射頻識(shí)別定位技術(shù)在高鐵接觸網(wǎng)定位中的應(yīng)用

李 剛 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司杭州供電段

1 射頻識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介

無線射頻識(shí)別即射頻識(shí)別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)，是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對(duì)記錄媒體(電子標(biāo)簽或射頻卡)進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識(shí)別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。

1.1 射頻識(shí)別技術(shù)定義

無線射頻識(shí)別技術(shù)通過無線電波不接觸快速信息交換和存儲(chǔ)技術(shù)，通過無線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，然后連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，加以實(shí)現(xiàn)非接觸式的雙向通信，從而達(dá)到了識(shí)別的目的，用于數(shù)據(jù)交換，串聯(lián)起一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng)。在識(shí)別系統(tǒng)中，通過電磁波實(shí)現(xiàn)電子標(biāo)簽的讀寫與通信。根據(jù)通信距離，可分為近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)，為此讀/寫設(shè)備和電子標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)交換方式也對(duì)應(yīng)地被分為負(fù)載調(diào)制和反向散射調(diào)制。

1.2 射頻識(shí)別技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

1.2.1 RFID 系統(tǒng)由以下幾部分組成

（1）RFID 標(biāo)簽。由芯片和耦合元件組成，每個(gè)標(biāo)簽配屬唯一ID；

（2）讀寫器。讀取和寫入RFID 標(biāo)簽信息，是RFID 標(biāo)簽進(jìn)行信息數(shù)據(jù)交換的終端設(shè)備分移動(dòng)式和固定式2種；

（3）天線。在RFID 標(biāo)簽和讀寫器之間傳輸射頻信號(hào)，是RFID系統(tǒng)的中間件設(shè)備。

1.2.2 RFID系統(tǒng)的工作原理

閱讀器將要發(fā)送的信息編碼后加載于特定頻率的載波信號(hào)，當(dāng)閱讀器進(jìn)入 RFID 標(biāo)簽特定的讀取范圍之內(nèi)，即閱讀器的磁場(chǎng)覆蓋 RFID 標(biāo)簽時(shí)，RFID 標(biāo)簽接收閱讀器發(fā)射的射頻信號(hào)，利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)向閱讀器發(fā)送存儲(chǔ)在 RFID 標(biāo)簽芯片中的信息。對(duì)于經(jīng)過加密的 RFID 標(biāo)簽，接收閱讀器發(fā)送的射頻信號(hào)后，RFID 標(biāo)簽對(duì)射頻信號(hào)通過解碼和解密，對(duì)請(qǐng)求、密碼、權(quán)限等進(jìn)行判斷，判斷是否為非法讀取，若非法將不發(fā)射信號(hào)。

2 RFID在鐵路接觸網(wǎng)定位中的應(yīng)用

2.1 鐵路接觸網(wǎng)支柱自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)

2.1.1 工作原理

在鐵路沿線所有接觸網(wǎng)支柱（軟橫跨支柱、鋼柱）安裝電子標(biāo)簽；在所有區(qū)段站、編組站、大型貨運(yùn)站和分界站安置地面識(shí)別設(shè)備；對(duì)列車經(jīng)過的接觸網(wǎng)支柱信息進(jìn)行準(zhǔn)確的無接觸式識(shí)別，讀取；經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后為鐵路管理信息系統(tǒng)等提供接觸網(wǎng)支柱實(shí)時(shí)追蹤管理所需的準(zhǔn)確的、實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)信息。從而建立一個(gè)鐵路接觸網(wǎng)支柱、標(biāo)識(shí)、屬性和位置等信息的計(jì)算機(jī)自動(dòng)報(bào)告采集系統(tǒng)。由于車速較高，該系統(tǒng)屬于高頻系統(tǒng)。

2.1.2 工作流程

對(duì)系統(tǒng)及供電等進(jìn)行自檢→列車出發(fā)，傳感器工作→啟動(dòng)RF射頻→天線開始工作，接收電子標(biāo)簽反射的信號(hào)，識(shí)別標(biāo)簽→由讀出計(jì)算機(jī)對(duì)調(diào)波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、譯碼、處理→并計(jì)算、計(jì)數(shù)、標(biāo)簽定位→傳至管理系統(tǒng)、再進(jìn)行系統(tǒng)比對(duì)。

2.1.3 主要構(gòu)成

（1）接觸網(wǎng)支柱電子標(biāo)簽。安裝在支柱的中梁上，相當(dāng)于每根支柱的“身份證”。

（2）管理系統(tǒng)。機(jī)房配置專用計(jì)算機(jī)，把計(jì)算機(jī)傳來的信息進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，并按通信協(xié)議和規(guī)程轉(zhuǎn)發(fā)給管理系統(tǒng)和比對(duì)系統(tǒng)。

（3）比對(duì)系統(tǒng)。比對(duì)管理設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，是否與系統(tǒng)內(nèi)部信息一致，為車輛管理和設(shè)備維護(hù)提供可靠信息。

（4）標(biāo)簽編程網(wǎng)絡(luò)。標(biāo)簽安裝前在每個(gè)支柱包涵的設(shè)備信息寫入標(biāo)簽內(nèi)存的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要目的是記錄保存建立的接觸網(wǎng)信息，方便后期信息調(diào)取與維護(hù)。

2.2 方案實(shí)施

考慮到施工和維護(hù)方便，電子標(biāo)簽的安裝位置選擇在鐵路線路兩側(cè)的接觸網(wǎng)支柱上，每隔5 km～6 km 上下行線各安裝1組電子標(biāo)簽。射頻閱讀器安裝在高速檢測(cè)列車的車窗內(nèi)側(cè)，閱讀器朝向電子標(biāo)簽安裝的接觸網(wǎng)支柱。電子標(biāo)簽及射頻閱讀器安裝示意如圖1。

圖1 電子標(biāo)簽及射頻閱讀器安裝示意

電子標(biāo)簽安裝高度應(yīng)在2.2 m，此高度應(yīng)為標(biāo)簽的中心點(diǎn)到軌面的距離，確認(rèn)射頻卡的正面朝向線路方向，并且電子標(biāo)簽正面無任何金屬遮擋，電子標(biāo)簽的 卡號(hào)打印在每個(gè)標(biāo)簽的背面，安裝完成后需要記錄每個(gè)標(biāo)簽卡號(hào)對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)確線路里程值和安裝的接觸網(wǎng)支柱號(hào)。電子標(biāo)簽卡號(hào)位置如圖2所示。

圖2 電子標(biāo)簽卡及卡號(hào)

采用如圖3所示安裝支架將電子標(biāo)簽固定在接觸網(wǎng)支柱上，現(xiàn)場(chǎng)完成安裝的標(biāo)簽如圖4所示。

圖3 電子標(biāo)簽安裝支架

圖4 電子標(biāo)簽安裝完成

當(dāng)列車高速通過安裝有電子標(biāo)簽的接觸網(wǎng)支柱時(shí)，車內(nèi)的射頻閱讀器可瞬時(shí)獲取到標(biāo)簽信息和標(biāo)簽?zāi)芰孔V，系統(tǒng)的信號(hào)采集設(shè)備可自動(dòng)記錄標(biāo)簽?zāi)芰孔罡呶唬俳?jīng)服務(wù)器由基于RFID 里程修正模型進(jìn)行精算處理后，獲得精確的線路實(shí)時(shí)里程。

2.3 射頻識(shí)別技術(shù)在鐵路接觸網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)際意義

將射頻識(shí)別技術(shù)應(yīng)用于鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備管理中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備備件的管理自動(dòng)化，大幅提高管理效率，該技術(shù)具有快速、準(zhǔn)確、可靠等多方面的優(yōu)勢(shì)，完全適應(yīng)鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備管理的新需求。

基于射頻識(shí)別(RFID)定位技術(shù)，接觸網(wǎng)支柱準(zhǔn)確定位不僅僅只用于檢測(cè)定位，對(duì)于機(jī)車運(yùn)行中的參考定位也極有好處。如機(jī)車過分相、分段，行車路徑的記錄，以及機(jī)車信號(hào)等都不失為一個(gè)很好的輔助方案。目前國內(nèi)的接觸網(wǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)庫都是線條式數(shù)據(jù)庫，即站與區(qū)間交替，上、下行分離，各建一條線路的數(shù)據(jù)庫。因此站場(chǎng)只有一條股道被記錄入數(shù)據(jù)庫，忽略其他股道，也沒有其他繞行線路及聯(lián)絡(luò)線的數(shù)據(jù)。在檢測(cè)之后不能確定檢測(cè)的站場(chǎng)是哪股道，甚至其準(zhǔn)確位置。在鐵路快速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)應(yīng)用如此普及，特別需要設(shè)備的整體管理。因此基于射頻識(shí)別(RFID)定位技術(shù)的形式管理所有的鐵路設(shè)備，配合自動(dòng)定位系統(tǒng)準(zhǔn)確有效，節(jié)省人力物力，為早日實(shí)現(xiàn)鐵路數(shù)據(jù)化管理打下基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

高速鐵路軌道、牽引供電、通信、信號(hào)等基礎(chǔ)設(shè)施相互之間關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，影響因素多，為保障高速列車行車安全，不僅需要對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行高質(zhì)量動(dòng)態(tài)檢測(cè)，同時(shí) 需要對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，對(duì)高速列車運(yùn)行品質(zhì)及基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)變化規(guī)律做出評(píng)價(jià)，為高速鐵路運(yùn)營安全評(píng)估和指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)維修提供技術(shù)支撐。