基于RFID技術(shù)下鐵路設(shè)備巡檢平臺設(shè)計(jì)研究

一直以來，傳統(tǒng)鐵路電力設(shè)備人工巡檢方式存在設(shè)備信息記錄不清晰、不完整、設(shè)備履歷表存放地點(diǎn)混亂、更新不及時的情況。從鐵路運(yùn)營生產(chǎn)、設(shè)備大修更新改造對既有電力設(shè)備數(shù)量及參數(shù)信息準(zhǔn)確性要求出發(fā)，結(jié)合RFID技術(shù)特點(diǎn)，提出將其應(yīng)用于鐵路電力設(shè)備管理的基本技術(shù)方案 ：一方面提高鐵路局供電段設(shè)備管理能力，另一方面為鐵路大修改造工程提供及時準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

信息化是鐵路發(fā)展的必由之路，將信息技術(shù)與企業(yè)管理理念融合可有效提升鐵路系統(tǒng)整體的運(yùn)營、維護(hù)和服務(wù)水平。當(dāng)前已有相當(dāng)一部分供電段通過使用鐵路供電管理信息系統(tǒng)來處理日常工作和事務(wù)。

RFID技術(shù)是通過空間電磁或電感耦合的非接觸方式，實(shí)現(xiàn)雙向通信并交換數(shù)據(jù)的技術(shù)，讀寫時人員與電力設(shè)備可保持安全距離，數(shù)據(jù)采集快，操作簡單，適用于離散設(shè)備的巡檢。

鐵路電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)主要包括PC端、PDA、RFID電子標(biāo)簽，巡檢管理信息系統(tǒng)、發(fā)/讀卡器、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)等。

在開展正常的設(shè)備巡檢工作之前，應(yīng)先將電力設(shè)備按照鐵路局內(nèi)既有線管理辦法統(tǒng)籌分類，各類設(shè)備分配唯一標(biāo)識RFID電子標(biāo)簽，RFID標(biāo)簽內(nèi)寫入設(shè)備的履歷和安裝后運(yùn)維信息等。由于鐵路電力設(shè)備布置在鐵路線路沿線或車站附近，設(shè)備分散且沿線無鐵路內(nèi)網(wǎng)接入點(diǎn)，RFID讀寫器采集的設(shè)備信息需要先存儲在PDA中，再由移動公網(wǎng)（WiFi/4G/5G）與鐵路外網(wǎng)服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過隔離網(wǎng)閘將安全的數(shù)據(jù)傳送回鐵路內(nèi)網(wǎng)。

RFID手持終端設(shè)備實(shí)現(xiàn)讀、寫RFID電子標(biāo)簽，信息存儲，設(shè)備間通訊的核心功能。由核心板和功能板組成，其中核心板由MCU主控芯片及各 FPC 柔性功能板接口組成，功能板由RFID模塊、藍(lán)牙模塊、電源模塊、TF卡槽等組成。

目前，鴻羽820具有的4dBi圓極化天線是適用于UHF頻段RFID應(yīng)用場合的通用型遠(yuǎn)場天線，具有小體積、高增益、低駐波、方向圖對稱性好、低軸比等特點(diǎn)，可廣泛適用于各種惡劣環(huán)境。

鐵路RFID巡檢系統(tǒng)總體架構(gòu)由RFID讀寫器、傳感器、數(shù)據(jù)處理中心及用戶界面組成支持實(shí)時數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸和本地?cái)?shù)據(jù)存儲實(shí)現(xiàn)對鐵路電力設(shè)備的快速識別與狀態(tài)監(jiān)測。

在核心模塊劃分上，RFID標(biāo)簽與RFID讀寫器實(shí)現(xiàn)設(shè)備唯一識別傳感器模塊負(fù)責(zé)收集環(huán)境數(shù)據(jù)與設(shè)備運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)處理模塊負(fù)責(zé)信息整合與分析

設(shè)備巡檢員使用RFID讀寫器收集設(shè)備信息數(shù)據(jù)通過傳感器模塊同步至數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)并向巡檢員提供設(shè)備狀態(tài)報告。

在RFID配置選型中選擇超高頻、遠(yuǎn)距離讀取的RFID設(shè)備，確保RFID讀寫器與現(xiàn)有鐵路電力設(shè)備兼容性同時考慮設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性能。部署溫度、濕度、震動等傳感器實(shí)時監(jiān)測環(huán)境與設(shè)備狀態(tài)，利用模擬與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換技術(shù)確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)傳感器網(wǎng)絡(luò)以提供全方位的數(shù)據(jù)覆蓋。

在系統(tǒng)軟件架構(gòu)中采用模塊化設(shè)計(jì)便于維護(hù)與升級，支持多種數(shù)據(jù)格式以確保數(shù)據(jù)交換的靈活性，設(shè)計(jì)中間件實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)間的集成。數(shù)據(jù)庫構(gòu)建包含巡檢項(xiàng)、設(shè)備信息、操作人員等數(shù)據(jù)表，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的查詢優(yōu)化以支持快速數(shù)據(jù)檢索，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)備份和恢復(fù)流程以確保數(shù)據(jù)完整性。所構(gòu)建信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與分析算法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)預(yù)處理以過濾噪聲和異常值，應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)預(yù)測同時利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)優(yōu)化巡檢路線與頻率。

系統(tǒng)安全與穩(wěn)定性方面采用加密技術(shù)保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸，設(shè)計(jì)權(quán)限管理控制不同級別的數(shù)據(jù)訪問，實(shí)施冗余設(shè)計(jì)增強(qiáng)系統(tǒng)的容錯能力。

當(dāng)前，RFID技術(shù)可實(shí)現(xiàn)鐵路貨物的快速識別和追蹤，提高運(yùn)輸管理效率。通過RFID技術(shù)，可以降低鐵路運(yùn)營成本，提高運(yùn)輸安全性。但是鐵路環(huán)境復(fù)雜，RFID標(biāo)簽和RFID讀寫器的耐候性、抗干擾能力需進(jìn)一步提高。需要建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以實(shí)現(xiàn)鐵路RFID技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

目前，鐵路RFID技術(shù)創(chuàng)新與研發(fā)方向主要有新型標(biāo)簽與讀寫器技術(shù)研究、數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)技術(shù)、鐵路RFID技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的融合三大方向。開發(fā)更高頻段的RFID標(biāo)簽與RFID讀寫器，研究適用于不同環(huán)境條件的耐用型標(biāo)簽，提高讀寫器的識別距離和數(shù)據(jù)傳輸速度。加強(qiáng)RFID系統(tǒng)的加密與認(rèn)證機(jī)制，研究基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)安全解決方案，探索匿名化數(shù)據(jù)收集與處理技術(shù)。同時利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)RFID信息的遠(yuǎn)程監(jiān)控，通過大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化鐵路物流管理流程，推動鐵路RFID技術(shù)與智能交通系統(tǒng)的集成。

國家政策大力支持鐵路信息化建設(shè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不斷完善將促進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的合作將加速市場成熟，預(yù)計(jì)市場規(guī)模在未來幾年將持續(xù)擴(kuò)大，隨著技術(shù)成熟，成本將進(jìn)一步降低，需求增長將主要來自于貨運(yùn)和客運(yùn)領(lǐng)域。

對于一些潛在應(yīng)用領(lǐng)域，將RFID巡檢技術(shù)應(yīng)用到城市軌道交通和公路基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)中探索在工業(yè)設(shè)備、電力系統(tǒng)等其他領(lǐng)域的巡檢和健康管理應(yīng)用，開展跨行業(yè)合作，實(shí)現(xiàn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和互操作性，也具有十分重要的價值與意義。

（編輯：孫國軒 指導(dǎo)老師：蔣南云，侵刪）

審核編輯 黃宇