基于射频识别技术的动车组走行部关键部件螺栓防松脱预警系统管理软件

马楠

摘要：动车组走行部的安全是动车组运行安全的重中之重，针对动车组列车在运用中存在的走行部螺栓松脱隐患，螺栓的紧固防松至关重要，安全责任重大。采用更加先进的“技防”手段来提升检测效率，从防松脱预警角度出发，结合RFID（Radio Frequency Identification）技术，通过信息化、系统化等措施，达到动车组走行部关键部件螺栓防松脱预警的目的，满足国家关于信息系统安全方面的有关政策要求，切合铁路信息安全系统建设要求及特点。整个系统融入敏捷软件开发思想，采用面向框架的应用平台开发模式，做到了应用系统体系结构的复用。经过实车检测试验，运行效果良好，可以将本系统作为通用预警方案推广应用。

关键词：走行部;射频识别;螺栓;防松脱;管理软件开发

中图分类号：TP315;U269 文献标志码：A

0引言

动车组走行部的安全是动车组运行安全的重中之重，走行部的任何故障隐患都可能迅速发展为重大故障，进而引发重大事故，造成巨大人员伤亡及财产损失。现行的和谐号动车组及复兴号动车组转向架普遍采用螺栓连接方式，8辆标准动车组车下包含螺栓上万个，仅具有机械防松设计，无松动检测手段，单靠目视检查其可靠度与精准性都很难控制。螺栓的紧固防松至关重要，安全责任重大，采用更加先进的“技防”手段来提升检测效率，降低安全隐患迫在眉睫。

1系统设计

1.1系统目标

通过螺栓防松脱预警系统建设，实现如下管理目标：

（1）实现动车组走行部关键部件螺栓防松脱预警的目的。

（2）实现动车组信息，检修作业，预警管理，螺栓松脱预警分析，测温趋势分析，作业质量分析，电子标签履历管理等全程信息化监控。

1.2设计原则

为了确保项目的先进性，采用基于关系数据库和多种体系结构相结合的技术路线，同时确定其总体开发思路为：

（1）采用面向框架的应用平台开发模式;

（2）采用敏捷软件思想。

整个系统融入敏捷软件开发思想，采用面向框架的应用平台开发模式，做到了应用系统体系结构的复用，不但可以加快开发速度，而且开发出的应用体系结构非常好，确保系统具有灵活的架构体系，能够适应业务模型和用户需求的不断变化。系统开发共分为三个阶段，如图1所示。

1.3软件架构

RFID螺栓防松脱作业管理系统软件设计构架，如图2所示，整体上采用两级架构：作业级、管理级。系统采用B/S架构设计，基于JAVA开发环境，使用SQLServer数据库作为本系统的数据库系统。

1.4系统功能结构

由上面的设计过程可知，此系统一共分为五个模块：基础信息管理，作业管理，设备管理，统计分析，系统管理，如图3所示。

（1）基础信息管理模块包括：动车组信息管理，电子标签信息管理，读写器信息管理，如图4、图5所示。

读写器信息管理：RFID读写器是对螺栓防松脱RFID电子标签进行检测的特有工具，对RFID读写器信息的管理，可提高读写器利用效率，降低作业管理复杂度。

用户可查看、统计RFID读写器相关信息。

（2）作业管理模块：库作业计划管理，检修作业管理，预警管理，作业日报管理。

检修作业管理：是对动车组螺栓检测作业进行管理，从作业计划的编制、审核、下发、评价等各环节进行管控，如图6所示。系统提供对外导入接口，可导入现有作业管理系统中的作业计划。

预警管理：作业人员在进行检修作业时，检测到螺栓松脱情况时，系统自动在作业终端上进行实时报警，并在系统中生成报警数据，进行报警项点闭环管理。作业人员在处理完相关报警项点，完成問题闭环关闭后，需在系统上进行人工销号工作。技术员可根据车型、车号、修程、检修时间段等数据综合查看所有报警数据，以及报警处理情况，如图7所示。

作业计划管理：是对动车组螺栓检测作业进行管理，从作业计划的编制、审核、下发、评价等各环节进行管控。系统提供对外导入接口，可导入现有作业管理系统中的作业计划，如图8所示。

作业日报管理：系统可根据作业人员情况自动生成作业日报，如图9所示。

（3）设备管理模块包括：电子标签履历管理，读写器履历管理。

电子标签履历管理：是对在用、库存等所有螺栓防松脱RFID电子标签进行使用履历的管理。用户可通过该功能统计查看在用螺栓防松脱RFID电子标签数量，以车为单位统计螺栓防松脱RFID电子标签数量;也可查看当前库存螺栓防松脱RFID电子标签数量，以备在需要更换时领用螺栓防松脱RFID电子标签;当出现损坏无法使用时，可进行报废操作，系统自动统计报废电子标签数量，如图10所示。

（4）统计分析模块包括：作业质量分析，螺栓松脱预警分析，测温趋势分析，电子标签统计分析。

螺栓松脱预警分析：是指对作业过程中检测出的螺栓松脱预警情况的历史数据进行统计分析，可根据车型车号、车节号、以及走行部关键位置的安装有螺栓防松脱RFID电子标签的松脱情况进行统计分析，以数据表、图的形式展示。通过对数据的横向对比行部易发生故障部件位置等。

作业质量分析：是通过对作业计划及检修作业完成情况对比结果，对一段时间内的作业完成情况，作业是否存在漏检、超时等异常情况进行统计分析。通过表形式直观展示作业者的作业质量，进而评估动车组走行部螺栓紧固状态。

（5）系统管理模块包括：系统日志，用户管理。

系统日志可对系统运行状态、异常情况进行记录、查询。

用户管理是供系统管理员使用，进行用户账户分配、角色权限配属、密码修改等管理功能。可对同一类使用角色分配相同使用权限，配置角色登陆主页。针对单一用户，可配置其单位机构、登陆名、用户名称、密码、所属角色、使用期限等具体信息。后台记录用户每次登陆信息，以方便管理。

1.5系统创新

打破传统的检查方式，使用射频技术来对动车组走行部关键部件螺栓防松脱进行预警。底层使用RFID来检查，通过无接触式传输信息，通过硬件与软件结合的方式，是操作人员实时的得到螺栓的信息。射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可以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者光学接触。无线电的信号是通过调成无线电频率的电磁场，把数据从附着在物品上的标签上传送出去，以自动辨识与追踪该物品。某些标签在识别时从识别器发出的电磁场中就可以得到能量，并不需要电池;也有标签本身拥有电源，并可以主动发出无线电波（调成无线电频率的电磁场）。标签包含了电子存储的信息，数米之内都可以识别。与条形码不同的是，射频标签不需要处在识别器视线之内，也可以嵌入被追踪物体之内。

2安全设计

2.1目标

当前，随着信息技术的快速发展及信息系统建设的不断深化，运行及业务的开展越来越依赖信息网络，信息安全问题日益突出，安全建设任务更加紧迫。

由于系统业务特殊性，需要设计并建设一个技术先进、安全高效、可靠可控的信息安全系统，在实现网络系统安全的基础上，保护信息在传输、交换和存储过程中的机密性、完整性和真实性。

2.2设计要點

主要考虑两个要点：一是尽可能满足国家关于信息系统安全方面的有关政策要求，二是切合铁路信息安全系统建设要求及特点。国家在信息系统建设方面，比较强调信息安全等级保护和安全风险管理。信息系统等级划分需按照国家关于计算机信息系统等级划分指南，结合系统实际情况进行信息系统定级，实行分级管理。

信息安全风险管理体现在信息安全保障体系的技术、组织和管理等方面。依据等级保护的思想和适度安全的原则，平衡成本与效益，合理部署和利用信息安全的信任体系、监控体系和应急处理等重要基础设施，确定合适的安全技术措施，从而确保信息安全保障能力建设的成效。

2.3建设内容

信息系统的安全建设包括三方面：一是技术安全体系建设;二是管理安全体系建设;三是运行保障安全体系建设。其中，技术安全体系设计和建设是关键和重点。按照信息系统的层次划分，系统安全建设技术体系包括物理层安全、网络安全、平台安全、应用安全以及用户终端安全等内容。

2.4网络安全

对于网络层安全，不论是安全域划分还是访问控制，都与网络架构设计紧密相关。网络架构设计是网络层设计的主要内容，网络架构的合理性直接关系到网络层安全。网络架构设计需要做到：统筹考虑信息系统安全等级、网络建设规模、业务安全性需求等;准确划分安全域（边界）;网络架构应有利于核心服务信息资源的保护;网络架构应有利于访问控制和应用分类授权管理;网络架构应有利于终端用户的安全管理。

设计的放松脱系统所涉及到的安全，在从数据库的选型以及代码的编写到网络流程的运用，全部采用安全级别较高的方式来进行软件的实现。权限认证，输入输出验证等，所有涉及到的密码等全部采用加密保存来保证数据的安全。

网络层安全主要涉及网络安全域的合理划分问题，其中最重要的是进行访问控制。网络安全域划分包括物理隔离、逻辑隔离等，访问控制技术包括防火墙技术、身份认证技术、入侵检测技术等。

基于上述网络层安全设计思路，采用核心服务器区和用户终端区的体系结构，将两个区域进行逻辑隔离，严格保护核心服务器资源。在网络层，将核心服务器群和终端用户群划分在不同的VLAN中，VLAN之间通过交换机进行访问控制。在核心服务器区和用户终端区之间放置防火墙，实现不同安全域之间的安全防范。

在此系统中，我们根据铁路局网络安全文档来规格编写我们的系统，保证系统数据的安全，文件的安全，从标签信息的接收，全部采用RFID密文接收，必须使用我们公司所开发的加密手持机的读取，再经过加密转发到web端，进行数据的存储，通过加密算法的工作，在web端解析数据的时候再根据加密字典进行数据的一一对比，查询出我们需要的数据，保证了数据的安全，再网络通信方便，我们采用局域网协议数据传输，既保证了数据的可传输性，也保证了数据的安全。

在此系统中，不管是数据的传输还是文件的上传、读取、登录，通信都需要数据的加密验证，保证了系统网络安全。

3结束语

通过结合RFID技术的防松动检测标签而设计的动车组螺栓防松管理系统，经过120天的检测试验中，系统运行良好，符合网络安全要求，在动车组运行环境下保持良好工作性能;通过管理系统可以清晰了解动车组机车螺栓是否松动;对现场检测起到校核作用;通过良好的运行状态，减少了作业者的检修强度，综上所述，基于RFID技术的螺栓防松管理系统可以作为动车组走行部关键部件螺栓防松预警的检测手段，有较好的推广应用前景，为动车组行车安全提供有力的技术支撑。