物联网技术在铁路行业中的应用

■ 李宝

近年来，我国铁路事业发展迅速，越来越多的人们出行方式首选铁路。铁路运输及维护安全隐患是制约铁路发展的主要因素，铁路信息化可有效缓解铁路运输及维护安全问题。

物联网被称为继计算机、互联网之后，信息化发展的第三次浪潮，深受世界各国的关注。

物联网可把生产、生活中的每件物品经过编码、扫描、记录，而后进入互联网，可自动、实时地被识别、定位、追踪、监控并触发相应事件，从而实现“物物相联、天罗地网”。物联网不仅将物与人、物与物紧密相联，还把机器和机器之间的通信囊括其中。物联网技术给人们的生产和生活带来巨大冲击，给我国铁路行业也提供了新的挑战和发展机遇。

1 物联网概述

1.1 物联网含义

物联网（The Internet of things），顾名思义，就是物物相连的互联网。包括两层含义：

第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上延伸和扩展的网络；

第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间进行信息交换和通信。

因此，物联网是通过射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。图1为物联网框架示意图。

图1 物联网框架示意图

1.2 物联网发展

（1）2005年11月，在突尼斯举行的信息社会世界峰会发布了《ITU互联网报告2005：物联网》报告，指出“物联网”通信时代即将来临；

（2）2008年底，IBM公司CEO彭明盛首次提出“智慧的地球”概念，即把感应器嵌入和装备到全球各个角落的电网、铁路等各种物体中，并借助“云计算”整合，形成“物联网”；

（3）2009年1月，美国总统奥巴马将IBM“智慧的地球”概念上升至美国的国家战略（建议新政府投资新一代的智能型基础设施）；

（4）2009年8月，国务院总理温家宝视察中国科学院嘉兴无线传感器工程中心无锡研发分中心时，对物联网核心技术的突破提出殷切希望和对“感知中国”提出设想；

（5）2009年10月底，全国传感技术科学家及移动、联通、电信、华为、中兴、大唐、联想等其他行业的大企业代表齐聚无锡，宣布成立中国传感网产业联盟；

（6）2010年3月，海南、广东、武汉等省市相继开展物联网应用的研究与实践，海南省计划将物联网应用与该省国际旅游业相结合；广东省以整合物联网零散应用形式推进物联网商用。中国工程院副院长、院士邬贺铨表示：中国物联网产业正进入“百花齐放”和“应用启动”阶段。

1.3 物联网技术架构及关键技术

1.3.1 技术架构

物联网可分为感知层、网络层和应用层三层，其技术架构见图2。

感知层由各种传感器及传感器网关构成，如压力传感器、位移传感器、CO2浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。采集周围物体的状态信息并上传。

网络层即网络通信层，由各种私有网络、专网、互联网、有线和无线通信网等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。

应用层即终端处理层，是输入输出控制终端，包括电脑、手机等服务器终端，实现对传输层发送信息的存储、挖掘、处理和应用。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，担负数据接收、处理及整合等多种功能，通过对信息的处理、统计和分析，可以达到监测被标识物品信息的目的，从而实现“物物通信”。

1.3.2 关键技术

物联网核心技术是RFID技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术。该技术作为物体的“身份证”，由标签、阅读器和天线3部分组成。RFID技术作为物联网关键技术之一，利用无线射频方式在阅读器和射频卡之间进行非接触双向数据传输，以达到目标识别和数据交换的目的。

由于RFID具有远距离识别、可存储携带较多信息、读取速度快、应用范围广等优点，目前其应用基本涵盖了铁路运营的主要业务，并取得了良好的社会和经济效益。

图2 物联网技术架构

2 物联网技术在铁路行业中的应用

2.1 具体应用案例

2.1.1 铁路机车车辆自动识别系统（ATIS）

铁路机车车辆自动识别系统由机车车辆车体底部的识别标签、地面自动识别设备（AEI）（包括列车探测装置、天线、微波射频装置、读出装置、防雷设备、远程通信设备等）及数据集中管理、监测和复示设备等组成。

在机车及货车上安装电子标签，该标签经编码后包含机车车次号、类型、数量等信息。在所有区段站、编组站、大型货运站和分界站设置AEI，对标签信息进行解码、译码、分析、存贮、整理上传至集中管理系统（CPS）。在车站信息中心机房配置专门计算机建立车站CPS，采集过车信息，经计算整理成过车数据后，完成与车站货运管理信息系统（TMIS）的交互，以达到TMIS对机车的实时追踪。

2.1.2 机车和轮对检修信息管理系统

基于RFID技术的机车检修系统，能根据机车出入库采集机车信息，完成机车出入库流程的自动操作，方便机车信息查询及统计工作，降低检修人员的工作强度，提高机车检修工作的质量和效率。

当一台机车进入检修库时，在检修库安装的射频识别装置会采集机车信息（包括机车车次号、车型和入库时间等），并保存在机车信息表中；同时入库分析模块会对机车进行历史活项分析和月度故障统计，完成机车的共性故障预警、惯性故障预警分析和月度故障统计图，并发送语音信息通知专检专修部门做好检修准备；在机车入库状态浏览区域设置机车入库人工操作按钮，当机车入库信息识别错误或与库存信息冲突时，系统自动发出报警语音提示，这时需要进行人工干预，具有相应权限的人员通过权限验证进行机车入库信息的编辑操作；机车检修完毕并通过工长验收后出库，在通过出库位射频识别装置时，机车信息和出库时间传送给应用系统，系统启动出库操作，将机车本次检修活项及整个检修流程操作信息保存到历史表中，并删除当前库内该车信息，自动完成该车的本次检修过程。

2.1.3 自动售检票系统

在法国、日本等国家高速铁路系统中，自动售检票系统得到成功应用。

在我国城际轨道交通领域中，自动售检票系统也已经得到广泛应用。我国现已开通运营的京津城际铁路、京沪高速铁路等线路中，自动售检票系统也得到初步试用，试用效果良好。该系统如果应用在铁路行业中，采用RFID电子客票，可根据乘客需求采用自动售票机进行售票，在自动检票机中设定特定的读写器，可以读出电子芯片中的数据信息，辨别车票真伪，将会节约大量人力资源，同时为乘客乘车带来便利。

2.1.4 铁路货运物流信息化系统

近年来，网上购物成为人们生活中的主要消费方式，而物流速度成为人们关注的焦点。

在物流领域，铁路拥有得天独厚的优势，然而铁路货物运输中，常常出现货物丢失、货票不符等情况，既存在理赔纠纷，又有投入大量人力物力所带来的烦恼，不仅给铁路部门造成损失，也给用户带来不便。

传统的人工抄录、条形码等信息采集技术已经不能满足日益增长的铁路物流需求。物联网技术的引入，可在每件货物上贴上智能标签，在装车前通过扫描，把货物信息输入车站管理系统，以便管理人员核对货运单据与实物是否相符。在车厢和沿途到达车站安装阅读器，既可对货物进行全程跟踪，也便于对货物查验清点。铁路部门从接货、验货、运输跟踪、出货、运单传递、信用证管理到货差货损的事后追查等环节，都因为数字化、无障碍RFID技术的使用而变得快捷和方便，较传统物流运作更准确、更智能，不但提高了工作效率，而且节约了大量的人力、财力、物力。

2.2 物联网技术在铁路行业其他业务中的应用及展望

2.2.1 视频监控与物联网的融合应用

日常生活中所接触的视频监控，都是由摄像机在前端采集现场图像信息并传送至监控中心，不能准确判断移动物体离摄像机的距离及其他详细信息。

传感器及物联网的发展，可有效补充人们对视频监控的更高质量要求。可在摄像机前端加入各种传感器，如倾角传感器、激光测距传感器和云台摄像机共同整合，云台摄像机的视频用于帮助用户捕捉激光测距传感器的可见红色激光光点，云台带动激光测距传感器转动，用户可在远端客户端进行选点测量。这样用户的视觉得到了长距离的延伸，可使用激光测距传感器和视频监控对现场的一些物体及物体间的实际距离进行测量，视频监控的辅助使这种远程测量工作得以实现。

2.2.2 山体滑坡监测预警系统

山体滑坡是我国山区地带最常见、最易发的地质灾害之一，能在短时间内迅速掩埋或摧毁铁路涵洞、轨道路基和桥梁场站等铁路基础设施，严重影响铁路运输及行车安全。

可在容易发生山体滑坡的地段设置液位传感器、倾角传感器及前端设备并将该处地段的铁路里程及山体信息预存于芯片中，利用铁路干线通信光缆或无线列调铁塔组成有线、无线相结合的传输方式。一旦山体发生滑坡，传感器迅速做出反应，形成的数据信息通过有线传至临近车站，由车站值班员发出报警信息。同时，传感器可将数据通过无线方式不停的发送出去，附近有列车通过时，通过机车上的无线接收装置收到报警信息并迅速做出反应，避免事故的发生。

2.2.3 站车信息共享系统

目前，虽然实现了铁路车站售票系统间的联网，但车上补票仍独立操作，导致车站预留车票与车上补票之间的脱节，造成旅客列车资源浪费。如果利用RFID技术的网络信息共享性将车站售票系统与车上补票系统联网，车站可以准确掌握无票上车人员的情况，根据实际情况确定车票预留；车上也可以准确掌握车票预留情况，方便为旅客补票，从而充分利用列车资源，同时便于车上检票。

此外，物联网还可以渗透到铁路行业的方方面面，包括入侵报警系统、旅客携带物品安全检查系统、电源环境监控系统、无线列调通信铁塔安全系统等领域。

3 结束语

近年来，随着我国高速铁路、重载铁路、综合交通枢纽建设的快速实施，铁路信息化水平要求越来越高，铁路通信信息网络也逐步实现了宽带化、数据化、移动化和多媒体化，具备了发展铁路交通智能化的基础条件，物联网技术在铁路系统中推广应用已经蓄势待发。现阶段物联网的应用仅体现在RFID/二维码/传感器及数据采集的应用方面，其优势已经初露端倪。随着信息技术更高层次的应用，物联网将是转变铁路运输发展方式的重要组成部分。随着“智慧地球”概念的提出和互联网技术的飞速发展，在不远的将来，铁路交通智能化程度一定会迎来质的飞跃。

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