物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鐵路行業(yè)中的應(yīng)用

■ 李寶

近年來，我國(guó)鐵路事業(yè)發(fā)展迅速，越來越多的人們出行方式首選鐵路。鐵路運(yùn)輸及維護(hù)安全隱患是制約鐵路發(fā)展的主要因素，鐵路信息化可有效緩解鐵路運(yùn)輸及維護(hù)安全問題。

物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后，信息化發(fā)展的第三次浪潮，深受世界各國(guó)的關(guān)注。

物聯(lián)網(wǎng)可把生產(chǎn)、生活中的每件物品經(jīng)過編碼、掃描、記錄，而后進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)，可自動(dòng)、實(shí)時(shí)地被識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控并觸發(fā)相應(yīng)事件，從而實(shí)現(xiàn)“物物相聯(lián)、天羅地網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)不僅將物與人、物與物緊密相聯(lián)，還把機(jī)器和機(jī)器之間的通信囊括其中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)給人們的生產(chǎn)和生活帶來巨大沖擊，給我國(guó)鐵路行業(yè)也提供了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 物聯(lián)網(wǎng)含義

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of things），顧名思義，就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。包括兩層含義：

第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；

第二，其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間進(jìn)行信息交換和通信。

因此，物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）、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，按約定協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。圖1為物聯(lián)網(wǎng)框架示意圖。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)框架示意圖

1.2 物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展

（1）2005年11月，在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報(bào)告2005：物聯(lián)網(wǎng)》報(bào)告，指出“物聯(lián)網(wǎng)”通信時(shí)代即將來臨；

（2）2008年底，IBM公司CEO彭明盛首次提出“智慧的地球”概念，即把感應(yīng)器嵌入和裝備到全球各個(gè)角落的電網(wǎng)、鐵路等各種物體中，并借助“云計(jì)算”整合，形成“物聯(lián)網(wǎng)”；

（3）2009年1月，美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬將IBM“智慧的地球”概念上升至美國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略（建議新政府投資新一代的智能型基礎(chǔ)設(shè)施）；

（4）2009年8月，國(guó)務(wù)院總理溫家寶視察中國(guó)科學(xué)院嘉興無線傳感器工程中心無錫研發(fā)分中心時(shí)，對(duì)物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的突破提出殷切希望和對(duì)“感知中國(guó)”提出設(shè)想；

（5）2009年10月底，全國(guó)傳感技術(shù)科學(xué)家及移動(dòng)、聯(lián)通、電信、華為、中興、大唐、聯(lián)想等其他行業(yè)的大企業(yè)代表齊聚無錫，宣布成立中國(guó)傳感網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟；

（6）2010年3月，海南、廣東、武漢等省市相繼開展物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的研究與實(shí)踐，海南省計(jì)劃將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與該省國(guó)際旅游業(yè)相結(jié)合；廣東省以整合物聯(lián)網(wǎng)零散應(yīng)用形式推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)商用。中國(guó)工程院副院長(zhǎng)、院士鄔賀銓表示：中國(guó)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)正進(jìn)入“百花齊放”和“應(yīng)用啟動(dòng)”階段。

1.3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 技術(shù)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)可分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三層，其技術(shù)架構(gòu)見圖2。

感知層由各種傳感器及傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，如壓力傳感器、位移傳感器、CO2濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、二維碼標(biāo)簽、RFID標(biāo)簽和讀寫器、攝像頭、GPS等感知終端。采集周圍物體的狀態(tài)信息并上傳。

網(wǎng)絡(luò)層即網(wǎng)絡(luò)通信層，由各種私有網(wǎng)絡(luò)、專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和無線通信網(wǎng)等組成，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞和大腦，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。

應(yīng)用層即終端處理層，是輸入輸出控制終端，包括電腦、手機(jī)等服務(wù)器終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸層發(fā)送信息的存儲(chǔ)、挖掘、處理和應(yīng)用。應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)和用戶（包括人、組織和其他系統(tǒng)）的接口，擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)接收、處理及整合等多種功能，通過對(duì)信息的處理、統(tǒng)計(jì)和分析，可以達(dá)到監(jiān)測(cè)被標(biāo)識(shí)物品信息的目的，從而實(shí)現(xiàn)“物物通信”。

1.3.2 關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)是RFID技術(shù)，又稱電子標(biāo)簽、無線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)。該技術(shù)作為物體的“身份證”，由標(biāo)簽、閱讀器和天線3部分組成。RFID技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)之一，利用無線射頻方式在閱讀器和射頻卡之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識(shí)別和數(shù)據(jù)交換的目的。

由于RFID具有遠(yuǎn)距離識(shí)別、可存儲(chǔ)攜帶較多信息、讀取速度快、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，目前其應(yīng)用基本涵蓋了鐵路運(yùn)營(yíng)的主要業(yè)務(wù)，并取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鐵路行業(yè)中的應(yīng)用

2.1 具體應(yīng)用案例

2.1.1 鐵路機(jī)車車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（ATIS）

鐵路機(jī)車車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)由機(jī)車車輛車體底部的識(shí)別標(biāo)簽、地面自動(dòng)識(shí)別設(shè)備（AEI）（包括列車探測(cè)裝置、天線、微波射頻裝置、讀出裝置、防雷設(shè)備、遠(yuǎn)程通信設(shè)備等）及數(shù)據(jù)集中管理、監(jiān)測(cè)和復(fù)示設(shè)備等組成。

在機(jī)車及貨車上安裝電子標(biāo)簽，該標(biāo)簽經(jīng)編碼后包含機(jī)車車次號(hào)、類型、數(shù)量等信息。在所有區(qū)段站、編組站、大型貨運(yùn)站和分界站設(shè)置AEI，對(duì)標(biāo)簽信息進(jìn)行解碼、譯碼、分析、存貯、整理上傳至集中管理系統(tǒng)（CPS）。在車站信息中心機(jī)房配置專門計(jì)算機(jī)建立車站CPS，采集過車信息，經(jīng)計(jì)算整理成過車數(shù)據(jù)后，完成與車站貨運(yùn)管理信息系統(tǒng)（TMIS）的交互，以達(dá)到TMIS對(duì)機(jī)車的實(shí)時(shí)追蹤。

2.1.2 機(jī)車和輪對(duì)檢修信息管理系統(tǒng)

基于RFID技術(shù)的機(jī)車檢修系統(tǒng)，能根據(jù)機(jī)車出入庫采集機(jī)車信息，完成機(jī)車出入庫流程的自動(dòng)操作，方便機(jī)車信息查詢及統(tǒng)計(jì)工作，降低檢修人員的工作強(qiáng)度，提高機(jī)車檢修工作的質(zhì)量和效率。

當(dāng)一臺(tái)機(jī)車進(jìn)入檢修庫時(shí)，在檢修庫安裝的射頻識(shí)別裝置會(huì)采集機(jī)車信息（包括機(jī)車車次號(hào)、車型和入庫時(shí)間等），并保存在機(jī)車信息表中；同時(shí)入庫分析模塊會(huì)對(duì)機(jī)車進(jìn)行歷史活項(xiàng)分析和月度故障統(tǒng)計(jì)，完成機(jī)車的共性故障預(yù)警、慣性故障預(yù)警分析和月度故障統(tǒng)計(jì)圖，并發(fā)送語音信息通知專檢專修部門做好檢修準(zhǔn)備；在機(jī)車入庫狀態(tài)瀏覽區(qū)域設(shè)置機(jī)車入庫人工操作按鈕，當(dāng)機(jī)車入庫信息識(shí)別錯(cuò)誤或與庫存信息沖突時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警語音提示，這時(shí)需要進(jìn)行人工干預(yù)，具有相應(yīng)權(quán)限的人員通過權(quán)限驗(yàn)證進(jìn)行機(jī)車入庫信息的編輯操作；機(jī)車檢修完畢并通過工長(zhǎng)驗(yàn)收后出庫，在通過出庫位射頻識(shí)別裝置時(shí)，機(jī)車信息和出庫時(shí)間傳送給應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)啟動(dòng)出庫操作，將機(jī)車本次檢修活項(xiàng)及整個(gè)檢修流程操作信息保存到歷史表中，并刪除當(dāng)前庫內(nèi)該車信息，自動(dòng)完成該車的本次檢修過程。

2.1.3 自動(dòng)售檢票系統(tǒng)

在法國(guó)、日本等國(guó)家高速鐵路系統(tǒng)中，自動(dòng)售檢票系統(tǒng)得到成功應(yīng)用。

在我國(guó)城際軌道交通領(lǐng)域中，自動(dòng)售檢票系統(tǒng)也已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)現(xiàn)已開通運(yùn)營(yíng)的京津城際鐵路、京滬高速鐵路等線路中，自動(dòng)售檢票系統(tǒng)也得到初步試用，試用效果良好。該系統(tǒng)如果應(yīng)用在鐵路行業(yè)中，采用RFID電子客票，可根據(jù)乘客需求采用自動(dòng)售票機(jī)進(jìn)行售票，在自動(dòng)檢票機(jī)中設(shè)定特定的讀寫器，可以讀出電子芯片中的數(shù)據(jù)信息，辨別車票真?zhèn)危瑢?huì)節(jié)約大量人力資源，同時(shí)為乘客乘車帶來便利。

2.1.4 鐵路貨運(yùn)物流信息化系統(tǒng)

近年來，網(wǎng)上購物成為人們生活中的主要消費(fèi)方式，而物流速度成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

在物流領(lǐng)域，鐵路擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，然而鐵路貨物運(yùn)輸中，常常出現(xiàn)貨物丟失、貨票不符等情況，既存在理賠糾紛，又有投入大量人力物力所帶來的煩惱，不僅給鐵路部門造成損失，也給用戶帶來不便。

傳統(tǒng)的人工抄錄、條形碼等信息采集技術(shù)已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的鐵路物流需求。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入，可在每件貨物上貼上智能標(biāo)簽，在裝車前通過掃描，把貨物信息輸入車站管理系統(tǒng)，以便管理人員核對(duì)貨運(yùn)單據(jù)與實(shí)物是否相符。在車廂和沿途到達(dá)車站安裝閱讀器，既可對(duì)貨物進(jìn)行全程跟蹤，也便于對(duì)貨物查驗(yàn)清點(diǎn)。鐵路部門從接貨、驗(yàn)貨、運(yùn)輸跟蹤、出貨、運(yùn)單傳遞、信用證管理到貨差貨損的事后追查等環(huán)節(jié)，都因?yàn)閿?shù)字化、無障礙RFID技術(shù)的使用而變得快捷和方便，較傳統(tǒng)物流運(yùn)作更準(zhǔn)確、更智能，不但提高了工作效率，而且節(jié)約了大量的人力、財(cái)力、物力。

2.2 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

2.2.1 視頻監(jiān)控與物聯(lián)網(wǎng)的融合應(yīng)用

日常生活中所接觸的視頻監(jiān)控，都是由攝像機(jī)在前端采集現(xiàn)場(chǎng)圖像信息并傳送至監(jiān)控中心，不能準(zhǔn)確判斷移動(dòng)物體離攝像機(jī)的距離及其他詳細(xì)信息。

傳感器及物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，可有效補(bǔ)充人們對(duì)視頻監(jiān)控的更高質(zhì)量要求?？稍跀z像機(jī)前端加入各種傳感器，如傾角傳感器、激光測(cè)距傳感器和云臺(tái)攝像機(jī)共同整合，云臺(tái)攝像機(jī)的視頻用于幫助用戶捕捉激光測(cè)距傳感器的可見紅色激光光點(diǎn)，云臺(tái)帶動(dòng)激光測(cè)距傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)，用戶可在遠(yuǎn)端客戶端進(jìn)行選點(diǎn)測(cè)量。這樣用戶的視覺得到了長(zhǎng)距離的延伸，可使用激光測(cè)距傳感器和視頻監(jiān)控對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的一些物體及物體間的實(shí)際距離進(jìn)行測(cè)量，視頻監(jiān)控的輔助使這種遠(yuǎn)程測(cè)量工作得以實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 山體滑坡監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

山體滑坡是我國(guó)山區(qū)地帶最常見、最易發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害之一，能在短時(shí)間內(nèi)迅速掩埋或摧毀鐵路涵洞、軌道路基和橋梁場(chǎng)站等鐵路基礎(chǔ)設(shè)施，嚴(yán)重影響鐵路運(yùn)輸及行車安全。

可在容易發(fā)生山體滑坡的地段設(shè)置液位傳感器、傾角傳感器及前端設(shè)備并將該處地段的鐵路里程及山體信息預(yù)存于芯片中，利用鐵路干線通信光纜或無線列調(diào)鐵塔組成有線、無線相結(jié)合的傳輸方式。一旦山體發(fā)生滑坡，傳感器迅速做出反應(yīng)，形成的數(shù)據(jù)信息通過有線傳至臨近車站，由車站值班員發(fā)出報(bào)警信息。同時(shí)，傳感器可將數(shù)據(jù)通過無線方式不停的發(fā)送出去，附近有列車通過時(shí)，通過機(jī)車上的無線接收裝置收到報(bào)警信息并迅速做出反應(yīng)，避免事故的發(fā)生。

2.2.3 站車信息共享系統(tǒng)

目前，雖然實(shí)現(xiàn)了鐵路車站售票系統(tǒng)間的聯(lián)網(wǎng)，但車上補(bǔ)票仍獨(dú)立操作，導(dǎo)致車站預(yù)留車票與車上補(bǔ)票之間的脫節(jié)，造成旅客列車資源浪費(fèi)。如果利用RFID技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)信息共享性將車站售票系統(tǒng)與車上補(bǔ)票系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，車站可以準(zhǔn)確掌握無票上車人員的情況，根據(jù)實(shí)際情況確定車票預(yù)留；車上也可以準(zhǔn)確掌握車票預(yù)留情況，方便為旅客補(bǔ)票，從而充分利用列車資源，同時(shí)便于車上檢票。

此外，物聯(lián)網(wǎng)還可以滲透到鐵路行業(yè)的方方面面，包括入侵報(bào)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)等領(lǐng)域。

3 結(jié)束語

近年來，隨著我國(guó)高速鐵路、重載鐵路、綜合交通樞紐建設(shè)的快速實(shí)施，鐵路信息化水平要求越來越高，鐵路通信信息網(wǎng)絡(luò)也逐步實(shí)現(xiàn)了寬帶化、數(shù)據(jù)化、移動(dòng)化和多媒體化，具備了發(fā)展鐵路交通智能化的基礎(chǔ)條件，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在鐵路系統(tǒng)中推廣應(yīng)用已經(jīng)蓄勢(shì)待發(fā)?，F(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用僅體現(xiàn)在RFID/二維碼/傳感器及數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用方面，其優(yōu)勢(shì)已經(jīng)初露端倪。隨著信息技術(shù)更高層次的應(yīng)用，物聯(lián)網(wǎng)將是轉(zhuǎn)變鐵路運(yùn)輸發(fā)展方式的重要組成部分。隨著“智慧地球”概念的提出和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，在不遠(yuǎn)的將來，鐵路交通智能化程度一定會(huì)迎來質(zhì)的飛躍。

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