GPS和RFID技术的铁路信号设备巡检系统的探讨

常计清

（太原铁路局电务处,太原 030013）

GPS和RFID技术的铁路信号设备巡检系统的探讨

常计清

（太原铁路局电务处,太原 030013）

为解决铁路设备巡检过程中，设备分类过多、故障原因复杂等问题，GPS和RFID相结合，将出现的问题快速解决。

GPS和RFID技术；铁路信号设备；巡检系统

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.156

1 电子巡检系统现状分析

当前铁路设备巡检系统采用的检查方式仍为信号员报到、部门负责人组织安排这样的较初级的形式，漏检、不检现象严重，巡检成本巨大，检查后的文件没有固定位置摆放，想要查找历史文件较为困难。为减少这些问题的出现，随着科学技术的增强，近些年出现了很多高科技的巡检电子类装备，比如巡检的仪器、操作设备、巡检的管理系统等等。其中目前应用最为广泛的是基于GIS/GPS技术的电子巡检系统、基于RFID技术的电子巡检系统。

1.1 基于信息钮扣的电子巡检系统

信息钮扣是一种自动识别芯片，将这种芯片安装在检查设备上，然后再由检查人员携带检查设备，触摸其信息按钮读取信息，将检验结果发送到巡检管理主机，进而开展工作。基于信息钮扣的电子巡检系统的运用一定程度上解决了原巡检过程中的问题，但仍然存在着缺陷：一是巡检仪器和自动识别芯片需要非常准确的接触才能读取到信息，比如在夜间较暗的情况下，操作起来是存在较大问题的。二是巡检仪器和自动识别芯片的接触，必须是暴露在外的，容易受到人为破坏。三是自动识别芯片容易受到外界污染，时间长了会出现接触不良现象。

1.2 基于GIS/GPS技术的电子巡检系统

GIS/GPS技术的电子巡检系统，其使用的原理，主要通过检查人员依靠GPS定位系统进行检索，检测仪器有效存储设备定位后的位置，锁定信息后，讲得到的信息反馈给主机，再结合地理定位软件，得到检测的数据和报告。其中主要的缺点是：首先如果巡检过程中，其他户外设备受到屏蔽，将不能接收超过四颗卫星的信息，因此不能获得有效定位。其次，通过手持型GPS系统接收机，锁定的定位精确度在20m范围之内，从测得的全球定位系统数据无法区分是哪一台设备的数据。

1.3 基于RFID技术的电子巡检系统

基于RFID技术，我们使用的电子巡检系统，其工作原理是利用射频实现双向通信，其主要特点是告别了射频自动识别技术，该系统由两部分组成——读卡器和射频卡，它们之间信息的能量传输和交换，不需要直接接触，而是通过电磁耦合或感应耦合来实现的。这一巡检系统较信息按钮系统先进，但仍存在一定问题：（1）RFID技术的电子巡检系统记录的是一个离散分布的信息，不可能记住检路径，所以不能用在线路检查中；（2）系统只记录了读取射频卡的时间，有可能读取过后检查人员离开了，当时没有仔细检查设备，因此不能衡量工作人员有没有按照规范去检查设备。

2 系统设计及原理

2.1 系统组成及工作原理

对于目前市场上的定位系统及产品，结合其中的优劣特点，专业人士根据GPS和射频识别技术，自主研发出一种更为便捷的信号巡检设备。其整个系统分为检测、射频管理、数据读存、系统优化与管理等模块。操作人员根据检测仪收到GPS的反馈数据，根据提示选择路线，到达指定目的地后，读存屏幕显示的数据信息，将所有数据分析后，存入和记录在内存中。整个过程结束后，可以把所有数据上传到电脑或者云数据中，经过特有的软件分析后，得出专业的报告，以便参考和使用。

2.2 系统采用的关键技术

2.2.1 制作铁路站场电子地图

要想将系统运用在铁路设备的巡检上，首先得制作一张铁路区域的电子地图，特别是信号设备的分布情况。首先收集到铁路轨道和信号设备的全球定位系统数据，继而用地理定位系统软件进行处理，同时结合信号设备分布图，制作出铁路区域的电子地图。

2.2.2 GPS和RFID的结合运用

GPS和RFID的结合运用原则为，巡检人员手持巡检仪器接收到全球定位系统的数据，再根据路径行走，到底巡检地点后，读取射频卡上的信息，依次检查完所有设备。

2.2.3 信息处理

信息处理主要包含四个方面内容：（1）接收资料。射频卡信息的获取是通过读卡模块和检查仪射频卡非接触通信获得的，全球定位系统通过模块获取信息，进而得出全球定位系统数据。（2）提取信息。当读取射频卡信息时，电脑接收到相对应的信息和数据后，与射频卡的内置数据分析和对比，最终处理后，保存在外部的存储设备中。相同的，全球定位系统中提取的路径信息，也存储在外部数据存储设备中。（3）信息存储。读卡器作为存储单元，它的器械性能稳定，体积小、容量小，便于计算机管理软件处理检验仪器的数据。（4）信息的分析处理。管理主机从读卡器中读取数据，再通过系统管理软件进行分析。

3 系统的硬件设计及软件设计

3.1 系统的硬件设计

新型铁路信号设备巡检系统的硬件，由射频卡、PC机和巡检仪三个部分构成。用Mifare1射频卡存储信号设备信息，此类射频卡为无源射频卡，在工作时候的电源能量来源为卡片读写器天线发送的无线载波，标准的操作距离是100mm及25mm。巡检仪是整个铁路信号设备巡检系统的核心，由电源模块、RFID模块、GPS模块、微处理器及其他部分共同组成。

3.2 系统的软件设计

新型铁路信号设备巡检系统的软件，由巡检仪软件和系统管理软件组成。

3.2.1 巡检仪软件

巡检仪的运行自始至终处于一个循坏状态，单片机如需接收到全球定位系统的数据，必须要经过串口中断，在射频卡信息读取过程中，其操作方式是间断的，所以需要按钮来对读卡操作进行控制。

3.2.2 系统管理软件

系统管理软件的设计遵循了模块化设计，主要包含了以下模块：系统信息管理模块、射频卡设置模块、巡检任务输入模块、查询打印模块、巡检仪数据处理模块 （此模块又涵盖了4个部分：数据导入、设备巡检数据处理、路径巡检数据处理、巡检报告生成）。各模块作用各不相同，使系统管理软件得以正常运转。

4 结论与展望

新型铁路信号设备巡检系统综合利用了全球定位系统和射频识别技术，完善了原检查系统出现的各种问题，提高了系统检测的可靠性，主要体现在以下几个方面：

（1）全球定位系统技术实现了检查路径的确认，射频识别技术则现了巡检设备确认，两者的再结合能够准确客观考量巡检人员是否按照工作规范进行工作。（2）新型铁路信号设备巡检系统采用的是不需要接触的射频识别技术，先前出现的诸如：检仪和识别芯片的接触暴露在外，容易受到人为破坏；自动识别芯片容易受到外界污染，时间长了会出现接触不良现象等问题都能得到解决。（3）经过全球定位系统处理，就可以在电子地图上显示出设备巡检的一个路径，巡检人员对所需巡检目标一目了然。（4）新型铁路信号设备巡检系统采用读卡器存储数据，在当前网络发达的情况下非常便于使用，它使用的是标准的文件系统，路线和设备的巡检文件存放位置分隔开来，对于后期数据处理非常方便。

新型铁路信号设备巡检系统的投入使用，可以对检验人员进行监督管理，让其按照规划好的时间和路线进行设备维护，同时为管理人员减轻管理困难，提供更行之有效的方法，提高铁路信号设备维护的工作质量。

【1】李俊娥，冯小宁.铁路信号设备巡检智能管理系统的设计[J].铁路计算机应用，2001(4)：157-159.

【2】刘晓胜，周岩.电子巡更系统及其发展现状[J].工程设计CAD与智能建筑，2002(12)：40-42.

图3 改造后上位机电子巡井系统监控效果图（夜间）

4 具体改造方案

4.1 井口现场设备改造

将原有的设备机箱拆除，更换为60×60的标准设备机箱，标准机箱内部集成RTU、时控开关、电源模块，交换机；将井口的数码摄像机更换为夜视白光网络摄像机。

通过现场设备改造，视频信号和数据信号不用通过视频服务器进行传输，可以通过网络交换机传输至站内，彼此不受影响（见图4）。

4.2 电子巡井数据优化

（1）井口非标准通讯协议转换。丛式井井口压力变送器、流量计、截断阀均使用各自的非标准协议进行数据传输和监控，需要通过RTU将这些自定义协议转换为标准的MODBUSTCP协议才能与站控系统PLC进行通讯，实现网络共享。（2）站控系统程序优化。需要对乌5站Rslogix500控制程序，乌4、乌7站ControlWaveDesigner程序进行修改。主要工作包括对程序中通讯端口配置、地址列表添加、截断阀逻辑控制的添加。（3）上位工控机PKS组态。按照标准命名规则进行组态，并且对模拟量点做历史记录，完成下装后，根据井口到站内的管线设计HMI，显示出各个井场的相关数据。

图4 改造后丛式井电子巡井系统传输示意图

【参考文献】

【1】朱迅，韩兴刚，高玉龙，徐文龙，李达.苏里格气田数字化应急指挥系统的研究与应用[J].天然气工业，2012（5）：71-76.

【2】廖晓蓉，孟庆华，杨宇，陈文斌.新场气田运用高低压分输技术提高气田采收率[J].天然气与石油，2003（2）：37-42.

【收稿日期】2016-6-10

Discussion on GPS and RFID Technologies of Railway Signal Equipment Inspection System

CHANGJi-Qing
(TaiyuanRailwayAdministrationElectricalDepartmen,Taiyuan030013,China)

In order to solve the problemsin railwayequipment in the processofinspection, such asthe equipment classification toomuch, complex cause ofthe fault,sowecombiningGPSandRFIDtechnologiestosolvetheproblemsquickly

RFIDandGPS;railwaysignalequipment;inspectionsystem

U284

A

1007-9467（2016）07-0247-02

2016-6-21

常计清，男，山西沂州人，工程师，从事铁路信号设备的维护和管理研究，（电子信箱）ypchjq@163.com。