GPS和RFID技術(shù)的鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)的探討

常計清

（太原鐵路局電務(wù)處,太原 030013）

GPS和RFID技術(shù)的鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)的探討

常計清

（太原鐵路局電務(wù)處,太原 030013）

為解決鐵路設(shè)備巡檢過程中，設(shè)備分類過多、故障原因復(fù)雜等問題，GPS和RFID相結(jié)合，將出現(xiàn)的問題快速解決。

GPS和RFID技術(shù)；鐵路信號設(shè)備；巡檢系統(tǒng)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.156

1 電子巡檢系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

當(dāng)前鐵路設(shè)備巡檢系統(tǒng)采用的檢查方式仍為信號員報到、部門負(fù)責(zé)人組織安排這樣的較初級的形式，漏檢、不檢現(xiàn)象嚴(yán)重，巡檢成本巨大，檢查后的文件沒有固定位置擺放，想要查找歷史文件較為困難。為減少這些問題的出現(xiàn)，隨著科學(xué)技術(shù)的增強(qiáng)，近些年出現(xiàn)了很多高科技的巡檢電子類裝備，比如巡檢的儀器、操作設(shè)備、巡檢的管理系統(tǒng)等等。其中目前應(yīng)用最為廣泛的是基于GIS/GPS技術(shù)的電子巡檢系統(tǒng)、基于RFID技術(shù)的電子巡檢系統(tǒng)。

1.1 基于信息鈕扣的電子巡檢系統(tǒng)

信息鈕扣是一種自動識別芯片，將這種芯片安裝在檢查設(shè)備上，然后再由檢查人員攜帶檢查設(shè)備，觸摸其信息按鈕讀取信息，將檢驗(yàn)結(jié)果發(fā)送到巡檢管理主機(jī)，進(jìn)而開展工作。基于信息鈕扣的電子巡檢系統(tǒng)的運(yùn)用一定程度上解決了原巡檢過程中的問題，但仍然存在著缺陷：一是巡檢儀器和自動識別芯片需要非常準(zhǔn)確的接觸才能讀取到信息，比如在夜間較暗的情況下，操作起來是存在較大問題的。二是巡檢儀器和自動識別芯片的接觸，必須是暴露在外的，容易受到人為破壞。三是自動識別芯片容易受到外界污染，時間長了會出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象。

1.2 基于GIS/GPS技術(shù)的電子巡檢系統(tǒng)

GIS/GPS技術(shù)的電子巡檢系統(tǒng)，其使用的原理，主要通過檢查人員依靠GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行檢索，檢測儀器有效存儲設(shè)備定位后的位置，鎖定信息后，講得到的信息反饋給主機(jī)，再結(jié)合地理定位軟件，得到檢測的數(shù)據(jù)和報告。其中主要的缺點(diǎn)是：首先如果巡檢過程中，其他戶外設(shè)備受到屏蔽，將不能接收超過四顆衛(wèi)星的信息，因此不能獲得有效定位。其次，通過手持型GPS系統(tǒng)接收機(jī)，鎖定的定位精確度在20m范圍之內(nèi)，從測得的全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)無法區(qū)分是哪一臺設(shè)備的數(shù)據(jù)。

1.3 基于RFID技術(shù)的電子巡檢系統(tǒng)

基于RFID技術(shù)，我們使用的電子巡檢系統(tǒng)，其工作原理是利用射頻實(shí)現(xiàn)雙向通信，其主要特點(diǎn)是告別了射頻自動識別技術(shù)，該系統(tǒng)由兩部分組成——讀卡器和射頻卡，它們之間信息的能量傳輸和交換，不需要直接接觸，而是通過電磁耦合或感應(yīng)耦合來實(shí)現(xiàn)的。這一巡檢系統(tǒng)較信息按鈕系統(tǒng)先進(jìn)，但仍存在一定問題：（1）RFID技術(shù)的電子巡檢系統(tǒng)記錄的是一個離散分布的信息，不可能記住檢路徑，所以不能用在線路檢查中；（2）系統(tǒng)只記錄了讀取射頻卡的時間，有可能讀取過后檢查人員離開了，當(dāng)時沒有仔細(xì)檢查設(shè)備，因此不能衡量工作人員有沒有按照規(guī)范去檢查設(shè)備。

2 系統(tǒng)設(shè)計及原理

2.1 系統(tǒng)組成及工作原理

對于目前市場上的定位系統(tǒng)及產(chǎn)品，結(jié)合其中的優(yōu)劣特點(diǎn)，專業(yè)人士根據(jù)GPS和射頻識別技術(shù)，自主研發(fā)出一種更為便捷的信號巡檢設(shè)備。其整個系統(tǒng)分為檢測、射頻管理、數(shù)據(jù)讀存、系統(tǒng)優(yōu)化與管理等模塊。操作人員根據(jù)檢測儀收到GPS的反饋數(shù)據(jù)，根據(jù)提示選擇路線，到達(dá)指定目的地后，讀存屏幕顯示的數(shù)據(jù)信息，將所有數(shù)據(jù)分析后，存入和記錄在內(nèi)存中。整個過程結(jié)束后，可以把所有數(shù)據(jù)上傳到電腦或者云數(shù)據(jù)中，經(jīng)過特有的軟件分析后，得出專業(yè)的報告，以便參考和使用。

2.2 系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 制作鐵路站場電子地圖

要想將系統(tǒng)運(yùn)用在鐵路設(shè)備的巡檢上，首先得制作一張鐵路區(qū)域的電子地圖，特別是信號設(shè)備的分布情況。首先收集到鐵路軌道和信號設(shè)備的全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)，繼而用地理定位系統(tǒng)軟件進(jìn)行處理，同時結(jié)合信號設(shè)備分布圖，制作出鐵路區(qū)域的電子地圖。

2.2.2 GPS和RFID的結(jié)合運(yùn)用

GPS和RFID的結(jié)合運(yùn)用原則為，巡檢人員手持巡檢儀器接收到全球定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，再根據(jù)路徑行走，到底巡檢地點(diǎn)后，讀取射頻卡上的信息，依次檢查完所有設(shè)備。

2.2.3 信息處理

信息處理主要包含四個方面內(nèi)容：（1）接收資料。射頻卡信息的獲取是通過讀卡模塊和檢查儀射頻卡非接觸通信獲得的，全球定位系統(tǒng)通過模塊獲取信息，進(jìn)而得出全球定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)。（2）提取信息。當(dāng)讀取射頻卡信息時，電腦接收到相對應(yīng)的信息和數(shù)據(jù)后，與射頻卡的內(nèi)置數(shù)據(jù)分析和對比，最終處理后，保存在外部的存儲設(shè)備中。相同的，全球定位系統(tǒng)中提取的路徑信息，也存儲在外部數(shù)據(jù)存儲設(shè)備中。（3）信息存儲。讀卡器作為存儲單元，它的器械性能穩(wěn)定，體積小、容量小，便于計算機(jī)管理軟件處理檢驗(yàn)儀器的數(shù)據(jù)。（4）信息的分析處理。管理主機(jī)從讀卡器中讀取數(shù)據(jù)，再通過系統(tǒng)管理軟件進(jìn)行分析。

3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計及軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計

新型鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)的硬件，由射頻卡、PC機(jī)和巡檢儀三個部分構(gòu)成。用Mifare1射頻卡存儲信號設(shè)備信息，此類射頻卡為無源射頻卡，在工作時候的電源能量來源為卡片讀寫器天線發(fā)送的無線載波，標(biāo)準(zhǔn)的操作距離是100mm及25mm。巡檢儀是整個鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)的核心，由電源模塊、RFID模塊、GPS模塊、微處理器及其他部分共同組成。

3.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

新型鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)的軟件，由巡檢儀軟件和系統(tǒng)管理軟件組成。

3.2.1 巡檢儀軟件

巡檢儀的運(yùn)行自始至終處于一個循壞狀態(tài)，單片機(jī)如需接收到全球定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，必須要經(jīng)過串口中斷，在射頻卡信息讀取過程中，其操作方式是間斷的，所以需要按鈕來對讀卡操作進(jìn)行控制。

3.2.2 系統(tǒng)管理軟件

系統(tǒng)管理軟件的設(shè)計遵循了模塊化設(shè)計，主要包含了以下模塊：系統(tǒng)信息管理模塊、射頻卡設(shè)置模塊、巡檢任務(wù)輸入模塊、查詢打印模塊、巡檢儀數(shù)據(jù)處理模塊 （此模塊又涵蓋了4個部分：數(shù)據(jù)導(dǎo)入、設(shè)備巡檢數(shù)據(jù)處理、路徑巡檢數(shù)據(jù)處理、巡檢報告生成）。各模塊作用各不相同，使系統(tǒng)管理軟件得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)論與展望

新型鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)綜合利用了全球定位系統(tǒng)和射頻識別技術(shù)，完善了原檢查系統(tǒng)出現(xiàn)的各種問題，提高了系統(tǒng)檢測的可靠性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）全球定位系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了檢查路徑的確認(rèn)，射頻識別技術(shù)則現(xiàn)了巡檢設(shè)備確認(rèn)，兩者的再結(jié)合能夠準(zhǔn)確客觀考量巡檢人員是否按照工作規(guī)范進(jìn)行工作。（2）新型鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)采用的是不需要接觸的射頻識別技術(shù)，先前出現(xiàn)的諸如：檢儀和識別芯片的接觸暴露在外，容易受到人為破壞；自動識別芯片容易受到外界污染，時間長了會出現(xiàn)接觸不良現(xiàn)象等問題都能得到解決。（3）經(jīng)過全球定位系統(tǒng)處理，就可以在電子地圖上顯示出設(shè)備巡檢的一個路徑，巡檢人員對所需巡檢目標(biāo)一目了然。（4）新型鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)采用讀卡器存儲數(shù)據(jù)，在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的情況下非常便于使用，它使用的是標(biāo)準(zhǔn)的文件系統(tǒng)，路線和設(shè)備的巡檢文件存放位置分隔開來，對于后期數(shù)據(jù)處理非常方便。

新型鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)的投入使用，可以對檢驗(yàn)人員進(jìn)行監(jiān)督管理，讓其按照規(guī)劃好的時間和路線進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，同時為管理人員減輕管理困難，提供更行之有效的方法，提高鐵路信號設(shè)備維護(hù)的工作質(zhì)量。

【1】李俊娥，馮小寧.鐵路信號設(shè)備巡檢智能管理系統(tǒng)的設(shè)計[J].鐵路計算機(jī)應(yīng)用，2001(4)：157-159.

【2】劉曉勝，周巖.電子巡更系統(tǒng)及其發(fā)展現(xiàn)狀[J].工程設(shè)計CAD與智能建筑，2002(12)：40-42.

圖3 改造后上位機(jī)電子巡井系統(tǒng)監(jiān)控效果圖（夜間）

4 具體改造方案

4.1 井口現(xiàn)場設(shè)備改造

將原有的設(shè)備機(jī)箱拆除，更換為60×60的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備機(jī)箱，標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱內(nèi)部集成RTU、時控開關(guān)、電源模塊，交換機(jī)；將井口的數(shù)碼攝像機(jī)更換為夜視白光網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。

通過現(xiàn)場設(shè)備改造，視頻信號和數(shù)據(jù)信號不用通過視頻服務(wù)器進(jìn)行傳輸，可以通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)傳輸至站內(nèi)，彼此不受影響（見圖4）。

4.2 電子巡井?dāng)?shù)據(jù)優(yōu)化

（1）井口非標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換。叢式井井口壓力變送器、流量計、截斷閥均使用各自的非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和監(jiān)控，需要通過RTU將這些自定義協(xié)議轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的MODBUSTCP協(xié)議才能與站控系統(tǒng)PLC進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)共享。（2）站控系統(tǒng)程序優(yōu)化。需要對烏5站Rslogix500控制程序，烏4、烏7站ControlWaveDesigner程序進(jìn)行修改。主要工作包括對程序中通訊端口配置、地址列表添加、截斷閥邏輯控制的添加。（3）上位工控機(jī)PKS組態(tài)。按照標(biāo)準(zhǔn)命名規(guī)則進(jìn)行組態(tài)，并且對模擬量點(diǎn)做歷史記錄，完成下裝后，根據(jù)井口到站內(nèi)的管線設(shè)計HMI，顯示出各個井場的相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖4 改造后叢式井電子巡井系統(tǒng)傳輸示意圖

【參考文獻(xiàn)】

【1】朱迅，韓興剛，高玉龍，徐文龍，李達(dá).蘇里格氣田數(shù)字化應(yīng)急指揮系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].天然氣工業(yè)，2012（5）：71-76.

【2】廖曉蓉，孟慶華，楊宇，陳文斌.新場氣田運(yùn)用高低壓分輸技術(shù)提高氣田采收率[J].天然氣與石油，2003（2）：37-42.

【收稿日期】2016-6-10

Discussion on GPS and RFID Technologies of Railway Signal Equipment Inspection System

CHANGJi-Qing
(TaiyuanRailwayAdministrationElectricalDepartmen,Taiyuan030013,China)

In order to solve the problemsin railwayequipment in the processofinspection, such asthe equipment classification toomuch, complex cause ofthe fault,sowecombiningGPSandRFIDtechnologiestosolvetheproblemsquickly

RFIDandGPS;railwaysignalequipment;inspectionsystem

U284

A

1007-9467（2016）07-0247-02

2016-6-21

常計清，男，山西沂州人，工程師，從事鐵路信號設(shè)備的維護(hù)和管理研究，（電子信箱）ypchjq@163.com。