RFID施封鎖在鐵路貨運中的應(yīng)用分析

王 杰 蚌埠鐵路五金建材總廠

鐵路客運事業(yè)的發(fā)展日新月異，既有線連續(xù)六次提速，動車組運行密度加大，高鐵投入運行，高鐵建設(shè)里程不斷增加……客運的自動化和現(xiàn)代化程度越來越高。相比之下，鐵路貨運事業(yè)的發(fā)展相對較落后，貨運管理的的手段沒有改變，效率較低，自動化和現(xiàn)代化程度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，部分貨流開始轉(zhuǎn)向高速公路運輸，鐵路貨運的自動化和現(xiàn)代化水平亟需提高。本文從鐵路貨物運輸?shù)囊粋€側(cè)面—施封鎖管理，探討在鐵路貨運中引入RFID射頻識別施封鎖，提高貨運作業(yè)效率和貨車門鎖施封管理的自動化水平。

1 現(xiàn)有鐵路貨車施封鎖存在的不足

現(xiàn)有鐵路貨車（棚車、罐車、集裝箱等）用施封鎖均為鋼質(zhì)施封鎖。此類施封鎖雖具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等特點，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）所記載的標(biāo)識只有局別、施封站和封號，無法提供諸如施封人、施封時間等信息。

（3）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偵破案件。

（4）不能使客戶或貨運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)，不能及時提供物流信息。

（5）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。

（6）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。

（7）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。

為解決目前鐵路貨車使用鋼質(zhì)施封鎖存在的問題，提高貨車施封的技術(shù)含量和作業(yè)效率，實現(xiàn)施封作業(yè)的現(xiàn)代化管理，基于RFID的施封鎖管理系統(tǒng)將能有效克服目前鋼質(zhì)施封鎖存在的不足，提高貨運作業(yè)的自動化程度。

2 RFID技術(shù)綜述

2.1 RFID技術(shù)

RFID 是 Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別，俗稱電子標(biāo)簽。射頻識別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動識別技術(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)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。RFID射頻識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。

2.2 RFID的基本組成部分

RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個閱讀器（或詢問器）和很多標(biāo)簽（或應(yīng)答器）組成，通過天線傳遞射頻信號。

(1)標(biāo)簽。由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。

(2)閱讀器。讀取(有時還可以寫入)標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式或固定式。

RFID標(biāo)簽分為被動標(biāo)簽和主動標(biāo)簽兩種。主動標(biāo)簽自身帶有電池供電，讀/寫距離較遠(yuǎn)，體積較大，與被動標(biāo)簽相比成本更高，稱為有源標(biāo)簽。被動標(biāo)簽由閱讀器產(chǎn)生的磁場中獲得工作所需的能量，成本很低并具有很長的使用壽命，比主動標(biāo)簽更小也更輕，讀寫距離則較近，稱為無源標(biāo)簽。無源標(biāo)簽因不需電源、外形小巧、輕薄，成本低、壽命長、可靠性高等優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛。

2.3 RFID系統(tǒng)的基本工作原理

標(biāo)簽進(jìn)入磁場后，接收閱讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產(chǎn)品信息（無源標(biāo)簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

一套完整的RFID系統(tǒng),是由閱讀器與標(biāo)簽及應(yīng)用軟件系統(tǒng)三個部份所組成。其工作原理是:

閱讀器發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給標(biāo)簽,用以驅(qū)動標(biāo)簽電路將內(nèi)部的數(shù)據(jù)送出。此時閱讀器便依序接收解讀數(shù)據(jù),送給應(yīng)用程序做相應(yīng)的處理。

以RFID閱讀器及標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看，大致上可以分成感應(yīng)偶合及后向散射偶合兩種,一般低頻的RFID大都采用第一種方式,而較高頻大多采用第二種方式。

閱讀器根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和標(biāo)簽之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時閱讀器通過耦合給無源標(biāo)簽提供能量和時序。在實際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過Internet或WLAN等實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。標(biāo)簽是RFID系統(tǒng)的信息載體，目前標(biāo)簽大多是由耦合原件（線圈、微帶天線等）和微芯片組成無源單元。

2.4 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)。

（3）射頻產(chǎn)品可在惡劣環(huán)境下可靠工作，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。

（8）系統(tǒng)信息可上傳，實現(xiàn)資源共享。

2.5 RFID技術(shù)的典型應(yīng)用

射頻識別技術(shù)以其獨特的技術(shù)和成本優(yōu)勢，逐漸被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運輸控制管理等領(lǐng)域。其典型應(yīng)用領(lǐng)域如：物流和供應(yīng)管理、生產(chǎn)制造和裝配、航空行李處理、郵件/快運包裹處理、文檔追蹤/圖書館管理、動物身份標(biāo)識、運動計時、門禁控制/電子門票、道路自動收費等領(lǐng)域。

3 基于RFID的施封鎖在鐵路貨運中的應(yīng)用

3.1 RFID技術(shù)施封鎖管理系統(tǒng)的構(gòu)成

基于RFID技術(shù)的施封鎖管理系統(tǒng)，是將無源標(biāo)簽固定在現(xiàn)有鋼質(zhì)施封鎖上，形成無源射頻鎖卡標(biāo)簽，閱讀器安裝在車站兩端的進(jìn)出線路兩側(cè)，通過非接觸式信息讀寫，實現(xiàn)貨車施封信息與管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息連接，達(dá)到貨車施封狀態(tài)的在線自動識別和動態(tài)跟蹤。900 M頻段射頻識別系統(tǒng)，可同時讀寫多個靜止或移動的電子標(biāo)簽。該系統(tǒng)包括：射頻鎖卡標(biāo)簽、閱讀器、手持讀寫器、計算機處理系統(tǒng)四部分。

（1）無源射頻鎖卡標(biāo)簽：此標(biāo)簽可設(shè)計為柔性標(biāo)簽，與現(xiàn)行鋼質(zhì)施封鎖連為同步一體（鋼質(zhì)施封鎖與該柔性標(biāo)簽聯(lián)動），使用方法與鋼質(zhì)施封鎖相同。該標(biāo)簽為無源標(biāo)簽，不需外部供電，工作環(huán)境溫度為-45℃~+85℃。鎖卡的內(nèi)含數(shù)據(jù)可在100 km/h的速度下被8 m范圍內(nèi)的固定閱讀器讀取。標(biāo)簽在被激活后檢測施封鎖的狀態(tài)，并供固定閱讀器或手持讀寫器讀寫識別。

（2）固定閱讀器：露天設(shè)置于列車進(jìn)出站時的線路兩側(cè)，在列車通過時讀取無源射頻鎖卡標(biāo)簽信息，其外殼堅固，完全適應(yīng)貨物列車的惡劣運行環(huán)境，可在8 m范圍內(nèi)對速度100 km/h的標(biāo)簽進(jìn)行讀取。

（3）手持讀寫器：用于貨運人員或檢查人員對靜止車輛的射頻鎖卡標(biāo)簽進(jìn)行施封、檢封、補封、解封等操作。手持閱讀器結(jié)合貨運檢查作業(yè)流程，可在1.5 m范圍內(nèi)對無源射頻鎖卡進(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（或主控計算機），形成數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)記錄。手持閱讀器由電池供電，可重復(fù)充電使用。

（4）主控計算機：實時采集射頻鎖卡標(biāo)簽信息，并與鐵路生產(chǎn)網(wǎng)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，提供及時的物流信息。

3.2 基于RFID施封鎖的工作流程

（1）施封：棚車、罐車、集裝箱等貨運車輛裝載完畢后將車門施封鎖閉，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、施封時間、日期、施封人、封號、鎖狀態(tài)等）寫入位于鋼質(zhì)施封鎖表面的無源射頻鎖卡標(biāo)簽中并檢驗相關(guān)信息吻合，施封成功。

（2）檢封：射頻鎖卡標(biāo)簽在運輸?shù)娜虒崟r檢測施封鎖狀態(tài)。一旦施封鎖被破封，無源射頻鎖卡標(biāo)簽卡立即變?yōu)闊o效卡。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)會檢測每一個射頻鎖卡標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，將其內(nèi)含的施封信息自動與鐵路生產(chǎn)網(wǎng)中的電子票據(jù)信息比對并打印輸出，且可在施封無效的車輛出現(xiàn)時進(jìn)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無效卡的破封時間來偵破案件。對于可疑的施封，貨運檢查人員也可通過使用手持機對車門施封狀態(tài)進(jìn)行檢查。

（3）補封：對于在線檢測系統(tǒng)檢測后確認(rèn)需要補封的貨車車輛，經(jīng)有關(guān)部門檢查、核實并授權(quán)后，可由貨運檢查或貨運人員對車輛進(jìn)行補封，并用手持機對射頻鎖卡標(biāo)簽卡內(nèi)鎖狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)位（置 "0"），并寫入補封信息（如施封站、封印內(nèi)容、施封時間、日期、施封人、流水號、鎖狀態(tài)等）。相應(yīng)補封記錄可通過無線通道傳回貨運檢查室的主控計算機。

（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室的主控計算機。

3.3 無源RFID施封鎖系統(tǒng)指標(biāo)

（1）固定閱讀器可支持列車以100 km/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，固定閱讀器的閱讀距離不小于8 m。

（2）手持閱讀器可在1.5 m范圍內(nèi)讀寫射頻鎖卡標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)。該機具有鍵盤，顯示屏和至少256 K的內(nèi)存，并可對內(nèi)存進(jìn)行擴展（選配）。

（5）射頻鎖卡標(biāo)簽為鋼質(zhì)施封鎖與無源射頻柔性標(biāo)簽的結(jié)合物，兩者保持高度聯(lián)動，外形尺寸因鎖而異，結(jié)構(gòu)緊湊。

（6）工作環(huán)境溫度為-40℃～+85℃。

（7）無源射頻鎖卡標(biāo)簽不可重復(fù)使用，設(shè)計為一次性使用。

（8）系統(tǒng)誤碼率低：小于百萬分之一。

3.4無源RFID施封鎖系統(tǒng)的優(yōu)點

（1）施封、檢封、補封、啟封等均為計算機控制，差錯率極低。

（2）貨車車輛以100 km/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）可以在線實時動態(tài)檢測棚車、罐車及集裝箱車輛的施封是否有效，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）有利于形成鐵路物流管理系統(tǒng)?？蓪χ攸c貨物、重點車輛的施封狀態(tài)進(jìn)行跟蹤，實時掌握貨運狀態(tài)，為客戶提供及時的物流信息。

（5）施封信息較完善。除提供施封站和封號等信息外，還可提供諸如施封時間、日期、施封人等信息。

（6）記錄信息完整，發(fā)生意外時有據(jù)可查。例如中途破封時，可以記錄破封時間，有利于貨運事故的分析和公安偵破案件。

4 結(jié)論

目前鐵路貨運作業(yè)的自動化和現(xiàn)代化水平還較低，隨著RFID技術(shù)的不斷成熟和成本的不斷降低，在鐵路貨運領(lǐng)域的應(yīng)用也會越來越廣泛?；赗FID技術(shù)的施封鎖與傳統(tǒng)施封鎖相比在改變管理手段、提高作業(yè)效率及貨物跟蹤服務(wù)等方面具有較大的優(yōu)勢，必將取代傳統(tǒng)鋼質(zhì)施封鎖，是鐵路物流下一步發(fā)展的方向，也是鐵路貨運發(fā)展的必然趨勢。