射频识别技术在中国铁路运输中的应用与发展

　　射频识别技术(RFID，Radio Frequency Identification)实际上是自动识别技术(AEI，Automatic Equipment Identification)在无线电技术方面的具体应用与发展。该项技术的基本思路是，通过采用一些先进的技术手段，实现人们对各类物体或设备 (人员、物品) 在不同状态(移动、静止或恶劣环境)下的自动识别和管理。 

　　目前作为射频自动识别技术的具体应用—铁路车号自动识别系统已安装遍布全国14个铁路局。2001年3月1日，铁道部正式联网启用车号自动识别系统，为自备车企业、合资铁路和地方铁路实现信息化智能运输管理提供了重要良机。 

1．射频识别技术简介 

　　射频识别技术是利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。它与同期或早期的接触式识别技术不同。RFID系统的电子标签和阅读器之间不用接触就可完成识别，因此它可在更广泛的场合中应用。 

　　射频识别系统一般由以下两部分组成：电子标签和阅读器。电子标签附着在被识别的物体上；阅读器可以是读或读/写装置，取决于所使用的存储器结构和技术。 

　　电子标签是将几个主要模块集成到一块芯片中，完成与阅读器的通信。芯片上有EEPROM用来储存识别码或其它数据。EEPROM容量从几比特到几万比特。 芯片外围仅需连接天线(和电池)，可以作为人员的身份识别卡或货物的标识卡。电子标签具有非接触、工作距离长、适于恶劣环境、可识别运动目标等优点。在多数RFID系统中，阅读器在一个区域内发射电磁波(区域大小取决于工作频率和天线尺寸)，电子标签内有一个LC串联谐振电路，其频率与阅读器发射的频率相同。当电子标签经过这个区域时，在电磁波的激励下，LC谐振电路产生共振，从而使电容内有了电荷。在这个电容的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存。当所积累的电荷达到一定值时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将电子标签内数据发射出去或接取阅读器的数据。阅读器接收到电子标签的数据后，解码并进行错误校验来决定数据的有效性，然后，通过RS232、RS422、RS485或无线方式将数据传送到计算机网络。

2．电子标签的编码方式 

　　在此以铁路车辆上所用的电子标签为例来说明电子标签的编码方式。标签信息中的每一位编码和地面解码器解码是利用相关联的两次谐波频率信号进行移频键控。码“0”由一个周期的20kHz的方波跟随两个周期的40kHz的方波信号构成，码“1”由两个周期的40kHz的方波跟随一个周期的20kHz的方波信号构成，整个传输过程相位是连续的。

　　车辆电子标签采用无源设计方案，电子标签内无电池，所需工作电源从照射到其上的微波射频中提取。车辆电子标签安装于车体底部。 

　　标签由用于程序所需的数据位和通用数据位两部分组成，共计128bits，8位用于程序所需，120位用于存放用户信息，用6位ASCII码表示字符，可以存储20个字符，见下表。 

　　根据铁道部部颁《铁路机车车辆自动识别设备技术条件》要求，20个字符的车辆电子标签中的标识信息可分为：车辆属性码、车种、车型、车号、换长、制造厂及制造年月等信息。 

　　车辆电子标签中的信息具有稳定不变的特点，每一个标签与对应的车辆终身结合，标签信息相当于车辆的一个终生身份证。 

3 ．铁路车号自动识别系统构成 

　　铁路车号自动识别系统主要由车辆标签、地面AEI设备、车站CPS设备、列检复示系统、分局AEI监控中心设备、标签编程网络、铁道部车号信息查询中心等部分组成。  

（1）车辆标签 

　　车辆标签作为车辆的主要配件，内部存储器中存有车号信息及车辆的技术参数信息。标签安装在被识别车辆的底部中梁上，每辆车安装一个标签。 

（2）地面AEI设备 

　　地面AEI设备主要由室外的车轮传感器、地面天线和室内的RF射频装置、读出主机、电源防雷、通讯及信号防雷等部分构成。地面AEI设备安装在铁路干线运行区间站，局、分局交界口，编组站等处。实时准确地完成对列车及车辆标签信息的采集，并将采集的信息进行处理，通过专线传至车站CPS设备。 

（3）车站CPS设备 

　　CPS管理设备安装在局、分局交界口，编组站，大小货站主机房，完成AEI采集数据的处理，并向列检复示系统和TMIS 系统转发数据。 

（4）列检复示系统 

　　复示车站CPS设备转发的车号数据信息，为车辆管理和设备维护提供可靠信息。 

（5）分局AEI监控中心设备 

　　分局AEI监控中心监测AEI的工作状态，协调、指挥AEI设备维护，确保AEI工作状态良好，实时接收本分局交界口AEI采集的列车和车号数据，并接收各台AEI产生的故障信息和设备状态信息，通过对故障信息和设备状态信息进行分析，可以及时了解地面AEI设备的工作状态，对故障及时处理。还可以监测货车标签的工作状态。 

（6）标签编程网络 

　　标签编程网络是标签安装前，将车辆信息写入标签内存的网络系统，可在车辆段、厂和站修所对标签进行编程写入，其目的是防止出现错号、重号车。并对丢失损坏的标签进行补装。 

4 ．铁路车号自动识别系统实现的功能 

（1）实现车次、车号自动识别 

　　为铁路运输管理系统提供车次、车号等实时的基础信息；代替人工抄录车号，保证数据真实性、及时性、准确性和连贯性；提高编组站作业效率，减轻了作业人员的劳动强度；提供运输确报信息，实现运输确报现代化管理；与货票系统结合，实现货流统计分析；实现局间、分局间货车使用费的自动清算。 

（2）货车实时跟踪管理 

　　现在车数量管理；现在车分布统计分析；货车产权鉴别；机车、车辆运行跟踪查询。 

（3）实现货车动态管理 

　　车辆技术履历信息查询；车辆检修信息统计分析；列检所作业量统计分析；国有、企业自备货车资产管理。 

（4）确保行车安全，实现故障车辆准确预报 

　　与红外轴温系统结合，可精确预报热轴车辆的车号和所在列车的车次，准确处理热轴故障；为车辆安全动态监测系统、超偏载系统、平轮探测系统提供准确的车次、车号信息；建立故障车辆档案，实现全路信息共享，进行动态及跟踪管理。 

5． 铁路车号自动系统数据流程 

（1）AEI到车站CPS之间的数据流程 

　　AEI到车站CPS之间为专线传输，AEI将采集到的过车数据实时地上传给车站CPS。

（2）车站CPS到列检复示系统的数据流程 

　　车站CPS到列检复示之间的数据传输方式为拨号或专线方式，车站CPS将接收到的地面AEI设备采集的过车数据和消息经过处理后形成数据报文和消息报文，通过车站CPS端安装的转发程序将报文发送到列检复示。 

（3）车站CPS到铁道部的数据流程 

　　车站CPS到铁道部之间的数据传输是通过铁路X.25网来完成的，车站CPS将接收到的地面AEI设备采集的过车数据经过处理后形成数据报文（D报文），通过车站CPS端安装的转发程序先将报文发送到铁路分局电子所，然后再由分局电子所发送到铁道部的中央服务器。 

（4）车站CPS到分局AEI监控中心的数据流程及数据格式 

车站CPS到分局AEI监控中心之间的数据传输是通过铁路X.25网来完成的，车站CPS将接收到的地面AEI设备采集的过车数据经过处理后形成数据报文（D报文），通过车站CPS端安装的转发程序先将报文发送到铁路分局电子所，然后再由分局电子所发送到分局AEI监控中心服务器。

6． 结论和展望 

　　车号自动识别系统共在全路局、分局交界口、编组站、（大、中、小）货运站、车辆段和车辆厂安装地面设备2100套，已安装电子标签57万个，形成了覆盖全路的车号自动识别网络。 

　　由该系统所采集到的车号资源，正在为铁路运输相关部门使用。将来车号系统和TMIS系统结合可以计算出每一辆车的行走里程，这样厂、段修车时可以按照车辆的行走里程来修，减少人为因素，使之更加科学合理，提高车辆的使用效率。 

　　铁路车号自动识别系统极大地提高了运输效率，加强了铁路运输的智能化管理和指挥调度，在铁路运能日益紧张的今天，它的作用愈发明显。 

     （鲁志彤：讲师，研究方向为铁道信号。）