物联网技术在铁路运输中的应用研究

朱春甫

(中国铁建电气化局集团北方工程有限公司，山西太原030053)

制约铁路发展的主要原因之一是铁路运输和维护安全隐患，这些问题可以通过铁路信息化得到缓解［1］。为满足铁路客运线的大客流、高密度的运营需要，必须提高铁路客运线工作的效率和自动化水平。通过物联网(The Internet of Things)的射频识别(RFID，Radio Frequency Identification)、红外感应器、全球定位系统等信息传感设备可以实现铁路客运专线的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。

1 物联网概述

1.1 物联网概念

物联网是一种把任意物品与互联网连接来实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络，按约定协议通过红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备进行信息交换和通讯。其网络核心和基础仍是互联网，但却扩展到了任何物品与物品间的信息交换。

1.2 物联网的发展历程

物联网首次提出是在1999年，它是基于互联网，利用射频识别和无线数据通信等技术，构造一个全球物品信息可以实时共享的实物互联网(简称为物联网)。美国《技术评论》在2003年提出传感网络将排在改变未来生活的十大技术的首位［2］。

国际电信联盟(ITU)在发布的《ITU互联网报告2005:物联网》报告中指出:"物联网"的通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。在2010年以后，我国有很多成功案例，如上海世博会、上海机场、长沙百果园等都应用了物联网技术。

2 物联网关键技术

物联网首先需要通过特定识别设备进行物体属性读取，然后把得到的信息变成为可以通过网络进行传输的数据类型，最后利用网络传输给中央信息处理系统。IPv6、RFID、云计算、传感技术、智能嵌入等都是物联网中的主要技术［3］。

2.1 IPv6

随着互联网飞快地发展，IPv4地址告罄，IPv6势必取代IPv4。IPv4拥有32位的地址，但是IPv6拥有128位地址长度，基本能给地球每颗沙子一个IP。想在物联网中建设任何器件间的相互连接，就必须分配IP地址给每一个器件，由此可见IPv6技术是使物联网变为现实的基础条件［4］。

2.2 RFID

RFID是通过射频识别信号识别目标物体的无线射频识别术。射频识别产品的体积很小，并可附着于需要辨别的实体上，以非接触的方式快速读取其储存信息。其覆盖范围广泛，许多正在应用中的自动识别技术都可以归于RFID技术之内，但工作原理、工作频率、技术特点、适用领域以及遵循的标准却不尽相同。

2.3 云计算

被称为计算资源池的云计算是一种可以实现海量信息处理的运算模型，是物联网发展的根本，云计算的数据管理以及存储能力非常强大，物联网因为随时随地存在的信息采集活动要求必须拥有一个很大的支撑平台来保证。

2.4 传感技术

信息技术的三大核心技术为:传感技术、通信技术、计算机技术。传感技术主要由传感器(又称换能器)、信息处理与识别等规划设计、开发、制造、测试、应用和评价改进活动等组成。利用传感器可以得到声、光、热、力、电、位移等参数，保证物联网系统实现的信息处理需要［5］。

2.5 智能嵌入

智能嵌入技术把信息处理器嵌于应用系统，主要通过Internet接入以及嵌入Internet形式把硬件与软件系统固化成一个整体。在较短的时间内与外界进行信息往来，使得拥有信息计算功能与网络接入的智能器件能够无时无刻地同器件主人以及别的器件在最短时间内传递信息［6］。

3 物联网技术在铁路运输中的应用

物联网在铁路运输及维护中的功能非常强大，作用举足轻重，其应用包括智能化检票系统、机车车辆智能化识别系统、铁路行车调度管理、铁路客运系统、机车和轮对检修信息管理系统、铁路货运物流信息化系统等。

3.1 智能化售检票系统

智能化售检票系统已经在我国得到了广泛应用。乘客可以通过自动售票机方便快捷购买车票。车站或者车上检票员利用小型识读器识别读取RFID电子标签，然后同数据库里面的信息匹配就能查询出车票是否有效，从而节省旅客进出站时间，使车站的运行工作变得简单易行。

3.2 铁路机车车辆智能化识别系统

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、车身或者底部的识别标签和地面独立识别设备。地面独立识别设备由天线、列车探测装置、远程通信设备、微波射频等装置构成。将其设置于全部分界站、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。在货车与机车上安装电子标签，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。车站集中管理系统通过数据信息进行采集、计算及整理等步骤，使其与车站运输管理信息系统交互，从而实现对机车的实时跟踪［7］。

3.3 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列车车厢的管理，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。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安装一个读写器。不仅能够实时看到列车的行进速度，而且还能知道铁路线路相关位置，更好地完成列车的安全控制、调度及追踪作业。此外，还可以克服当前轨道电路中信号量小及其易受到外界干扰等问题［8］。

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，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提示，如乘客正常通过检票口，则系统会将其检票信息写入。乘客顺利登上列车时，该系统会播放欢迎语音，若误入车箱则会对其进行提醒。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［9］。

3.5 机车和轮对检修信息管理系统

在机车检修系统中应用RFID技术，不但能够自动达到对列车的出入库步骤进行存储，同时还可以在机车进出车库的时候对列车数据实施采集，提高查询和统计列车数据的效率，在很大程度上减少了检修人员的工作量，改进列车的检修效率和质量。

3.6 铁路货运物流信息化系统

铁路货运物流的趋势是集装箱运输，目前主要采取箱号图像识别，这种方法是利用摄像头辨别集装箱上印有的号码，分辨率较低，并在很大程度上会因天气或者集装箱破损使准确率变低。若把RFID技术与铁路集装箱融合，就可以生成信息化集装箱，一方面可以实时地看到集装箱于运送路上情况，大大降低物品被盗以及损坏的概率，另一方面可以在很大程度上增强集装箱使用效率。

4 物联网技术在铁路行业其他业务中的应用及展望

4.1 物联网在视频监控中的运用

传感器和物联网能够满足高质量视频监控的需求。例如，可在探头前面连接许多不同种类的传感器，将激光测距传感器、倾角传感器与云台摄像机连接，利用云台摄像机捕捉画面信息，利用激光测距传感器进行测距。

4.2 山体滑坡的监控以及提前警报系统

山体滑坡是一种很容易发生的地质灾害，会突然毁坏桥梁、铁路涵洞和轨道路基等基本设施，对铁路运输和安全危害很大。

利用物联网技术，可以在易出现山体滑坡的区域安装倾角传感器、液位传感器和前端设备，把这个区域的铁道长度和山体数据提前储到芯片里，通过铁道线路通信光缆互连。如果遇到山体滑坡，传感器就可在很短的时间内发出报警信息，以便于车站调度员及时发布警报并迅速做出相应措施避免事故发生。

4.3 列车与车站之间的数据传输系统

物联网可以在铁路行业的许多系统中得到应用，包括售票系统、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。例如，车站售票系统已经联网，但是在列车上补办车票还需要单独进行，这就会使车站提前留下的车票和列车补办的车票不能很好地衔接。若通过RFID技术中的网络信息共享性使车站售票系统和列车上补办车票系统互相联网，车站就能够正确得到没有车票乘坐列车的人员的具体数据，然后可以依照实际情况进行车票的提前留放。同时，列车上的工作人员能够正确得到车票的提前保留状况，使乘客补办车票更便捷，资源利用更合理。

5 结束语

信息化技术的出现，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RFID、传感器、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。

［1］赵静，喻晓红，黄波，等.物联网的结构体系与发展［J］.通信技术，2010，8(9):63 －72.

［2］刘化君.物联网关键技术研究［J］.计算机时代，2010，2(7):23－41.

［3］王晓亮，宓奇，彭苏勉，等.物联网在我国铁路运输领域的应用与发展探讨［J］.铁道通信信号，2010，4(3):23－33.

［4］卞文良，鞠颂东.基于RFID技术的铁路物流信息化［J］.铁路采购与物流，2008，6(1):93 －100.

［5］臧鑫.物联网在铁路集装箱运输中的应用研究［J］.铁道运输与经济，2011，7(7):110 －112.

［6］吕炳潮.物联网中关于实时信息理论和实时信息获取问题的研究［D］.上海:上海交通大学，2010.

［7］刘化君.物联网关键技术研究［J］.计算机时代，2010(7):4－6.

［8］李野.物联网在知能交通中的应用研究［J］.移动通信，2010(15):30－34.

［9］彭辉，徐志修.城市轨道交通智能综合监控系统设计［J］.铁道工程学报，2006(2):15 －18.