基于RFID技術(shù)的城市軌道交通列車自動記點算法研究

孫麗娜，陳赤峰

1. 上海電科電器科技有限公司，上海200063

2. 上海磅礴信息科技有限公司，上海200021

摘要：在RFID(無線射頻識別技術(shù))的基礎(chǔ)上，提出城市軌道交通列車自動報點算法。該算法可以明確列車具體在哪個車站或在哪個區(qū)間，實現(xiàn)自動對列車記點，有助于車站管理與列車運營之間銜接。在信號系統(tǒng)失效的情況下，能夠作為調(diào)度員和車站值班員判斷列車位置的輔助手段。

關(guān)鍵詞：RFID； 列車自動記點； 軌道交通安全

近年來，由于城市軌道交通出現(xiàn)了較多的運行事故，在2011年10月份，國家“三部委”在對全國城市軌道交通進行安全大檢查過程中，提出要對城市軌道交通列車運行安全保障技術(shù)進行研究。

城市軌道交通的運行控制依靠城市軌道交通信號系統(tǒng)，文獻1-3]介紹了目前軌道交通常用的列車定位技術(shù)。文獻4]對基于多傳感器信息融合的定位方法進行了深入研究，這些都是對信號系統(tǒng)定位技術(shù)的研究。但信號系統(tǒng)作為機電系統(tǒng)，不能保證絕對安全可靠。當信號系統(tǒng)發(fā)生故障時，對列車記點是人工對列車實現(xiàn)粗略定位的方法之一，但因城市軌道交通列車發(fā)車密集、間隔小，造成車站值班員手動記點的勞動強度增大，易出現(xiàn)人為差錯。

因此，研究自動記點，將值班員從頻繁、機械的勞動中解放出來，在信號發(fā)生故障時，為值班員對列車定位提供輔助手段，從而輔助后續(xù)運營指揮。

目前市場上適合列車定位的無線技術(shù)主要有GPS、GPRS、RFID幾種。GPS單點實時定位精度較低，一般為±10m，同時在地鐵區(qū)間內(nèi)GPS信號較弱。GPRS后期要向電信運營商提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)費用，增加維護成本，同時在地鐵區(qū)間內(nèi)信號較弱。RFID后續(xù)維護成本低，文獻5、6]闡述了RFID在鐵路列車定位方面的應(yīng)用?；谶@一技術(shù)具有抗干擾能力強、定位精度高的特點，所以軌道交通列車自動報點算法選用了RFID技術(shù)。

1RFID技術(shù)介紹7]

1.1　RFID定義和工作原理

RFID(Radio Frequency Identification)，即無線射頻識別技術(shù)，它是一種非接觸式自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。當電子標簽進入閱讀器射頻磁場時，標簽被激發(fā)產(chǎn)生感應(yīng)電流，并將標簽中儲存的信息發(fā)射到閱讀器中，閱讀器通過解碼系統(tǒng)識別標簽，再將識別信息進一步傳遞到計算機信息處理系統(tǒng)進行分析處理和深入應(yīng)用。

1.2　RFID組成

RFID系統(tǒng)由以下3部分組成，如圖1所示。

(1) 閱讀器： 讀取標簽信息的設(shè)備；

(2) 電子標簽： 由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有惟一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。每個標簽都有一個全球惟一的ID號碼UID，在制作芯片時就燒制在ROM中，無法修改；

(3) 計算機處理系統(tǒng)。

圖1　RFID系統(tǒng)組成示意圖

1.3　RFID分類

按照RFID標簽的能量供給方式，RFID標簽可分為有源標簽和無源標簽，見表1。

表1　有源標簽和無源標簽的比較

按照RFID工作時使用的無線電頻率，RFID可分為低頻系統(tǒng)和高頻系統(tǒng)。

低頻系統(tǒng)工作頻率通常<30MHz，典型工作頻段為125kHz、225kHz、13.56MHz等。低頻電子標簽成本較低，但標簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較小，閱讀距離較短，外形多樣，閱讀天線方向性不強。

高頻系統(tǒng)工作頻率>400MHz，典型工作頻段為433MHz(高頻)、915MHz(超高頻)、2.4GHz(甚高頻)、5.8GHz(微波)等。高頻系統(tǒng)標簽內(nèi)保存的數(shù)據(jù)量較大，閱讀距離較遠(可達幾米至幾十米)，能適應(yīng)物體高速運動，閱讀天線及電子標簽天線均有較強的方向性,同時具有信息存儲量大、識別距離長、識別速度快等特點。

2列車自動報點系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)采用2.4GHz甚高頻有源標簽。站臺布置4個閱讀器，如圖2所示。在每個站臺上/下行兩邊、列車?？课恢玫能囶^/車尾附近各安裝一臺站臺閱讀器。

圖2　設(shè)備安裝布置圖

列車有車體號標識，在列車車頭/車尾位置安裝了RFID有源標簽，標簽內(nèi)儲存有本列車的車體號信息。當列車進出站接近站臺閱讀器時，站臺閱讀器讀取到標簽內(nèi)的車體號，系統(tǒng)可通過無線射頻網(wǎng)絡(luò)獲取列車車體號。

系統(tǒng)具有列車位置識別邏輯，可判別進站、出站、停站、越站、故障出清、折返等各種運行軌跡。系統(tǒng)還可自動識別列車當前的行車方向，并按照預(yù)設(shè)方式顯示。

3列車自動報點算法

列車自動報點算法實現(xiàn)了列車位置、行車方向識別邏輯，為列車定位提供輔助手段。

閱讀行為RB(Read Behavior)是指閱讀器檢測到對應(yīng)標簽的行為，一列列車正常的進站流程見表2。

表2　列車正常進站流程

*U表示上行，D表示下行。

閱讀狀態(tài)RS(Read Status)針對具體的RB，用以統(tǒng)計對應(yīng)閱讀行為的時間參數(shù)。針對不同的線路及車站，該參數(shù)應(yīng)根據(jù)實際情況可調(diào)，即RS為1表示列車僅路過，RS為2表示列車在車站停穩(wěn)，RS為3表示列車可能因為故障停時過長。

RS與RB的關(guān)系如下，其中n為RB每隔1s讀到的次數(shù)。

RS=0，n=0；

RS=1， 1≤n≤2;

RS=2， 3≤n≤30;

RS=3， 60≤n。

列車狀態(tài)TS(Train Status)的屬性為布爾值，為真或假。共有5種狀態(tài)： 進站、候車、出站、出清、故障。若列車進站，則其進站狀態(tài)為真；若列車故障，則其故障狀態(tài)為真。當系統(tǒng)每檢測到一趟新的列車時，則初始化TS狀態(tài)的所有屬性為假，并初始化新的RB及RS。

列車與車站之間主要為進站邏輯和出站邏輯，其流程如圖3、圖4所示(以下行為例)。

4邏輯實現(xiàn)

邏輯流程(如圖5所示)的實現(xiàn)采取模塊化思路，“邏輯”判斷模塊功能實現(xiàn)記點/記時；“更新”模塊負責(zé)所有狀態(tài)的判斷和更新。

當檢測到新的列車ID時，邏輯判斷流程如下。

(1) 到站邏輯。當RB為1時，即R1閱讀器檢測到t1車頭標簽，即判斷列車到站。時間點選取實際讀取次數(shù)n(n≤2)對應(yīng)時間的平均值。

(2) 進站邏輯。當RB為2時，即判斷列車進站完畢，記錄t20(t20為t2的臨時時間點)。當RB為2的狀態(tài)持續(xù)超過一定時間，判斷列車停穩(wěn)，進站記點t2。時間點選取實際讀取次數(shù)n(n≤5)對應(yīng)時間的平均值。

(3) 出站邏輯。當該列車的進站狀態(tài)為真、RB從2或3變化為0時，判斷列車出站。時間點選取RB變化為0及之前4次(RB為2或3)對應(yīng)時間的平均值。

圖3　列車進站流程圖

圖4　列車出站流程圖

圖5　系統(tǒng)邏輯流程圖

(4) 出清邏輯。當RB為4時，即判斷列車出清。時間點選取實際讀取次數(shù)n(n≤2)對應(yīng)時間的平均值。

5結(jié)束語

列車自動報點算法實現(xiàn)了列車位置、行車方向的自動識別。日常情況下，用于了解車站及相關(guān)區(qū)間的列車運營情況，有助于車站管理與列車運營之間銜接；在信號系統(tǒng)整體失效情況下，作為調(diào)度員和車站值班員判斷列車位置的輔助手段，確保了列車行車安全。

參考文獻

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A Study on Train Auto Noting Point for Urban

Rail Transit Based on RFID

SunLina，ChenChifeng

1. SEARI Electric Apparatus Research Institute Group Co.,Ltd.， shanghai 200063， China

2. Shanghai PangBo Information Techinique Co.，Ltd.， shanghai 200021， China

Abstract:On the basis of RFID (radio frequency identification) it sets forth the algorithm on train auto reporting point for urban rail transit system. The algorithm can clearly identify the train is at which station or at what intervals and record the train point automatically to concatenate the station controls and train transport operations. In case of signal system failure, it can serve as the supplementary means for dispatchers and train station attendant to estimate the train positions.

Key Words:RFID； Train Auto Noting Point； Rail Transportation Safety

中圖分類號:U 284.95

文獻標識碼:A

文章編號：1674-540X(2015)01-042-04

作者簡介：孫麗娜(1981-)，女，工程師，主要從事能效監(jiān)控與管理系統(tǒng)、智能電網(wǎng)用戶端系統(tǒng)集成、電力監(jiān)控系統(tǒng)的研究工作，
E-mail： leanoson@126.com

收稿日期：2015-01-10