封面机车 – 城市轨道交通

基于RFID技术的铁路行车标志设置及机车自动识别的方法

郭文新
（兰州天禧工程软件有限公司，兰州 730060）

摘要：本文论述了一种基于RFID（Radio Frequency Identification）射频识别技术的铁路行车标志设置及机车自动识别行车标志的方法，该方法通过对RFID的电子标签的特定设置，对应铁路行车标志，并将设置好的电子标签放置于铁路的行车标志的对应位置，机车上安装设置好RFID读写器及声光报警装置（必要时可与机车上自动停车装置相连）。当机车通过装有RFID标签的线路时，机车上的RFID读写器自动识别线路上的RFID标签信息，根据特定的编码规则，给出语音提示和声光报警，从而警示和提醒司机，以完成铁路标志牌的相关作用。

关键词：RFID、铁路行车标志、射频标签、自动识别

0 引言
　　
　　目前在铁路线两旁有各种各样的标志，警示司机注意行车安全和线路方向的指示标志，铁路线路标志分为线路标志和信号标志两种，前者主要是标明线路的状况，后者主要是操作指示。但这些标志均是要以机车司机同志的视觉识别为主，没有相关的自动识别装置，那就会存在以下问题：①由于司机的疏忽，没有看到相关标志；②由于天气原因，造成司机无法看到相关标志；③现代新型机车的投用，车速越来越快，造成司机对相关标识的辨识不佳。以上所列的问题，均可以造成行车不安全因素，有些甚至造成重大事故，因此铁路行车标志的改进及如何能让机车自动识别行车标志是目前铁路行车急需解决的问题。

1 基于 RFID 技术的铁路行车标志设置及自动识别的具体方法
　　
　　针对上述引言中现有铁路行车标志的不足之处，利用RFID 技术，将行车标志由标牌改为RFID 电子标签，由原机车司机识别标牌改为RFID 读写器自动识别特定的RFID 电子标签。该方法如下：
　　
1.1 对 RFID 电子标签进行特定编码和设置封装
　　通常 RFID电子标签有4 个区域，分别为：Reserved Bank (保留区);EPC Bank(EPC分区);TID Bank (TID 分区);USER Bank (USER 分区) [1]; 在这里我们不讨论RFID 技术的细节，只叙述在此文中的应用。
　　Reserver Bank (保留区)：对该区的操作可以决定用于铁路行车标志RFID 电子标签的启用和失效；
　　EPC Bank(EPC 分区)：对该区数据的操作决定RFID 电子标签的所对应行车标志；
　　TID Bank (TID 分区):该区域数据是出厂设置好的，不可擦写的，具备全球唯一性[1]，决定了用于铁路行车标志的RFID 电子标签与其它RFID 电子标签的区别；
　　USER Bank (USER 分区):用途非常多，可以是EPC Bank(EPC 分区)的延伸，定义EPCBank(EPC 分区)所对应行车标志的详细信息及相关注意事项，也可以记录该行车标志的维护信息及其它行车所需的相关信息等等；
　　针对铁路行车标志的设置环境，有针对性的进行封装，会具备比现有行车标志使用年限更长、容易安装、易维护、低成本等特性。
　　
1.2 对封装及设置好的 RFID 电子标签成组使用及安装
　　对封装及设置好的RFID 电子标签安装在所需安装行车标志地点的线路轨枕之间（这点与现有行车标志牌的安装有区别，现有行车标志牌安装在醒目位置的线路两旁），如图所示；对设置好的RFID 电子标签“成组”使用，使连续警示和分区段提醒成为可能，是现有行车标志所无法比拟的。

　　
1.3 机车上安装 RFID 读写器及并按编码规则进行相应设置
　　在线路上对封装及设置好的RFID 电子标签（对应相关的行车标志）安装完成后，机车上安装RFID 读写器及并按编码规则[2]进行相应设置，当机车行驶到线路上安装特定RFID电子标签的位置时，自动读取标签上的数据并进行解析，给出语音提示和声光报警，从而警示和提醒司机，以完成铁路标志牌的相关作用；在特殊情况下可与机车上的自动停车装置联动，紧急情况下可实现自动停车[3]，可避免类似4.28 铁路特大行车事故[4]的发生。
　　
2 具体实施方式及用例
　　
2.1 RFID 电子标签的编码
　　铁路行车信号标志[5]主要有：
　　◆警冲标：主要作用是标明指示机车车辆的停留位置的标志。
　　◆站界标：主要作用是标明对向出站道岔的警冲标外不少于50m 处，或邻线进站信号机相对处标志。
　　◆预告标：主要作用是标明进站信号机外方列车预告标志。
　　◆引导员接车地点标：主要作用是标明列车在行驶距车站外，不能看见进站信号机时，须在列车距站外能清晰地看引导员接车地信号标志。
　　◆司机鸣笛标：主要作用是标明列车行驶在道口、大桥、隧道及视线不良地点的前方时，司机须长声鸣笛提醒人们列车即将到达标志。
　　◆接触网终点标：主要作用是标明提醒电力机车司机不要超越接触网有效区间。
　　◆作业标：主要作用是标明在线路施工标志。机车司机见此标志须提高警惕，长声鸣笛，提醒线路施工人员撤离到安全地点的标志。
　　◆减速地点标：主要作用是标明列车应按规定限速通过地段标志。
　　◆桥梁减速信号牌：主要作用是标明在列车需要限速通过的桥梁速度的标志。
2.1.1 典型的 RFID 电子标签结构图

　　⑴ 将 TID Bank (TID 分区)的TID 数值为F0000000-F000FFFF 之间的RFID 电子标签定义为铁路行车标志专用标签，并将Reserver Bank (保留区)的设置相关启用密码（例如为654321）（如图所示）；
　　⑵ 将 EPC Bank(EPC 分区)的“项目参考区”按一定规则进行编码。假设编码如下表1（其中以序号7 为例）（如图所示）：
　　⑶ 将与相关标志有关的注意事项及其它事宜可以写入USER Bank (USER 分区)
2.1.2 RFID 电子标签设置用例
　　⑴ 将 3 个TID 值分别为F0000700、F0000701、F0000702 的RFID 电子标签的启用密码设置为654321；
　　⑵对应其 EPC Bank(EPC 分区)的“项目参考区”分别设置为：100700、100701、100709（按编码规则三个RFID 电子标签分别代表作业标（100700）、距作业标（100701）12 米的提示、距作业标（100709）120 米的提示；
　　⑶将注意事项：施工地点，限速50 公里写入USER Bank (USER 分区)。
　　三个起作业标作用的RFID 电子标签就设置好了。
　　
2.2 电子标签的封装及安装
　　封装及安装见下图所示
　　要求：
　　RFID 电子标签使用频率为920-925MHz[6]；雷电防护:直流接地；天线罩材:高强度玻璃钢；工作环境：适应风、霜、雨、雪、盐、雾、酸碱、潮湿、震动等恶劣环境。

2.2.1 RFID 电子标签安装用例
　　将上面设置好的三个起作业标作用的RFID 电子标签（TID 值分别为F0000700、F0000701、F0000702）按上图封装及安装，并按下图所示安装在铁路。

　　
2.3 机车自动识别 RFID 电子标签　　
　　在机车上安装RFID 电子标签读写器，并做如下设置：
　　⑴ 只识别 Reserver Bank (保留区)的启用密码为XXXXXX（例如为654321）并且TIDBank (TID 分区)的TID 数值为F0000000-FFFFFFFF(也可为XXXXXXXX-YYYYYYYY,其中Y>X,X,Y 为任意16 进制数)之间的RFID 电子标签；
　　⑵ 将识别出的 RFID 电子标签的EPC Bank(EPC 分区)的“项目参考区”值和USER Bank(USER 分区)的值输出至车载电脑处理；
　　⑶ 车载电脑按照编码规则解析并控制相应的声光报警及语音提示，必要时可与机车控制装置相连。（如图所示）

2.3.1 机车自动识别 RFID 电子标签用例
　　⑴ 当机车行驶到所示的RFID 的电子标签3 的位置时，车载RFID 电子标签读写器识别到Reserver Bank (保留区) 密码为654321）并且TID Bank (TID 分区)的TID 值为F0000702；EPC 分区的“项目参考区”的值为100709；USER 分区值为“即将接近施工地点”的RFID 的电子标签3，将EPC 分区的“项目参考区”的值为100709；USER 分区值为“即将接近施工地点”的数据内容传送给车载电脑，经相关控制软件解析后，控制声光报警装置发出警报，并发出“即将接近施工地点，距作业标120 米”的语音提示。
　　⑵ 当机车行驶到所示的RFID 的电子标签2 的位置时，车载RFID 电子标签读写器识别到Reserver Bank (保留区) 密码为654321）并且TID Bank (TID 分区)的TID 值为F0000701；EPC 分区的“项目参考区”的值为100701；USER 分区值为“即将接近施工地点”的RFID 的电子标签2，将EPC 分区的“项目参考区”的值为100702；USER 分区值为“即将接近施工地点”的数据内容传送给车载电脑，经相关控制软件解析后，控制声光报警装置发出警报，并发出“即将接近施工地点，距作业标12 米”的语音提示。
　　⑶ 当机车行驶到所示的RFID 的电子标签1 的位置时，车载RFID 电子标签读写器识别到Reserver Bank (保留区) 密码为654321）并且TID Bank (TID 分区)的TID 值为F0000700；EPC 分区的“项目参考区”的值为100700；USER 分区值为“即将接近施工地点”的RFID 的电子标签2，将EPC 分区的“项目参考区”的值为100702；USER 分区值为“施工地点，限速50 公里”的数据内容传送给车载电脑，经相关控制软件解析后，控制声光报警装置发出警报，并发出“施工地点，限速50 公里”的语音提示。
　　
3 结束语
　　
　　以上方法及实施步骤是笔者经过多次现场试验所得，目前正在进行深入的应用研究；由于试验条件所限，无法进行高速(>120 公里)等其它条件的测试工作，特撰写此文，希望为广大铁路运行研究人员起到一点抛砖引玉的作用。

[参考文献] (References)
[1] EPCglobal. EPC 编码体系[OL].[2010].
[2] 中国物品编码中心. 射频技术及其应用规范的制定[OL].[2010].
[3] 中华人民共和国铁道部. 铁路技术管理规程[M]. 北京：中国铁道出版社，2006
[4] 新华网. 不该发生的事故–”4 28″列车相撞事故原因追踪[OL].[2008].
[5] 贾新民. 铁路常用字典[M]. 北京：中国铁道出版社，2005
[6] 信息产业部. 关于发布800/900MHz 频段射频识别（RFID）技术应用试行规定的通知[Z] . 北京：信息产业部，2007.

作者简介：
姓名：郭文新
出生年：1968
性别：男
职称：高级工程师
主要研究方向：铁路信息化