朱春甫

(中國鐵建電氣化局集團(tuán)北方工程有限公司，山西太原030053)

制約鐵路發(fā)展的主要原因之一是鐵路運(yùn)輸和維護(hù)安全隱患，這些問題可以通過鐵路信息化得到緩解［1］。為滿足鐵路客運(yùn)線的大客流、高密度的運(yùn)營需要，必須提高鐵路客運(yùn)線工作的效率和自動化水平。通過物聯(lián)網(wǎng)(The Internet of Things)的射頻識別(RFID，Radio Frequency Identification)、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)鐵路客運(yùn)專線的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)概念

物聯(lián)網(wǎng)是一種把任意物品與互聯(lián)網(wǎng)連接來實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的網(wǎng)絡(luò)，按約定協(xié)議通過紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備進(jìn)行信息交換和通訊。其網(wǎng)絡(luò)核心和基礎(chǔ)仍是互聯(lián)網(wǎng)，但卻擴(kuò)展到了任何物品與物品間的信息交換。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展歷程

物聯(lián)網(wǎng)首次提出是在1999年，它是基于互聯(lián)網(wǎng)，利用射頻識別和無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個全球物品信息可以實(shí)時共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)(簡稱為物聯(lián)網(wǎng))。美國《技術(shù)評論》在2003年提出傳感網(wǎng)絡(luò)將排在改變未來生活的十大技術(shù)的首位［2］。

國際電信聯(lián)盟(ITU)在發(fā)布的《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》報告中指出:"物聯(lián)網(wǎng)"的通信時代即將來臨，世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進(jìn)行交換。在2010年以后，我國有很多成功案例，如上海世博會、上海機(jī)場、長沙百果園等都應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

2 物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)首先需要通過特定識別設(shè)備進(jìn)行物體屬性讀取，然后把得到的信息變成為可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)類型，最后利用網(wǎng)絡(luò)傳輸給中央信息處理系統(tǒng)。IPv6、RFID、云計算、傳感技術(shù)、智能嵌入等都是物聯(lián)網(wǎng)中的主要技術(shù)［3］。

2.1 IPv6

隨著互聯(lián)網(wǎng)飛快地發(fā)展，IPv4地址告罄，IPv6勢必取代IPv4。IPv4擁有32位的地址，但是IPv6擁有128位地址長度，基本能給地球每顆沙子一個IP。想在物聯(lián)網(wǎng)中建設(shè)任何器件間的相互連接，就必須分配IP地址給每一個器件，由此可見IPv6技術(shù)是使物聯(lián)網(wǎng)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)條件［4］。

2.2 RFID

RFID是通過射頻識別信號識別目標(biāo)物體的無線射頻識別術(shù)。射頻識別產(chǎn)品的體積很小，并可附著于需要辨別的實(shí)體上，以非接觸的方式快速讀取其儲存信息。其覆蓋范圍廣泛，許多正在應(yīng)用中的自動識別技術(shù)都可以歸于RFID技術(shù)之內(nèi)，但工作原理、工作頻率、技術(shù)特點(diǎn)、適用領(lǐng)域以及遵循的標(biāo)準(zhǔn)卻不盡相同。

2.3 云計算

被稱為計算資源池的云計算是一種可以實(shí)現(xiàn)海量信息處理的運(yùn)算模型，是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根本，云計算的數(shù)據(jù)管理以及存儲能力非常強(qiáng)大，物聯(lián)網(wǎng)因?yàn)殡S時隨地存在的信息采集活動要求必須擁有一個很大的支撐平臺來保證。

2.4 傳感技術(shù)

信息技術(shù)的三大核心技術(shù)為:傳感技術(shù)、通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)。傳感技術(shù)主要由傳感器(又稱換能器)、信息處理與識別等規(guī)劃設(shè)計、開發(fā)、制造、測試、應(yīng)用和評價改進(jìn)活動等組成。利用傳感器可以得到聲、光、熱、力、電、位移等參數(shù)，保證物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的信息處理需要［5］。

2.5 智能嵌入

智能嵌入技術(shù)把信息處理器嵌于應(yīng)用系統(tǒng)，主要通過Internet接入以及嵌入Internet形式把硬件與軟件系統(tǒng)固化成一個整體。在較短的時間內(nèi)與外界進(jìn)行信息往來，使得擁有信息計算功能與網(wǎng)絡(luò)接入的智能器件能夠無時無刻地同器件主人以及別的器件在最短時間內(nèi)傳遞信息［6］。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鐵路運(yùn)輸中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)在鐵路運(yùn)輸及維護(hù)中的功能非常強(qiáng)大，作用舉足輕重，其應(yīng)用包括智能化檢票系統(tǒng)、機(jī)車車輛智能化識別系統(tǒng)、鐵路行車調(diào)度管理、鐵路客運(yùn)系統(tǒng)、機(jī)車和輪對檢修信息管理系統(tǒng)、鐵路貨運(yùn)物流信息化系統(tǒng)等。

3.1 智能化售檢票系統(tǒng)

智能化售檢票系統(tǒng)已經(jīng)在我國得到了廣泛應(yīng)用。乘客可以通過自動售票機(jī)方便快捷購買車票。車站或者車上檢票員利用小型識讀器識別讀取RFID電子標(biāo)簽，然后同數(shù)據(jù)庫里面的信息匹配就能查詢出車票是否有效，從而節(jié)省旅客進(jìn)出站時間，使車站的運(yùn)行工作變得簡單易行。

3.2 鐵路機(jī)車車輛智能化識別系統(tǒng)

鐵路機(jī)車車輛智能化識別系統(tǒng)由五個部分所組成，即數(shù)據(jù)集中管理、復(fù)示設(shè)備、車身或者底部的識別標(biāo)簽和地面獨(dú)立識別設(shè)備。地面獨(dú)立識別設(shè)備由天線、列車探測裝置、遠(yuǎn)程通信設(shè)備、微波射頻等裝置構(gòu)成。將其設(shè)置于全部分界站、編組站、區(qū)段站及大型貨運(yùn)站，并分析、解碼、譯碼、存儲、整理標(biāo)簽信息而后傳輸至集中管理系統(tǒng)。在貨車與機(jī)車上安裝電子標(biāo)簽，此標(biāo)簽經(jīng)編碼后將包含數(shù)量、類型、車次號等與機(jī)車有關(guān)的信息。車站集中管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集、計算及整理等步驟，使其與車站運(yùn)輸管理信息系統(tǒng)交互，從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)車的實(shí)時跟蹤［7］。

3.3 鐵路行車調(diào)度管理

物聯(lián)網(wǎng)在鐵路行車調(diào)度管理中主要應(yīng)用于列車車廂的管理，是我國當(dāng)前鐵路速度控制及信號系統(tǒng)升級改造的有效途徑之一。將RFID芯片安裝于各節(jié)車廂內(nèi)，同時在鐵路兩側(cè)每相隔一段距離安裝一個讀寫器。不僅能夠?qū)崟r看到列車的行進(jìn)速度，而且還能知道鐵路線路相關(guān)位置，更好地完成列車的安全控制、調(diào)度及追蹤作業(yè)。此外，還可以克服當(dāng)前軌道電路中信號量小及其易受到外界干擾等問題［8］。

3.4 鐵路客運(yùn)系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于鐵路客運(yùn)系統(tǒng)中，將讀寫器設(shè)置于檢票口、出站口、候車室及客車車廂等，將識別芯片植入每張客票中，當(dāng)售票時，芯片將被寫入相關(guān)信息。如乘客到達(dá)候車室，芯片將會觸發(fā)系統(tǒng)，自動播放歡迎乘客的語音，如乘客誤入了錯誤的候車室，芯片也將觸發(fā)系統(tǒng)自動對其提醒。此外，該系統(tǒng)還會對候車人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，如乘客入錯檢票口系統(tǒng)將會提示，如乘客正常通過檢票口，則系統(tǒng)會將其檢票信息寫入。乘客順利登上列車時，該系統(tǒng)會播放歡迎語音，若誤入車箱則會對其進(jìn)行提醒。列車行駛后，系統(tǒng)將會自動將乘客信息傳輸至下一站，當(dāng)乘客到達(dá)站點(diǎn)時系統(tǒng)將會自動對其進(jìn)行提醒，乘客下站后，系統(tǒng)則對檢票信息進(jìn)行寫入［9］。

3.5 機(jī)車和輪對檢修信息管理系統(tǒng)

在機(jī)車檢修系統(tǒng)中應(yīng)用RFID技術(shù)，不但能夠自動達(dá)到對列車的出入庫步驟進(jìn)行存儲，同時還可以在機(jī)車進(jìn)出車庫的時候?qū)α熊嚁?shù)據(jù)實(shí)施采集，提高查詢和統(tǒng)計列車數(shù)據(jù)的效率，在很大程度上減少了檢修人員的工作量，改進(jìn)列車的檢修效率和質(zhì)量。

3.6 鐵路貨運(yùn)物流信息化系統(tǒng)

鐵路貨運(yùn)物流的趨勢是集裝箱運(yùn)輸，目前主要采取箱號圖像識別，這種方法是利用攝像頭辨別集裝箱上印有的號碼，分辨率較低，并在很大程度上會因天氣或者集裝箱破損使準(zhǔn)確率變低。若把RFID技術(shù)與鐵路集裝箱融合，就可以生成信息化集裝箱，一方面可以實(shí)時地看到集裝箱于運(yùn)送路上情況，大大降低物品被盜以及損壞的概率，另一方面可以在很大程度上增強(qiáng)集裝箱使用效率。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鐵路行業(yè)其他業(yè)務(wù)中的應(yīng)用及展望

4.1 物聯(lián)網(wǎng)在視頻監(jiān)控中的運(yùn)用

傳感器和物聯(lián)網(wǎng)能夠滿足高質(zhì)量視頻監(jiān)控的需求。例如，可在探頭前面連接許多不同種類的傳感器，將激光測距傳感器、傾角傳感器與云臺攝像機(jī)連接，利用云臺攝像機(jī)捕捉畫面信息，利用激光測距傳感器進(jìn)行測距。

4.2 山體滑坡的監(jiān)控以及提前警報系統(tǒng)

山體滑坡是一種很容易發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，會突然毀壞橋梁、鐵路涵洞和軌道路基等基本設(shè)施，對鐵路運(yùn)輸和安全危害很大。

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以在易出現(xiàn)山體滑坡的區(qū)域安裝傾角傳感器、液位傳感器和前端設(shè)備，把這個區(qū)域的鐵道長度和山體數(shù)據(jù)提前儲到芯片里，通過鐵道線路通信光纜互連。如果遇到山體滑坡，傳感器就可在很短的時間內(nèi)發(fā)出報警信息，以便于車站調(diào)度員及時發(fā)布警報并迅速做出相應(yīng)措施避免事故發(fā)生。

4.3 列車與車站之間的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)可以在鐵路行業(yè)的許多系統(tǒng)中得到應(yīng)用，包括售票系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、旅客攜帶物品安全檢查系統(tǒng)、電源環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、無線列調(diào)通信鐵塔安全系統(tǒng)等。例如，車站售票系統(tǒng)已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)，但是在列車上補(bǔ)辦車票還需要單獨(dú)進(jìn)行，這就會使車站提前留下的車票和列車補(bǔ)辦的車票不能很好地銜接。若通過RFID技術(shù)中的網(wǎng)絡(luò)信息共享性使車站售票系統(tǒng)和列車上補(bǔ)辦車票系統(tǒng)互相聯(lián)網(wǎng)，車站就能夠正確得到?jīng)]有車票乘坐列車的人員的具體數(shù)據(jù)，然后可以依照實(shí)際情況進(jìn)行車票的提前留放。同時，列車上的工作人員能夠正確得到車票的提前保留狀況，使乘客補(bǔ)辦車票更便捷，資源利用更合理。

5 結(jié)束語

信息化技術(shù)的出現(xiàn)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全面應(yīng)用于我國的鐵路系統(tǒng)當(dāng)中已是必然的趨勢。目前，物聯(lián)網(wǎng)在我國鐵路中的應(yīng)用主要為RFID、傳感器、數(shù)據(jù)采集以及二維碼等方面，應(yīng)用效果顯著。隨著對信息化技術(shù)應(yīng)用的廣泛深入，未來物聯(lián)網(wǎng)勢必成為改變鐵路運(yùn)輸發(fā)展前景方向的主要因素之一，將使之全面提升鐵路運(yùn)輸?shù)闹悄芑潭取?/p>

［1］趙靜，喻曉紅，黃波，等.物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)體系與發(fā)展［J］.通信技術(shù)，2010，8(9):63 －72.

［2］劉化君.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.計算機(jī)時代，2010，2(7):23－41.

［3］王曉亮，宓奇，彭蘇勉，等.物聯(lián)網(wǎng)在我國鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展探討［J］.鐵道通信信號，2010，4(3):23－33.

［4］卞文良，鞠頌東.基于RFID技術(shù)的鐵路物流信息化［J］.鐵路采購與物流，2008，6(1):93 －100.

［5］臧鑫.物聯(lián)網(wǎng)在鐵路集裝箱運(yùn)輸中的應(yīng)用研究［J］.鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2011，7(7):110 －112.

［6］呂炳潮.物聯(lián)網(wǎng)中關(guān)于實(shí)時信息理論和實(shí)時信息獲取問題的研究［D］.上海:上海交通大學(xué)，2010.

［7］劉化君.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.計算機(jī)時代，2010(7):4－6.

［8］李野.物聯(lián)網(wǎng)在知能交通中的應(yīng)用研究［J］.移動通信，2010(15):30－34.

［9］彭輝，徐志修.城市軌道交通智能綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計［J］.鐵道工程學(xué)報，2006(2):15 －18.