基于RFID技術在軌道交通中的應用

★吳敏（上海地鐵維護保障有限公司通號分公司，上海 200232）

基于RFID技術在軌道交通中的應用

★吳敏（上海地鐵維護保障有限公司通號分公司，上海 200232）

隨著軌道交通的大力發展，運營安全愈發重要。應用RFID無線射頻技術，通過站臺閱讀設備獲得位于列車兩端放置的RFID有源標簽發出的射頻信號，傳輸至車站機房內的數據處理終端，獲得列車進出某站的時間，從而明確列車具體在哪個車站或哪個區間。為行車、調度人員在列車信號系統失效時提供輔助參考信息。

軌道交通；RFID技術；記點系統

1 引言

21世紀以來，具有節能、快捷和大運量特征的城市軌道交通建設日趨受到眾多城市的重視。城市軌道交通是采用專用軌道導向運行的城市公共客運交通系統，包括地鐵系統、輕軌系統、有軌電車、單軌系統、自動導向軌道系統、市域快速軌道系統和磁浮系統。由于暢通、高效、可靠的交通出行不僅是出行者選擇出行方式的基礎，更是城市交通管理者追求的目標，所以，城市軌道交通憑借快速、便捷、安全、運量大和運輸效率高等特性，成為城市公共交通的重要組成部分。在中國已經運營軌道交通的城市中，越來越多的居民選擇乘坐軌道交通出行。

在國際化大都市的上海，城市人口的增長與交通的繁忙促進軌道交通網絡化建設和運營的不斷發展，軌道交通客流量與日俱增。龐大的客流量對于軌道交通安全、準點、可靠、高效地運行提出了更高要求。軌道交通本身為一個龐雜的體系，包含了眾多機電系統設備，依靠各方人員的配合運作，體系運轉要求高。而且上海軌道交通還處于網絡化運營的適應磨合期，呈現出網絡運營管理規模大、系統運行關聯度高、網絡客流換乘路徑多、維護保障復雜性高、突發事件影響范圍廣等網絡化運營特征。若上海軌道交通運行出現故障或異常延誤，將直接導致乘坐地鐵的人群晚點，若未及時疏散、運送滯留乘客，將波及地鐵沿線的其他交通方式，從而將對上海整個城市的交通產生巨大影響。軌道交通運行的首要要求是安全，信號系統是實現行車指揮、列車運行監控與管理所需技術措施及配套裝備的集合體，城市軌道交通的運行控制依靠信號系統，因此，信號系統應確保行車安全、提高運輸效率。信號系統經過多年發展，在保障安全方面明確了很多原則：系統應具有高可靠性和可用性，保證連續不間斷的工作；凡涉及行車安全的子系統、設備或器材必須滿足相應的安全完整度等級的要求，并滿足故障-安全的原則，但信號系統作為機電系統，其安全性、可靠性并非百分之百的。在其部分故障或功能失效時，系統降級運行。在信號系統發生故障時，主要依據各類行車規章制度及應急預案，采用人工方式控制列車運行，在這種狀況下，行車指揮人員必須確認此時區間、線路的列車占用情況，否則容易引發因處置不當而造成的列車追尾相撞等事故。因此，需要在信號系統發生故障并采用人工方式控制列車運行條件下，使行車指揮人員了解列車位置、對列車進行準確定位，從而為后續的列車運行指揮提供依據，從技術和管理方面，保障城市軌道交通的運行安全。其中，列車記點是對列車實現粗略定位的方法之一，作者作為主要負責人參與并完成了上海市軌道交通五號線的記點項目。

RFID（Radio Frequency Identification）技術，又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。射頻識別系統最重要的優點是非接觸識別，它能穿透雪、霧、冰、涂料、塵垢和條形碼無法使用的惡劣環境閱讀標簽，并且閱讀速度極快，多數情況下不到100毫秒。有源式射頻識別系統的速寫能力也是重要的優點。RFID技術因其所具備的遠距離讀取、高儲存量等特性。在城市軌道交通領域得到廣泛應用。

RFID技術的基本工作原理并不復雜，標簽進入磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送出存儲在芯片中的產品信息（無源標簽或被動標簽），或者由標簽主動發送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。如圖1所示。

圖1 RFID技術的基本工作原理

一套完整的RFID系統，是由閱讀設備與電子標簽及應用軟件系統三個部份所組成。記點系統就是這樣一套基于RFID技術的系統（如圖2所示），它把站臺閱讀器接收到的電子標簽卡信息通過485屏蔽雙絞線經電纜井至通信機房，與數據處理終端通信；車站在接收到數據的同時，將相關數據發送至相鄰車站和中央服務器。

圖2 基于RFID技術的系統

2 系統設計原則

（1）獨立于信號系統，在信號系統失效情況下，能夠作為調度員和車站值班員判斷列車位置的輔助手段。

（2）通過對正線列車定位（識辨區域包括站臺、交路折返線、存車線等）的實現，提供車站自動記點功能。

（3）日常情況下，用于了解車站及相關區間的列車運營情況，有助于車站管理與列車運營之間銜接。

（4）能夠實現車次號對應：響應控制中心的調度指令，提供車次號對應（人工輸入）功能。

（5）系統所提供的自動記點功能僅作為調度員和車站值班員判斷列車位置的輔助手段，按電話閉塞法運行前的列車定位必須根據有關行車規定，由調度員人工確定。

3 系統構成

系統包括車站設備、車載設備、OCC設備，系統組成具體如圖3所示。

圖3 系統構成

（1）車載設備包括分別安裝在列車頭尾的RFID標簽（采用的是2.4G有源電子標簽卡），標簽內存儲有列車的車體號信息。標簽平時處于休眠狀態，待檢測到閱讀器場強時被喚醒。

（2）車站設備由4臺RFID閱讀器（低頻觸發式2.4G有源RFID讀卡器）、1臺數據處理器、1臺工作站（利用既有管理工作站）、軟件及供電電纜、通信電纜等組成。

（3）閱讀器讀取標簽信息，根據預設規則輸出通信報文至車站數據處理器；車站數據處理器根據預設規則判斷列車狀態并對列車運行進行記點，同時將本站記點數據傳送至OCC服務器與相鄰車站數據處理器；工作站讀取記點信息，并以列車運行日志和列車定位顯示界面的方式向調度、車站值班員展示。

（4）OCC設備由1臺應用服務器、1臺工作站和軟件構成，用于對全線的列車運行到、發狀況進行記錄及監控，形成本線列車運行日志。同時承擔其他工作，如從通信時鐘系統獲取標準時間并下發至車站設備等。OCC可將相關的列車運行日志在OCC大屏幕上顯示。

4 記點應用系統的主要功能

車站級的主要功能：

（1）車輛進入和駛離站臺區域時，識別車輛身份并記錄時間；同一站臺可同時有4輛列車處于識別區域。

（2）車站行車人員可以查看經過該站的列車上站出站時間、本站進站時間、本站出站時間、下站進站時間。

中央級的主要功能：

（1）中央調度人員可以觀察到線路上所有正在運營的車輛及當前所處區間。

（2）監控設備使用情況，包括閱讀器使用情況、電子標簽卡使用情況和車輛出庫情況。

5 記點系統顯示界面

車站顯示信息：供車站行車人員查看本站的列車進出信息，信息包括：車體號、前站出發時間、本站到達時間、本站出發時間、后站到達時間，并可查詢歷史記錄。具體如圖4所示。

圖4 記點系統顯示界面

中央顯示信息：供中央調度人員查看的線路列車動態信息圖。如圖5所示。

圖5 線路列車動態信息圖

中央服務器從車站數據終端接收到列車進站信息，列車緩慢駛入站臺區域；接收到列車出站信息，列車駛出站臺區域，進入區間；列車在區間運行時，則按上一次列車經過該區間的時間模擬勻速運行，直到中央服務器收到再次收到該列車的位置信息。

設備運行狀態：供維護人員查看記點設備運行狀態的信息，信息包括：電子標簽卡的狀態、閱讀設備的狀態以及車站數據接收終端的狀態。上面4行信息為線路所屬各個站閱讀設備接受信息的情況（綠色代表正常接收電子標簽卡發出的信息、紅色代表不能接收電子標簽卡發出的信息）；第5行信息為線路所屬各個站的車站數據接收終端是否和中央服務器能正常通信（綠色代表與中央通信正常、紅色代表無法與中央通信）；標簽欄信息為列車上的電子標簽卡電量信息（綠色代表電量充足、黃色代表電量低于20%、紅色代表電量過低于10%）。如圖6所示。

圖6 設備運行狀態

6 記點系統車站數據處理程序的原理

當列車在駛入站臺區域時，最近的閱讀器設備接收到位于列車車頭端的電子標簽卡發出的無線射頻信號并發送給車站數據接收終端，安裝在車站接收數據終端的處理程序有4組數據處理模塊組成，可供4輛列車同時處于該站臺區域；程序首先判別該信息是否為列車上的電子標簽卡出發的信息；當確認為列車上電子標簽卡發出的信息，則由空閑的1組數據處理模塊開始記錄數據（包括電子標簽卡中列車的車體號、接收到信息的閱讀器的編號、接收到信息的時間）第一條記錄該列車的時間為該列車的本站進站時間并反饋給上一站（上一站需要該列車的下站到站時間），同時更新中央服務器該列車的所處位置信息；

當列車位于某一區域時，閱讀器不斷接收到電子標簽卡的信息，被占用車體號的數據庫處理模塊不斷更新收到的收據。

當列車駛出站臺區域，位于車站的4個閱讀器都無法收到列車上的電子標簽卡信息一段時間后（這個時間可以自由設置），則判斷該列車已經駛離站臺區域，被占用的數據處理模塊判斷閱讀器收到該列車的電子標簽卡的最后時間為列車本站出站時間并反饋給下一站（下一站需要該列車的上站出站時間），同時更新中央服務器該列車的所處位置信息。

判斷上下行：優先級。

優選方案為：根據列車上站車站號判斷上下行。比如：從上一站是2號車站，本站是3號車站，則判斷為下行。

次選方案為：根據車站閱讀器讀取到的順序判斷上下行。比如：當出庫站或者折返站，無法用優選方案判斷上下行時，則根據車站4個閱讀器接受到列車上電子標簽卡的順序判斷。

7 結語

該系統經過一段時間的運行，不但將車站中有限的人工從頻繁、機械的勞動中解放出來去從事更重要的車站管理和服務，而且在信號故障時，為調度、車站值班員等行車人員提供及時、明確的列車定位運行信息，從而輔助后續運營指揮。數據正確率在99%以上，具有較好的創新性、實用性和經濟性。

[1] 歐陽潔, 鐘振遠, 羅競哲. 城市軌道交通發展現狀與趨勢[J]. 中國新技術新產品， 2008 ( 18 ) ： 32 - 32.

[2] 謝磊, 陸桑璐. 射頻識別技術——原理、協議及系統設計[M]. 北京：科學出版, 2016.

[3] 上海申通地鐵集團有限公司. 基于RFID列車定位系統的自動記點方案可實施性研究報告[Z]. 2012.

RFID-Based Application for Rail Transit Train

With the great development of rail transit systems, safe railway operation becomes much more important. Radio Frequency Identification (RFID) technology is to access the origin tagged signals, which come from RFID devices that located at the two ends of the train, by the reading devices equipped on the railway platforms. Then it transfers the signals to the data processing terminal equipment, which is located inside the train stations. After obtaining the time that a train enters-in or exits-out a station, it can identify which station or which interval between the stations the train is located at. This application can offer reference information for the train driver or dispatcher when the train signal system fails.

Urban railway system; RFID technology; Automatic time recording system

吳敏（1981-），女，上海人，工程師，現就職于上海地鐵維護保障有限公司通號分公司，研究方向為軌道交通信號。

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1003-0492(2017)04-00100-04

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