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RFID技術(shù)在鐵路封鎖中的應(yīng)用

來源：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布時間：2010/11/24
　　　射頻識別技術(shù)RadioFrequencyIdentificationRFID是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動識別技術(shù)。該技術(shù)在世界范圍內(nèi)正被廣泛應(yīng)用，在我國雖起步較晚，但正逐步得到應(yīng)用，如鐵路車號自動識別技術(shù)等。本文在簡要介紹RFID技術(shù)的基礎(chǔ)上，探討RFID技術(shù)在鐵路施封鎖中的應(yīng)用。
　　1、RFID技術(shù)簡介
　　RFID技術(shù)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(biāo)進(jìn)行識別的技術(shù)。
　　1.1RFID技術(shù)的組成
　　RFID技術(shù)通常由電子標(biāo)簽(又稱射頻標(biāo)簽)和閱讀器又稱(讀出裝置)組成。
　　(1)電子標(biāo)簽(Tag)。電子標(biāo)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(biāo)識性資訊，應(yīng)用中將電子標(biāo)簽附著在待識別物品上。閱讀器與電子標(biāo)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(biāo)簽發(fā)送命令電子標(biāo)簽根據(jù)收到的命令將記憶體的標(biāo)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(shù)加以實現(xiàn)的。
　　電子標(biāo)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(shè)計合適的天線外形及尺寸。電子標(biāo)簽通常由標(biāo)簽天線(或線圈)及標(biāo)簽晶片組成。標(biāo)簽晶片即相當(dāng)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(biāo)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(yīng)用系統(tǒng)或從應(yīng)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(biāo)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(shè)計。閱讀器接收到數(shù)據(jù)后解碼并進(jìn)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(jī)網(wǎng)絡(luò)。
　　簡單的RFID產(chǎn)品是一種非接觸的IC?？ǘ鴱?fù)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(shù)的優(yōu)勢
　　1通過射頻信號自動識別目標(biāo)，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(hù)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(yuǎn)，無需與目標(biāo)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(biāo)簽。
　　6使用防沖突技術(shù)，能夠同時處理多個射頻標(biāo)簽，適用于批量識別場合。
　　7可以對RFID標(biāo)簽所附著的物體進(jìn)行追蹤定位，提供位置信息。
　　1.3、RFID技術(shù)的應(yīng)用
　　射頻識別技術(shù)以其獨特的優(yōu)勢，逐漸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運(yùn)輸控制管理等領(lǐng)域。隨著大型積體電路技術(shù)的進(jìn)步及生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，射頻識別產(chǎn)品的成本將不斷降低其應(yīng)用將越來越廣泛。
　　2、RFID技術(shù)在鐵路貨車施封鎖中應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yùn)人員或貨運(yùn)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(biāo)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(yùn)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(jìn)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(shù)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(gòu)成
　　RFID施封鎖系統(tǒng)由門鎖狀態(tài)傳感器、射頻鎖卡標(biāo)簽、閱讀天線、手持讀寫器(手持機(jī))、車序子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、車號子系統(tǒng)、計算機(jī)軟件系統(tǒng)構(gòu)成。
　　(1)射頻鎖卡標(biāo)簽此標(biāo)簽固定于車門外側(cè)，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(yīng)貨物列車的惡劣運(yùn)行環(huán)境。鎖卡在被設(shè)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(cè)，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(jìn)站時的線路兩側(cè)，在列車通過時讀取射頻鎖卡標(biāo)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(jìn)行讀取。
　　(4)手持閱讀器。用于貨運(yùn)或貨運(yùn)檢查人員對靜止車輛的射頻鎖卡標(biāo)簽進(jìn)行施封、檢封、補(bǔ)封、解封等操作。手持閱讀器結(jié)合貨運(yùn)檢查作業(yè)流程，可在1.5m范圍內(nèi)對鎖卡進(jìn)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(wù)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(jī)。實時采集射頻鎖卡標(biāo)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(biāo)簽信息上傳。
　　2.3、RFID施封鎖系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(biāo)
　　(1)固定閱讀器可支持列車以120km/h的最高速度通過，并準(zhǔn)確讀取射頻鎖卡標(biāo)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(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，包括重置標(biāo)簽中標(biāo)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(jìn)行擴(kuò)展。
　　(5)標(biāo)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(biāo)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(yùn)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(biāo)簽中并將標(biāo)簽內(nèi)數(shù)據(jù)中的鎖狀態(tài)位鎖定在運(yùn)輸全過程中，若車門始終未被打開，則標(biāo)志鎖。狀態(tài)位始終保持為鎖定。
　　(2)檢封。射頻識別卡在運(yùn)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(dāng)列車高速通過位于鐵路兩側(cè)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(jìn)行報警，以提高貨運(yùn)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(yùn)檢查人員也可通過使用手持機(jī)對密碼門鎖狀態(tài)進(jìn)行檢查。
　　(3)補(bǔ)封。對于高速在線檢測系統(tǒng)檢測后確認(rèn)需要補(bǔ)封的車輛門鎖，經(jīng)有關(guān)部門檢查、核實并授權(quán)后，可由貨運(yùn)檢查或貨運(yùn)人員關(guān)閉車門，并用手持機(jī)對卡內(nèi)鎖狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)位(置于"0")，并寫入補(bǔ)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(yīng)補(bǔ)封記錄可通過無線通道傳回貨運(yùn)檢查室的計算機(jī)。
　　(4)啟封。對于到站車輛，由相關(guān)工作人員用手持閱讀器對卡內(nèi)鎖狀態(tài)進(jìn)行檢查，并進(jìn)行啟封處理，處理過程通過無線通道傳回貨運(yùn)室的計算機(jī)。
　　2.6、RFID施封鎖系統(tǒng)的優(yōu)點
　　1施封、補(bǔ)封、解封、信息讀取等均為計算機(jī)控制，沒有或較少人為干預(yù)，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(yùn)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(luò)，形成鐵路貨運(yùn)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(jìn)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(yùn)事故的分析和公安破案。
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