基于RFID的軌道車輛實時定位系統設計

喻春雨等

摘 要： 為了使目前軌道車輛運行效率提高，采用射頻識別RFID技術對軌道車輛的物理位置進行實時監測的方法，提出一種利用RFID技術對軌道車輛進行實時定位的系統，并介紹該實時定位系統的設計方案、組成及工作原理，主要包括RFID標簽安置、RFID讀寫及與后臺服務器通信等技術。系統運行性能結果表明利用RFID技術對軌道車輛進行實時定位具有精度高、環境適用性強等優點，在地鐵和企業廠段的軌道車輛實時定位中具有良好的應用前景。

關鍵字： 軌旁定位； 信標； RFID； 實時監控； 定位系統

中圖分類號： U231.7 文獻標識碼： A 文章編號： 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題的首選方案，近年來，國內越來越多的城市興建了地鐵和輕軌。由于軌道交通列車具有運行密度高、站間距離近的特點，其較高安全性的保證是至關重要的，因此，需要對列車在線路中位置進行實時精準監控[1]。

對軌道上運行列車進行實時精確定位是保證安全、發揮效率、提供最佳服務的前提。目前，對列車定位方法主要分為兩類：一類是軌旁定位技術；另一類是車載列車定位技術。其中，軌旁定位技術主要利用軌旁及車載設備對列車進行實時跟蹤，通常細化為軌道電路定位、信標定位、電纜環線定位、裂縫波導定位、擴頻電臺定位等方法。車載列車定位技術主要采用安全型編碼里程計方法。GPS或A?GPS是目前應用較廣泛的實時定位技術，它們通常被歸為車載定位技術范疇。其優點是實施方便、費用低；缺點是存在位置漂移，并且在隧道等密閉空間內無法使用。RFID技術經過幾十年發展已經日趨成熟，在我國車號識別技術中得到大規模、長時間應用。因此，本文基于RFID技術，設計了軌道車輛實時定位系統，它屬于軌旁定位技術，是信標方法的一種具體實現，即采用布置在軌道上的RFID標簽作為信標，利用安裝在列車上的讀寫器讀取標簽獲取列車實時地理信息，從而提高列車運行安全性和效率，為城市交通提供便利[2?4]。

1 定位系統組成及工作原理

1.1 信標定位技術

信標是安裝在線路沿線反映線路絕對位置的物理標志。由于信標可提供厘米量級的位置精度，因此可用于校正列車實際運行距離。信標分有源信標和無源信標兩種。有源信標可以實現車地的雙向通信；無源信標類似于非接觸式IC卡，在列車經過信標所在位置時，安裝在列車上的天線發射的電磁波激勵信標工作，并傳遞絕對位置信息給列車。軌道交通系統中所使用的信標大多為無源信標，被安裝在軌道沿線，為列車提供精確的絕對位置參考點，或提供線路坡度、彎度等信息[5]。

1.2 系統組成

利用RFID標簽作為軌旁定位中的信標，利用安裝在列車上的讀寫器實時讀取標簽再傳遞到服務器進行映射，進而得到列車的實時定位，這樣就構建了一個基于RFID技術的軌道車輛實時定位系統。該定位系統主要由RFID標簽、RFID讀寫器和后臺服務器3部分組成，各部分功能如下所述[6?9]：

（1） RFID標簽。安裝在軌道上且具有唯一標簽ID的RFID標簽，車輛電子標簽安裝于軌道或者運行軌跡的合適位置，安裝時注意避免危險區域。遇到雨雪天氣應及時清除，在日常巡檢時應注意檢查標簽是否完好。

（2） RFID讀寫器。安裝于列車上，能夠全天候自動采集安裝在軌道上的RFID標簽的ID，并通過無線模塊（可以選擇WiFi，GPRS，WCDMA等方式）傳輸到后臺服務器的管理軟件進行處理，該設備主要包括讀出裝置主機、微波收發天線、無線模塊幾個部分。安裝時需要保證電源的穩定并避免外部環境可能對設備造成的損壞。

（3） 后臺服務器。后臺服務器運行管理軟件、人機程序及數據庫，接收并處理來自讀寫器的標簽ID數據，考慮到無線傳輸延遲不大，因此可以看作系統近似實時地反映了車輛的實際物理位置。

1.3 系統工作流程

基于RFID技術的軌道車輛實時定位系統工作流程如圖1所示，首先將安置于軌道的RFID標簽ID與其對應的物理位置存儲在服務器數據庫，然后當車輛經過此位置標簽處時，由安裝于車輛的RFID讀寫器標簽ID進行讀取后發送到后臺服務器，后臺服務器運行的管理軟件根據標簽ID查找服務器數據庫，得到當前車輛的物理位置。基于RFID技術的軌道車輛實時定位系統安裝如圖2所示，其中RFID讀寫器和RFID標簽、后臺服務器均為獨立設備，過車時分別獨立工作。

2 結 語

本文設計的基于RFID技術的定位系統具有實施方便、精度高和密閉空間內工作等優勢，可以被廣泛應用于鐵路物流系統、地鐵以及車輛站段的調度。實際應用中采用何種定位技術，取決于具體需求和現場情況及費用預算等多方面因素。同時，隨著各種技術的不斷發展和突破，未來會有更多先進的列車定位技術問世。

參考文獻

[1] 田學薇，劉曉娟.全自動無人駕駛軌道通列車定位技術[J].城市軌道交通研究，2007（12）：51?54.

[2] 宋鵬飛.基于GPS/GPRS/RFID的車輛監控終端設計[J].微計算機信息，2009（11）：236?238.

[3] 何蘇勤.基于RFID技術及GSM/GPS的車臺系統[J].微電子學與計算機，2004，21（10）：74?76.

[4] 武亞昆.基于射頻識別技術的列車運行控制系統的優化設計與實現[J].城市軌道交通研究，2004（5）：57?60.

[5] 沖蕾，馬子彥.城市軌道交通中信標的應用研究[J].城市軌道交通研究，2010（12）：54?56.

[6] 徐書芳，王金海，宮玉龍.基于RFID冷鏈運輸監測網絡的研究與設計[J].電子技術應用，2013，39（7）：69?72.

[7] 王少飛.基于RFID技術的快速公交（BRT）車輛定位方案[J].智能建筑與城市信息，2012（12）：80?85.

[8] 孟祥忠，張志剛，李宗明.基于RFID技術的礦井運輸車輛定位跟蹤監控系統研究[J].中國煤炭，2012，38（4）：61?64.

[9] 王琮.超高頻射頻標簽技術在AFC清分中心系統的應用研究[J].軌道交通，2009（12）：49?51.