基于RFID的軌道車輛實(shí)時定位系統(tǒng)設(shè)計

喻春雨等

摘 要： 為了使目前軌道車輛運(yùn)行效率提高，采用射頻識別RFID技術(shù)對軌道車輛的物理位置進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的方法，提出一種利用RFID技術(shù)對軌道車輛進(jìn)行實(shí)時定位的系統(tǒng)，并介紹該實(shí)時定位系統(tǒng)的設(shè)計方案、組成及工作原理，主要包括RFID標(biāo)簽安置、RFID讀寫及與后臺服務(wù)器通信等技術(shù)。系統(tǒng)運(yùn)行性能結(jié)果表明利用RFID技術(shù)對軌道車輛進(jìn)行實(shí)時定位具有精度高、環(huán)境適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在地鐵和企業(yè)廠段的軌道車輛實(shí)時定位中具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵字： 軌旁定位； 信標(biāo)； RFID； 實(shí)時監(jiān)控； 定位系統(tǒng)

中圖分類號： U231.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）12?0119?02

Abstract： To improve operating efficiency of the available rail vehicles， the radio frequency identification （RFID） technology was adopted to conduct real?time monitoring for the physical position of rail vehicles. The RFID?based real?time positioning system for rail vehicles is proposed. The design scheme， constitution and operational principles of the system are introduced. RFID label placement， RFID read?write and technology communicating with the backend servers are described emphatically. The operating result of this system indicates the RFID?based real?time positioning system for rail vehicles has the advantages of high precision and strong adaptability and can improve the positioning efficiency. A conclusion that the technology has a brilliant prospect for being applied to real?time positioning of rail vehicles on subways and railways inside enterprises has been obtained.

Keywords： trackside positioning； beacon； RFID； real?time monitoring； positioning system

軌道交通是解決大中城市交通問題的首選方案，近年來，國內(nèi)越來越多的城市興建了地鐵和輕軌。由于軌道交通列車具有運(yùn)行密度高、站間距離近的特點(diǎn)，其較高安全性的保證是至關(guān)重要的，因此，需要對列車在線路中位置進(jìn)行實(shí)時精準(zhǔn)監(jiān)控[1]。

對軌道上運(yùn)行列車進(jìn)行實(shí)時精確定位是保證安全、發(fā)揮效率、提供最佳服務(wù)的前提。目前，對列車定位方法主要分為兩類：一類是軌旁定位技術(shù)；另一類是車載列車定位技術(shù)。其中，軌旁定位技術(shù)主要利用軌旁及車載設(shè)備對列車進(jìn)行實(shí)時跟蹤，通常細(xì)化為軌道電路定位、信標(biāo)定位、電纜環(huán)線定位、裂縫波導(dǎo)定位、擴(kuò)頻電臺定位等方法。車載列車定位技術(shù)主要采用安全型編碼里程計方法。GPS或A?GPS是目前應(yīng)用較廣泛的實(shí)時定位技術(shù)，它們通常被歸為車載定位技術(shù)范疇。其優(yōu)點(diǎn)是實(shí)施方便、費(fèi)用低；缺點(diǎn)是存在位置漂移，并且在隧道等密閉空間內(nèi)無法使用。RFID技術(shù)經(jīng)過幾十年發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，在我國車號識別技術(shù)中得到大規(guī)模、長時間應(yīng)用。因此，本文基于RFID技術(shù)，設(shè)計了軌道車輛實(shí)時定位系統(tǒng)，它屬于軌旁定位技術(shù)，是信標(biāo)方法的一種具體實(shí)現(xiàn)，即采用布置在軌道上的RFID標(biāo)簽作為信標(biāo)，利用安裝在列車上的讀寫器讀取標(biāo)簽獲取列車實(shí)時地理信息，從而提高列車運(yùn)行安全性和效率，為城市交通提供便利[2?4]。

1 定位系統(tǒng)組成及工作原理

1.1 信標(biāo)定位技術(shù)

信標(biāo)是安裝在線路沿線反映線路絕對位置的物理標(biāo)志。由于信標(biāo)可提供厘米量級的位置精度，因此可用于校正列車實(shí)際運(yùn)行距離。信標(biāo)分有源信標(biāo)和無源信標(biāo)兩種。有源信標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)車地的雙向通信；無源信標(biāo)類似于非接觸式IC卡，在列車經(jīng)過信標(biāo)所在位置時，安裝在列車上的天線發(fā)射的電磁波激勵信標(biāo)工作，并傳遞絕對位置信息給列車。軌道交通系統(tǒng)中所使用的信標(biāo)大多為無源信標(biāo)，被安裝在軌道沿線，為列車提供精確的絕對位置參考點(diǎn)，或提供線路坡度、彎度等信息[5]。

1.2 系統(tǒng)組成

利用RFID標(biāo)簽作為軌旁定位中的信標(biāo)，利用安裝在列車上的讀寫器實(shí)時讀取標(biāo)簽再傳遞到服務(wù)器進(jìn)行映射，進(jìn)而得到列車的實(shí)時定位，這樣就構(gòu)建了一個基于RFID技術(shù)的軌道車輛實(shí)時定位系統(tǒng)。該定位系統(tǒng)主要由RFID標(biāo)簽、RFID讀寫器和后臺服務(wù)器3部分組成，各部分功能如下所述[6?9]：

（1） RFID標(biāo)簽。安裝在軌道上且具有唯一標(biāo)簽ID的RFID標(biāo)簽，車輛電子標(biāo)簽安裝于軌道或者運(yùn)行軌跡的合適位置，安裝時注意避免危險區(qū)域。遇到雨雪天氣應(yīng)及時清除，在日常巡檢時應(yīng)注意檢查標(biāo)簽是否完好。

（2） RFID讀寫器。安裝于列車上，能夠全天候自動采集安裝在軌道上的RFID標(biāo)簽的ID，并通過無線模塊（可以選擇WiFi，GPRS，WCDMA等方式）傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器的管理軟件進(jìn)行處理，該設(shè)備主要包括讀出裝置主機(jī)、微波收發(fā)天線、無線模塊幾個部分。安裝時需要保證電源的穩(wěn)定并避免外部環(huán)境可能對設(shè)備造成的損壞。

（3） 后臺服務(wù)器。后臺服務(wù)器運(yùn)行管理軟件、人機(jī)程序及數(shù)據(jù)庫，接收并處理來自讀寫器的標(biāo)簽ID數(shù)據(jù)，考慮到無線傳輸延遲不大，因此可以看作系統(tǒng)近似實(shí)時地反映了車輛的實(shí)際物理位置。

1.3 系統(tǒng)工作流程

基于RFID技術(shù)的軌道車輛實(shí)時定位系統(tǒng)工作流程如圖1所示，首先將安置于軌道的RFID標(biāo)簽ID與其對應(yīng)的物理位置存儲在服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，然后當(dāng)車輛經(jīng)過此位置標(biāo)簽處時，由安裝于車輛的RFID讀寫器標(biāo)簽ID進(jìn)行讀取后發(fā)送到后臺服務(wù)器，后臺服務(wù)器運(yùn)行的管理軟件根據(jù)標(biāo)簽ID查找服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，得到當(dāng)前車輛的物理位置?；赗FID技術(shù)的軌道車輛實(shí)時定位系統(tǒng)安裝如圖2所示，其中RFID讀寫器和RFID標(biāo)簽、后臺服務(wù)器均為獨(dú)立設(shè)備，過車時分別獨(dú)立工作。

2 結(jié) 語

本文設(shè)計的基于RFID技術(shù)的定位系統(tǒng)具有實(shí)施方便、精度高和密閉空間內(nèi)工作等優(yōu)勢，可以被廣泛應(yīng)用于鐵路物流系統(tǒng)、地鐵以及車輛站段的調(diào)度。實(shí)際應(yīng)用中采用何種定位技術(shù)，取決于具體需求和現(xiàn)場情況及費(fèi)用預(yù)算等多方面因素。同時，隨著各種技術(shù)的不斷發(fā)展和突破，未來會有更多先進(jìn)的列車定位技術(shù)問世。

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