基于電子射頻技術(shù)的鐵路薄弱處所檢查系統(tǒng)研究

摘" 要：由于鐵路線路設(shè)備繁多，分布廣泛，從設(shè)備檢查到設(shè)備維修是一個(gè)多環(huán)節(jié)的復(fù)雜過程。所以在智能交通系統(tǒng)中獲取檢查人員的精準(zhǔn)位置信息對(duì)盯控鐵路薄弱處所檢查和確保行車安全具有重要意義。研究針對(duì)目前傳統(tǒng)設(shè)備檢查方法的不足，結(jié)合電子射頻技術(shù)（RFID）、二維碼技術(shù)和FineReport提出一種盯控鐵路薄弱處所檢查系統(tǒng)的新方法。該方法通過GPS實(shí)現(xiàn)檢查人員定位，通過比對(duì)基于電子射頻技術(shù)的手機(jī)終端與待檢查設(shè)備的位置信息，并進(jìn)一步分析兩者位置信息之間的誤差。結(jié)果表明，距離誤差在300 m以內(nèi)，能夠較好地盯控設(shè)備檢查，確保檢查的真實(shí)性，并能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，保障鐵路地行車安全。

關(guān)鍵詞：電子射頻技術(shù)；定位；薄弱處所；數(shù)據(jù)分析；檢查系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：U216.3" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）11-0136-04

Abstract： Due to the wide variety and distribution of railway line equipment， the process from equipment inspection to equipment maintenance is a complex process with multiple links. Therefore， it is of great significance to obtain the accurate location information of inspectors in the intelligent transportation system for monitoring the weak places of the railway and ensuring the traffic safety. Aiming at the shortcomings of the current traditional equipment inspection methods， this research proposes a new method to monitor and control the inspection system of railway weak places by combining electronic radio frequency identification （RFID） technology， two-dimensional code technology and FineReport. This method realizes the positioning of the inspector through GPS， compares the position information of the mobile phone terminal based on electronic radio frequency technology and the equipment to be checked， and further analyzes the error between them. The results show that the distance error is less than 300 m， which can better check the marking and control equipment， ensure the authenticity of the inspection， and accurately analyze the data to ensure the safety of railway traffic.

Keywords： electronic radio frequency identification （RFID） technology; positioning; weak places; data analysis; inspection system

鐵路線路檢查及維修工作是鐵路安全工作的重點(diǎn)之一，相關(guān)單位均在探索有效的加強(qiáng)辦法。按照沈陽局工務(wù)部下發(fā)的《普速線路車間薄弱設(shè)備控制辦法》的相關(guān)要求，各工務(wù)段應(yīng)該對(duì)長期薄弱、季節(jié)性薄弱和臨時(shí)薄弱設(shè)備分類進(jìn)行梳理，并按照周期進(jìn)行檢查。但由于薄弱設(shè)備數(shù)量多、分布廣，并且需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，傳統(tǒng)的檢查方法無法做到處處盯控檢查、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，所以針對(duì)線路薄弱處所的檢查和管理存在諸多需要完善的地方。

為了更全面系統(tǒng)地完成鐵路薄弱處所的檢查盯控，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新，有必要研制一種新型針對(duì)鐵路薄弱處所的檢查系統(tǒng)。射頻技術(shù)追溯管理辦法在許多領(lǐng)域有較好應(yīng)用，但在鐵路線路檢查方面應(yīng)用甚少。曹立波基于RFID、視覺和UWB的車輛定位系統(tǒng)，通過車輛與路側(cè)單元的通信測(cè)得兩者之間的距離，計(jì)算證明了通過合理布置路側(cè)單元能達(dá)到直道定位誤差0.3 ｍ彎道0.5 ｍ 以內(nèi)的定位精度；李大鵬利用二維碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電工設(shè)備及備品備件的迅速、準(zhǔn)確識(shí)別，并對(duì)工作人員起到了良好的監(jiān)督作用。以上研究中，射頻技術(shù)的應(yīng)用均取得了一定效果，比如實(shí)現(xiàn)了查詢和追溯的管理，但是管理的過程沒有產(chǎn)生痕跡，不能辨別真?zhèn)危什荒茏C實(shí)檢查人員是否檢查了固定設(shè)備。筆者認(rèn)為可結(jié)合電子射頻技術(shù)（RFID）、二維碼技術(shù)和FineReport建立一種盯控鐵路薄弱處所檢查系統(tǒng)的新方法。該方法能夠?qū)崟r(shí)定位監(jiān)控薄弱處所檢查，確保檢查信息的真實(shí)性，同時(shí)能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)更新，確保檢查和管理可控，最終保障鐵路的行車安全。

1" 系統(tǒng)框架

基于電子射頻技術(shù)的鐵路薄弱處所檢查系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)）主要由2部分組成，一部分利用二維碼、GPS和手機(jī)終端通過檢查系統(tǒng)獲取檢查信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，另一部分通過JAVA語言和Web服務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行計(jì)算和處理，將信息按照特定的格式輸出到檢查系統(tǒng)中（圖1）。

其中，第二部分內(nèi)容也可以在電腦端顯示，此功能便于調(diào)度指揮人員盯控和統(tǒng)計(jì)，并可針對(duì)車間沒有檢查的設(shè)備進(jìn)行提示提醒，確保檢查全部覆蓋。

2" 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包含掃碼簽到、檢查信息匯總、檢查橫道圖和設(shè)備臺(tái)賬維護(hù)4個(gè)模塊，以二維碼技術(shù)和FineReport平臺(tái)作為研究基礎(chǔ)，利用MYSQL數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息，以TOMCAT作為Web服務(wù)器的檢查系統(tǒng)（圖2）。

系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)按照功能拆分成一組相互協(xié)作的功能，按照分層設(shè)計(jì)的思想，系統(tǒng)同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)單獨(dú)計(jì)算的功能。

技術(shù)機(jī)構(gòu)劃分為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)邏輯處理層和展現(xiàn)層。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層：主要的功能是將檢查人的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中，同時(shí)進(jìn)行簡單的計(jì)算。

數(shù)據(jù)邏輯處理層：包括數(shù)據(jù)的訪問、處理、工作流服務(wù)和報(bào)表服務(wù)等功能。

展現(xiàn)層：主要負(fù)責(zé)前臺(tái)界面的布局、樣式和用戶的操作方式。

2.1" 二維碼技術(shù)

二維碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在二維方向上分布的黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號(hào)信息。二維碼種類繁多，本文選用QR Code文本碼作為對(duì)應(yīng)設(shè)備的唯一標(biāo)識(shí)碼，并賦予該二維碼當(dāng)前位置的經(jīng)緯度坐標(biāo)值。工作人員通過掃碼獲取文本數(shù)據(jù)，并聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，則界面處會(huì)顯示設(shè)備的基礎(chǔ)信息，然后將手持機(jī)終端獲取的經(jīng)緯度與二維碼自有經(jīng)緯度進(jìn)行對(duì)比，將結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫，即可計(jì)算每次檢查位置與設(shè)備位置的距離誤差，從而驗(yàn)證工作人員是否真正完成了設(shè)備的檢查。

2.2" FineReport

FineReport 報(bào)表軟件是一款純Java編寫的、集數(shù)據(jù)展示（報(bào)表）和數(shù)據(jù)錄入（表單）功能于一身的企業(yè)級(jí)Web 報(bào)表工具，具有專業(yè)、簡捷、靈活的特點(diǎn)，基于無代碼理念，僅需簡單地拖拽操作便可以設(shè)計(jì)復(fù)雜的報(bào)表。

在FineReport設(shè)計(jì)器中，定義好數(shù)據(jù)連接后，設(shè)置掃碼控件和控件命名id，編寫道岔數(shù)據(jù)查詢語句SELECT*FROM brsb where num=′${id}′，在編輯區(qū)設(shè)置好道岔的基本信息，將.cpt文件部署到系統(tǒng)服務(wù)器上，即可運(yùn)行。

2.3" 數(shù)據(jù)庫

本系統(tǒng)主要采用目前比較實(shí)用的MYSQL數(shù)據(jù)庫，按照數(shù)據(jù)的類型、聯(lián)系、邏輯結(jié)構(gòu)約束和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等有關(guān)數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要存儲(chǔ)薄弱處所臺(tái)賬、薄弱處所的位置信息和檢查信息，通過掃碼將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，利用FineReport設(shè)計(jì)器對(duì)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算和統(tǒng)計(jì)處理，按照系統(tǒng)特定的格式輸出，確保系統(tǒng)的可視化功能。

3" 系統(tǒng)功能

在服務(wù)器上部署TOMCAT服務(wù)器，設(shè)置環(huán)境變量后，在FineReport設(shè)計(jì)器上按照《普速線路車間薄弱設(shè)備控制辦法》要求設(shè)置功能。

3.1" 掃碼簽到

在薄弱處所粘貼二維碼時(shí)，設(shè)定程序，程序則首次獲取設(shè)備位置的經(jīng)緯度。經(jīng)緯度一經(jīng)獲取后，程序?qū)Υ嗽O(shè)備的功能失效，即每次設(shè)定完程序僅能獲取經(jīng)緯度一次，后期檢查時(shí)，手機(jī)端獲取的經(jīng)緯度與第一次獲取的經(jīng)緯進(jìn)行對(duì)比，確保檢查距離在要求范圍內(nèi)，則可判別為已完成檢查。

檢查人員掃描二維碼后獲取經(jīng)緯度的同時(shí)，系統(tǒng)將顯示薄弱設(shè)備的基本信息，同時(shí)將檢查人基本信息提交到數(shù)據(jù)庫，完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（圖3）。

3.2" 檢查信息匯總

該模塊主要功能是對(duì)檢查信息進(jìn)行匯總，方便查詢某一時(shí)間段內(nèi)檢查人員的狀態(tài)，薄弱處所的位置、時(shí)間等詳細(xì)信息。提前設(shè)置檢查人員姓名、部門、開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間等篩選條件，根據(jù)篩選條件查詢每個(gè)檢查人員的詳細(xì)信息，背景顯示白色表示正常，背景顯示黃色表示檢查人員與設(shè)備的距離超過300 m，則可判別為未完成設(shè)備檢查（圖4）。

3.3" 檢查橫道圖

隨著每日掃碼記錄的累積，系統(tǒng)自動(dòng)生成橫道圖，列為薄弱處所名稱，行為每月日期。通過核對(duì)每月每處薄弱處所有哪些人員完成了檢查及哪些人員未完成檢查，實(shí)現(xiàn)薄弱處所與日期對(duì)應(yīng)的快速查詢，同時(shí)很清楚地看到薄弱處所的檢查是否在檢查周期內(nèi)（圖5）。

3.4" 設(shè)備臺(tái)賬維護(hù)

鐵路的薄弱處所不是一成不變的，需要進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新。本模塊的主要功能就是通過查詢薄弱處所臺(tái)賬，及時(shí)刪除非薄弱處所信息，增加需要維護(hù)的薄弱處所信息。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成二維碼識(shí)別號(hào)，車間打印后粘貼，實(shí)現(xiàn)了鐵路薄弱處所的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新（圖6）。

本模塊可以實(shí)現(xiàn)對(duì)季節(jié)性薄弱和臨時(shí)薄弱設(shè)備的動(dòng)態(tài)更新。進(jìn)入防洪期和防斷期能夠自動(dòng)更新設(shè)備臺(tái)賬，對(duì)于臨時(shí)的薄弱處所進(jìn)行整修后，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后取消薄弱設(shè)備臺(tái)賬，具體操作如下。點(diǎn)擊查詢臺(tái)賬，即可查詢所有的薄弱設(shè)備臺(tái)賬，點(diǎn)擊增加臺(tái)賬，輸入名稱提交后即可建立臺(tái)賬，點(diǎn)擊刪除行，可以刪除該處薄弱處所臺(tái)賬，此模塊的功能可以較好地實(shí)現(xiàn)薄弱處所的動(dòng)態(tài)更新功能，方便調(diào)度指揮中心隨時(shí)掌握薄弱處所的動(dòng)態(tài)臺(tái)賬，便于管理和維護(hù)的功能（圖7、8）。

4" 應(yīng)用情況

系統(tǒng)自2022年7月開始在沈陽工務(wù)段范圍內(nèi)開始試用，2022年10月開始正式使用。通過幾個(gè)月的應(yīng)用表明，該系統(tǒng)在檢查作業(yè)的過程中簡單便捷、迅速可靠、記錄齊全、管理起來更為方便，有效地改變傳統(tǒng)檢查將照片傳到微信群的方式，解決了查詢和匯總難的問題，提高了薄弱處所檢查的效率，實(shí)現(xiàn)了薄弱處所檢查的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化管理（表1）。

5" 結(jié)束語

基于電子射頻技術(shù)的鐵路薄弱處所檢查系統(tǒng)能夠有效地盯控薄弱處所的檢查，同時(shí)將檢查信息進(jìn)行匯總分析，查看薄弱處所是否按照檢查周期進(jìn)行檢查。如果未按檢查周期完成檢查，調(diào)度指揮中心將督促檢查人員檢查設(shè)備，確保薄弱處所設(shè)備能夠檢查到位，保障鐵路的行車安全。該系統(tǒng)具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、軟件開發(fā)周期短和功能擴(kuò)展靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)。從目前應(yīng)用結(jié)果來看，該系統(tǒng)運(yùn)行良好，性能穩(wěn)定，設(shè)計(jì)思想與實(shí)際相符，能夠滿足對(duì)鐵路薄弱處所全方位盯控檢查、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新的要求，具有很好的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹立波，陳崢，顏凌波，等.基于RFID、視覺和UWB的車輛定位系統(tǒng)[J].汽車工程，2017，39（2）：225-231.

[2] 李大鵬.基于二維碼的電廠設(shè)備檢修保養(yǎng)管理系統(tǒng)及App應(yīng)用[D].長春：吉林大學(xué)，2017.

[3] 呂廣舒，畢麗波.二維碼技術(shù)與GPS定位技術(shù)在航務(wù)智能工作系統(tǒng)中的運(yùn)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2021（36）：94-97.

[4] 李建剛，黃詩浩，鄭啟強(qiáng)，等.批量高速二維碼視覺檢測(cè)識(shí)別系統(tǒng)[J].應(yīng)用光學(xué)，2021，42（2）：276-282.

[5] 陳顯寶，金隼，羅磊，等.基于視覺定位的AGV定位精度提高方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，2021，37（1）：36-40.

[6] 張義楨，向婕，唐立軍.基于二維碼圖像識(shí)別的無人機(jī)定位方法研究[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件，2019，36（9）：117-121.

[7] HUIZHEN X， KUO Y. The design and implementation of equipment academy educational management information system based on the Web environment[Z].2015.