GPS 和RFID 技術(shù)的鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)

馬 晶

（中鐵十九局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，北京 100176）

0 引言

以確保列車安全運(yùn)行為目標(biāo)，信號設(shè)備巡檢工作者要規(guī)范地巡查多種信號設(shè)備，有效找到列車運(yùn)行隱患并加以處理。在列車提速的發(fā)展背景下，開天窗運(yùn)行時(shí)間逐步縮短，維護(hù)工作呈現(xiàn)出一定難度，需要時(shí)刻關(guān)注維護(hù)工作對設(shè)備的巡視效果，這說明巡檢信號設(shè)備的工作不可或缺。因?yàn)樵O(shè)備分布區(qū)域廣泛，維修要求相對嚴(yán)格，需要引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)輔助信號設(shè)備巡檢工作。GPS 和RFID 技術(shù)為鐵路信號設(shè)備巡檢體系的一個新穎手段，可以顯著提升信號設(shè)備巡檢的有效性。

1 高速鐵路信號設(shè)備質(zhì)量的影響因素

即使日常維修和安全檢查工作未能找到設(shè)備質(zhì)量的影響因素，信號設(shè)備的質(zhì)量問題也會在故障的驅(qū)使下被動呈現(xiàn)出來。立足于鐵路信號設(shè)備的軟件和硬件因素，探索信號設(shè)備出現(xiàn)的故障，重點(diǎn)體現(xiàn)在以下3 點(diǎn)：

（1）設(shè)備源頭質(zhì)量存有缺陷。信號設(shè)備供應(yīng)商生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量不高，不僅使新技術(shù)和新裝備在繁瑣的高速鐵路運(yùn)行環(huán)境下產(chǎn)生問題，還涉及高速鐵路軟件設(shè)計(jì)不科學(xué)，堵塞信息通道。因?yàn)檎型稑?biāo)過程中制造工藝存在問題，導(dǎo)致信號設(shè)備質(zhì)量不足，包括繼電器接點(diǎn)設(shè)計(jì)與電子板件不良等。此外，新線建設(shè)期間表現(xiàn)出信號設(shè)備安裝調(diào)試不夠穩(wěn)定，也制約著信號設(shè)備的巡視效果。

（2）日常維護(hù)管理尚未落實(shí)。維修作業(yè)不夠標(biāo)準(zhǔn)化，對維修標(biāo)準(zhǔn)以及維護(hù)內(nèi)容了解不全面，出現(xiàn)漏檢、漏修現(xiàn)象。其次，缺少對信號設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的了解過程，對信號設(shè)備的維護(hù)缺少針對性，無法排除信號設(shè)備的質(zhì)量隱患。維護(hù)手段不夠新穎，尤其是高速鐵路維護(hù)作業(yè)往往是夜間環(huán)境，若照明條件不夠優(yōu)越，會使信號設(shè)備巡視無法落實(shí)或者巡視檢測不標(biāo)準(zhǔn)，降低維護(hù)實(shí)效性。

（3）質(zhì)量研究攻關(guān)不到位。設(shè)備故障產(chǎn)生的原因在分析過程中不夠徹底，尤其是道岔轉(zhuǎn)換問題，往往只研究道岔別卡的現(xiàn)象，忽視道岔別卡的主要因素。其次是質(zhì)量安全隱患的攻關(guān)不夠合理，比如在道岔結(jié)合部，經(jīng)多次病害聯(lián)合整治操作仍未降低安全隱患，時(shí)常出現(xiàn)設(shè)備軟件問題，影響地鐵信號設(shè)備巡檢工作的效率。

2 GPS 和RFID 技術(shù)的鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)現(xiàn)狀

2.1 電子巡檢系統(tǒng)組成

現(xiàn)階段鐵路信號設(shè)備系統(tǒng)的巡檢方式依舊是信號工作者報(bào)到、單位負(fù)責(zé)人安排的模式，存在設(shè)備漏檢或不檢的情況。為此研制了諸多高科技的巡檢電子類設(shè)備，涉及巡檢儀器、設(shè)備或者管理系統(tǒng)等，主要使用GPS、立足RFID 技術(shù)形成的一種電子巡檢系統(tǒng)。

（1）圍繞信息紐扣形成的電子巡檢系統(tǒng)。信息紐扣為自動分辨芯片的一種形式，此種芯片設(shè)置于檢查設(shè)備中，通過檢查工作者攜帶相關(guān)設(shè)備，觸摸信息按鈕獲取信息，把巡檢結(jié)果登記在管理主機(jī)中，以開展鐵路信號設(shè)備的巡檢工作。此類設(shè)備雖然存在一定優(yōu)勢，不足之處首先是巡檢儀器與自動分辨芯片要充分接觸以獲取信息，若列車在夜間巡檢，存在較大難度；其次，巡檢儀器與自動分辨芯片的相互接觸，需要具備外置條件，人為影響因素比較大；最后，自動分辨芯片會受到外界環(huán)境污染，長時(shí)間暴露后產(chǎn)生接觸不良等問題。

（2）GPS 技術(shù)形成的電子巡檢系統(tǒng)。GPS 和RFID 技術(shù)組成的電子巡檢系統(tǒng)，重點(diǎn)是檢查工作者憑借GPS 定位信息加以檢查，檢查儀器保存定位之后的位置。首先對信息進(jìn)行鎖定，之后把獲取的信息反饋給巡檢主機(jī)，再按照定位軟件的信息，獲取對應(yīng)的數(shù)據(jù)以及報(bào)告。存在的不足是在巡檢期間要屏蔽其他戶外使用的設(shè)備，不能收到超過4 顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)，定位方面存在不足。以手持型為主的GPS 技術(shù)接受機(jī)，鎖定的定位要確保在20 m 之內(nèi)的位置，而檢測的全球定位系統(tǒng)難以呈現(xiàn)設(shè)備儀器的具體數(shù)據(jù)。

（3）RFID 技術(shù)形成的電子巡檢系統(tǒng)。對于RFID 技術(shù)，工作要點(diǎn)是通過射頻操作完成雙向通信，突破射頻自動識別技術(shù)限制。由讀卡器以及射頻卡兩個部分組成，兩者之間信息能量相互交換，不需要接觸便可以完成巡檢工作，基本原理是電磁耦合以及感應(yīng)耦合。此巡檢系統(tǒng)的數(shù)據(jù)按鈕比較先進(jìn)，存在的不足包括2 個方面：RFID 技術(shù)巡檢系統(tǒng)記載相對離散的數(shù)據(jù)，無法記錄巡檢路徑，不能用于線路檢查工作中；其次，系統(tǒng)僅僅存儲讀取射頻卡的時(shí)間信息，可能出現(xiàn)讀取之后檢查工作者離開崗位，忘記檢查巡檢設(shè)備的現(xiàn)象，不能科學(xué)評估工作者的實(shí)際工作狀態(tài)。

2.2 巡視系統(tǒng)的操作流程

（1）制作站場電子地圖。為能科學(xué)使用鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)，應(yīng)該制作鐵路地區(qū)的電子地圖，尤其是信號設(shè)備的實(shí)際分布狀況。記錄鐵路軌道與信號設(shè)備的全球定位系統(tǒng)信息，之后通過地理定位系統(tǒng)軟件加以處理，按照信號設(shè)備的分布圖表，制作鐵路地區(qū)的電子地圖。

（2）GPS 和RFID 技術(shù)的融合運(yùn)用。GPS 和RFID 技術(shù)相結(jié)合，巡檢工作者手持巡檢儀器獲取全球定位系統(tǒng)的信息，之后按照路徑行走，達(dá)到巡檢位置，讀取射頻卡涉及的數(shù)據(jù)信息，按照次序進(jìn)行信號設(shè)備的巡查。

（3）信息加工處理。信息加工處理分為4 個步驟：①獲取資料，射頻卡獲取數(shù)據(jù)為借助讀卡模塊得到數(shù)據(jù)，計(jì)算全球定位系統(tǒng)信息；②獲取信息，讀取射頻卡信息之后，電腦接收的信息與數(shù)據(jù)和射頻卡內(nèi)置信息進(jìn)行比較，經(jīng)過處理將信息保存在外部存儲設(shè)備體系中，同時(shí)全球定位系統(tǒng)中獲取的途徑數(shù)據(jù)也要保存在外部信息儲存體系中；③信息保存，讀卡器充當(dāng)保存單元，其器械性能相對穩(wěn)定，體積較小，有助于計(jì)算機(jī)管理軟件加工巡檢儀器信息的記錄；④數(shù)據(jù)的處理，管理主機(jī)在讀卡器中獲取數(shù)據(jù)，經(jīng)過管理軟件進(jìn)行再次分析統(tǒng)計(jì)。

2.3 巡檢系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計(jì)

（1）硬件設(shè)計(jì)。鐵路信號設(shè)備的巡檢硬件設(shè)計(jì)，包括射頻卡、巡檢儀器和PC 機(jī)，通過Mifare 1 射頻卡保存信號設(shè)備數(shù)據(jù)。此種類型的射頻卡是無源射頻卡，以實(shí)際工作中產(chǎn)生的電源能量設(shè)置為卡片的讀寫器，發(fā)送無線載波，標(biāo)準(zhǔn)操作距離是1 m 或0.25 m。巡檢儀器作為鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)的重點(diǎn)內(nèi)容，包括電源模塊、GPS 模塊、微處理器與PFID 模塊和其他部分組成。

（2）軟件設(shè)計(jì)。鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，包括巡檢儀器軟件與系統(tǒng)管理軟件。首先是巡檢儀器軟件：巡檢儀器的運(yùn)行為相對循環(huán)的模式，單片機(jī)如果接受全球定位系統(tǒng)的信息，應(yīng)該在串口位置上進(jìn)行中斷信號處理，并且在射頻卡數(shù)據(jù)讀取期間，采取間斷的操作方式，因此要借助按鈕有效控制讀卡操作流程。其次是系統(tǒng)管理軟件：系統(tǒng)管理軟件的設(shè)計(jì)要按照模塊化的思想，包括信息管理、射頻卡設(shè)置、巡檢任務(wù)信息輸入、查詢模塊與信息處理模塊。其中信息處理模塊為巡檢儀器的信息處理，涉及信息導(dǎo)入、巡檢信息加工、路徑信息加工、巡檢報(bào)告制作等，每一個模塊的作用都不相同，全面服務(wù)于系統(tǒng)管理軟件的運(yùn)行。

3 GPS 和RFID 技術(shù)的鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)展望

3.1 巡檢系統(tǒng)的使用效果

鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)匯集全球定位系統(tǒng)以及射頻識別技術(shù)，克服以往巡檢工作的多個問題，加強(qiáng)巡檢系統(tǒng)檢查的質(zhì)量，得到一定成效。

（1）全球定位技術(shù)確定巡檢的路徑，射頻識別技術(shù)確定巡檢機(jī)械設(shè)備，兩者的集合可以從客觀層面上考慮巡檢工作者工作的規(guī)范性。

（2）鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)可以處理分辨芯片暴露和受到人為破壞的問題，使用過程中還可以突破不良現(xiàn)象的產(chǎn)生。

（3）在全球定位系統(tǒng)的使用下，可以在電子地圖中呈現(xiàn)信號設(shè)備巡檢的路徑，巡檢工作者一目了然地找到巡檢工作目標(biāo)。

（4）鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)借助讀卡器保存信息，在現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)相對發(fā)達(dá)的情況下體現(xiàn)較強(qiáng)的便捷性。通過標(biāo)準(zhǔn)化的巡檢系統(tǒng)，路線以及設(shè)備巡檢文件保存位置進(jìn)行分隔，針對后期信息加工提供便利條件。

3.2 提升巡檢系統(tǒng)可靠性的措施

（1）強(qiáng)化鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)的可靠性。巡檢設(shè)備的實(shí)際使用周期和設(shè)備的設(shè)計(jì)以及設(shè)備生產(chǎn)在以往的研究中，過于強(qiáng)調(diào)鐵路信號設(shè)備生產(chǎn)的有效性，淡化其他層面的分析，不能從本質(zhì)上處理實(shí)際問題，影響到巡檢設(shè)備的可靠性。因此需要強(qiáng)化鐵路信號設(shè)備巡檢的分析，將可靠性分析工作貫徹到研究的每一個環(huán)節(jié)中，奠定鐵路信號的可靠性理論基礎(chǔ)，科學(xué)地進(jìn)行設(shè)備實(shí)際生產(chǎn)和運(yùn)行。

（2）時(shí)常維護(hù)與更新鐵路信號巡檢設(shè)備。巡檢工作人員要定期參與到鐵路信號設(shè)備的檢查工作，按照設(shè)置的信號設(shè)備可靠性研究機(jī)制對其檢查，找到設(shè)備存在的故障，采取科學(xué)方式將其控制在一定范圍。計(jì)算機(jī)先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)存在于鐵路信號系統(tǒng)的監(jiān)測中，需要信號巡檢工作者提升自身的專業(yè)水平，熟練領(lǐng)悟應(yīng)用流程以及操作要點(diǎn)，確保鐵路信號檢查單位可以落實(shí)本職工作。此外通過先進(jìn)技術(shù)整理信號設(shè)備信息，配合數(shù)字化系統(tǒng)操作等先進(jìn)技術(shù)，全面更新鐵路信號設(shè)備的使用性能，彰顯信號設(shè)備巡檢的可靠性與實(shí)效性。

4 結(jié)束語

開展GPS 和RFID 技術(shù)的鐵路信號設(shè)備巡檢系統(tǒng)研究課題具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值，與鐵路信號設(shè)備巡檢的可靠性分析水平與國際分析水平進(jìn)行對比，我國仍存在一定差距。針對相關(guān)問題，應(yīng)該深入完善，加強(qiáng)研究力度，構(gòu)建科學(xué)的信號巡檢系統(tǒng)，致力于我國鐵路行業(yè)的開展和運(yùn)行，全面彰顯鐵路運(yùn)行的安全性和可靠性，為人們的出行與生活提供更加便利的條件。