使用。

（1）車輛車號信息自動識別系統。主要由標簽、讀出主機、RF射頻裝置、天線、車輪傳感器等部分組成，其中地面天線和車輪傳感器安裝在線路上，其余部分安裝在室內，RF射頻裝置、讀出主機裝在主機箱內。分別簡介如下：

1）標簽——標簽及其安裝如圖1、圖2所示，標簽分為車輛標簽和機車標簽，標簽外殼是由PVC密封的，具有較長的使用壽命，不需要維修。標簽由微波天線，反射調制控制器，編碼器，微處理器和存儲器等構成。標簽內存采用的E2PROM芯片，具有可讀寫功能，其中存儲器內存有車號信息和車輛技術參數信息。標簽安裝在車輛的底部中梁上。每輛車安裝一個標簽。車輛標簽本身是無源的，靠地面天線發射的微波載波信號能量供電，在微處理器的控制下，將其內存信息進行編碼反射調制，并將反射調制后的已調制信號反射回給地面天線接收。

圖1 車輛標簽

圖2 標簽安裝

2）讀出主機——由功能模板、開關電源二部分組成。功能模板包括主機板、磁鋼板、鍵盤板、通訊板、標簽信息采集板，采用STD總線、模塊化設計，有利于系統擴展和維護。

3）RF射頻裝置——本裝置的功能是產生微波信號和接收處理標簽反射回的已調制微波信號并解調出數據信號。當RF射頻裝置接收到讀出主機下達的命令后，開啟天線，通過天線向外界發射微波信號，同時接收天線返回帶有標簽數據信息的已調信號，經放大、濾波、解調，然后送到讀出主機的標簽信號采集板進行下一步的處理。

圖3 R F解碼卡

4）天線及車輪傳感器——天線和車輪傳感器如圖4、圖5所示，天線是用來發射微波信號和和接收處理標簽反射回的已調制微波信號的設備。通過同軸電纜與RF射頻裝置傳輸微波信號。天線也是密封的，并有護罩保護。

車輪傳感器又稱磁鋼，是采集車輪信號的傳感器，當車輪從其上經過時產生先正后負的脈沖信號，脈沖信號通過電纜引入讀出主機，最后由磁鋼板進行處理。開關門磁鋼負責計軸、計輛、測速和標簽定位，根據車輪通過兩磁鋼的時間來計算出軸距、軸數、車速等參數。

圖4 天線

圖5 車輪傳感器

（2）軌道衡稱重及讀取車輛信息系統。主要是在原稱重程序基礎上改進增加軟硬接口及相應格式協議、接收及存放信息軟件、讀取填加信息軟件等。

1）接口及相應格式協議——采用232串口，按與車號系統一致的格式、協議處理。

2）接收程序——安裝在軌道衡計算機中，與軌道衡系統互不影響，獨立工作。當列車經過軌衡完成稱重后，執行此程序就可以把車輛信息傳上來并存特定的文件夾內。

3）讀取填加信息軟件——車輛信息接收完成后，就自動填加到相應欄目內。打開當前稱重文件，便可計算打印。

2.3 系統的主要工作過程

系統由車號識別和軌道衡稱重及信息調用兩部分組成。兩者是分別獨立的兩個系統，列車經過時，各自獨立工作。車號系統負責采集識別車輛車號、自重、標重信息，并用232串行口傳送給軌道衡計算機并存于特定文件夾內；軌道衡稱重及信息調用系統除負責原來的稱重功能外，還要進行查詢接收讀取車號系統信息，并將其填寫到報文中。具體工作過程介紹如下：

（1）車號信息自動識別系統工作過程。

1）檢測來車——來車時，車輪傳感器首先產生脈沖信號，送入讀出主機，形成復位信號，使系統復位，主要是將系統初始化，設置定時器，初始化變量、參數等；同時啟動RF射頻模塊裝置工作，通過天線向指定的探測區域發射微波信號。

2）接收標簽反射信號識別標簽信息——當裝有標簽的列車進入天線作用范圍時，地面發射的微波能量激發標簽內部電路工作，標簽內存信息通過編碼器進行編碼，然后調制在微波載波信號上，并將其反射給地面設備。天線同時接收標簽反射回來的信號，經RF射頻模塊進行信號提取、解調、放大、調整，送到讀出卡進行譯碼處理，形成16字節的數據放到數據緩沖區，從而完成對標簽的識別。

3）計軸、計輛、測速，標簽定位——開關門磁鋼對列車車輪信號進行采集處理，可以計算出列車軸數、機車數、車輛數、運行速度，并對標簽定位，也就是哪個簽是哪輛車上的。

4）關閉RF射頻裝置——列車通過后，根據車速快慢，延時一段時間后，關閉RF射頻裝置，停止發射微波信號。

5）形成列車信息——系統對過車信息和標簽進行處理后，形成過車信息報文，恢復與軌道衡系統的通訊，收到查詢時，將過車信息報文通過232通訊接口傳給軌道衡系統。

6）準備接下一趟列車——報文發送完畢后，恢復與軌道衡系統的通訊狀態，準備接下一趟列車。

（2）軌道衡稱重及信息調用工作過程。當來車時，系統進行稱重，列車過完衡后，自動進入接收車號的界面。

接收程序定時查詢車號系統是否有過車信息。有過車信息時，就把過車信息傳給軌道衡系統，軌道衡系統收到后進行確認儲存。

信息接收儲存完后，過車的車號、自重、標重等信息自動填入相應文件的欄目內。完成車號自動識別添加工作，準備接下一趟列車。

2.4 應用情況

現場應用如圖6所示。本系統現在已獲得廣泛應用，目前新安裝的軌道衡都已經配備車號自動識別系統，安裝完在用的老軌道衡也大多配裝了車號自動識別系統，現在已經有百余臺安裝使用，并正在迅速普及過程中，獲得應用方的廣泛好評。系統室外部分由于都是密封的，所以可以在惡劣的環境下穩定工作，風、雪、冰、油、臟物、化學腐蝕、振動、沖擊及電磁波等對其系統性能沒有影響。

圖6 軌道衡系統中的車號設備

3 在紅外線軸溫探測系統上的應用

3.1 紅外線軸溫探測系統簡介

紅外線軸溫探測系統，是對車輛軸承部位溫度進行動態在線測試的系統，一旦發生軸承磨損切軸故障時，其溫度會大幅升高，因此通過對運行中車輛軸溫的探測，就可以知道是否發生故障。鐵道部規定，我國鐵路線每30 km要安裝一個紅外線軸溫探測站，各探測站將列車軸溫信息實時傳給各鐵路局紅外監控中心，發現過熱軸溫就發出警報，并傳給行調中心進行及時處理。現鐵路系統已安裝數千臺紅外線探測站，并組成全路網絡（實物如圖7所示）。

圖7 紅外線系統中的車號設備

HTK-499紅外線軸溫探測系統由中央機、前置機、探測站組成，附帶有復示站、路局監控中心、行調終端等。探測站室外部分由車輪傳感器（開機磁鋼、開關門磁鋼）、探測箱、分線箱組成。系統具有計軸計輛功能，就是系統可以判斷一列車由幾輛機車、幾節車輛組成，軸溫可以定位在第幾輛車、第幾軸、左右側的位置。但處理不及時，列車出現解體重新編組，就不能追蹤了。因此如果把HTK-196型車號自動識別系統到紅外線軸溫探測系統，這個問題就迎刃而解了。

3.2 軸溫探測自動識別系統的組成

由Reader卡、RF箱、天線組成。也就是在原紅外線軸溫探測系統中，增加這些部件。比軌道衡車號要簡單，因為車輪傳感器及其他功能模塊等部分，在紅外線軸溫探測系統中本身就有，可以共用。標簽也已經在全路貨車上安裝完畢。

3.3 車號系統工作過程

系統平時與上位機進行通信并自檢，當列車通過時，系統確認列車到達，打開天線和保護門，準備采集軸溫信息和車號信息，當列車車輪經過開關門磁鋼時，自動測車速、計軸距、采集軸承溫度、并進行車號信息采集，當判斷列車通過計輛后，關閉保護門，關閉天線，并進行數據處理。數據處理包括：計軸計輛、標簽對應車輛的定位匹配、存盤并形成過車報文，傳送到上位機進行顯示、打印、跟蹤處理。

3.4 應用情況

目前HTK系列紅外線軸溫探測系統在全路安裝已達2 339臺，其中1 000多臺配裝了車號自動識別系統，并且還在繼續配裝中。

4 在地鐵車輛平輪檢測系統上的應用

4.1 地鐵車輛平輪檢測系統簡介

系統是對地鐵車輛車輪踏面磨傷、擦傷進行在線自動檢測的裝置，根據需要有的還加裝紅外線軸溫探測系統。系統室外部分由10個振動傳感器、車輪傳感器（開機磁鋼、開關門磁鋼）、線槽組成（帶紅外線軸溫探測的還有一對軸溫探箱）；室內部分由電源箱、平輪主機箱、防雷箱等部分組成（如圖8）。

圖8 地鐵平輪系統中的車號設備

當列車到來時，開機磁鋼發出信號，打開天線和測試系統，采集車號和平輪信息，列車通過后，關閉天線和測試系統，進行數據處理，計軸計輛、標簽對應車輛的定位匹配、存盤并形成過車報文，并傳給監控中心，如有超標數據就發出報警，進行及時處理。可以看出，地鐵運行高峰時每三四分鐘就過一列車，如此大密度的過車量，沒有車組車號系統，很難分出數據是哪一列車組的，因此加裝自動車號識別系統，顯得尤為必要。

4.2 車號自動識別系統的構成

與HTK-499紅外線軸溫探測系統的車號相同，也是由Reader卡、天線、RF射頻裝置組成，但是地鐵車輛沒有像國鐵貨車已安裝完標簽，所以還必須安裝標簽。

地鐵一般每列車由6節車輛組成，有一個車組編號和6個車輛編號，由于編組是基本是不變的，所以按照信息量，每列車安裝兩個標簽，安裝前先寫入車組信息和車號信息，再安裝在列車兩端車輛車下。

這樣車號自動識別系統加上車輪傳感器的計軸計輛功能，不管過車密度有多大，所有檢測數據都被定位在車組、車號、第幾軸、左右側的位置信息下，就不會混亂，并可追蹤。

4.3 應用情況

配裝HTK-196型車號自動識別裝置的地鐵車輛平輪檢測系統，已在上海地鐵 1、3、4、5、6、7、8、11 號線；北京地鐵 1、5號線；大連輕軌等線上安裝使用。

5 H TK-196型車號自動識別系統的應用展望

從上述應用中可以看出，在鐵路線路上使用的各種檢測設備、應用系統等，只要需要車號信息，都可以加裝HTK-196型車號自動識別系統，與其結合，為其提供車輛信息，兩系統各自獨立工作，并不影響原設備系統的正常運行，加裝簡單。如2007年在上海地鐵梅隴基地安裝試用的地鐵車輛輪對參數實時在線自動檢測系統，開始就帶有HTK-196型車號自動識別系統；又如在廣州地鐵準備安裝的直線電機氣隙在線自動檢測系統，也在設計上加入了HTK-196型車號自動識別系統。現在來看，系統早已超出了當初研制時的應用范圍，應用前景仍然非常廣闊。

6 結束語

從上面論述中，我們看到這套車號自動識別系統結構簡單，安裝方便，使用非常穩定可靠。由于鐵路系統各種車輛（包括企業自備車）都已經安裝了車輛標簽，這種標簽資源可為各種需要車輛信息資源的設備、系統、管理等所共享，只要在需要的地點安裝這套識別系統，就可為其提供車輛信息資源，HTK-196車號自動識別系統現在已經成為鐵路系統中重要的通用設備。

［1］宮本誠，等．鋼軌絕緣編譯組．鋼軌絕緣［M］.北京：人民鐵道出版社，1975

［2］鐵道部第一工程局．軌道（鐵路工程施工技術手冊）［M］.北京：中國鐵道出版社，2000.

［3］鐵道部第一勘測設計院．鐵路路基設計規范［S］.北京：中國鐵道出版社．1999.