RFID技術在鐵路封鎖中的應用

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RFID技術在鐵路封鎖中的應用

來源：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布時間：2010/11/24

　　　射頻識別技術RadioFrequencyIdentificationRFID是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術。該技術在世界范圍內(nèi)正被廣泛應用，在我國雖起步較晚，但正逐步得到應用，如鐵路車號自動識別技術等。本文在簡要介紹RFID技術的基礎上，探討RFID技術在鐵路施封鎖中的應用。
　　1、RFID技術簡介
　　RFID技術是一種利用射頻信號通過空間耦合(交變磁場或電磁場)實現(xiàn)無接觸資訊傳遞，并通過所傳遞的資訊實現(xiàn)對靜止或移動目標進行識別的技術。
　　1.1RFID技術的組成
　　RFID技術通常由電子標簽(又稱射頻標簽)和閱讀器又稱(讀出裝置)組成。
　　(1)電子標簽(Tag)。電子標簽記憶體內(nèi)存貯有一定格式的電子數(shù)據(jù)常以此作為待識別物品的標識性資訊，應用中將電子標簽附著在待識別物品上。閱讀器與電子標簽可按約定的通信協(xié)議互傳資訊，通常的情況是由閱讀器向電子標簽發(fā)送命令電子標簽根據(jù)收到的命令將記憶體的標識性數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。這種通信是在無接觸方式下，利用交變磁場或電磁場的空間耦合及射頻信號調(diào)制與解調(diào)技術加以實現(xiàn)的。
　　電子標簽具有各種形狀，但不是任意形狀都能滿足閱讀距離及工作頻率的要求，必須根據(jù)系統(tǒng)的工作原理設計合適的天線外形及尺寸。電子標簽通常由標簽天線(或線圈)及標簽晶片組成。標簽晶片即相當于一個具有無線收發(fā)功能及存貯功能的單片系統(tǒng)(SoC)標簽晶片上的內(nèi)存部分用以儲存識別號碼或其它數(shù)據(jù)。
　　(2)閱讀器。典型的閱讀器含有高頻模塊(發(fā)送器和接收器)、控制單元及閱讀器天線許多閱讀器還有附加接口(如RS232RS485紅外以太網(wǎng)接口等)，以便將所獲得的數(shù)據(jù)傳向應用系統(tǒng)或從應用系統(tǒng)接收命令。
　　在多數(shù)RFID系統(tǒng)中，閱讀器在一個區(qū)域內(nèi)發(fā)射能量形成電磁場，其區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸。閱讀器發(fā)送的信號通常提供時鐘信號及電子標簽所需的足夠能量，其中的時鐘信號使數(shù)據(jù)同步從而簡化了系統(tǒng)的設計。閱讀器接收到數(shù)據(jù)后解碼并進行錯誤校驗來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后通過RS232、RS422、RS485或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計算機網(wǎng)絡。
　　簡單的RFID產(chǎn)品是一種非接觸的IC。卡而復雜的RFID產(chǎn)品能通過與外部傳感器接口的連接來測量、記錄不同的參數(shù)，甚至可與GPS系統(tǒng)連接來跟蹤物體。
　　1.2、RFID技術的優(yōu)勢
　　1通過射頻信號自動識別目標，無需可見光源。
　　2具有穿透性，可以透過外部材料直接讀取數(shù)據(jù)，保護外部包裝，節(jié)省開箱時間。
　　3射頻產(chǎn)品可在惡劣環(huán)境下工作，對環(huán)境要求低。
　　4讀取距離遠，無需與目標接觸就可得到數(shù)據(jù)。
　　5支持寫入數(shù)據(jù)，無需重新制作新的標簽。
　　6使用防沖突技術，能夠同時處理多個射頻標簽，適用于批量識別場合。
　　7可以對RFID標簽所附著的物體進行追蹤定位，提供位置信息。
　　1.3、RFID技術的應用
　　射頻識別技術以其獨特的優(yōu)勢，逐漸被廣泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運輸控制管理等領域。隨著大型積體電路技術的進步及生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，射頻識別產(chǎn)品的成本將不斷降低其應用將越來越廣泛。
　　2、RFID技術在鐵路貨車施封鎖中應用的探討
　　2.1、現(xiàn)有鐵路貨車用施封鎖存在的不足
　　現(xiàn)有鐵路貨車用施封鎖(棚車、罐車及集裝箱)均為鋼質(zhì)施封鎖。此類施封鎖雖具有結構簡單、成本低等特點，但存在以下不足：
　　(1)施封、破封、保管、登記等均為手工作業(yè)，差錯率高。
　　(2)檢查只能由貨運人員或貨運檢查人員逐車、逐個現(xiàn)場檢查，作業(yè)效率低下。
　　(3)所記載的標識只有局別、施封站(或?qū)Ｓ镁€)和封號，無法提供諸如施封時間、施封人等信息。
　　(4)一旦中途破封，無法記錄破封時間，不利于貨運事故的分析和公安破案。
　　(5)只能人工檢查，無法實現(xiàn)檢查的自動化、現(xiàn)代化，管理手段落后。
　　(6)檢查信息只能停留在作業(yè)班組或車站，無法及時將檢測信息上傳，不能實現(xiàn)信息資源共享。
　　(7)不能使貨主或上級管理部門對重點貨物、重點車輛的施封狀態(tài)進行跟蹤，無法實時掌握貨物狀態(tài)，不能為客戶提供及時的物流信息。
　　針對目前鐵路使用鋼制施封鎖的問題，北京鐵路局已開始探索研究RFID鐵路貨車用施封鎖，以提高施封的技術含量，實現(xiàn)施封作業(yè)的現(xiàn)代化。
　　2.2、RFID施封鎖系統(tǒng)的構成
　　RFID施封鎖系統(tǒng)由門鎖狀態(tài)傳感器、射頻鎖卡標簽、閱讀天線、手持讀寫器(手持機)、車序子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、車號子系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)構成。
　　(1)射頻鎖卡標簽此標簽固定于車門外側，以便于固定式或手持式閱讀器讀取施封信息。該卡片無須外部供電，工作環(huán)境溫度為-45至+85攝氏度。鎖卡的內(nèi)含數(shù)據(jù)可在120km/h的速度下被10m范圍內(nèi)的固定閱讀天線讀取，其外殼堅固，完全適應貨物列車的惡劣運行環(huán)境。鎖卡在被設置激活后通過門鎖狀態(tài)傳感器檢測車門或集裝箱門的狀態(tài)，并供固定閱讀器或手持讀寫器讀寫識別。
　　(2)門鎖狀態(tài)傳感器。此傳感器為無源傳感器置于車門內(nèi)側，用于實時監(jiān)測車門狀態(tài)。
　　(3)固定閱讀器。露天放置于列車進站時的線路兩側，在列車通過時讀取射頻鎖卡標簽信息。固定閱讀器為可讀寫射頻鎖卡的工業(yè)級射頻識別裝置，可在10m范圍內(nèi)對速度120km/h的鎖卡進行讀取。
　　(4)手持閱讀器。用于貨運或貨運檢查人員對靜止車輛的射頻鎖卡標簽進行施封、檢封、補封、解封等操作。手持閱讀器結合貨運檢查作業(yè)流程，可在1.5m范圍內(nèi)對鎖卡進行讀寫，并記錄所有的歷史操作。閱讀器具有無線數(shù)據(jù)傳輸通道，歷史操作記錄可自動上傳至服務器，形成數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)記錄。手持閱讀器由內(nèi)部的鋰離子二次電池供電，一次充電可供正常操作2周。
　　(5)主控計算機。實時采集射頻鎖卡標簽信息，并與鐵路信息系統(tǒng)相聯(lián)接，及時將采集的射頻鎖卡標簽信息上傳。
　　2.3、RFID施封鎖系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及計算機網(wǎng)絡組成
　　固定閱讀器及手持閱讀器中的數(shù)據(jù)經(jīng)通信子系統(tǒng)傳輸至服務器與順位系統(tǒng)車號，系統(tǒng)提供的順位號及車號匹配后生成數(shù)據(jù)記錄，錄入本地數(shù)據(jù)庫。本地數(shù)據(jù)庫將有效數(shù)據(jù)中的重要數(shù)據(jù)經(jīng)過鐵路信息網(wǎng)匯總至站段。
　　2.4、RFID施封鎖系統(tǒng)指標
　　(1)固定閱讀器可支持列車以120km/h的最高速度通過，并準確讀取射頻鎖卡標簽內(nèi)的施封信息。
　　(2)固定閱讀器的閱讀距離不小于10m。
　　(3)手持閱讀器可在1.5m范圍內(nèi)讀寫射頻鎖卡標簽中的數(shù)據(jù)，包括重置標簽中標志鎖狀態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)。
　　(4)手持閱讀器具有鍵盤，顯示屏和至少128kBytes的歷史記錄存儲器，并可利用商品化的通用存儲器進行擴展。
　　(5)標簽卡外形尺寸不超過91mm*59mm*8mm。
　　(6)工作環(huán)境溫度為-40-85攝氏度。
　　(7)密碼鎖、標簽卡使用壽命大于5年。
　　(8)系統(tǒng)誤碼率：小于十萬分之一。
　　2.5、RFID施封鎖工作流程
　　(1)施封。棚車罐車或集裝箱裝載完畢后，貨運人員利用手持閱讀器將施封信息，如施封站、封印內(nèi)容、流水號、施封日期、時間、施封人等寫入位于車門(蓋)表面的射頻鎖卡標簽中并將標簽內(nèi)數(shù)據(jù)中的鎖狀態(tài)位鎖定在運輸全過程中，若車門始終未被打開，則標志鎖。狀態(tài)位始終保持為鎖定。
　　(2)檢封。射頻識別卡在運輸?shù)娜虒崟r檢測門鎖狀態(tài)，一旦門鎖被打開，卡中的鎖狀態(tài)位立即變?yōu)殚_鎖狀態(tài)，并將鎖第一次被打開的時間自動記錄在卡中以便查詢，即便門鎖再次閉鎖，鎖狀態(tài)位仍然為開鎖狀態(tài)。當列車高速通過位于鐵路兩側的固定閱讀器時，系統(tǒng)會檢測每一個鎖卡中的數(shù)據(jù)，將其內(nèi)含的封印信息自動與鐵路生產(chǎn)網(wǎng)中的電子票據(jù)比對并打印輸出，且可在有施封無效的車輛出現(xiàn)時進行報警，以提高貨運檢查作業(yè)的針對性。在途中發(fā)生失竊案件后，鐵路公安部門可通過卡中提供的門鎖打開時間來推斷作案時間、地點、嫌疑人等。對于可疑的施封，貨運檢查人員也可通過使用手持機對密碼門鎖狀態(tài)進行檢查。
　　(3)補封。對于高速在線檢測系統(tǒng)檢測后確認需要補封的車輛門鎖，經(jīng)有關部門檢查、核實并授權后，可由貨運檢查或貨運人員關閉車門，并用手持機對卡內(nèi)鎖狀態(tài)數(shù)據(jù)進行復位(置于"0")，并寫入補封信息，如施封站、封印內(nèi)容、流水號、施封日期、時間施、封人等，相應補封記錄可通過無線通道傳回貨運檢查室的計算機。
　　(4)啟封。對于到站車輛，由相關工作人員用手持閱讀器對卡內(nèi)鎖狀態(tài)進行檢查，并進行啟封處理，處理過程通過無線通道傳回貨運室的計算機。
　　2.6、RFID施封鎖系統(tǒng)的優(yōu)點
　　1施封、補封、解封、信息讀取等均為計算機控制，沒有或較少人為干預，差錯率小。
　　2列車以120km/h的速度通過時，可被固定閱讀器自動識別、讀取，大大提高了對施封檢查的作業(yè)效率。
　　3可以在線實時檢測棚車及集裝箱的施封是否有效，實現(xiàn)了施封鎖檢查的自動化、現(xiàn)代化，增加了貨運檢查作業(yè)的針對性。
　　4有利于鐵路管理部門依靠現(xiàn)有鐵路網(wǎng)絡，形成鐵路貨運物流管理系統(tǒng)，使貨主或上級管理部門對重點貨物、重點車輛的施封狀態(tài)進行跟蹤，實時掌握貨物狀態(tài)，為客戶提供及時的物流信息。
　　5除提供施封站(專用線)和封號等信息外，還可提供施封日期、時間、施封人等信息。
　　6中途破封時，可以記錄破封時間，有利于貨運事故的分析和公安破案。

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