基于RFID的轨道车辆实时定位系统设计

喻春雨等

摘 要： 为了使目前轨道车辆运行效率提高，采用射频识别RFID技术对轨道车辆的物理位置进行实时监测的方法，提出一种利用RFID技术对轨道车辆进行实时定位的系统，并介绍该实时定位系统的设计方案、组成及工作原理，主要包括RFID标签安置、RFID读写及与后台服务器通信等技术。系统运行性能结果表明利用RFID技术对轨道车辆进行实时定位具有精度高、环境适用性强等优点，在地铁和企业厂段的轨道车辆实时定位中具有良好的应用前景。

关键字： 轨旁定位； 信标； RFID； 实时监控； 定位系统

中图分类号： U231.7 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）12?0119?02

Abstract： To improve operating efficiency of the available rail vehicles， the radio frequency identification （RFID） technology was adopted to conduct real?time monitoring for the physical position of rail vehicles. The RFID?based real?time positioning system for rail vehicles is proposed. The design scheme， constitution and operational principles of the system are introduced. RFID label placement， RFID read?write and technology communicating with the backend servers are described emphatically. The operating result of this system indicates the RFID?based real?time positioning system for rail vehicles has the advantages of high precision and strong adaptability and can improve the positioning efficiency. A conclusion that the technology has a brilliant prospect for being applied to real?time positioning of rail vehicles on subways and railways inside enterprises has been obtained.

Keywords： trackside positioning； beacon； RFID； real?time monitoring； positioning system

轨道交通是解决大中城市交通问题的首选方案，近年来，国内越来越多的城市兴建了地铁和轻轨。由于轨道交通列车具有运行密度高、站间距离近的特点，其较高安全性的保证是至关重要的，因此，需要对列车在线路中位置进行实时精准监控[1]。

对轨道上运行列车进行实时精确定位是保证安全、发挥效率、提供最佳服务的前提。目前，对列车定位方法主要分为两类：一类是轨旁定位技术；另一类是车载列车定位技术。其中，轨旁定位技术主要利用轨旁及车载设备对列车进行实时跟踪，通常细化为轨道电路定位、信标定位、电缆环线定位、裂缝波导定位、扩频电台定位等方法。车载列车定位技术主要采用安全型编码里程计方法。GPS或A?GPS是目前应用较广泛的实时定位技术，它们通常被归为车载定位技术范畴。其优点是实施方便、费用低；缺点是存在位置漂移，并且在隧道等密闭空间内无法使用。RFID技术经过几十年发展已经日趋成熟，在我国车号识别技术中得到大规模、长时间应用。因此，本文基于RFID技术，设计了轨道车辆实时定位系统，它属于轨旁定位技术，是信标方法的一种具体实现，即采用布置在轨道上的RFID标签作为信标，利用安装在列车上的读写器读取标签获取列车实时地理信息，从而提高列车运行安全性和效率，为城市交通提供便利[2?4]。

1 定位系统组成及工作原理

1.1 信标定位技术

信标是安装在线路沿线反映线路绝对位置的物理标志。由于信标可提供厘米量级的位置精度，因此可用于校正列车实际运行距离。信标分有源信标和无源信标两种。有源信标可以实现车地的双向通信；无源信标类似于非接触式IC卡，在列车经过信标所在位置时，安装在列车上的天线发射的电磁波激励信标工作，并传递绝对位置信息给列车。轨道交通系统中所使用的信标大多为无源信标，被安装在轨道沿线，为列车提供精确的绝对位置参考点，或提供线路坡度、弯度等信息[5]。

1.2 系统组成

利用RFID标签作为轨旁定位中的信标，利用安装在列车上的读写器实时读取标签再传递到服务器进行映射，进而得到列车的实时定位，这样就构建了一个基于RFID技术的轨道车辆实时定位系统。该定位系统主要由RFID标签、RFID读写器和后台服务器3部分组成，各部分功能如下所述[6?9]：

（1） RFID标签。安装在轨道上且具有唯一标签ID的RFID标签，车辆电子标签安装于轨道或者运行轨迹的合适位置，安装时注意避免危险区域。遇到雨雪天气应及时清除，在日常巡检时应注意检查标签是否完好。

（2） RFID读写器。安装于列车上，能够全天候自动采集安装在轨道上的RFID标签的ID，并通过无线模块（可以选择WiFi，GPRS，WCDMA等方式）传输到后台服务器的管理软件进行处理，该设备主要包括读出装置主机、微波收发天线、无线模块几个部分。安装时需要保证电源的稳定并避免外部环境可能对设备造成的损坏。

（3） 后台服务器。后台服务器运行管理软件、人机程序及数据库，接收并处理来自读写器的标签ID数据，考虑到无线传输延迟不大，因此可以看作系统近似实时地反映了车辆的实际物理位置。

1.3 系统工作流程

基于RFID技术的轨道车辆实时定位系统工作流程如图1所示，首先将安置于轨道的RFID标签ID与其对应的物理位置存储在服务器数据库，然后当车辆经过此位置标签处时，由安装于车辆的RFID读写器标签ID进行读取后发送到后台服务器，后台服务器运行的管理软件根据标签ID查找服务器数据库，得到当前车辆的物理位置。基于RFID技术的轨道车辆实时定位系统安装如图2所示，其中RFID读写器和RFID标签、后台服务器均为独立设备，过车时分别独立工作。

2 结 语

本文设计的基于RFID技术的定位系统具有实施方便、精度高和密闭空间内工作等优势，可以被广泛应用于铁路物流系统、地铁以及车辆站段的调度。实际应用中采用何种定位技术，取决于具体需求和现场情况及费用预算等多方面因素。同时，随着各种技术的不断发展和突破，未来会有更多先进的列车定位技术问世。

参考文献

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[2] 宋鹏飞.基于GPS/GPRS/RFID的车辆监控终端设计[J].微计算机信息，2009（11）：236?238.

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[5] 冲蕾，马子彦.城市轨道交通中信标的应用研究[J].城市轨道交通研究，2010（12）：54?56.

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