物联网技术在铁路运输中的运用研究

afopevira

摘 要：自2007年4月18日我国铁路进行了第六次大提速之后，我国正式进入了高铁时代，铁路行业发展迅猛，越来越多的人们选择铁路作为自己的出行方式，然而，铁路的发展仍然受到诸如铁路运输以及安全隐患、维护等因素的限制。实践证明，将铁路运输信息化可有效的降低铁路在安全及运输等方面的问题。如今，物联网已被初步运用于我国的铁路行业当中，是计算机以及互联网之后最受人们关注的第三波信息化发展浪潮。概述物联网技术及其工作原理，论述其在铁路运输当中所发挥的作用。
关键词：物联网 技术 铁路 运输
中图分类号：TP391.44 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）002-088-02
1 前言
物联网，英文名称为“The Internet of things”。物联网是根据相关协议，通过信息传感设备，如红外感应器、激光扫描器、全球定位系统、射频识别等，将任意物品与互联网进行连接，通过信息的通信及交换，使对物品的实时、自动化的识别、定位、监控、跟踪及管理得到实现的一种网络技术。物联网所发挥的作用与其英文名相同，即“物物相连”。物联网包含两个层面的意思：（1）用户端延伸至各个物体之间，实现信息的通信及交流；（2）在互联网前提下的网络的扩展与延伸，核心仍旧保持为互联网不变。作为最具先进性的信息技术的主要组成部分之一，物联网技术不但为人们的生活及生产活动造成极大冲击，同时也为我国的铁路行业带来了新的机遇及挑战。
2 物联网技术及其工作原理
在物联网中，其极为重要的技术之一即是RFID电子标签技术。通常情况下，RFID系统由下面两个部分构成：（1）阅读器，阅读器可以是读取装置，也可以是读取及写入装置，主要取决于其所应用的技术及存储器内部结构；（2）电子标签，其通过将多个主要模块集成到单块芯片当中，从而实现与阅读器的通信，电子标签主要应用于物体识别上，将其附着于被识别对象，可使该对象被区分出来。EEPROM的容量通常为几比特至上万比特，集成芯片运用EEPROM来实现数据及识别码的存储工作。只需与天线及电池进行连接，芯片即可作为货物的标识卡或是人员的身份识别卡运用到实际当中。此外，电子标签还具备了可进行远程工作、可识别运动目标、不易受到恶劣气候及环境的影响及非接触等优点。
在绝大多数的RFID系统当中，电子标签在进入磁场之后，将自动接受由解读器所发出的射频信号，并主动发射特定频率信号，或是根据其感应电流所获取的能量将存在于芯片当中的产品数据发送出去；当解读器获取该数据并进行解码工作后，将会把该数据传输至中心信息系统实行相关信息的处理工作。具体而言，电子标签内存在着一个LC串联谐振电路，阅读器则在某个区域中发射电磁波，该区域面积大小由天线尺寸及工作频率来决定，阅读器所发射的频率与LC串联谐振电路频率相一致。当电子标签通过该区域时，LC谐振电路将与电磁波发生共振，继而使电容内充满电荷，而位于该电容的另一端则与一个单向导通的电子泵相接，使电容内的电荷被传导到另一电容内进行储存。当该电容内所积攒的电荷值达到一定程度时，该电容即可作为电源承担为其他电路提供运行电压的任务，同时接收由阅读器传来数据并将电子标签内的数据发射出去。当电子标签数据发射到阅读器时，阅读器将对其进行解码并校验错误，从而决定该数据是否具有有效性，而后再将该数据以无线的方式传输至计算机网络中。
3 物联网技术与铁路运输
3.1 智能化售检票系统
随着物联网技术在全球高速铁路中运用的飞速发展，智能化售检票系统在我国轨道交通领域也得到了广泛应用。在铁路运输行业当中，智能化售检票系统使用RFID电子客票，其按照乘客要求，采取自动售票机方式进行售票，并在自动检票机中制定相关的读写器，以将包含于电子芯片当中的数据信息读出，从而分辨车票是否有效，利用该项系统不仅可以为乘客出行带来极大方便，还可简化工作程序，缩短工作流程，节省大量人力资源。当前，我国已在京沪高速铁路、京津城际铁路等线路当中初步试行智能化售检票系统，取得效果较为理想。
3.2 铁路行车调度管理
物联网在铁路行车调度管理中主要应用于铁路列车车厢的管理工作，是我国当前铁路速度控制及信号系统升级改造的有效途径之一。其实施方式为将RFID芯片安装于各节车厢内，同时在铁路两侧每相隔一段距离便安装一个读写器。如此，不仅能够实时的掌握全国范围内的所有列车当前所在铁路线路位置信息，还可了解列车当前行进的速度，有利于对列车进行安全控制、调度及追踪作业。此外，将物联网应用于铁路行车高度管理中还克服了当前轨道电路中信号量小及其易受到外界干扰等问题。
3.3 铁路机车车辆智能化识别系统（ATIS）
一般而言，铁路机车车辆智能化识别系统由五个部分所组成，即数据集中管理、复示设备、机车车身底部识别标签、地面自动识别设备（AEI）等，其中，地面自动识别设备包含了防雷设备、天线、读取装置、列车探测装置、远程通信设备、微波射频装置等。将AEI设置于全部分界站、编组站、区段站及大型货运站，并分析、解码、译码、存储、整理标签信息而后传输至集中管理系统（CPS）。于货车与机车上安装电子标签，当此标签经编码后将包含数量、类型、车次号等与机车有关的信息。配置专门计算机于车站信息中心机房以设立车站CPS，通过对过车数据信息进行采集、计算及整理等步骤，使其与车站运输管理信息系统（TMIS）交互，从而让车站运输管理信息系统对机车进行实时的跟踪得到实现。
3.4 铁路客运系统
物联网应用于铁路客运系统中，将读写器设置于检票口、出站口、候车室及客车车厢等，将识别芯片植入每张客票中，当售票时，芯片将被写入相关信息。如乘客到达候车室，芯片将会触发系统，使广播自动播放欢迎乘客的语音，如乘客误入了错误的候车室，芯片也将触发系统，广播将自动对其提醒。此外，该系统还会对候车人数进行统计，如乘客入错检票口系统将会对其进行提示，如乘客正常通过检票口，则系统将会将其检票信息写入。乘客顺利登上列车时，该系统将会播放欢迎语音，若误入车箱则系统将会对其进行提醒。列车行驶后，系统将会自动将乘客信息传输至下一站，当乘客到达站点时系统将会自动对其进行提醒，乘客下站后，系统则对检票信息进行写入。
3.5 铁路货运物流信息化系统
随着现代信息化技术的发展，使得人们的日常生活方式逐渐发生了改变。如今，网上购物已经成为了人们的主流购物方式，而货运物流是否及时、稳定、高速日益成为人们关注的重点。相对于其它运输方式，铁路运输在物流行业当中有着极大优势，然而，其中也存在着诸如货票信息不符实际、货物丢损等问题。由于铁路部门对此投入了极大的人力、物力及财力资源，故此类问题一旦发生时，不但会使消费者的利益受到损害，也将给铁路部门带来损失，由此也会产生理赔案件。将物联网技术引入到铁路运输当中，运用铁路货运物流信息化系统，为每一件货物贴上智能化标签，在货物上车前对其进行扫描操作，从而使货物的信息被写入车站的管理系统当中，管理人员通过该系统对货物与单据信息是否一致进行核对。车厢在到达沿途车站站点阅读器时，不但可实现对货物运输的流程追踪，同时也有利于货物的清点及核对工作，此外还可使消费者了解其所消费的货物当前何时到达何地。由于物联网中无障碍RFID及数字化技术的运用，使得铁路部门从运输追踪、运单传递、接货、出货、验货直至货差货损追查到信用证管理等各个环节得到了简化，降低了复杂度，节省了大量的人力、物力及财力资源，较之传统的物流方式不仅更为先进化、智能化，同时也使得工作效率得到了极大的提高。
3.6 机车和轮对检修信息管理系统
将射频识别装置安装于检修库当中，当检修库有机车进入时，该识别装置将对机车的入库时间，车号及车型等信息进行采集，采集结束后将所有信息存储入机车信息表中；同时，入库分析模块将会对机车的月度故障及历史活项进行统计和分析，并将机车的月度故障统计图、惯性故障预警分析、共性故障预警完成，之后通过语音广播通知专检专修部门做好检修前的准备。设置机车入库人工操作按钮于机车入库状态浏览区域内，若当前入库的机车信息与库存当中的信息存在冲突，或是无法进行正确识别时，系统将会发出警报，以语音向工作人员进行提示；当具有一定权限的工作人员到达后，将以人工操作的方式进行干预，利用权限验证编辑机车的入库信息。机车在检修结束后，经工长验收后出库，当经过库位射频识别装置时，该机车的出库时间与信息将传输至应用系统，系统随即启动出库操作，将机车该次检修的全部流程以及检修活项操作信息全部存储至历史表中，同时删除该机车信息，实现对此机车的自动检修过程。在机车检修系统当中应用RFID技术，不理能够自动完成对机车的出入库流程操作，且能够根据机车出入库对机车信息进行采集工作，有利于查询及统计机车信息，大大减轻了检修人员的工作量，使机车检修工作的效率及质量得到最大程度的提高。
4 结束语
如今，随着信息化技术的发展，我国的铁路通信信息网络正朝向移动化、宽带化、多媒体化、数据化的方向迈进，将物联网技术全面应用于我国的铁路系统当中已是必然的趋势。目前物联网在我国铁路中的应用主要为传感器、RFID、数据采集以及二维码等方面，应用效果显著。随着对信息化技术应用的广泛深入，未来物联网势必成为改变铁路运输发展前景方向的主要因素之一，将使之全面提升铁路运输的智能化程度。
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