基于RFID技术在轨道交通中的应用

★吴敏（上海地铁维护保障有限公司通号分公司，上海 200232）

基于RFID技术在轨道交通中的应用

★吴敏（上海地铁维护保障有限公司通号分公司，上海 200232）

随着轨道交通的大力发展，运营安全愈发重要。应用RFID无线射频技术，通过站台阅读设备获得位于列车两端放置的RFID有源标签发出的射频信号，传输至车站机房内的数据处理终端，获得列车进出某站的时间，从而明确列车具体在哪个车站或哪个区间。为行车、调度人员在列车信号系统失效时提供辅助参考信息。

轨道交通；RFID技术；记点系统

1 引言

21世纪以来，具有节能、快捷和大运量特征的城市轨道交通建设日趋受到众多城市的重视。城市轨道交通是采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统，包括地铁系统、轻轨系统、有轨电车、单轨系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统和磁浮系统。由于畅通、高效、可靠的交通出行不仅是出行者选择出行方式的基础，更是城市交通管理者追求的目标，所以，城市轨道交通凭借快速、便捷、安全、运量大和运输效率高等特性，成为城市公共交通的重要组成部分。在中国已经运营轨道交通的城市中，越来越多的居民选择乘坐轨道交通出行。

在国际化大都市的上海，城市人口的增长与交通的繁忙促进轨道交通网络化建设和运营的不断发展，轨道交通客流量与日俱增。庞大的客流量对于轨道交通安全、准点、可靠、高效地运行提出了更高要求。轨道交通本身为一个庞杂的体系，包含了众多机电系统设备，依靠各方人员的配合运作，体系运转要求高。而且上海轨道交通还处于网络化运营的适应磨合期，呈现出网络运营管理规模大、系统运行关联度高、网络客流换乘路径多、维护保障复杂性高、突发事件影响范围广等网络化运营特征。若上海轨道交通运行出现故障或异常延误，将直接导致乘坐地铁的人群晚点，若未及时疏散、运送滞留乘客，将波及地铁沿线的其他交通方式，从而将对上海整个城市的交通产生巨大影响。轨道交通运行的首要要求是安全，信号系统是实现行车指挥、列车运行监控与管理所需技术措施及配套装备的集合体，城市轨道交通的运行控制依靠信号系统，因此，信号系统应确保行车安全、提高运输效率。信号系统经过多年发展，在保障安全方面明确了很多原则：系统应具有高可靠性和可用性，保证连续不间断的工作；凡涉及行车安全的子系统、设备或器材必须满足相应的安全完整度等级的要求，并满足故障-安全的原则，但信号系统作为机电系统，其安全性、可靠性并非百分之百的。在其部分故障或功能失效时，系统降级运行。在信号系统发生故障时，主要依据各类行车规章制度及应急预案，采用人工方式控制列车运行，在这种状况下，行车指挥人员必须确认此时区间、线路的列车占用情况，否则容易引发因处置不当而造成的列车追尾相撞等事故。因此，需要在信号系统发生故障并采用人工方式控制列车运行条件下，使行车指挥人员了解列车位置、对列车进行准确定位，从而为后续的列车运行指挥提供依据，从技术和管理方面，保障城市轨道交通的运行安全。其中，列车记点是对列车实现粗略定位的方法之一，作者作为主要负责人参与并完成了上海市轨道交通五号线的记点项目。

RFID（Radio Frequency Identification）技术，又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。射频识别系统最重要的优点是非接触识别，它能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签，并且阅读速度极快，多数情况下不到100毫秒。有源式射频识别系统的速写能力也是重要的优点。RFID技术因其所具备的远距离读取、高储存量等特性。在城市轨道交通领域得到广泛应用。

RFID技术的基本工作原理并不复杂，标签进入磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。如图1所示。

图1 RFID技术的基本工作原理

一套完整的RFID系统，是由阅读设备与电子标签及应用软件系统三个部份所组成。记点系统就是这样一套基于RFID技术的系统（如图2所示），它把站台阅读器接收到的电子标签卡信息通过485屏蔽双绞线经电缆井至通信机房，与数据处理终端通信；车站在接收到数据的同时，将相关数据发送至相邻车站和中央服务器。

图2 基于RFID技术的系统

2 系统设计原则

（1）独立于信号系统，在信号系统失效情况下，能够作为调度员和车站值班员判断列车位置的辅助手段。

（2）通过对正线列车定位（识辨区域包括站台、交路折返线、存车线等）的实现，提供车站自动记点功能。

（3）日常情况下，用于了解车站及相关区间的列车运营情况，有助于车站管理与列车运营之间衔接。

（4）能够实现车次号对应：响应控制中心的调度指令，提供车次号对应（人工输入）功能。

（5）系统所提供的自动记点功能仅作为调度员和车站值班员判断列车位置的辅助手段，按电话闭塞法运行前的列车定位必须根据有关行车规定，由调度员人工确定。

3 系统构成

系统包括车站设备、车载设备、OCC设备，系统组成具体如图3所示。

图3 系统构成

（1）车载设备包括分别安装在列车头尾的RFID标签（采用的是2.4G有源电子标签卡），标签内存储有列车的车体号信息。标签平时处于休眠状态，待检测到阅读器场强时被唤醒。

（2）车站设备由4台RFID阅读器（低频触发式2.4G有源RFID读卡器）、1台数据处理器、1台工作站（利用既有管理工作站）、软件及供电电缆、通信电缆等组成。

（3）阅读器读取标签信息，根据预设规则输出通信报文至车站数据处理器；车站数据处理器根据预设规则判断列车状态并对列车运行进行记点，同时将本站记点数据传送至OCC服务器与相邻车站数据处理器；工作站读取记点信息，并以列车运行日志和列车定位显示界面的方式向调度、车站值班员展示。

（4）OCC设备由1台应用服务器、1台工作站和软件构成，用于对全线的列车运行到、发状况进行记录及监控，形成本线列车运行日志。同时承担其他工作，如从通信时钟系统获取标准时间并下发至车站设备等。OCC可将相关的列车运行日志在OCC大屏幕上显示。

4 记点应用系统的主要功能

车站级的主要功能：

（1）车辆进入和驶离站台区域时，识别车辆身份并记录时间；同一站台可同时有4辆列车处于识别区域。

（2）车站行车人员可以查看经过该站的列车上站出站时间、本站进站时间、本站出站时间、下站进站时间。

中央级的主要功能：

（1）中央调度人员可以观察到线路上所有正在运营的车辆及当前所处区间。

（2）监控设备使用情况，包括阅读器使用情况、电子标签卡使用情况和车辆出库情况。

5 记点系统显示界面

车站显示信息：供车站行车人员查看本站的列车进出信息，信息包括：车体号、前站出发时间、本站到达时间、本站出发时间、后站到达时间，并可查询历史记录。具体如图4所示。

图4 记点系统显示界面

中央显示信息：供中央调度人员查看的线路列车动态信息图。如图5所示。

图5 线路列车动态信息图

中央服务器从车站数据终端接收到列车进站信息，列车缓慢驶入站台区域；接收到列车出站信息，列车驶出站台区域，进入区间；列车在区间运行时，则按上一次列车经过该区间的时间模拟匀速运行，直到中央服务器收到再次收到该列车的位置信息。

设备运行状态：供维护人员查看记点设备运行状态的信息，信息包括：电子标签卡的状态、阅读设备的状态以及车站数据接收终端的状态。上面4行信息为线路所属各个站阅读设备接受信息的情况（绿色代表正常接收电子标签卡发出的信息、红色代表不能接收电子标签卡发出的信息）；第5行信息为线路所属各个站的车站数据接收终端是否和中央服务器能正常通信（绿色代表与中央通信正常、红色代表无法与中央通信）；标签栏信息为列车上的电子标签卡电量信息（绿色代表电量充足、黄色代表电量低于20%、红色代表电量过低于10%）。如图6所示。

图6 设备运行状态

6 记点系统车站数据处理程序的原理

当列车在驶入站台区域时，最近的阅读器设备接收到位于列车车头端的电子标签卡发出的无线射频信号并发送给车站数据接收终端，安装在车站接收数据终端的处理程序有4组数据处理模块组成，可供4辆列车同时处于该站台区域；程序首先判别该信息是否为列车上的电子标签卡出发的信息；当确认为列车上电子标签卡发出的信息，则由空闲的1组数据处理模块开始记录数据（包括电子标签卡中列车的车体号、接收到信息的阅读器的编号、接收到信息的时间）第一条记录该列车的时间为该列车的本站进站时间并反馈给上一站（上一站需要该列车的下站到站时间），同时更新中央服务器该列车的所处位置信息；

当列车位于某一区域时，阅读器不断接收到电子标签卡的信息，被占用车体号的数据库处理模块不断更新收到的收据。

当列车驶出站台区域，位于车站的4个阅读器都无法收到列车上的电子标签卡信息一段时间后（这个时间可以自由设置），则判断该列车已经驶离站台区域，被占用的数据处理模块判断阅读器收到该列车的电子标签卡的最后时间为列车本站出站时间并反馈给下一站（下一站需要该列车的上站出站时间），同时更新中央服务器该列车的所处位置信息。

判断上下行：优先级。

优选方案为：根据列车上站车站号判断上下行。比如：从上一站是2号车站，本站是3号车站，则判断为下行。

次选方案为：根据车站阅读器读取到的顺序判断上下行。比如：当出库站或者折返站，无法用优选方案判断上下行时，则根据车站4个阅读器接受到列车上电子标签卡的顺序判断。

7 结语

该系统经过一段时间的运行，不但将车站中有限的人工从频繁、机械的劳动中解放出来去从事更重要的车站管理和服务，而且在信号故障时，为调度、车站值班员等行车人员提供及时、明确的列车定位运行信息，从而辅助后续运营指挥。数据正确率在99%以上，具有较好的创新性、实用性和经济性。

[1] 欧阳洁, 钟振远, 罗竞哲. 城市轨道交通发展现状与趋势[J]. 中国新技术新产品， 2008 ( 18 ) ： 32 - 32.

[2] 谢磊, 陆桑璐. 射频识别技术——原理、协议及系统设计[M]. 北京：科学出版, 2016.

[3] 上海申通地铁集团有限公司. 基于RFID列车定位系统的自动记点方案可实施性研究报告[Z]. 2012.

RFID-Based Application for Rail Transit Train

With the great development of rail transit systems, safe railway operation becomes much more important. Radio Frequency Identification (RFID) technology is to access the origin tagged signals, which come from RFID devices that located at the two ends of the train, by the reading devices equipped on the railway platforms. Then it transfers the signals to the data processing terminal equipment, which is located inside the train stations. After obtaining the time that a train enters-in or exits-out a station, it can identify which station or which interval between the stations the train is located at. This application can offer reference information for the train driver or dispatcher when the train signal system fails.

Urban railway system; RFID technology; Automatic time recording system

吴敏（1981-），女，上海人，工程师，现就职于上海地铁维护保障有限公司通号分公司，研究方向为轨道交通信号。

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1003-0492(2017)04-00100-04

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