射頻識別定位技術在高鐵接觸網定位中的應用

李 剛 中國鐵路上海局集團有限公司杭州供電段

1 射頻識別技術簡介

無線射頻識別即射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)，是自動識別技術的一種，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，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據交換的目的，其被認為是21世紀最具發展潛力的信息技術之一。

1.1 射頻識別技術定義

無線射頻識別技術通過無線電波不接觸快速信息交換和存儲技術，通過無線通信結合數據訪問技術，然后連接數據庫系統，加以實現非接觸式的雙向通信，從而達到了識別的目的，用于數據交換，串聯起一個極其復雜的系統。在識別系統中，通過電磁波實現電子標簽的讀寫與通信。根據通信距離，可分為近場和遠場，為此讀/寫設備和電子標簽之間的數據交換方式也對應地被分為負載調制和反向散射調制。

1.2 射頻識別技術系統構成與工作原理

1.2.1 RFID 系統由以下幾部分組成

（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 標簽進行信息數據交換的終端設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系統的中間件設備。

1.2.2 RFID系統的工作原理

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

2 RFID在鐵路接觸網定位中的應用

2.1 鐵路接觸網支柱自動識別系統

2.1.1 工作原理

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

2.1.2 工作流程

對系統及供電等進行自檢→列車出發，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→由讀出計算機對調波信號進行解調、譯碼、處理→并計算、計數、標簽定位→傳至管理系統、再進行系統比對。

2.1.3 主要構成

（1）接觸網支柱電子標簽。安裝在支柱的中梁上，相當于每根支柱的“身份證”。

（2）管理系統。機房配置專用計算機，把計算機傳來的信息進行處理、存儲，并按通信協議和規程轉發給管理系統和比對系統。

（3）比對系統。比對管理設備的數據信息，是否與系統內部信息一致，為車輛管理和設備維護提供可靠信息。

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

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的接觸網支柱上，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側，閱讀器朝向電子標簽安裝的接觸網支柱。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在2.2 m，此高度應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的準確線路里程值和安裝的接觸網支柱號。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支柱上，現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

當列車高速通過安裝有電子標簽的接觸網支柱時，車內的射頻閱讀器可瞬時獲取到標簽信息和標簽能量譜，系統的信號采集設備可自動記錄標簽能量最高位，再經服務器由基于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 射頻識別技術在鐵路接觸網應用的實際意義

將射頻識別技術應用于鐵路接觸網設備管理中，可以實現對設備備件的管理自動化，大幅提高管理效率，該技術具有快速、準確、可靠等多方面的優勢，完全適應鐵路接觸網設備管理的新需求。

基于射頻識別(RFID)定位技術，接觸網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。目前國內的接觸網檢測數據庫都是線條式數據庫，即站與區間交替，上、下行分離，各建一條線路的數據庫。因此站場只有一條股道被記錄入數據庫，忽略其他股道，也沒有其他繞行線路及聯絡線的數據。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。在鐵路快速發展的今天，計算機應用如此普及，特別需要設備的整體管理。因此基于射頻識別(RFID)定位技術的形式管理所有的鐵路設備，配合自動定位系統準確有效，節省人力物力，為早日實現鐵路數據化管理打下基礎。

3 結束語

高速鐵路軌道、牽引供電、通信、信號等基礎設施相互之間關聯性強，影響因素多，為保障高速列車行車安全，不僅需要對基礎設施進行高質量動態檢測，同時 需要對檢測數據進行綜合分析，對高速列車運行品質及基礎設施狀態變化規律做出評價，為高速鐵路運營安全評估和指導養護維修提供技術支撐。