基于RFID的軌道車(chē)輛實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)

喻春雨等

摘 要： 為了使目前軌道車(chē)輛運(yùn)行效率提高，采用射頻識(shí)別RFID技術(shù)對(duì)軌道車(chē)輛的物理位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法，提出一種利用RFID技術(shù)對(duì)軌道車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位的系統(tǒng)，并介紹該實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、組成及工作原理，主要包括RFID標(biāo)簽安置、RFID讀寫(xiě)及與后臺(tái)服務(wù)器通信等技術(shù)。系統(tǒng)運(yùn)行性能結(jié)果表明利用RFID技術(shù)對(duì)軌道車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)定位具有精度高、環(huán)境適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在地鐵和企業(yè)廠段的軌道車(chē)輛實(shí)時(shí)定位中具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵字： 軌旁定位； 信標(biāo)； RFID； 實(shí)時(shí)監(jiān)控； 定位系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào)： U231.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）12?0119?02

Abstract： To improve operating efficiency of the available rail vehicles， the radio frequency identification （RFID） technology was adopted to conduct real?time monitoring for the physical position of rail vehicles. The RFID?based real?time positioning system for rail vehicles is proposed. The design scheme， constitution and operational principles of the system are introduced. RFID label placement， RFID read?write and technology communicating with the backend servers are described emphatically. The operating result of this system indicates the RFID?based real?time positioning system for rail vehicles has the advantages of high precision and strong adaptability and can improve the positioning efficiency. A conclusion that the technology has a brilliant prospect for being applied to real?time positioning of rail vehicles on subways and railways inside enterprises has been obtained.

Keywords： trackside positioning； beacon； RFID； real?time monitoring； positioning system

軌道交通是解決大中城市交通問(wèn)題的首選方案，近年來(lái)，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的城市興建了地鐵和輕軌。由于軌道交通列車(chē)具有運(yùn)行密度高、站間距離近的特點(diǎn)，其較高安全性的保證是至關(guān)重要的，因此，需要對(duì)列車(chē)在線路中位置進(jìn)行實(shí)時(shí)精準(zhǔn)監(jiān)控[1]。

對(duì)軌道上運(yùn)行列車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)精確定位是保證安全、發(fā)揮效率、提供最佳服務(wù)的前提。目前，對(duì)列車(chē)定位方法主要分為兩類(lèi)：一類(lèi)是軌旁定位技術(shù)；另一類(lèi)是車(chē)載列車(chē)定位技術(shù)。其中，軌旁定位技術(shù)主要利用軌旁及車(chē)載設(shè)備對(duì)列車(chē)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，通常細(xì)化為軌道電路定位、信標(biāo)定位、電纜環(huán)線定位、裂縫波導(dǎo)定位、擴(kuò)頻電臺(tái)定位等方法。車(chē)載列車(chē)定位技術(shù)主要采用安全型編碼里程計(jì)方法。GPS或A?GPS是目前應(yīng)用較廣泛的實(shí)時(shí)定位技術(shù)，它們通常被歸為車(chē)載定位技術(shù)范疇。其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)施方便、費(fèi)用低；缺點(diǎn)是存在位置漂移，并且在隧道等密閉空間內(nèi)無(wú)法使用。RFID技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，在我國(guó)車(chē)號(hào)識(shí)別技術(shù)中得到大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用。因此，本文基于RFID技術(shù)，設(shè)計(jì)了軌道車(chē)輛實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，它屬于軌旁定位技術(shù)，是信標(biāo)方法的一種具體實(shí)現(xiàn)，即采用布置在軌道上的RFID標(biāo)簽作為信標(biāo)，利用安裝在列車(chē)上的讀寫(xiě)器讀取標(biāo)簽獲取列車(chē)實(shí)時(shí)地理信息，從而提高列車(chē)運(yùn)行安全性和效率，為城市交通提供便利[2?4]。

1 定位系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 信標(biāo)定位技術(shù)

信標(biāo)是安裝在線路沿線反映線路絕對(duì)位置的物理標(biāo)志。由于信標(biāo)可提供厘米量級(jí)的位置精度，因此可用于校正列車(chē)實(shí)際運(yùn)行距離。信標(biāo)分有源信標(biāo)和無(wú)源信標(biāo)兩種。有源信標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)車(chē)地的雙向通信；無(wú)源信標(biāo)類(lèi)似于非接觸式IC卡，在列車(chē)經(jīng)過(guò)信標(biāo)所在位置時(shí)，安裝在列車(chē)上的天線發(fā)射的電磁波激勵(lì)信標(biāo)工作，并傳遞絕對(duì)位置信息給列車(chē)。軌道交通系統(tǒng)中所使用的信標(biāo)大多為無(wú)源信標(biāo)，被安裝在軌道沿線，為列車(chē)提供精確的絕對(duì)位置參考點(diǎn)，或提供線路坡度、彎度等信息[5]。

1.2 系統(tǒng)組成

利用RFID標(biāo)簽作為軌旁定位中的信標(biāo)，利用安裝在列車(chē)上的讀寫(xiě)器實(shí)時(shí)讀取標(biāo)簽再傳遞到服務(wù)器進(jìn)行映射，進(jìn)而得到列車(chē)的實(shí)時(shí)定位，這樣就構(gòu)建了一個(gè)基于RFID技術(shù)的軌道車(chē)輛實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。該定位系統(tǒng)主要由RFID標(biāo)簽、RFID讀寫(xiě)器和后臺(tái)服務(wù)器3部分組成，各部分功能如下所述[6?9]：

（1） RFID標(biāo)簽。安裝在軌道上且具有唯一標(biāo)簽ID的RFID標(biāo)簽，車(chē)輛電子標(biāo)簽安裝于軌道或者運(yùn)行軌跡的合適位置，安裝時(shí)注意避免危險(xiǎn)區(qū)域。遇到雨雪天氣應(yīng)及時(shí)清除，在日常巡檢時(shí)應(yīng)注意檢查標(biāo)簽是否完好。

（2） RFID讀寫(xiě)器。安裝于列車(chē)上，能夠全天候自動(dòng)采集安裝在軌道上的RFID標(biāo)簽的ID，并通過(guò)無(wú)線模塊（可以選擇WiFi，GPRS，WCDMA等方式）傳輸?shù)胶笈_(tái)服務(wù)器的管理軟件進(jìn)行處理，該設(shè)備主要包括讀出裝置主機(jī)、微波收發(fā)天線、無(wú)線模塊幾個(gè)部分。安裝時(shí)需要保證電源的穩(wěn)定并避免外部環(huán)境可能對(duì)設(shè)備造成的損壞。

（3） 后臺(tái)服務(wù)器。后臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行管理軟件、人機(jī)程序及數(shù)據(jù)庫(kù)，接收并處理來(lái)自讀寫(xiě)器的標(biāo)簽ID數(shù)據(jù)，考慮到無(wú)線傳輸延遲不大，因此可以看作系統(tǒng)近似實(shí)時(shí)地反映了車(chē)輛的實(shí)際物理位置。

1.3 系統(tǒng)工作流程

基于RFID技術(shù)的軌道車(chē)輛實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)工作流程如圖1所示，首先將安置于軌道的RFID標(biāo)簽ID與其對(duì)應(yīng)的物理位置存儲(chǔ)在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，然后當(dāng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)此位置標(biāo)簽處時(shí)，由安裝于車(chē)輛的RFID讀寫(xiě)器標(biāo)簽ID進(jìn)行讀取后發(fā)送到后臺(tái)服務(wù)器，后臺(tái)服務(wù)器運(yùn)行的管理軟件根據(jù)標(biāo)簽ID查找服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)，得到當(dāng)前車(chē)輛的物理位置。基于RFID技術(shù)的軌道車(chē)輛實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)安裝如圖2所示，其中RFID讀寫(xiě)器和RFID標(biāo)簽、后臺(tái)服務(wù)器均為獨(dú)立設(shè)備，過(guò)車(chē)時(shí)分別獨(dú)立工作。

2 結(jié) 語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的基于RFID技術(shù)的定位系統(tǒng)具有實(shí)施方便、精度高和密閉空間內(nèi)工作等優(yōu)勢(shì)，可以被廣泛應(yīng)用于鐵路物流系統(tǒng)、地鐵以及車(chē)輛站段的調(diào)度。實(shí)際應(yīng)用中采用何種定位技術(shù)，取決于具體需求和現(xiàn)場(chǎng)情況及費(fèi)用預(yù)算等多方面因素。同時(shí)，隨著各種技術(shù)的不斷發(fā)展和突破，未來(lái)會(huì)有更多先進(jìn)的列車(chē)定位技術(shù)問(wèn)世。

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