基于無線射頻識(shí)別技術(shù)的列車位置識(shí)別系統(tǒng)*

劉正曦

（上海寶信軟件股份有限公司，201900，上?！喂こ處煟?/p>

基于無線射頻識(shí)別技術(shù)的列車位置識(shí)別系統(tǒng)*

劉正曦

（上海寶信軟件股份有限公司，201900，上海∥工程師）

基于無線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的城市軌道交通列車位置識(shí)別系統(tǒng)，獨(dú)立于信號(hào)系統(tǒng)，可作為信號(hào)系統(tǒng)的補(bǔ)充。介紹了該列車位置識(shí)別系統(tǒng)的組成，描述了系統(tǒng)軟件的邏輯判斷過程，著重闡述了小交路列車折返時(shí)的判斷過程。該系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，基于RFID技術(shù)的列車位置識(shí)別系統(tǒng)直觀性好、準(zhǔn)確性高、適用范圍廣，能有效縮短列車延誤時(shí)間，節(jié)約人工成本，尤其適用于小交路列車位置的識(shí)別。

城市軌道交通；無線射頻；列車位置識(shí)別

Author＇s address Shanghai Baosight Software Co.，Ltd.，201900，Shanghai，China

地鐵運(yùn)營(yíng)過程中，偶爾會(huì)發(fā)生跳閘停電或者其他情況，從而導(dǎo)致信號(hào)系統(tǒng)發(fā)生故障［1］。此時(shí)調(diào)度人員只能根據(jù)ATS（列車自動(dòng)監(jiān)控）故障前的運(yùn)行圖進(jìn)行人工找車。在ATS系統(tǒng)恢復(fù)前的40～50 min期間，也只能以人工模式運(yùn)營(yíng)，故效率非常低。而最新的RFID（無線射頻識(shí)別）技術(shù)，能對(duì)車站和存車線中的列車位置進(jìn)行識(shí)別，從而提高人工模式下的運(yùn)營(yíng)效率。

1　RFID技術(shù)

RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。RFID的識(shí)別工作不需要人工的干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。

基于RFID技術(shù)的列車位置識(shí)別系統(tǒng)通常由電子標(biāo)簽、讀寫器和數(shù)據(jù)處理終端組成。電子標(biāo)簽可利用自有電力在標(biāo)簽周圍形成有效活動(dòng)區(qū)，主動(dòng)偵測(cè)周圍有無讀寫器發(fā)射的呼叫信號(hào)，并將自身的資料傳送給讀寫器。讀寫器以一定頻率、特定的通信協(xié)議完成對(duì)電子標(biāo)簽中信息的讀取。讀寫器接收到標(biāo)簽發(fā)送來的信號(hào)，經(jīng)過解調(diào)和解碼之后，將標(biāo)簽內(nèi)部的數(shù)據(jù)識(shí)別出來，再將解碼后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理終端。數(shù)據(jù)處理終端是一臺(tái)計(jì)算機(jī)，用來發(fā)出用戶的命令和顯示讀寫器接收到的數(shù)據(jù)。

2　基于RFID技術(shù)的列車位置識(shí)別系統(tǒng)組成

基于RFID技術(shù)的列車位置識(shí)別系統(tǒng)由電子標(biāo)簽、讀寫器及數(shù)據(jù)處理終端組成。

（1）電子標(biāo)簽。每列列車需要將2個(gè)標(biāo)簽分別粘貼在列車的兩端（車頭和車尾駕駛室里），作為確認(rèn)整列列車位置的依據(jù)。每個(gè)標(biāo)簽中均存儲(chǔ)了該標(biāo)簽所粘貼列車的車體號(hào)以及標(biāo)簽粘貼位置的編號(hào)（0代表車頭，1代表車尾）。

（2）讀寫器。根據(jù)車站結(jié)構(gòu)，選擇適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b讀寫器。通常情況下，站臺(tái)區(qū)域需要安裝4臺(tái)讀寫器，分別安裝在上行站臺(tái)頭部、上行站臺(tái)尾部、下行站臺(tái)頭部及下行站臺(tái)尾部，其編號(hào)依次為11-0、11-1、12-0、12-1（見圖1）。存車線區(qū)域需要安裝2臺(tái)帶有低頻觸發(fā)的讀寫器，分別安裝在存車線入口處和下行存車軌道的末端［2］，其編號(hào)分別為13-0、13-1。讀寫器依靠標(biāo)簽發(fā)射的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和解碼，從而獲取列車的車體號(hào)等信息。如果很多車站的讀寫器針對(duì)某標(biāo)簽都有丟包現(xiàn)象，那么就需要調(diào)大該標(biāo)簽的發(fā)射頻率；如果讀寫器經(jīng)常漏讀本側(cè)列車標(biāo)簽，那么就需要調(diào)大讀寫器的功率；如果讀寫器經(jīng)常串讀車頭標(biāo)簽，那么就需要調(diào)小讀寫器的功率。

（3）數(shù)據(jù)處理終端。車站需要安裝一臺(tái)數(shù)據(jù)處理終端（工控機(jī)），用來接收和處理該車站的讀寫器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。工控機(jī)可顯示讀寫器傳輸來解碼后的信息，即列車車體號(hào)和車頭車尾信息。軟件根據(jù)這些信息，經(jīng)過邏輯處理，以圖形界面顯示出列車的車體號(hào)和所在位置。

3　系統(tǒng)軟件

3.1軟件功能

列車位置識(shí)別系統(tǒng)的軟件可處理讀寫器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，能根據(jù)安裝在站臺(tái)和存車線的6個(gè)讀寫器的信息讀取情況來確定列車的位置；并通過直觀的界面把用戶需要的信息顯示出來。該軟件主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)顯示3個(gè)功能。

（1）數(shù)據(jù)采集是指將讀寫器獲取的包含列車車體號(hào)、標(biāo)簽號(hào)、獲取時(shí)間等數(shù)據(jù)，按照規(guī)定的格式存儲(chǔ)在工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，作為后續(xù)數(shù)據(jù)處理時(shí)的原始數(shù)據(jù)。由于列車運(yùn)行速度有快慢，為了防止漏讀和多讀，應(yīng)調(diào)整軟件過濾無效數(shù)據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的有效性。只要讀到1次標(biāo)簽數(shù)據(jù)，就認(rèn)為是有效的讀到信息。只有連續(xù)5次讀不到標(biāo)簽數(shù)據(jù)，才能認(rèn)定為有效的讀不到信息。

（2）數(shù)據(jù)處理是指將采集到的原始數(shù)據(jù)，經(jīng)邏輯處理后，確定出列車的車體號(hào)、上下行方向、到站和離站時(shí)間、列車當(dāng)前位置、列車當(dāng)前狀態(tài)等信息。針對(duì)不同的車站結(jié)構(gòu)，軟件的處理邏輯也不同。

（3）數(shù)據(jù)顯示是指將處理后的數(shù)據(jù)按要求顯示給用戶。用戶在軟件顯示的界面中，能夠掌握大小交路站范圍內(nèi)列車的實(shí)時(shí)信息。

3.2不同列車狀態(tài)的位置識(shí)別

列車主要有進(jìn)站、停站、出站、出清、跳站、折返6種狀態(tài)。以上海軌道交通1號(hào)線上?；疖囌緸槔溥\(yùn)營(yíng)規(guī)則約定：

·列車車頭進(jìn)入站臺(tái)尾部，即為列車進(jìn)站。

·列車車頭?？空九_(tái)頭部，即為列車停站。

·列車車頭離開站臺(tái)頭部，即為列車出站。

·列車車尾離開站臺(tái)頭部，即為列車出清。

·列車在本站不停車上下客，即為列車跳站。

·列車出站后，進(jìn)入存車線時(shí)，算作列車折返。在前5種狀態(tài)下，軟件只要根據(jù)站臺(tái)安裝的4個(gè)讀寫器數(shù)據(jù)，就能識(shí)別列車位置。在列車折返狀態(tài)下，軟件還需要存車線安裝的2個(gè)讀寫器的數(shù)據(jù)，才能最終確定列車位置。

3.2.1進(jìn)站、停站、狀態(tài)的判斷邏輯

在圖1中，當(dāng)讀寫器11-1讀到新車標(biāo)簽時(shí)，系統(tǒng)判斷一列新車沿上行方向，從上行軌道駛?cè)氡菊旧闲姓九_(tái)。此時(shí)，讀到的標(biāo)簽為車頭標(biāo)簽，列車狀態(tài)為進(jìn)站狀態(tài)。

圖1　列車進(jìn)站示意圖

當(dāng)讀寫器11-1讀到該車另外一個(gè)標(biāo)簽，即車尾標(biāo)簽時(shí)，系統(tǒng)判斷該車?？可闲姓九_(tái)，列車狀態(tài)為停站。當(dāng)讀寫器11-0讀到該車車頭標(biāo)簽時(shí)，系統(tǒng)同樣判斷該車?？可闲姓九_(tái)，列車狀態(tài)為停站（見圖2）。

圖2　列車停站示意圖

3.2.2折返狀態(tài)的判斷邏輯

折返狀態(tài)下的列車需經(jīng)過存車線區(qū)域。存車線區(qū)域是用來臨時(shí)存放車輛，讓列車改變運(yùn)行方向，進(jìn)行折返時(shí)用的區(qū)域。類似上海軌道交通1號(hào)線上海火車站站的軌道交通小交路站，其存車線最多可同時(shí)存放兩列列車，即上行存車線和下行存車線各存放1列。以上行折返的小交路站為例。列車折返的路線只有兩種［3］：

第1種列車折返路線（見圖3）：上行列車從上行站臺(tái)駛出，駛?cè)肷闲写孳嚲€，然后經(jīng)上行存車線，按照下行方向駛?cè)胂滦姓九_(tái)。

第2種列車折返路線（見參照?qǐng)D4）：上行列車從上行站臺(tái)駛出，駛?cè)胂滦写孳嚲€，然后經(jīng)下行存車線，按照下行方向駛?cè)胂滦姓九_(tái)。

圖3　列車折返示意圖1Z

圖4　列車折返示意圖2

列車從上行站臺(tái)離站后，如安裝在存車線區(qū)域的讀寫器讀到該車標(biāo)簽，則軟件邏輯認(rèn)為該車進(jìn)入存車線，準(zhǔn)備進(jìn)行折返。而當(dāng)安裝在站臺(tái)的閱讀器重新讀到該車標(biāo)簽時(shí)，說明該車已經(jīng)從上行站臺(tái)經(jīng)存車線，折返到下行站臺(tái)。

軟件通過安裝在存車線區(qū)域的讀寫器，不僅能判斷存車線區(qū)域中是否有車，而且還能判斷出列車處在上行存車線還是下行存車線。當(dāng)上行列車從上行站臺(tái)出站時(shí)，調(diào)度員可參考軟件上顯示的列車位置，與相關(guān)人員確認(rèn)存車線區(qū)域的列車信息，進(jìn)行列車的調(diào)度。當(dāng)存車線區(qū)域有車時(shí)，應(yīng)先確認(rèn)該車位置，再合理安排新車的行車路線，以避免兩車發(fā)生擦碰事件。

4　結(jié)語

無需通過信號(hào)系統(tǒng)，僅需通過站臺(tái)區(qū)域讀寫器讀取情況，再結(jié)合折返區(qū)域RFID讀寫器低頻觸發(fā)情況，即可確定整個(gè)交路范圍內(nèi)的所有列車信息并通過電腦終端顯示出來。圖形界面顯示的列車位置有助于調(diào)度人員更加精確地指揮列車進(jìn)出站、折返。該系統(tǒng)根據(jù)RFID技術(shù)輔助列車運(yùn)行，具有較高的安全系數(shù)，目前已經(jīng)在上海城市軌道交通線上成功應(yīng)用。應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)適用范圍廣，尤其適用于小交路列車位置的識(shí)別。即使信號(hào)系統(tǒng)發(fā)生故障，調(diào)度員也可有條不紊地指揮調(diào)度，縮短列車延誤時(shí)間。該系統(tǒng)不僅可以識(shí)別列車位置，還能記錄列車的進(jìn)站、離站時(shí)間，節(jié)約了人工成本。

［1］ 中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司.城市軌道交通設(shè)備系統(tǒng)綜述［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2012：174.

［2］ 徐志榮.有軌電車交叉路口的信號(hào)采集技術(shù)［J］.都市快軌交通，2013，26（5）：19.

［3］ 王志強(qiáng).故障列車救援情況下的多列車運(yùn)行仿真研究［J］.城市軌道交通研究，2013，16（1）：20.

［4］ 李靜，孔祥琦，王建偉.基于無線射頻識(shí)別技術(shù)的列車車組號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)［J］.城市軌道交通研究，2014（4）：82.

Train Location Identification System Based on RFID Technology

Liu Zhengxi

Train location identification system（TLIS）based on RFID technology is completely independent and serves as a supplement of the current signal system.In this paper，the composition of the system is introduced，the logic judgement process of which is described，especially the TLISused at small cross-road stations.The practical application of TLIS based on RFID technology featues good explicitness，higher accuracy and wider application range，it could effectively shorten train delay，save manpower cost and play a good role in identifying the train location at small cross-road stations in particular.

urban rail transit；radio frequency identification（RFID）；train location identification

U 284.48+3

10.16037/j.1007-869x.2016.03.027

*上海市科技人才計(jì)劃項(xiàng)目（15QB1400600）

（2014-07-30）