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

        2016-11-29 09:20:42劉正曦
        城市軌道交通研究 2016年3期
        關(guān)鍵詞:存車停站車頭

        劉正曦

        (上海寶信軟件股份有限公司,201900,上?!喂こ處煟?/p>

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

        劉正曦

        (上海寶信軟件股份有限公司,201900,上?!喂こ處煟?/p>

        基于無線射頻識別(RFID)技術(shù)的城市軌道交通列車位置識別系統(tǒng),獨立于信號系統(tǒng),可作為信號系統(tǒng)的補充。介紹了該列車位置識別系統(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的判斷過程。該系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng)驗表明,基于RFID技術(shù)的列車位置識別系統(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間,節(jié)約人工成本,尤其適用于小交路列車位置的識別。

        城市軌道交通;無線射頻;列車位置識別

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

        地鐵運營過程中,偶爾會發(fā)生跳閘停電或者其他情況,從而導(dǎo)致信號系統(tǒng)發(fā)生故障[1]。此時調(diào)度人員只能根據(jù)ATS(列車自動監(jiān)控)故障前的運行圖進(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營,故效率非常低。而最新的RFID(無線射頻識別)技術(shù),能對車站和存車線中的列車位置進(jìn)行識別,從而提高人工模式下的運營效率。

        1 RFID技術(shù)

        RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù),通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。RFID的識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)可識別高速運動物體并可同時識別多個標(biāo)簽,操作快捷方便。

        基于RFID技術(shù)的列車位置識別系統(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區(qū),主動偵測周圍有無讀寫器發(fā)射的呼叫信號,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,經(jīng)過解調(diào)和解碼之后,將標(biāo)簽內(nèi)部的數(shù)據(jù)識別出來,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)處理終端是一臺計算機,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)的列車位置識別系統(tǒng)組成

        基于RFID技術(shù)的列車位置識別系統(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)。每個標(biāo)簽中均存儲了該標(biāo)簽所粘貼列車的車體號以及標(biāo)簽粘貼位置的編號(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,站臺區(qū)域需要安裝4臺讀寫器,分別安裝在上行站臺頭部、上行站臺尾部、下行站臺頭部及下行站臺尾部,其編號依次為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],其編號分別為13-0、13-1。讀寫器依靠標(biāo)簽發(fā)射的信號,進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和解碼,從而獲取列車的車體號等信息。如果很多車站的讀寫器針對某標(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。車站需要安裝一臺數(shù)據(jù)處理終端(工控機),用來接收和處理該車站的讀寫器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。工控機可顯示讀寫器傳輸來解碼后的信息,即列車車體號和車頭車尾信息。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和所在位置。

        3 系統(tǒng)軟件

        3.1軟件功能

        列車位置識別系統(tǒng)的軟件可處理讀寫器傳輸?shù)臄?shù)據(jù),能根據(jù)安裝在站臺和存車線的6個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、標(biāo)簽號、獲取時間等數(shù)據(jù),按照規(guī)定的格式存儲在工控機的數(shù)據(jù)庫中,作為后續(xù)數(shù)據(jù)處理時的原始數(shù)據(jù)。由于列車運行速度有快慢,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、上下行方向、到站和離站時間、列車當(dāng)前位置、列車當(dāng)前狀態(tài)等信息。針對不同的車站結(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)列車的實時信息。

        3.2不同列車狀態(tài)的位置識別

        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號線上?;疖囌緸槔?,其運營規(guī)則約定:

        ·列車車頭進(jìn)入站臺尾部,即為列車進(jìn)站。

        ·列車車頭??空九_頭部,即為列車停站。

        ·列車車頭離開站臺頭部,即為列車出站。

        ·列車車尾離開站臺頭部,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,算作列車折返。在前5種狀態(tài)下,軟件只要根據(jù)站臺安裝的4個讀寫器數(shù)據(jù),就能識別列車位置。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,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_。此時,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讀到該車另外一個標(biāo)簽,即車尾標(biāo)簽時,系統(tǒng)判斷該車停靠上行站臺,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,系統(tǒng)同樣判斷該車??可闲姓九_,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)域是用來臨時存放車輛,讓列車改變運行方向,進(jìn)行折返時用的區(qū)域。類似上海軌道交通1號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_。

        第2種列車折返路線(見參照圖4):上行列車從上行站臺駛出,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_。

        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)安裝在站臺的閱讀器重新讀到該車標(biāo)簽時,說明該車已經(jīng)從上行站臺經(jīng)存車線,折返到下行站臺。

        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出站時,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,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

        無需通過信號系統(tǒng),僅需通過站臺區(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別。即使信號系統(tǒng)發(fā)生故障,調(diào)度員也可有條不紊地指揮調(diào)度,縮短列車延誤時間。該系統(tǒng)不僅可以識別列車位置,還能記錄列車的進(jìn)站、離站時間,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:中國鐵道出版社,2012:174.

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

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

        [4] 李靜,孔祥琦,王建偉.基于無線射頻識別技術(shù)的列車車組號自動識別系統(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

        *上海市科技人才計劃項目(15QB1400600)

        (2014-07-30)

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