■ 李寶

近年來，我國鐵路事業(yè)發(fā)展迅速，越來越多的人們出行方式首選鐵路。鐵路運輸及維護安全隱患是制約鐵路發(fā)展的主要因素，鐵路信息化可有效緩解鐵路運輸及維護安全問題。

物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，信息化發(fā)展的第三次浪潮，深受世界各國的關(guān)注。

物聯(lián)網(wǎng)可把生產(chǎn)、生活中的每件物品經(jīng)過編碼、掃描、記錄，而后進入互聯(lián)網(wǎng)，可自動、實時地被識別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件，從而實現(xiàn)“物物相聯(lián)、天羅地網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)不僅將物與人、物與物緊密相聯(lián)，還把機器和機器之間的通信囊括其中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給人們的生產(chǎn)和生活帶來巨大沖擊，給我國鐵路行業(yè)也提供了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)含義

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things），顧名思義，就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。包括兩層含義：

第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴展的網(wǎng)絡(luò)；

第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間進行信息交換和通信。

因此，物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。圖1為物聯(lián)網(wǎng)框架示意圖。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)框架示意圖

1.2 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

（1）2005年11月，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》報告，指出“物聯(lián)網(wǎng)”通信時代即將來臨；

（2）2008年底，IBM公司CEO彭明盛首次提出“智慧的地球”概念，即把感應(yīng)器嵌入和裝備到全球各個角落的電網(wǎng)、鐵路等各種物體中，并借助“云計算”整合，形成“物聯(lián)網(wǎng)”；

（3）2009年1月，美國總統(tǒng)奧巴馬將IBM“智慧的地球”概念上升至美國的國家戰(zhàn)略（建議新政府投資新一代的智能型基礎(chǔ)設(shè)施）；

（4）2009年8月，國務(wù)院總理溫家寶視察中國科學(xué)院嘉興無線傳感器工程中心無錫研發(fā)分中心時，對物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的突破提出殷切希望和對“感知中國”提出設(shè)想；

（5）2009年10月底，全國傳感技術(shù)科學(xué)家及移動、聯(lián)通、電信、華為、中興、大唐、聯(lián)想等其他行業(yè)的大企業(yè)代表齊聚無錫，宣布成立中國傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟；

（6）2010年3月，海南、廣東、武漢等省市相繼開展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的研究與實踐，海南省計劃將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與該省國際旅游業(yè)相結(jié)合；廣東省以整合物聯(lián)網(wǎng)零散應(yīng)用形式推進物聯(lián)網(wǎng)商用。中國工程院副院長、院士鄔賀銓表示：中國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)正進入“百花齊放”和“應(yīng)用啟動”階段。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 技術(shù)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層，其技術(shù)架構(gòu)見圖2。

感知層由各種傳感器及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，如壓力傳感器、位移傳感器、CO2濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標簽、RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端。采集周圍物體的狀態(tài)信息并上傳。

網(wǎng)絡(luò)層即網(wǎng)絡(luò)通信層，由各種私有網(wǎng)絡(luò)、專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)等組成，相當于人的神經(jīng)中樞和大腦，負責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。

應(yīng)用層即終端處理層，是輸入輸出控制終端，包括電腦、手機等服務(wù)器終端，實現(xiàn)對傳輸層發(fā)送信息的存儲、挖掘、處理和應(yīng)用。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，擔(dān)負數(shù)據(jù)接收、處理及整合等多種功能，通過對信息的處理、統(tǒng)計和分析，可以達到監(jiān)測被標識物品信息的目的，從而實現(xiàn)“物物通信”。

1.3.2 關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)是RFID技術(shù)，又稱電子標簽、無線射頻識別，是一種通信技術(shù)。該技術(shù)作為物體的“身份證”，由標簽、閱讀器和天線3部分組成。RFID技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一，利用無線射頻方式在閱讀器和射頻卡之間進行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達到目標識別和數(shù)據(jù)交換的目的。

由于RFID具有遠距離識別、可存儲攜帶較多信息、讀取速度快、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，目前其應(yīng)用基本涵蓋了鐵路運營的主要業(yè)務(wù)，并取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鐵路行業(yè)中的應(yīng)用

2.1 具體應(yīng)用案例

2.1.1 鐵路機車車輛自動識別系統(tǒng)（ATIS）

鐵路機車車輛自動識別系統(tǒng)由機車車輛車體底部的識別標簽、地面自動識別設(shè)備（AEI）（包括列車探測裝置、天線、微波射頻裝置、讀出裝置、防雷設(shè)備、遠程通信設(shè)備等）及數(shù)據(jù)集中管理、監(jiān)測和復(fù)示設(shè)備等組成。

在機車及貨車上安裝電子標簽，該標簽經(jīng)編碼后包含機車車次號、類型、數(shù)量等信息。在所有區(qū)段站、編組站、大型貨運站和分界站設(shè)置AEI，對標簽信息進行解碼、譯碼、分析、存貯、整理上傳至集中管理系統(tǒng)（CPS）。在車站信息中心機房配置專門計算機建立車站CPS，采集過車信息，經(jīng)計算整理成過車數(shù)據(jù)后，完成與車站貨運管理信息系統(tǒng)（TMIS）的交互，以達到TMIS對機車的實時追蹤。

2.1.2 機車和輪對檢修信息管理系統(tǒng)

基于RFID技術(shù)的機車檢修系統(tǒng)，能根據(jù)機車出入庫采集機車信息，完成機車出入庫流程的自動操作，方便機車信息查詢及統(tǒng)計工作，降低檢修人員的工作強度，提高機車檢修工作的質(zhì)量和效率。

當一臺機車進入檢修庫時，在檢修庫安裝的射頻識別裝置會采集機車信息（包括機車車次號、車型和入庫時間等），并保存在機車信息表中；同時入庫分析模塊會對機車進行歷史活項分析和月度故障統(tǒng)計，完成機車的共性故障預(yù)警、慣性故障預(yù)警分析和月度故障統(tǒng)計圖，并發(fā)送語音信息通知專檢專修部門做好檢修準備；在機車入庫狀態(tài)瀏覽區(qū)域設(shè)置機車入庫人工操作按鈕，當機車入庫信息識別錯誤或與庫存信息沖突時，系統(tǒng)自動發(fā)出報警語音提示，這時需要進行人工干預(yù)，具有相應(yīng)權(quán)限的人員通過權(quán)限驗證進行機車入庫信息的編輯操作；機車檢修完畢并通過工長驗收后出庫，在通過出庫位射頻識別裝置時，機車信息和出庫時間傳送給應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)啟動出庫操作，將機車本次檢修活項及整個檢修流程操作信息保存到歷史表中，并刪除當前庫內(nèi)該車信息，自動完成該車的本次檢修過程。

2.1.3 自動售檢票系統(tǒng)

在法國、日本等國家高速鐵路系統(tǒng)中，自動售檢票系統(tǒng)得到成功應(yīng)用。

在我國城際軌道交通領(lǐng)域中，自動售檢票系統(tǒng)也已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。我國現(xiàn)已開通運營的京津城際鐵路、京滬高速鐵路等線路中，自動售檢票系統(tǒng)也得到初步試用，試用效果良好。該系統(tǒng)如果應(yīng)用在鐵路行業(yè)中，采用RFID電子客票，可根據(jù)乘客需求采用自動售票機進行售票，在自動檢票機中設(shè)定特定的讀寫器，可以讀出電子芯片中的數(shù)據(jù)信息，辨別車票真?zhèn)?，將會?jié)約大量人力資源，同時為乘客乘車帶來便利。

2.1.4 鐵路貨運物流信息化系統(tǒng)

近年來，網(wǎng)上購物成為人們生活中的主要消費方式，而物流速度成為人們關(guān)注的焦點。

在物流領(lǐng)域，鐵路擁有得天獨厚的優(yōu)勢，然而鐵路貨物運輸中，常常出現(xiàn)貨物丟失、貨票不符等情況，既存在理賠糾紛，又有投入大量人力物力所帶來的煩惱，不僅給鐵路部門造成損失，也給用戶帶來不便。

傳統(tǒng)的人工抄錄、條形碼等信息采集技術(shù)已經(jīng)不能滿足日益增長的鐵路物流需求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，可在每件貨物上貼上智能標簽，在裝車前通過掃描，把貨物信息輸入車站管理系統(tǒng)，以便管理人員核對貨運單據(jù)與實物是否相符。在車廂和沿途到達車站安裝閱讀器，既可對貨物進行全程跟蹤，也便于對貨物查驗清點。鐵路部門從接貨、驗貨、運輸跟蹤、出貨、運單傳遞、信用證管理到貨差貨損的事后追查等環(huán)節(jié)，都因為數(shù)字化、無障礙RFID技術(shù)的使用而變得快捷和方便，較傳統(tǒng)物流運作更準確、更智能，不但提高了工作效率，而且節(jié)約了大量的人力、財力、物力。

2.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鐵路行業(yè)其他業(yè)務(wù)中的應(yīng)用及展望

2.2.1 視頻監(jiān)控與物聯(lián)網(wǎng)的融合應(yīng)用

日常生活中所接觸的視頻監(jiān)控，都是由攝像機在前端采集現(xiàn)場圖像信息并傳送至監(jiān)控中心，不能準確判斷移動物體離攝像機的距離及其他詳細信息。

傳感器及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，可有效補充人們對視頻監(jiān)控的更高質(zhì)量要求?？稍跀z像機前端加入各種傳感器，如傾角傳感器、激光測距傳感器和云臺攝像機共同整合，云臺攝像機的視頻用于幫助用戶捕捉激光測距傳感器的可見紅色激光光點，云臺帶動激光測距傳感器轉(zhuǎn)動，用戶可在遠端客戶端進行選點測量。這樣用戶的視覺得到了長距離的延伸，可使用激光測距傳感器和視頻監(jiān)控對現(xiàn)場的一些物體及物體間的實際距離進行測量，視頻監(jiān)控的輔助使這種遠程測量工作得以實現(xiàn)。

2.2.2 山體滑坡監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

山體滑坡是我國山區(qū)地帶最常見、最易發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害之一，能在短時間內(nèi)迅速掩埋或摧毀鐵路涵洞、軌道路基和橋梁場站等鐵路基礎(chǔ)設(shè)施，嚴重影響鐵路運輸及行車安全。

可在容易發(fā)生山體滑坡的地段設(shè)置液位傳感器、傾角傳感器及前端設(shè)備并將該處地段的鐵路里程及山體信息預(yù)存于芯片中，利用鐵路干線通信光纜或無線列調(diào)鐵塔組成有線、無線相結(jié)合的傳輸方式。一旦山體發(fā)生滑坡，傳感器迅速做出反應(yīng)，形成的數(shù)據(jù)信息通過有線傳至臨近車站，由車站值班員發(fā)出報警信息。同時，傳感器可將數(shù)據(jù)通過無線方式不停的發(fā)送出去，附近有列車通過時，通過機車上的無線接收裝置收到報警信息并迅速做出反應(yīng)，避免事故的發(fā)生。

2.2.3 站車信息共享系統(tǒng)

目前，雖然實現(xiàn)了鐵路車站售票系統(tǒng)間的聯(lián)網(wǎng)，但車上補票仍獨立操作，導(dǎo)致車站預(yù)留車票與車上補票之間的脫節(jié)，造成旅客列車資源浪費。如果利用RFID技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)信息共享性將車站售票系統(tǒng)與車上補票系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，車站可以準確掌握無票上車人員的情況，根據(jù)實際情況確定車票預(yù)留；車上也可以準確掌握車票預(yù)留情況，方便為旅客補票，從而充分利用列車資源，同時便于車上檢票。

此外，物聯(lián)網(wǎng)還可以滲透到鐵路行業(yè)的方方面面，包括入侵報警系統(tǒng)、旅客攜帶物品安全檢查系統(tǒng)、電源環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、無線列調(diào)通信鐵塔安全系統(tǒng)等領(lǐng)域。

3 結(jié)束語

近年來，隨著我國高速鐵路、重載鐵路、綜合交通樞紐建設(shè)的快速實施，鐵路信息化水平要求越來越高，鐵路通信信息網(wǎng)絡(luò)也逐步實現(xiàn)了寬帶化、數(shù)據(jù)化、移動化和多媒體化，具備了發(fā)展鐵路交通智能化的基礎(chǔ)條件，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鐵路系統(tǒng)中推廣應(yīng)用已經(jīng)蓄勢待發(fā)?，F(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用僅體現(xiàn)在RFID/二維碼/傳感器及數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用方面，其優(yōu)勢已經(jīng)初露端倪。隨著信息技術(shù)更高層次的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)將是轉(zhuǎn)變鐵路運輸發(fā)展方式的重要組成部分。隨著“智慧地球”概念的提出和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，在不遠的將來，鐵路交通智能化程度一定會迎來質(zhì)的飛躍。

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