GPS 和RFID 技術的鐵路信號設備巡檢系統

馬 晶

（中鐵十九局集團電務工程有限公司，北京 100176）

0 引言

以確保列車安全運行為目標，信號設備巡檢工作者要規范地巡查多種信號設備，有效找到列車運行隱患并加以處理。在列車提速的發展背景下，開天窗運行時間逐步縮短，維護工作呈現出一定難度，需要時刻關注維護工作對設備的巡視效果，這說明巡檢信號設備的工作不可或缺。因為設備分布區域廣泛，維修要求相對嚴格，需要引進先進的技術輔助信號設備巡檢工作。GPS 和RFID 技術為鐵路信號設備巡檢體系的一個新穎手段，可以顯著提升信號設備巡檢的有效性。

1 高速鐵路信號設備質量的影響因素

即使日常維修和安全檢查工作未能找到設備質量的影響因素，信號設備的質量問題也會在故障的驅使下被動呈現出來。立足于鐵路信號設備的軟件和硬件因素，探索信號設備出現的故障，重點體現在以下3 點：

（1）設備源頭質量存有缺陷。信號設備供應商生產的產品質量不高，不僅使新技術和新裝備在繁瑣的高速鐵路運行環境下產生問題，還涉及高速鐵路軟件設計不科學，堵塞信息通道。因為招投標過程中制造工藝存在問題，導致信號設備質量不足，包括繼電器接點設計與電子板件不良等。此外，新線建設期間表現出信號設備安裝調試不夠穩定，也制約著信號設備的巡視效果。

（2）日常維護管理尚未落實。維修作業不夠標準化，對維修標準以及維護內容了解不全面，出現漏檢、漏修現象。其次，缺少對信號設備運行狀態的了解過程，對信號設備的維護缺少針對性，無法排除信號設備的質量隱患。維護手段不夠新穎，尤其是高速鐵路維護作業往往是夜間環境，若照明條件不夠優越，會使信號設備巡視無法落實或者巡視檢測不標準，降低維護實效性。

（3）質量研究攻關不到位。設備故障產生的原因在分析過程中不夠徹底，尤其是道岔轉換問題，往往只研究道岔別卡的現象，忽視道岔別卡的主要因素。其次是質量安全隱患的攻關不夠合理，比如在道岔結合部，經多次病害聯合整治操作仍未降低安全隱患，時常出現設備軟件問題，影響地鐵信號設備巡檢工作的效率。

2 GPS 和RFID 技術的鐵路信號設備巡檢系統現狀

2.1 電子巡檢系統組成

現階段鐵路信號設備系統的巡檢方式依舊是信號工作者報到、單位負責人安排的模式，存在設備漏檢或不檢的情況。為此研制了諸多高科技的巡檢電子類設備，涉及巡檢儀器、設備或者管理系統等，主要使用GPS、立足RFID 技術形成的一種電子巡檢系統。

（1）圍繞信息紐扣形成的電子巡檢系統。信息紐扣為自動分辨芯片的一種形式，此種芯片設置于檢查設備中，通過檢查工作者攜帶相關設備，觸摸信息按鈕獲取信息，把巡檢結果登記在管理主機中，以開展鐵路信號設備的巡檢工作。此類設備雖然存在一定優勢，不足之處首先是巡檢儀器與自動分辨芯片要充分接觸以獲取信息，若列車在夜間巡檢，存在較大難度；其次，巡檢儀器與自動分辨芯片的相互接觸，需要具備外置條件，人為影響因素比較大；最后，自動分辨芯片會受到外界環境污染，長時間暴露后產生接觸不良等問題。

（2）GPS 技術形成的電子巡檢系統。GPS 和RFID 技術組成的電子巡檢系統，重點是檢查工作者憑借GPS 定位信息加以檢查，檢查儀器保存定位之后的位置。首先對信息進行鎖定，之后把獲取的信息反饋給巡檢主機，再按照定位軟件的信息，獲取對應的數據以及報告。存在的不足是在巡檢期間要屏蔽其他戶外使用的設備，不能收到超過4 顆衛星的數據，定位方面存在不足。以手持型為主的GPS 技術接受機，鎖定的定位要確保在20 m 之內的位置，而檢測的全球定位系統難以呈現設備儀器的具體數據。

（3）RFID 技術形成的電子巡檢系統。對于RFID 技術，工作要點是通過射頻操作完成雙向通信，突破射頻自動識別技術限制。由讀卡器以及射頻卡兩個部分組成，兩者之間信息能量相互交換，不需要接觸便可以完成巡檢工作，基本原理是電磁耦合以及感應耦合。此巡檢系統的數據按鈕比較先進，存在的不足包括2 個方面：RFID 技術巡檢系統記載相對離散的數據，無法記錄巡檢路徑，不能用于線路檢查工作中；其次，系統僅僅存儲讀取射頻卡的時間信息，可能出現讀取之后檢查工作者離開崗位，忘記檢查巡檢設備的現象，不能科學評估工作者的實際工作狀態。

2.2 巡視系統的操作流程

（1）制作站場電子地圖。為能科學使用鐵路信號設備巡檢系統，應該制作鐵路地區的電子地圖，尤其是信號設備的實際分布狀況。記錄鐵路軌道與信號設備的全球定位系統信息，之后通過地理定位系統軟件加以處理，按照信號設備的分布圖表，制作鐵路地區的電子地圖。

（2）GPS 和RFID 技術的融合運用。GPS 和RFID 技術相結合，巡檢工作者手持巡檢儀器獲取全球定位系統的信息，之后按照路徑行走，達到巡檢位置，讀取射頻卡涉及的數據信息，按照次序進行信號設備的巡查。

（3）信息加工處理。信息加工處理分為4 個步驟：①獲取資料，射頻卡獲取數據為借助讀卡模塊得到數據，計算全球定位系統信息；②獲取信息，讀取射頻卡信息之后，電腦接收的信息與數據和射頻卡內置信息進行比較，經過處理將信息保存在外部存儲設備體系中，同時全球定位系統中獲取的途徑數據也要保存在外部信息儲存體系中；③信息保存，讀卡器充當保存單元，其器械性能相對穩定，體積較小，有助于計算機管理軟件加工巡檢儀器信息的記錄；④數據的處理，管理主機在讀卡器中獲取數據，經過管理軟件進行再次分析統計。

2.3 巡檢系統的硬件、軟件設計

（1）硬件設計。鐵路信號設備的巡檢硬件設計，包括射頻卡、巡檢儀器和PC 機，通過Mifare 1 射頻卡保存信號設備數據。此種類型的射頻卡是無源射頻卡，以實際工作中產生的電源能量設置為卡片的讀寫器，發送無線載波，標準操作距離是1 m 或0.25 m。巡檢儀器作為鐵路信號設備巡檢系統的重點內容，包括電源模塊、GPS 模塊、微處理器與PFID 模塊和其他部分組成。

（2）軟件設計。鐵路信號設備巡檢系統的軟件設計，包括巡檢儀器軟件與系統管理軟件。首先是巡檢儀器軟件：巡檢儀器的運行為相對循環的模式，單片機如果接受全球定位系統的信息，應該在串口位置上進行中斷信號處理，并且在射頻卡數據讀取期間，采取間斷的操作方式，因此要借助按鈕有效控制讀卡操作流程。其次是系統管理軟件：系統管理軟件的設計要按照模塊化的思想，包括信息管理、射頻卡設置、巡檢任務信息輸入、查詢模塊與信息處理模塊。其中信息處理模塊為巡檢儀器的信息處理，涉及信息導入、巡檢信息加工、路徑信息加工、巡檢報告制作等，每一個模塊的作用都不相同，全面服務于系統管理軟件的運行。

3 GPS 和RFID 技術的鐵路信號設備巡檢系統展望

3.1 巡檢系統的使用效果

鐵路信號設備巡檢系統匯集全球定位系統以及射頻識別技術，克服以往巡檢工作的多個問題，加強巡檢系統檢查的質量，得到一定成效。

（1）全球定位技術確定巡檢的路徑，射頻識別技術確定巡檢機械設備，兩者的集合可以從客觀層面上考慮巡檢工作者工作的規范性。

（2）鐵路信號設備巡檢系統可以處理分辨芯片暴露和受到人為破壞的問題，使用過程中還可以突破不良現象的產生。

（3）在全球定位系統的使用下，可以在電子地圖中呈現信號設備巡檢的路徑，巡檢工作者一目了然地找到巡檢工作目標。

（4）鐵路信號設備巡檢系統借助讀卡器保存信息，在現階段網絡相對發達的情況下體現較強的便捷性。通過標準化的巡檢系統，路線以及設備巡檢文件保存位置進行分隔，針對后期信息加工提供便利條件。

3.2 提升巡檢系統可靠性的措施

（1）強化鐵路信號設備巡檢系統的可靠性。巡檢設備的實際使用周期和設備的設計以及設備生產在以往的研究中，過于強調鐵路信號設備生產的有效性，淡化其他層面的分析，不能從本質上處理實際問題，影響到巡檢設備的可靠性。因此需要強化鐵路信號設備巡檢的分析，將可靠性分析工作貫徹到研究的每一個環節中，奠定鐵路信號的可靠性理論基礎，科學地進行設備實際生產和運行。

（2）時常維護與更新鐵路信號巡檢設備。巡檢工作人員要定期參與到鐵路信號設備的檢查工作，按照設置的信號設備可靠性研究機制對其檢查，找到設備存在的故障，采取科學方式將其控制在一定范圍。計算機先進技術已經存在于鐵路信號系統的監測中，需要信號巡檢工作者提升自身的專業水平，熟練領悟應用流程以及操作要點，確保鐵路信號檢查單位可以落實本職工作。此外通過先進技術整理信號設備信息，配合數字化系統操作等先進技術，全面更新鐵路信號設備的使用性能，彰顯信號設備巡檢的可靠性與實效性。

4 結束語

開展GPS 和RFID 技術的鐵路信號設備巡檢系統研究課題具有十分重要的現實意義和價值，與鐵路信號設備巡檢的可靠性分析水平與國際分析水平進行對比，我國仍存在一定差距。針對相關問題，應該深入完善，加強研究力度，構建科學的信號巡檢系統，致力于我國鐵路行業的開展和運行，全面彰顯鐵路運行的安全性和可靠性，為人們的出行與生活提供更加便利的條件。