铁路工程埋入式射频识别电子标签技术标准和应用研究

安 然，王辉麟，邵 磐

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

铁路工程埋入式射频识别电子标签技术标准和应用研究

安 然，王辉麟，邵 磐

（中国铁道科学研究院 电子计算技术研究所，北京 100081）

分析和研究铁路工程埋入式射频识别（RFID）电子标签的技术标准和应用。针对CRTSIII型轨道板的生产过程管理和质量溯源等业务需求，以埋入式RFID电子标签为载体，利用信息化技术和数据安全技术，实现对RFID电子标签的标准化管理。埋入式RFID电子标签与预制轨道板的生产过程环节紧密结合，将轨道板信息和生产过程信息与铁路工程管理信息平台数据互联。设计了适用于铁路工程的埋入式RFID电子标签，制定了标准化管理办法，实现了从原材料进场、生产、入库、铺设及运营等各个阶段的全生命周期管理和质量溯源。

埋入式RFID电子标签；标准化管理办法；初始化一体机；EPC编码；质量溯源

目前，铁路工程建设速度提升的同时，对工程质量的关注也越来越多。施工质量是铁路工程建设的重要环节和坚实基础，是铁路开通运行的质量保障，需要进一步得到重视。以铁路预制轨道的生产为例，其在机械化、专业化的生产管理方面已经有了成熟的标准和生产工艺流程，但在生产质量控制方面，尚未实现生产全过程的信息化管理和质量溯源。

铁路工程预制轨道板生产场目前只有在全自动数控张拉、全数控钢筋加工等个别几个工序上采用了信息化手段，对工程信息化，尤其是生产过程控制信息化的推广未能进一步有效展开。在铁路工程施工过程中，从原材料进场到轨道板生产的各个环节都应对生产过程进行管理，对质量进行监控。因此，利用信息化技术，引入标准化过程尤其重要，与工程施工质量紧密相关。

1 铁路工程射频识别电子标签技术标准

1.1 铁路工程射频识别电子标签

铁路工程射频识别（RFID）电子标签作为信息载体，为每个轨道板提供全路唯一的“身份证”，对RFID电子标签内部的电子产品代码（EPC）区域进行统一编码（即电子标签的初始化和发行过程）。使得轨道板从钢筋绑扎阶段开始，就与RFID电子标签结合为一体，记录轨道板生产的各个环节，与板场信息化软件配合，完成轨道板号、标签号的“两号合一”，实现轨道板生产过程的监控和轨道板信息的统一上传。

RFID电子标签将轨道板生产管理过程和信息化手段联系在一起，因此，为了规范铁路工程RFID电子标签的设计、生产、检验、验收及使用，特研究制定了CRTSIII型板式无砟轨道埋入式电子标签的技术标准，包括术语定义、技术要求、试验方法、检验规则，以及标志、包装、运输和贮存等要求。

CRTSIII型轨道板是以钢筋混凝土为主要结构的预制构件，还应考虑RFID标签的工作频率要求和其他特性，如：抗金属性和防翻转性。同时，埋入式轨道板内的RFID电子标签应采用无源标签以防止对铁路其他系统的干扰，应能确保在一定的读写次数内有效工作，标签在进行初始化EPC编码后应具备防篡改的功能。具体考虑如下技术标准：RFID芯片和封装要求、安装要求和性能要求。

1.2 RFID芯片和封装要求

1.2.1 RFID芯片要求

（1）工作环境

由于预制轨道板为钢筋混凝土结构，RFID电子标签需固定在轨道板内钢筋处，故为适应工程实际应用和工作环境的要求，RFID标签应具有抗金属性能，并使用小外形封装（SOT）形式。在背靠钢筋时具有更远的识别距离，保证其在轨道板内部时正常工作不受钢筋屏蔽的影响。同时，标签内芯片应适应轨道板室外工作环境，保证其在-45℃～+80℃下正常工作，在-50℃～+85℃下，应保证数据完整性。

（2）工作频率和工作方式

为保证轨道板生产过程中的多次读写环节，RFID电子标签应选用超高频电子标签，其工作频率为920～925 MHz，从而扩大其被识别的距离范围。考虑到埋入式的安装方式，标签一旦埋入预制构件将无法取出，故应选用无需自带电池的无源工作方式的标签，且保证正常读取次数为20万次，写入次数为10万次。同时，RFID芯片存储应符合以下要求：（1）用户存储区为512 bit。（2）EPC区为96 bit。（3）标签识别号（TID）区为64 bit。（4）保留区为64 bit。

1.2.2 RFID电子标签封装要求

RFID电子标签需采用ABS塑料作为封装材料且不应使用再生ABS塑料，采用超声波焊接，具有耐弱酸弱碱性和较低的热膨胀系数。同时，根据C60高强混凝土中骨料的粒径大小，应用在CRTSIII轨道板中抗金属标签的尺寸不宜过大否则会阻碍粗骨料流动，影响混凝土的结构强度。因此，RFID电子标签封装的厚度应不大于10 mm。另外，为加强电子标签安装的稳固性，封装外形需设计成具备防翻转功能的结构，有效固定在轨道板内部钢筋上，保证标签在混凝土浇筑过程中的稳定性，确保电子标签有效被读写设备识别。

1.3 安装要求

固定问题是RFID电子标签如何埋入轨道板中首先需要解决的问题。为了满足对轨道板的生产过程控制和质量溯源的要求，适应轨道板的内部工作环境和钢筋结构，设计可有效固定于轨道板内部的RFID标签外形，如图1所示。RFID电子标签需要在钢筋张拉之前就安装在轨道板内部，但又不能破坏轨道板的受力结构，以免造成结构性损伤，使轨道板丧失工作基本性能。

图1 铁路工程埋入式防翻转RFID电子标签

同时，RFID电子标签对识别的方向性要求较高，故应有效固定，避免在振捣和浇筑过程发生位置偏移，造成无法读取的结果。因此，埋入式RFID电子标签需满足如下安装要求。

（1）固定要求：通过标签定位孔和“防翻转抓手”沿上层非预应力钢筋纵向绑扎固定，保证标签识别的方向性和浇筑、振捣的固定性。（2）易检测性：标签安装位置易于手持终端的检测和读写。（3）安装位置：轨道板标识牌正下方。

1.4 性能和功能要求

1.4.1 性能要求

RFID电子标签性能主要可从标签寿命、工作温度和湿度环境、读写距离、存储要求、IP防护等级、振动性、抗压性、抗拉伸能力和电磁兼容性等方面提出要求。预制轨道板应用场景中由于其无法更换，故对标签性能的要求较高，不仅需要保证其性能在规定时间内的有效性，同时还应该通过冗余备份增加标签的使用寿命，性能要求见参考文献[1]。

1.4.2 功能要求

RFID电子标签结合预制轨道板生产量大、质量要求高、过程难追溯和不易管理等特点，对其生产过程进行监督管理并实现质量溯源。通过将RFID电子标签固定在轨道板中，利用其唯一的RFID身份识别码实现对生产流程的规范化管理：（1）对RFID电子标签进行初始化，在其内部编写根据行业和项目确定的EPC编码，同时进行防篡改处理。（2）在轨道板的每个生产环节对RFID电子标签进行配对读取，对生产所处的状态进行标记，将轨道板号、电子标签EPC编码组合并，通过板场信息化管理软件上传至铁路工程管理平台。

轨道板的生产流程包括钢筋绑扎、钢筋预应力张拉、混凝土浇筑、养护、管道压浆、封锚、成品检查、出库、铺设使用和运营维护等全生命周期进行管理，并将相关的生产单位、施工单位、维护单位的信息进行统计和关联，最终实现质量溯源。

2 RFID电子标签检验

2.1 检验项目

电子标签检验项目、要求、方法和判定依据如表1所示。

2.2 检验规则

（1）检验分为型式检验、出厂检验和进场验收。其中，进场验收由轨道板生产单位完成。（2）以同种封装材料成份、同种颜色、同种封装工艺、同型号RFID芯片和同种芯片封装工艺的电子标签作为同一批产品进行抽样。

2.3 型式检验

表1 RFID电子标签检验项目

（1）型式检验是由电子标签生产厂家委托有资质的第三方完成型式检验并出具型式检验报告。（2）抽样方案判定标准：依据参考文献[2]的要求选择抽样方案和检验水平进行正常检验，如有任意一项检验项目不合格，则判定该批产品不合格。（3）以下情况应进行型式检验：a.初次投产；b.RFID芯片变更；c.封装材料、结构、生产工艺变更；d.连续生产电子标签12个月；e.因工程需求和技术发展，增加检验项目或指标变更时；f.出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时。

2.4 出厂检验

（1）在通过型式检验基础上，由电子标签生产厂家完成出厂检验并出具出厂检验报告。（2）抽样方案判定标准：依据参考文献[2]的要求选择抽样方案和检验水平进行正常检验，如有任意一项检验项目不合格，则判定该批产品不合格。

3 标准化管理

对于RFID电子标签应采用标准化管理模式，利用初始化一体机完成对RFID电子标签的初始化、EPC编码、防篡改和配对检测等过程的标准化管理。

RFID标签内部存在生产出厂时带有的唯一编码TID，TID区域出厂后不能再次写入。对于EPC区域，出厂时不对其进行写入，可在RFID标签应用到具体的行业和项目时由使用方重新编写，以获得行业或项目内的唯一身份编码，使电子标签具有行业和项目属性。同时，RFID电子标签内部的TID区域编码可能重复，原因包括：（1）RFID电子标签内部芯片生产过程写入TID过程中出现问题，如写入设备出现故障等。（2）内部芯片厂家大多采用委外生产模式，故存在代工厂私自出货的可能。（3）其他芯片厂家模仿大厂家芯片而产生TID重复。因此在铁路工程信息化项目中，推荐在RFID电子标签初始化过程中采用EPC编码作为标签的唯一身份证使用。

3.1 EPC编码

EPC编码是指在RFID电子标签初始化过程中，在标签EPC区域写入针对不同项目的具体编码信息，使得RFID电子标签具备唯一的身份信息，便于对轨道板的生产过程、铺设过程、运营维护等全生命周期进行管理，同时进行质量监控，实现对轨道板的质量溯源。

EPC编码的优势是：（1）EPC区域可按照行业和项目进行编码，编码内容具有项目代表性且不重复，可作为轨道板的唯一身份证在全路使用。（2）EPC区域编码内容与板场和轨道板编码内容对应，便于对其生产过程进行管理。（3）可对RFID电子标签的EPC区域设定防篡改模式，确保EPC区域编码后不被修改。

3.2 初始化一体机

初始化一体机外形如图2所示。

图2 初始化一体机

3.2.1 性能要求

（1）工作频率：配合超高频RFID电子标签的使用，保证在920～925 MHz频率范围内能正常工作。（2）支持接口协议：支持USB2.0及以上，支持Wi-Fi协议。（3）工作温度：在0～40℃温度范围内能正常工作。（4）操作系统：支持Windows 7及以上版本。（5）防护等级：具备IP66的防尘防水等级。

3.2.2 功能要求

（1）电子标签初始化：在EPC区写入用户定制编码信息，作为RFID电子标签唯一身份信息。（2）电子标签配对：实现冗余电子标签配对。（3）电子标签TID检测：防止未经正常途径采购的电子标签被使用。

4 工程信息化应用

RFID电子标签的应用是对铁路工程信息化的创新和推广，使得信息化不只局限于传统的工程施工中，而是建立了一条从原材料进场、生产、使用到运营等完整生命周期的标准化解决方案，利用RFID电子标签信息载体的特性，设计出可用于混凝土预制构件的埋入式抗金属防翻转电子标签，不仅从生产环节入手实现了过程可控，也从质量环节切入，完成了质量监督和溯源。

自2014年9月在现场进行工程试点应用，先后完成了应用于CRTSIII型轨道板的RFID电子标签的设计、固定安装、检验试验、系统调试、工程信息化应用等工作，参与从钢筋绑扎、入模、浇筑、振捣、养护、入库、出库、铺设等全过程的生产，与板场信息化系统数据交互，实现对预制轨道板的生产管理和质量监督。

2015年8月至今，在京沈高速铁路辽宁段的4个板场进行RFID电子标签的第2次试点应用工作，对标签芯片和外部封装的各项参数进行试验验证，修改并最终确定安装方式、安装位置和性能参数，实现在轨道板正式生产过程中的应用，完成对轨道板生产过程的信息化管理和质量监督功能。

与此同时，承德、密云和乐山板场均开展了RFID电子标签的工程信息化使用工作，采用初始化一体机等设备建立标准化的管理流程，提升了生产过程控制和质量监督的水平，提高了工作的效率，获取的数据信息统一上传至铁路工程管理平台。

5 结束语

本文结合铁路工程CRTSIII型轨道板生产过程管理和质量溯源的信息化要求，将传统施工技术与信息化技术相融合，将RFID电子标签作为信息载体，使得轨道板具有全路唯一的身份信息。将RFID电子标签内部存储的数据信息与铁路板场信息化管理系统的信息进行交互，实现对轨道板的全生命周期信息化管理和质量溯源。

RFID电子标签采用EPC编码作为轨道板唯一身份信息，通过初始化一体机完成EPC编码、防篡改和配对检测功能，不仅实现与铁路工程管理平台的数据交互功能，还能实现对轨道板的产能分析、工序管控、质量监督、数据整合、分析处理、综合统计查询、图表展示和安全预警等功能，满足铁路工程建设业务需求，提高了业务融合程度，可为铁路工程质量管理提供信息化支持和系统级的保障。

[1]中国铁路总公司工程管理中心.工管科信函（2015）266号铁路工程CRTSIII型板式无砟轨道埋入式电子标签暂行技术要求[S].中国铁路总公司工程管理中心，2015.

[2]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T2828.1-2012计数抽样检验程序 第1部分：按接收质量限（AQL）检索的逐批检验抽样计划[S].北京：中国标准出版社，2012.

[3]中国铁路总公司.GB/T 25340-2010 铁路机车车辆自动识别设备技术条件[S].北京：中国标准出版社，2010.

[4]中国铁路总公司.TB/T 3070-2002 铁路机车车辆自动识别设备技术条件[S].北京：中国铁道出版社，2002.

责任编辑 王 浩

Technology standard of embedded RFID electronic tag for railway engineering and its application

AN Ran,WANG Huilin,SHAO Pan
( Institute of Computing Technologies,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)

This article analyzed and researched on the technology standard of embedded RFID electronic tag and its application for railway engineering.In view of the business requirements that were production process management and quality traceability of CRTSIII track slab,with embedded RFID electronic tag as a carrier,the article used information technology and data security technology to implement the standardized management of the RFID electronic tag.The RFID electronic tag was combined closely with the production process of precast track slab which connected the track slab process information to the data of railway project management information platform.The designed embedded RFID electronic tag and standardized management method for railway engineering were used to implemente the stages of the life cycle management and quality traceability from the raw material,production,storage,laying and operating process.

embedded RFID electronic tags;standardized management method;initialization integrated equipment;EPC coding;quality traceability

U213.2∶TP39

A

1005-8451（2016）07-0030-05

2015-12-14

安 然，工程师；王辉麟，副研究员。