RFID技術在自動售檢票設備巡檢維護中的應用設想

江 斌嚴 龍韓 潔

（1.南京地鐵運營有限責任公司（票務中心），南京 210012；

2.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073）

RFID技術在自動售檢票設備巡檢維護中的應用設想

江 斌1嚴 龍2韓 潔1

（1.南京地鐵運營有限責任公司（票務中心），南京 210012；

2.北京全路通信信號研究設計院集團有限公司，北京 100073）

從RFID工作原理、發展歷程和應用等方面介紹無線射頻識別技術。分析南京地鐵自動售檢票系統的維修和維護現狀，探索RFID技術在該系統中的應用設想，總結目前RFID技術存在的問題以及趨勢展望。

無線射頻識別-RFID；電子標簽；個人數字助理-PDA；設備巡檢維護；通用分組無線服務-GPRS

無線射頻識別（RFID）技術在早些年代已經開始被提出和使用，使得物品快速識別成為可能。該技術在近幾年的時間里快速發展。RFID技術與條形碼識別技術不同，它通過射頻信號可以實現較遠距離的識別，而不需要近距離使用讀寫器。此外，RFID標簽還可以將產品生產商和類型以及一些變量等各種信息作為身份識別的內容。

1 RFID工作原理及相關技術

一般來說， RFID系統須具備兩項關鍵功能，首先是自動識別和數據交互功能；另一個是必須滿足數據存儲和轉換的能力。RFID設備在測試方面主要關注以下3個基本部件，如圖1所示。

圖1 RFID的系統結構

1.1 電子標簽（讀頭或者叫射頻卡）

一般來說，芯片以及耦合元器件組成電子標簽，芯片上有EPROM用來儲存識別碼或其他數據，標簽含有內置天線，主要功能是完成與讀寫器的通信。電子標簽相比于條碼、磁卡、IC卡等識別技術，具有非接觸、工作距離長、適于惡劣環境、可識別運動目標等優點。

1.2 讀寫器（與電子標簽交互信息的設備）

射頻讀寫器的重要功能是控制射頻模塊向標簽發射讀取信號，并接收標簽的應答，對標簽的對象標識信息進行解碼，將對象標識信息連帶標簽上其他相關信息傳輸到主機以供處理。

在大多數的RFID系統中，讀寫器在一個區域內發射電磁波，當射頻卡經過這個區域時，與讀寫器進行數據交互。讀寫器接收到射頻卡的數據后，解碼并校驗數據的有效性，然后通過RS-232、RS-422、RS-485等串口或無線方式將數據傳送到計算機網絡。

1.3 天線

天線作為射頻卡與讀寫器的橋梁，是一種把射頻信號以電磁波形式接收或輻射出去的裝置，分為標簽天線和讀寫器天線。讀寫器通過天線發送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入天線工作區域時獲得能量被激活；射頻卡將自身信息通過卡內置天線發送給讀寫器；讀寫器將接收的信號進行解調和解碼，然后送到后臺主系統進行處理；主系統根據邏輯運算判斷該射頻卡的合法性，針對不同的情況做出相應的處理，發出指令信號控制相關聯的執行機構動作。

2 RFID技術發展及典型應用

2.1 RFID技術的發展歷程

早在1940—1950年，雷達的改進和應用催生了射頻識別技術，1948年奠定了射頻識別技術的理論基礎；1950—1960年，早期射頻識別技術的探索階段，主要處于實驗室實驗研究；1960—1980年，射頻識別技術的理論得到發展，出現最早的射頻識別應用。1980—2000年，射頻識別技術及產品開始進入商業應用階段，逐漸走入人們的生活中；因而在2000年以后，標準化問題也被日趨重視，射頻識別產品種類更加豐富，規模應用行業擴大。

近些年來，射頻技術不斷得到豐富和完善。單芯片電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應高速移動物體等射頻識別技術與產品也逐步產生并推廣應用。而且，目前很多企業不僅僅在單一使用RFID的硬件技術，而是結合系統管理軟件和人機界面設備，如PLC觸摸屏、LCD看板、PDA智能手持終端、工業平板電腦、條碼采集器、傳感器、工業AP、Wi-Fi、GPRS等多類硬件的綜合智能一體化系統。

2.2 RFID技術的應用

目前，RFID技術已經在物流和供應管理、生產制造和裝配、航空行李處理、郵件和快運包裹處理、文檔追蹤和圖書館管理、動物身份標識、運動計時、門禁控制和電子門票、道路自動繳費、城市一卡通的應用、高校手機一卡通的應用等行業領域得到廣泛的推行和應用。

1）很多的安保系統均應用射頻卡，一卡可以多用。比如，可以用作工作證、出入證、停車卡、飯店住宿卡甚至旅游護照等，目的都是識別人員身份、安全管理、收費等。好處是簡化出入手續、提高工作效率、安全保護。

2）電子物品監視系統（EAS）的目的是防止商品被盜。物品上安裝被激活的射頻卡，如果沒有通過被許可的方式進行拆除或消磁，在接近掃描器（讀寫器）時會被探測到，同時會報警。

3）20世紀90年代中期，原鐵道部在中國鐵路車號自動識別系統建設中，就最終確定RFID技術為解決“貨車自動抄車號”的最佳方案。采用RFID技術以后，鐵路車輛管理系統實現了統計的實時化、自動化，降低了管理成本。據相關統計數據顯示，采用此系統之后，每年的直接經濟效益達到3億多元。

3 南京地鐵自動售檢票設備的維護巡檢現狀

RFID技術不僅在物流和供應管理、生產制造和裝配等行業得到了廣泛的應用，而且越來越多的在電力設備和通信設備等運營服務企業的系統和設備維護及巡檢中推廣使用。預防巡檢作業一般技術含量較低，工作量大，所需人員較多，作業質量難以控制，經常出現一次把所有巡檢做完；記錄采取紙質方式，維護人員在巡檢過程發現在故障信息需幾天才傳到維護管理部門，設備巡檢故障信息反饋較慢；維護人員在進行故障維修時，很難第一時間了解到設備歷史故障信息，響應時間和維修時間都較長。利用RFID技術很好的提高了設備巡檢和維修質量和效率。

南京地鐵作為一個典型資產密集型和技術密集型的服務行業，設備眾多并且分散，分布在控制大樓和各個車站。自動售檢票（AFC）系統是基于計算機、數據庫、系統集成、通信、網絡、自動控制等技術，實現軌道交通票卡發行和制作、售票、檢票、收益、統計和分析、清分、管理等全過程的復雜自動化系統，面對社會大眾提供服務，系統設備的好壞狀態直接影響到現場運營服務質量。

目前， AFC系統的現場主要有自動檢票機、自動售票機和半自動售票機等3大類近2 000臺設備，覆蓋了3條線路80多km的57個車站。3條線路各有一個班組負責本線路現場設備的維修和巡檢，平均每車站配置人員不到1.4，是國內所有地鐵行業配員最少的。AFC系統的各類設備故障平均每天都在100多起，一線生產人員每天平均飽和工作時間在6～8 h，不停的在現場巡查設備，除了處理各種故障以外，還要兼顧日常的預防性和計劃性維護。雖然采用了故障信息管理系統，但是由于一方面本身信息系統的不完善，所有記錄都需要人工干預填寫，而且沒有統計分析功能；另一方面該系統與AFC系統沒有任何網絡接口和信息交互，很多臺賬和報表還是紙質的，這些都需要花費大量的人力和物力去記錄和分析統計，而且周期很長。技術人員的大部分精力浪費在完善臺賬登記和匯總分析上面，沒有太多的時間去研究和攻關技術問題，使得很多慣性故障問題遲遲得不到解決，大大影響了維修保養效率和質量。

以上的種種問題其實不僅僅是AFC系統所獨有的，而是其他各專業乃至其他地鐵行業共同存在的問題，只是嚴重程度不一樣。鑒于這種局面，完全可以將通信和電力設備巡檢維護中所采用的RFID技術引入。目前的AFC系統基本都在新建時就安裝了獨立的維修管理模塊，而且設備中還有部分模塊也安裝了電子標簽，但是維修管理和電子標簽與現場運行實際情況結合不完善，功能不全面、模塊故障信息不詳細、實際跟蹤不到位、統計分析不符合要求等，這就需要根據現場實際運行要求，完善功能需求的同時強化RFID電子標簽功能。

4 南京地鐵自動售檢票設備維護的RFID技術應用設想

按照AFC設備維護管理流程和RFID標志管理要求，同時有利于與AFC運行維護管理系統接口，可以探索RFID技術在AFC系統中應用的設想。設備巡檢維護平臺建立包括RFID管理系統和接入服務器、PDA維護終端軟件系統、AFC維修管理系統3個主要部分，每個系統之間建立一定的接口，相互關聯進行信息交互。通訊線路一方面利用AFC系統獨立的網絡，另一方面利用通信專業的有線和無線系統。整個系統的建立需要與AFC系統設計廠家共同開發完成。

1）RFID設備巡檢維護平臺系統采用三層架構模型，第一層為客戶端即PDA終端，第二層WEB服務器，第三層為數據庫服務器。維護人員通過PDA客戶端經地鐵內部GPRS網絡訪問WEB服務器提交服務請求，WEB服務器再向數據庫服務器提出請求，數據庫服務器將請求結果提交客戶端。

2）RFID管理系統主要對電子標簽初始化、RFID標簽碼編加密、RFID基礎信息管理，管理前端PDA寫標簽信息。該系統主要由數據庫服務器和RFID管理系統組成，負責響應前端PDA和維護管理系統數據獲取的要求，同時對前端獲取的信息及維護人員填寫的信息進行處理，并將設備維修巡檢記錄傳送到維修管理平臺的數據庫服務器。該系統需要廠家根據地鐵需求對設備重要部件模塊安裝功能較強的電子標簽。

3）手持式PDA可以采用目前主流的windows mobile、andriod、symbian操作系統的智能手機，同時要求智能手機安裝有RFID模塊。PDA終端子系統包含讀寫器模塊、客戶端軟件、硬件驅動軟件和硬件。

客戶端軟件主要完成RFID標簽讀寫和信息的傳送，同時利用智能手機小型數據庫緩存RFID標簽，通過智能手機WEB瀏覽器或定制的客戶端軟件登錄服務器獲取設備維護和歷史故障信息等。該軟件一方面啟動讀寫器模塊對附近設備模塊RFID標簽讀取，并將讀取信息緩存于本地數據庫；另一方面是當收到需要提供RFID標簽信息請求后，將RFID信息發給服務器。

4）RFID接入服務器子系統主要分為3個部分，即數據庫管理模塊、業務處理模塊、PDA接入服務管理模塊。數據庫管理模塊主要負責數據庫讀寫操作、異常處理。業務處理模塊主要負責處理與維修管理平臺數據傳送。PDA接入服務管理模塊主要負責處理PDA的請求服務和標簽信息傳送，并送到業務處理模塊。

5）維護管理系統是AFC系統設計廠家根據地鐵需求開發的，直接與AFC系統設備進行實時通訊和信息交互，存放AFC系統運行的大量設備模塊故障、計劃性維護以及部件狀態和位置信息等，同時具備統計、匯總和分析功能等，相對于設備巡檢維護平臺較獨立，從安全性角度考慮， RFID接入服務器通過事先約定好的軟硬件接口經防火墻等設備與AFC維護管理系統保持數據同步。

6）RFID在自動售檢票設備維護中的主要信息交互及功能。

通過以上平臺、終端和服務器的搭建，可以初步設想一些利用RFID具體傳送的信息。自動售檢票設備維護的基本日常工作就是點巡檢、養護以及故障維修等，因此，這個應用系統主要也就圍繞這3項工作內容，存儲和傳送相關的信息。這些信息綜合了維護人員身份識別及簽名、設備編號、養護計劃和執行、模塊故障、事件及告警、設備交易情況、備件和物資庫存等。維護人員通過手持式PDA與設備、后臺系統交互信息，完成設備點巡檢及簽名、執行養護計劃和表單記錄、接收和處理故障及告警、查詢歷史維修記錄、備件領用和庫存查詢電子化等工作內容，從而提升工作效率和質量。另外，通過該系統后臺業務層可以很好的進行統計和分析，為工班長及技術管理人員對設備維修養護的決策提供科學合理的依據。

通過上面的技術應用，AFC系統的維修和維護就形成了較完善的信息化管理系統，進而可以達到如下目的：通過使用Wi-Fi、GPRS等無線網絡將維修巡檢以及RFID數據實時傳輸到維修管理系統，實現AFC設備維修巡檢管理的信息化和科學化，提高維護管理水平及工作效率、質量；還可以通過對后臺數據的匯總和分析，及時發現設備維護的規律及隱患，科學合理的安排和管巡檢人員的相關工作；為巡檢維護工作提供一系列科學高效的決策手段等。

5 RFID技術應用的衍生問題和展望

隨著科學技術的發展，RFID技術也在不斷的完善和推廣，同時一系列的制約因素也應運而生。這些問題主要包含價格成本、技術瓶頸、標準建立、認知推廣等。

1）標準建立

上述內容已經提到，要使RFlD技術得到廣泛應用，就應統一和開放技術標準。目前， EPC Global、UID、AIM Global、ISO等多個系列標準體系已經形成，同時也有許多國家和地區在ISO或EPC Global標準之上制定適合自己的相應標準。因此，不能寄希望于國際市場來支持中國的RFID技術。必須制定適合中國國情的RFID技術標準，當然在建立標準過程中也應當充分考慮與國際標準的互通性。

2）價格成本

雖然射頻標簽的成本隨著規模應用有所下降，但由于RFID系統除了標簽以外，還包括讀寫器、軟件以及復雜的后臺系統，因此總體建設投入成本不可能特別低，這樣一來，價格在一定程度上也限制了一部分低端企業用戶對RFID技術的應用。

3）技術瓶頸

目前，RFID系統的技術瓶頸主要集中在安全和融合問題。安全問題存在于射頻標簽與讀寫器之間，這種威脅主要表現為標簽數據的非法讀取和惡意篡改。另一方面由于技術標準不統一，在現有系統中將RFID技術進行有效融合比較復雜，現在比較可行的方案是通過中間件來解決此問題，但是中間件的投入又會帶來安全和技術混雜以及成本的增加。

盡管RFID還存在著諸多問題，但是只要先制定標準，給予RFID生產和開發企業一定政策支持，這些問題會得到很好的改觀，規模效益也會帶來價格成本的降低。隨著RFID技術不斷的革新和應用的推廣，射頻識別技術也會越來越完善，成本將會隨著規模效益而降低。可以預見，未來RFID技術將會在標簽產品多樣化、系統網絡化和商務化、系統兼容性完善、與通信運營商等其他產業融合等方面有著廣泛的發展前景。

6 結束語

縱觀RFID技術的發展趨勢，它做為一種具有多種優點的自動識別技術，在各個行業都有著巨大的應用潛力。在中國的交通行業，智能交通是RFID行業目前應用較為成功的領域。而地鐵行業自然也是智能交通系統的一部分，AFC專業和供電、通信、信號等專業作為地鐵行業的一個子系統，應用RFID技術來進行設備巡檢維護也是必然趨勢，因此要深入研究技術細節和可行性，逐步解決目前RFID存在的問題，完善具體需求，才能用最少的成本投入真正應用該技術為設備巡檢維護提供信息化管理，從而提升工作效率和質量。

［1］譚祥安.RFID技術在通信設備巡檢中的應用［J］.計算機光盤軟件與應用， 2011（3）：12-13.

This paper presents the Radio Frequency Identifi cation Device （RFID） technology from working principles， development and application， analyzes the equipment maintenance situation of Nanjing Metro Automatic Fare Collection system （AFC）， and discusses the potential application of RFID technology in AFC system. Finally， it summarizes the current problems and developing trend of the RFID technology.

Radio Frequency Identifi cation （RFID）； electronic tag； Personal Digital Assistant （PDA）； patrol inspection of equipment； General Packet Radio Service （GPRS）

10.3969/j.issn.1673-4440.2015.06.020

2015-04-23）