H TK-196型鐵路車號自動識別系統(tǒng)的擴展應用

王信隆

（哈爾濱威克科技股份有限公司，黑龍江哈爾濱150090）

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，鐵路運輸作為國民經(jīng)濟的一個重要部門，實現(xiàn)運輸和管理的現(xiàn)代化，提高運輸和管理效率，已是鐵路發(fā)展的必由之路。為加快鐵路信息現(xiàn)代化建設步伐，鐵道部決定開展車號自動識別系統(tǒng)（ATIS）工程建設。HTK-196型車號自動識別系統(tǒng)是在引進、消化、吸收國外先進技術基礎上，結(jié)合中國鐵路實際情況研制開發(fā)的。系統(tǒng)主要由標簽、地面識別設備、CPS管理設備、列檢復示設備、信息跟蹤查詢設備、標簽編程網(wǎng)絡等部分組成。

1 H TK-196型鐵路車號自動識別系統(tǒng)簡介

HTK-196車號自動識別系統(tǒng)于1992年底立項，1995年開始進行總體設計、實施、調(diào)試、完善。根據(jù)鐵道部的部署，該系統(tǒng)1996年7月在鷹—廈、濱—綏線試驗，1997年5月—1998年3月在大—秦線組網(wǎng)運用試驗，取得了很好的結(jié)果：網(wǎng)絡信息傳輸實時性好，識別精度100%，實現(xiàn)了貨車動態(tài)管理，實現(xiàn)了貨車實時跟蹤，實現(xiàn)了交界口實時統(tǒng)計分析管理，實現(xiàn)了以車號為信息源對車輛的運用管理。1998年4月15日通過了鐵道部技術鑒定。

現(xiàn)全路55萬輛貨車都安裝標簽，鐵路地面識別設備安裝2 000多套，復示終端400余套，中央數(shù)據(jù)管理機70余套，在鐵路系統(tǒng)已獲正式運用。在實際運用中實現(xiàn)了車次、車號的自動識別；實現(xiàn)了車輛實時跟蹤和動態(tài)管理；實現(xiàn)了故障車輛跟蹤預報以確保行車安全，提高了運輸管理效率，取得了很好的應用效果。

HTK-196型車號自動識別系統(tǒng)不但在鐵路運輸管理上獲得運用，也在其他各種測試設備和有鐵道線的企業(yè)內(nèi)部也獲得了廣泛的應用，下面重點介紹一下這方面的情況，并對系統(tǒng)的組成及工作情況作簡要說明。

2 在軌道衡上的應用

2.1 軌道衡的微機自動化檢測

我國動態(tài)軌道衡技術在運輸生產(chǎn)中的作用日益顯著，然而軌道衡在使用過程中，都要配備專人晝夜值班進行手工抄車號、自重、標重等信息并手工輸入，還受車速、天氣、環(huán)境等影響，經(jīng)常出現(xiàn)差錯；另外列車過完衡后，需要及時將數(shù)據(jù)打印出來傳給調(diào)度，以便處理超載等問題車輛，而手工操做又需很多時間，因此常常造成列車晚點，影響鐵路運輸效率。所以如何解決車號等信息的自動識別與輸入，提高軌道衡應用的準確性和效率，實現(xiàn)全自動化檢測的課題就擺在面前。

“HTK-196GDHRF軌道衡車輛信息自動識別系統(tǒng)”就是針對現(xiàn)有軌道衡系統(tǒng)進行設計的，主要是利用原鐵路“HTK-196型車號自動識別系統(tǒng)”的技術，轉(zhuǎn)而應用到軌道衡系統(tǒng)，從而開發(fā)出來的應用于軌道衡領域的一套新系統(tǒng)。專門為著解決上述問題，從而提高軌道衡應用的準確性和效率。

本項目由哈爾濱鐵路局科委立項，研制時間為2001年1～12月。2002年通過哈爾濱鐵路局科委鑒定，并獲黑龍江省科技成果三等獎。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

“HTK-196GDHRF軌道衡車輛信息自動識別系統(tǒng)”是由車號自動識別系統(tǒng)和軌道衡稱重系統(tǒng)兩部分組成。兩者是分別獨立的兩個系統(tǒng)，過車時分別獨立工作，自動識別系統(tǒng)將車輛車號、自重、標重信息用232串口傳送給軌道衡計算機，并存于特定文件夾內(nèi)，然后由軌道衡系統(tǒng)讀取使用。

（1）車輛車號信息自動識別系統(tǒng)。主要由標簽、讀出主機、RF射頻裝置、天線、車輪傳感器等部分組成，其中地面天線和車輪傳感器安裝在線路上，其余部分安裝在室內(nèi)，RF射頻裝置、讀出主機裝在主機箱內(nèi)。分別簡介如下：

1）標簽——標簽及其安裝如圖1、圖2所示，標簽分為車輛標簽和機車標簽，標簽外殼是由PVC密封的，具有較長的使用壽命，不需要維修。標簽由微波天線，反射調(diào)制控制器，編碼器，微處理器和存儲器等構(gòu)成。標簽內(nèi)存采用的E2PROM芯片，具有可讀寫功能，其中存儲器內(nèi)存有車號信息和車輛技術參數(shù)信息。標簽安裝在車輛的底部中梁上。每輛車安裝一個標簽。車輛標簽本身是無源的，靠地面天線發(fā)射的微波載波信號能量供電，在微處理器的控制下，將其內(nèi)存信息進行編碼反射調(diào)制，并將反射調(diào)制后的已調(diào)制信號反射回給地面天線接收。

圖1 車輛標簽

圖2 標簽安裝

2）讀出主機——由功能模板、開關電源二部分組成。功能模板包括主機板、磁鋼板、鍵盤板、通訊板、標簽信息采集板，采用STD總線、模塊化設計，有利于系統(tǒng)擴展和維護。

3）RF射頻裝置——本裝置的功能是產(chǎn)生微波信號和接收處理標簽反射回的已調(diào)制微波信號并解調(diào)出數(shù)據(jù)信號。當RF射頻裝置接收到讀出主機下達的命令后，開啟天線，通過天線向外界發(fā)射微波信號，同時接收天線返回帶有標簽數(shù)據(jù)信息的已調(diào)信號，經(jīng)放大、濾波、解調(diào)，然后送到讀出主機的標簽信號采集板進行下一步的處理。

圖3 R F解碼卡

4）天線及車輪傳感器——天線和車輪傳感器如圖4、圖5所示，天線是用來發(fā)射微波信號和和接收處理標簽反射回的已調(diào)制微波信號的設備。通過同軸電纜與RF射頻裝置傳輸微波信號。天線也是密封的，并有護罩保護。

車輪傳感器又稱磁鋼，是采集車輪信號的傳感器，當車輪從其上經(jīng)過時產(chǎn)生先正后負的脈沖信號，脈沖信號通過電纜引入讀出主機，最后由磁鋼板進行處理。開關門磁鋼負責計軸、計輛、測速和標簽定位，根據(jù)車輪通過兩磁鋼的時間來計算出軸距、軸數(shù)、車速等參數(shù)。

圖4 天線

圖5 車輪傳感器

（2）軌道衡稱重及讀取車輛信息系統(tǒng)。主要是在原稱重程序基礎上改進增加軟硬接口及相應格式協(xié)議、接收及存放信息軟件、讀取填加信息軟件等。

1）接口及相應格式協(xié)議——采用232串口，按與車號系統(tǒng)一致的格式、協(xié)議處理。

2）接收程序——安裝在軌道衡計算機中，與軌道衡系統(tǒng)互不影響，獨立工作。當列車經(jīng)過軌衡完成稱重后，執(zhí)行此程序就可以把車輛信息傳上來并存特定的文件夾內(nèi)。

3）讀取填加信息軟件——車輛信息接收完成后，就自動填加到相應欄目內(nèi)。打開當前稱重文件，便可計算打印。

2.3 系統(tǒng)的主要工作過程

系統(tǒng)由車號識別和軌道衡稱重及信息調(diào)用兩部分組成。兩者是分別獨立的兩個系統(tǒng)，列車經(jīng)過時，各自獨立工作。車號系統(tǒng)負責采集識別車輛車號、自重、標重信息，并用232串行口傳送給軌道衡計算機并存于特定文件夾內(nèi)；軌道衡稱重及信息調(diào)用系統(tǒng)除負責原來的稱重功能外，還要進行查詢接收讀取車號系統(tǒng)信息，并將其填寫到報文中。具體工作過程介紹如下：

（1）車號信息自動識別系統(tǒng)工作過程。

1）檢測來車——來車時，車輪傳感器首先產(chǎn)生脈沖信號，送入讀出主機，形成復位信號，使系統(tǒng)復位，主要是將系統(tǒng)初始化，設置定時器，初始化變量、參數(shù)等；同時啟動RF射頻模塊裝置工作，通過天線向指定的探測區(qū)域發(fā)射微波信號。

2）接收標簽反射信號識別標簽信息——當裝有標簽的列車進入天線作用范圍時，地面發(fā)射的微波能量激發(fā)標簽內(nèi)部電路工作，標簽內(nèi)存信息通過編碼器進行編碼，然后調(diào)制在微波載波信號上，并將其反射給地面設備。天線同時接收標簽反射回來的信號，經(jīng)RF射頻模塊進行信號提取、解調(diào)、放大、調(diào)整，送到讀出卡進行譯碼處理，形成16字節(jié)的數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，從而完成對標簽的識別。

3）計軸、計輛、測速，標簽定位——開關門磁鋼對列車車輪信號進行采集處理，可以計算出列車軸數(shù)、機車數(shù)、車輛數(shù)、運行速度，并對標簽定位，也就是哪個簽是哪輛車上的。

4）關閉RF射頻裝置——列車通過后，根據(jù)車速快慢，延時一段時間后，關閉RF射頻裝置，停止發(fā)射微波信號。

5）形成列車信息——系統(tǒng)對過車信息和標簽進行處理后，形成過車信息報文，恢復與軌道衡系統(tǒng)的通訊，收到查詢時，將過車信息報文通過232通訊接口傳給軌道衡系統(tǒng)。

6）準備接下一趟列車——報文發(fā)送完畢后，恢復與軌道衡系統(tǒng)的通訊狀態(tài)，準備接下一趟列車。

（2）軌道衡稱重及信息調(diào)用工作過程。當來車時，系統(tǒng)進行稱重，列車過完衡后，自動進入接收車號的界面。

接收程序定時查詢車號系統(tǒng)是否有過車信息。有過車信息時，就把過車信息傳給軌道衡系統(tǒng)，軌道衡系統(tǒng)收到后進行確認儲存。

信息接收儲存完后，過車的車號、自重、標重等信息自動填入相應文件的欄目內(nèi)。完成車號自動識別添加工作，準備接下一趟列車。

2.4 應用情況

現(xiàn)場應用如圖6所示。本系統(tǒng)現(xiàn)在已獲得廣泛應用，目前新安裝的軌道衡都已經(jīng)配備車號自動識別系統(tǒng)，安裝完在用的老軌道衡也大多配裝了車號自動識別系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)有百余臺安裝使用，并正在迅速普及過程中，獲得應用方的廣泛好評。系統(tǒng)室外部分由于都是密封的，所以可以在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定工作，風、雪、冰、油、臟物、化學腐蝕、振動、沖擊及電磁波等對其系統(tǒng)性能沒有影響。

圖6 軌道衡系統(tǒng)中的車號設備

3 在紅外線軸溫探測系統(tǒng)上的應用

3.1 紅外線軸溫探測系統(tǒng)簡介

紅外線軸溫探測系統(tǒng)，是對車輛軸承部位溫度進行動態(tài)在線測試的系統(tǒng)，一旦發(fā)生軸承磨損切軸故障時，其溫度會大幅升高，因此通過對運行中車輛軸溫的探測，就可以知道是否發(fā)生故障。鐵道部規(guī)定，我國鐵路線每30 km要安裝一個紅外線軸溫探測站，各探測站將列車軸溫信息實時傳給各鐵路局紅外監(jiān)控中心，發(fā)現(xiàn)過熱軸溫就發(fā)出警報，并傳給行調(diào)中心進行及時處理?，F(xiàn)鐵路系統(tǒng)已安裝數(shù)千臺紅外線探測站，并組成全路網(wǎng)絡（實物如圖7所示）。

圖7 紅外線系統(tǒng)中的車號設備

HTK-499紅外線軸溫探測系統(tǒng)由中央機、前置機、探測站組成，附帶有復示站、路局監(jiān)控中心、行調(diào)終端等。探測站室外部分由車輪傳感器（開機磁鋼、開關門磁鋼）、探測箱、分線箱組成。系統(tǒng)具有計軸計輛功能，就是系統(tǒng)可以判斷一列車由幾輛機車、幾節(jié)車輛組成，軸溫可以定位在第幾輛車、第幾軸、左右側(cè)的位置。但處理不及時，列車出現(xiàn)解體重新編組，就不能追蹤了。因此如果把HTK-196型車號自動識別系統(tǒng)到紅外線軸溫探測系統(tǒng)，這個問題就迎刃而解了。

3.2 軸溫探測自動識別系統(tǒng)的組成

由Reader卡、RF箱、天線組成。也就是在原紅外線軸溫探測系統(tǒng)中，增加這些部件。比軌道衡車號要簡單，因為車輪傳感器及其他功能模塊等部分，在紅外線軸溫探測系統(tǒng)中本身就有，可以共用。標簽也已經(jīng)在全路貨車上安裝完畢。

3.3 車號系統(tǒng)工作過程

系統(tǒng)平時與上位機進行通信并自檢，當列車通過時，系統(tǒng)確認列車到達，打開天線和保護門，準備采集軸溫信息和車號信息，當列車車輪經(jīng)過開關門磁鋼時，自動測車速、計軸距、采集軸承溫度、并進行車號信息采集，當判斷列車通過計輛后，關閉保護門，關閉天線，并進行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理包括：計軸計輛、標簽對應車輛的定位匹配、存盤并形成過車報文，傳送到上位機進行顯示、打印、跟蹤處理。

3.4 應用情況

目前HTK系列紅外線軸溫探測系統(tǒng)在全路安裝已達2 339臺，其中1 000多臺配裝了車號自動識別系統(tǒng)，并且還在繼續(xù)配裝中。

4 在地鐵車輛平輪檢測系統(tǒng)上的應用

4.1 地鐵車輛平輪檢測系統(tǒng)簡介

系統(tǒng)是對地鐵車輛車輪踏面磨傷、擦傷進行在線自動檢測的裝置，根據(jù)需要有的還加裝紅外線軸溫探測系統(tǒng)。系統(tǒng)室外部分由10個振動傳感器、車輪傳感器（開機磁鋼、開關門磁鋼）、線槽組成（帶紅外線軸溫探測的還有一對軸溫探箱）；室內(nèi)部分由電源箱、平輪主機箱、防雷箱等部分組成（如圖8）。

圖8 地鐵平輪系統(tǒng)中的車號設備

當列車到來時，開機磁鋼發(fā)出信號，打開天線和測試系統(tǒng)，采集車號和平輪信息，列車通過后，關閉天線和測試系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)處理，計軸計輛、標簽對應車輛的定位匹配、存盤并形成過車報文，并傳給監(jiān)控中心，如有超標數(shù)據(jù)就發(fā)出報警，進行及時處理。可以看出，地鐵運行高峰時每三四分鐘就過一列車，如此大密度的過車量，沒有車組車號系統(tǒng)，很難分出數(shù)據(jù)是哪一列車組的，因此加裝自動車號識別系統(tǒng)，顯得尤為必要。

4.2 車號自動識別系統(tǒng)的構(gòu)成

與HTK-499紅外線軸溫探測系統(tǒng)的車號相同，也是由Reader卡、天線、RF射頻裝置組成，但是地鐵車輛沒有像國鐵貨車已安裝完標簽，所以還必須安裝標簽。

地鐵一般每列車由6節(jié)車輛組成，有一個車組編號和6個車輛編號，由于編組是基本是不變的，所以按照信息量，每列車安裝兩個標簽，安裝前先寫入車組信息和車號信息，再安裝在列車兩端車輛車下。

這樣車號自動識別系統(tǒng)加上車輪傳感器的計軸計輛功能，不管過車密度有多大，所有檢測數(shù)據(jù)都被定位在車組、車號、第幾軸、左右側(cè)的位置信息下，就不會混亂，并可追蹤。

4.3 應用情況

配裝HTK-196型車號自動識別裝置的地鐵車輛平輪檢測系統(tǒng)，已在上海地鐵 1、3、4、5、6、7、8、11 號線；北京地鐵 1、5號線；大連輕軌等線上安裝使用。

5 H TK-196型車號自動識別系統(tǒng)的應用展望

從上述應用中可以看出，在鐵路線路上使用的各種檢測設備、應用系統(tǒng)等，只要需要車號信息，都可以加裝HTK-196型車號自動識別系統(tǒng)，與其結(jié)合，為其提供車輛信息，兩系統(tǒng)各自獨立工作，并不影響原設備系統(tǒng)的正常運行，加裝簡單。如2007年在上海地鐵梅隴基地安裝試用的地鐵車輛輪對參數(shù)實時在線自動檢測系統(tǒng)，開始就帶有HTK-196型車號自動識別系統(tǒng)；又如在廣州地鐵準備安裝的直線電機氣隙在線自動檢測系統(tǒng)，也在設計上加入了HTK-196型車號自動識別系統(tǒng)?，F(xiàn)在來看，系統(tǒng)早已超出了當初研制時的應用范圍，應用前景仍然非常廣闊。

6 結(jié)束語

從上面論述中，我們看到這套車號自動識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，使用非常穩(wěn)定可靠。由于鐵路系統(tǒng)各種車輛（包括企業(yè)自備車）都已經(jīng)安裝了車輛標簽，這種標簽資源可為各種需要車輛信息資源的設備、系統(tǒng)、管理等所共享，只要在需要的地點安裝這套識別系統(tǒng)，就可為其提供車輛信息資源，HTK-196車號自動識別系統(tǒng)現(xiàn)在已經(jīng)成為鐵路系統(tǒng)中重要的通用設備。

［1］宮本誠，等．鋼軌絕緣編譯組．鋼軌絕緣［M］.北京：人民鐵道出版社，1975

［2］鐵道部第一工程局．軌道（鐵路工程施工技術手冊）［M］.北京：中國鐵道出版社，2000.

［3］鐵道部第一勘測設計院．鐵路路基設計規(guī)范［S］.北京：中國鐵道出版社．1999.