李 剛 中國鐵路上海局集團有限公司杭州供電段

1 射頻識別技術(shù)簡介

無線射頻識別即射頻識別技術(shù)(Radio Frequency Identification，RFID)，是自動識別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體(電子標簽或射頻卡)進行讀寫，從而達到識別目標和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認為是21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。

1.1 射頻識別技術(shù)定義

無線射頻識別技術(shù)通過無線電波不接觸快速信息交換和存儲技術(shù)，通過無線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，然后連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，加以實現(xiàn)非接觸式的雙向通信，從而達到了識別的目的，用于數(shù)據(jù)交換，串聯(lián)起一個極其復(fù)雜的系統(tǒng)。在識別系統(tǒng)中，通過電磁波實現(xiàn)電子標簽的讀寫與通信。根據(jù)通信距離，可分為近場和遠場，為此讀/寫設(shè)備和電子標簽之間的數(shù)據(jù)交換方式也對應(yīng)地被分為負載調(diào)制和反向散射調(diào)制。

1.2 射頻識別技術(shù)系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理

1.2.1 RFID 系統(tǒng)由以下幾部分組成

（1）RFID 標簽。由芯片和耦合元件組成，每個標簽配屬唯一ID；

（2）讀寫器。讀取和寫入RFID 標簽信息，是RFID 標簽進行信息數(shù)據(jù)交換的終端設(shè)備分移動式和固定式2種；

（3）天線。在RFID 標簽和讀寫器之間傳輸射頻信號，是RFID系統(tǒng)的中間件設(shè)備。

1.2.2 RFID系統(tǒng)的工作原理

閱讀器將要發(fā)送的信息編碼后加載于特定頻率的載波信號，當(dāng)閱讀器進入 RFID 標簽特定的讀取范圍之內(nèi)，即閱讀器的磁場覆蓋 RFID 標簽時，RFID 標簽接收閱讀器發(fā)射的射頻信號，利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的能量驅(qū)動向閱讀器發(fā)送存儲在 RFID 標簽芯片中的信息。對于經(jīng)過加密的 RFID 標簽，接收閱讀器發(fā)送的射頻信號后，RFID 標簽對射頻信號通過解碼和解密，對請求、密碼、權(quán)限等進行判斷，判斷是否為非法讀取，若非法將不發(fā)射信號。

2 RFID在鐵路接觸網(wǎng)定位中的應(yīng)用

2.1 鐵路接觸網(wǎng)支柱自動識別系統(tǒng)

2.1.1 工作原理

在鐵路沿線所有接觸網(wǎng)支柱（軟橫跨支柱、鋼柱）安裝電子標簽；在所有區(qū)段站、編組站、大型貨運站和分界站安置地面識別設(shè)備；對列車經(jīng)過的接觸網(wǎng)支柱信息進行準確的無接觸式識別，讀??；經(jīng)計算機處理后為鐵路管理信息系統(tǒng)等提供接觸網(wǎng)支柱實時追蹤管理所需的準確的、實時的基礎(chǔ)信息。從而建立一個鐵路接觸網(wǎng)支柱、標識、屬性和位置等信息的計算機自動報告采集系統(tǒng)。由于車速較高，該系統(tǒng)屬于高頻系統(tǒng)。

2.1.2 工作流程

對系統(tǒng)及供電等進行自檢→列車出發(fā)，傳感器工作→啟動RF射頻→天線開始工作，接收電子標簽反射的信號，識別標簽→由讀出計算機對調(diào)波信號進行解調(diào)、譯碼、處理→并計算、計數(shù)、標簽定位→傳至管理系統(tǒng)、再進行系統(tǒng)比對。

2.1.3 主要構(gòu)成

（1）接觸網(wǎng)支柱電子標簽。安裝在支柱的中梁上，相當(dāng)于每根支柱的“身份證”。

（2）管理系統(tǒng)。機房配置專用計算機，把計算機傳來的信息進行處理、存儲，并按通信協(xié)議和規(guī)程轉(zhuǎn)發(fā)給管理系統(tǒng)和比對系統(tǒng)。

（3）比對系統(tǒng)。比對管理設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，是否與系統(tǒng)內(nèi)部信息一致，為車輛管理和設(shè)備維護提供可靠信息。

（4）標簽編程網(wǎng)絡(luò)。標簽安裝前在每個支柱包涵的設(shè)備信息寫入標簽內(nèi)存的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要目的是記錄保存建立的接觸網(wǎng)信息，方便后期信息調(diào)取與維護。

2.2 方案實施

考慮到施工和維護方便，電子標簽的安裝位置選擇在鐵路線路兩側(cè)的接觸網(wǎng)支柱上，每隔5 km～6 km 上下行線各安裝1組電子標簽。射頻閱讀器安裝在高速檢測列車的車窗內(nèi)側(cè)，閱讀器朝向電子標簽安裝的接觸網(wǎng)支柱。電子標簽及射頻閱讀器安裝示意如圖1。

圖1 電子標簽及射頻閱讀器安裝示意

電子標簽安裝高度應(yīng)在2.2 m，此高度應(yīng)為標簽的中心點到軌面的距離，確認射頻卡的正面朝向線路方向，并且電子標簽正面無任何金屬遮擋，電子標簽的 卡號打印在每個標簽的背面，安裝完成后需要記錄每個標簽卡號對應(yīng)的準確線路里程值和安裝的接觸網(wǎng)支柱號。電子標簽卡號位置如圖2所示。

圖2 電子標簽卡及卡號

采用如圖3所示安裝支架將電子標簽固定在接觸網(wǎng)支柱上，現(xiàn)場完成安裝的標簽如圖4所示。

圖3 電子標簽安裝支架

圖4 電子標簽安裝完成

當(dāng)列車高速通過安裝有電子標簽的接觸網(wǎng)支柱時，車內(nèi)的射頻閱讀器可瞬時獲取到標簽信息和標簽?zāi)芰孔V，系統(tǒng)的信號采集設(shè)備可自動記錄標簽?zāi)芰孔罡呶?，再?jīng)服務(wù)器由基于RFID 里程修正模型進行精算處理后，獲得精確的線路實時里程。

2.3 射頻識別技術(shù)在鐵路接觸網(wǎng)應(yīng)用的實際意義

將射頻識別技術(shù)應(yīng)用于鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備管理中，可以實現(xiàn)對設(shè)備備件的管理自動化，大幅提高管理效率，該技術(shù)具有快速、準確、可靠等多方面的優(yōu)勢，完全適應(yīng)鐵路接觸網(wǎng)設(shè)備管理的新需求。

基于射頻識別(RFID)定位技術(shù)，接觸網(wǎng)支柱準確定位不僅僅只用于檢測定位，對于機車運行中的參考定位也極有好處。如機車過分相、分段，行車路徑的記錄，以及機車信號等都不失為一個很好的輔助方案。目前國內(nèi)的接觸網(wǎng)檢測數(shù)據(jù)庫都是線條式數(shù)據(jù)庫，即站與區(qū)間交替，上、下行分離，各建一條線路的數(shù)據(jù)庫。因此站場只有一條股道被記錄入數(shù)據(jù)庫，忽略其他股道，也沒有其他繞行線路及聯(lián)絡(luò)線的數(shù)據(jù)。在檢測之后不能確定檢測的站場是哪股道，甚至其準確位置。在鐵路快速發(fā)展的今天，計算機應(yīng)用如此普及，特別需要設(shè)備的整體管理。因此基于射頻識別(RFID)定位技術(shù)的形式管理所有的鐵路設(shè)備，配合自動定位系統(tǒng)準確有效，節(jié)省人力物力，為早日實現(xiàn)鐵路數(shù)據(jù)化管理打下基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語

高速鐵路軌道、牽引供電、通信、信號等基礎(chǔ)設(shè)施相互之間關(guān)聯(lián)性強，影響因素多，為保障高速列車行車安全，不僅需要對基礎(chǔ)設(shè)施進行高質(zhì)量動態(tài)檢測，同時 需要對檢測數(shù)據(jù)進行綜合分析，對高速列車運行品質(zhì)及基礎(chǔ)設(shè)施狀態(tài)變化規(guī)律做出評價，為高速鐵路運營安全評估和指導(dǎo)養(yǎng)護維修提供技術(shù)支撐。