射頻識別技術(shù)

    射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，縮寫RFID），射頻識別技術(shù)是20世紀(jì)90年代開始興起的一種自動識別技術(shù)，射頻識別技術(shù)是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)。

    從信息傳遞的基本原理來說，射頻識別技術(shù)在低頻段基于變壓器耦合模型（初級與次級之間的能量傳遞及信號傳遞），在高頻段基于雷達(dá)探測目標(biāo)的空間耦合模型（雷達(dá)發(fā)射電磁波信號碰到目標(biāo)后攜帶目標(biāo)信息返回雷達(dá)接收機）。1948年哈里斯托克曼發(fā)表的"利用反射功率的通信"奠定了射頻識別射頻識別技術(shù)的理論基礎(chǔ)。

    本文論述了一種基于RFID（Radio Frequency Identification）射頻識別技術(shù)的鐵路行車標(biāo)志設(shè)置及機車自動識別行車標(biāo)志的方法，該方法通過對RFID的電子標(biāo)簽的特定設(shè)置，對應(yīng)鐵路行車標(biāo)志，并將設(shè)置好的電子標(biāo)簽放置于鐵路的行車標(biāo)志的對應(yīng)位置，機車上安裝設(shè)置好RFID讀寫器及聲光報警裝置（必要時可與機車上自動停車裝置相連）。當(dāng)機車通過裝有RFID標(biāo)簽的線路時，機車上的RFID讀寫器自動識別線路上的RFID標(biāo)簽信息，根據(jù)特定的編碼規(guī)則，給出語音提示和聲光報警，從而警示和提醒司機，以完成鐵路標(biāo)志牌的相關(guān)作用。

    1 基于 RFID 技術(shù)的鐵路行車標(biāo)志設(shè)置及自動識別的具體方法

    針對上述引言中現(xiàn)有鐵路行車標(biāo)志的不足之處，利用RFID 技術(shù)，將行車標(biāo)志由標(biāo)牌改為RFID 電子標(biāo)簽，由原機車司機識別標(biāo)牌改為RFID 讀寫器自動識別特定的RFID 電子標(biāo)簽。該方法如下：

    1.1 對 RFID 電子標(biāo)簽進行特定編碼和設(shè)置封裝

    通常 RFID電子標(biāo)簽有4 個區(qū)域，分別為：Reserved Bank ；EPC Bank；TID Bank ；USER Bank  ; 在這里我們不討論RFID 技術(shù)的細(xì)節(jié)，只敘述在此文中的應(yīng)用。

    Reserver Bank ：對該區(qū)的操作可以決定用于鐵路行車標(biāo)志RFID 電子標(biāo)簽的啟用和失效；EPC Bank：對該區(qū)數(shù)據(jù)的操作決定RFID 電子標(biāo)簽的所對應(yīng)行車標(biāo)志；TID Bank ：該區(qū)域數(shù)據(jù)是出廠設(shè)置好的，不可擦寫的，具備性，決定了用于鐵路行車標(biāo)志的RFID 電子標(biāo)簽與其它RFID 電子標(biāo)簽的區(qū)別；USER Bank ：用途非常多，可以是EPC Bank的延伸，定義EPCBank所對應(yīng)行車標(biāo)志的詳細(xì)信息及相關(guān)注意事項，也可以記錄該行車標(biāo)志的維護信息及其它行車所需的相關(guān)信息等等；針對鐵路行車標(biāo)志的設(shè)置環(huán)境，有針對性的進行封裝，會具備比現(xiàn)有行車標(biāo)志使用年限更長、容易安裝、易維護、低成本等特性。

    1.2 對封裝及設(shè)置好的 RFID 電子標(biāo)簽成組使用及安裝

    對封裝及設(shè)置好的RFID 電子標(biāo)簽安裝在所需安裝行車標(biāo)志地點的線路軌枕之間（這點與現(xiàn)有行車標(biāo)志牌的安裝有區(qū)別，現(xiàn)有行車標(biāo)志牌安裝在醒目位置的線路兩旁），所示；對設(shè)置好的RFID 電子標(biāo)簽“成組”使用，使連續(xù)警示和分區(qū)段提醒成為可能，是現(xiàn)有行車標(biāo)志所無法比擬的。

    1.3 機車上安裝 RFID 讀寫器及并按編碼規(guī)則進行相應(yīng)設(shè)置

    在線路上對封裝及設(shè)置好的RFID 電子標(biāo)簽安裝完成后，機車上安裝RFID 讀寫器及并按編碼規(guī)則[2]進行相應(yīng)設(shè)置，當(dāng)機車行駛到線路上安裝特定RFID電子標(biāo)簽的位置時，自動讀取標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)并進行解析，給出語音提示和聲光報警，從而警示和提醒司機，以完成鐵路標(biāo)志牌的相關(guān)作用；在特殊情況下可與機車上的自動停車裝置聯(lián)動，緊急情況下可實現(xiàn)自動停車[3]，可避免類似4.28 鐵路特大行車事故[4]的發(fā)生。

　　2 具體實施方式及用例

    2.1 RFID 電子標(biāo)簽的編碼鐵路行車信號標(biāo)志主要有：

　　◆警沖標(biāo)：主要作用是標(biāo)明指示機車車輛的停留位置的標(biāo)志。

　　◆站界標(biāo)：主要作用是標(biāo)明對向出站道岔的警沖標(biāo)外不少于50m 處，或鄰線進站信號機相對處標(biāo)志。

　　◆預(yù)告標(biāo)：主要作用是標(biāo)明進站信號機外方列車預(yù)告標(biāo)志。

　　◆引導(dǎo)員接車地點標(biāo)：主要作用是標(biāo)明列車在行駛距車站外，不能看見進站信號機時，須在列車距站外能清晰地看引導(dǎo)員接車地信號標(biāo)志。

　　◆司機鳴笛標(biāo)：主要作用是標(biāo)明列車行駛在道口、大橋、隧道及視線不良地點的前方時，司機須長聲鳴笛提醒人們列車即將到達(dá)標(biāo)志。

　　◆接觸網(wǎng)終點標(biāo)：主要作用是標(biāo)明提醒電力機車司機不要超越接觸網(wǎng)有效區(qū)間。

　　◆作業(yè)標(biāo)：主要作用是標(biāo)明在線路施工標(biāo)志。機車司機見此標(biāo)志須提高警惕，長聲鳴笛，提醒線路施工人員撤離到安全地點的標(biāo)志。

　　◆減速地點標(biāo)：主要作用是標(biāo)明列車應(yīng)按規(guī)定限速通過地段標(biāo)志。

　　◆橋梁減速信號牌：主要作用是標(biāo)明在列車需要限速通過的橋梁速度的標(biāo)志。

    2.1.1 典型的 RFID 電子標(biāo)簽結(jié)構(gòu)圖

    ⑴ 將 TID Bank 的TID 數(shù)值為F0000000-F000FFFF 之間的RFID 電子標(biāo)簽定義為鐵路行車標(biāo)志專用標(biāo)簽，并將Reserver Bank 的設(shè)置相關(guān)啟用密碼；

    ⑵ 將 EPC Bank（EPC 分區(qū)）的“項目參考區(qū)”按一定規(guī)則進行編碼。假設(shè)編碼如下表1（其中以序號7 為例）：

    ⑶ 將與相關(guān)標(biāo)志有關(guān)的注意事項及其它事宜可以寫入USER Bank 。

    2.1.2 RFID 電子標(biāo)簽設(shè)置用例

    ⑴ 將 3 個TID 值分別為F0000700、F0000701、F0000702 的RFID 電子標(biāo)簽的啟用密碼設(shè)置為654321；

    ⑵對應(yīng)其 EPC Bank的“項目參考區(qū)”分別設(shè)置為：100700、100701、100709（按編碼規(guī)則三個RFID 電子標(biāo)簽分別代表作業(yè)標(biāo)（100700）、距作業(yè)標(biāo)（100701）12 米的提示、距作業(yè)標(biāo)（100709）120 米的提示；⑶將注意事項：施工地點，限速50 公里寫入USER Bank 。

    三個起作業(yè)標(biāo)作用的RFID 電子標(biāo)簽就設(shè)置好了。

　　2.2 電子標(biāo)簽的封裝及安裝封裝及安裝見下要求：

    RFID 電子標(biāo)簽使用頻率為920-925MHz；雷電防護：直流接地；天線罩材：高強度玻璃鋼；工作環(huán)境：適應(yīng)風(fēng)、霜、雨、雪、鹽、霧、酸堿、潮濕、震動等惡劣環(huán)境。

     2.2.1 RFID 電子標(biāo)簽安裝用例

    將上面設(shè)置好的三個起作業(yè)標(biāo)作用的RFID 電子標(biāo)簽（TID 值分別為F0000700、F0000701、F0000702）按上圖封裝及安裝，并按下所示安裝在鐵路。

    2.3 機車自動識別 RFID 電子標(biāo)簽

    在機車上安裝RFID 電子標(biāo)簽讀寫器，并做如下設(shè)置：

    ⑴ 只識別 Reserver Bank 的啟用密碼為XXXXXX（例如為654321）并且TIDBank 的TID 數(shù)值為F0000000-FFFFFFFF（也可為XXXXXXXX-YYYYYYYY,其中Y>X,X,Y 為任意16 進制數(shù)）之間的RFID 電子標(biāo)簽；

    ⑵ 將識別出的 RFID 電子標(biāo)簽的EPC Bank的“項目參考區(qū)”值和USER Bank的值輸出至車載電腦處理；⑶ 車載電腦按照編碼規(guī)則解析并控制相應(yīng)的聲光報警及語音提示，必要時可與機車控制裝置相連。

    ⑶ 車載電腦按照編碼規(guī)則解析并控制相應(yīng)的聲光報警及語音提示，必要時可與機車控制裝置相連。

    2.3.1 機車自動識別 RFID 電子標(biāo)簽用例

    ⑴ 當(dāng)機車行駛到所示的RFID 的電子標(biāo)簽3 的位置時，車載RFID 電子標(biāo)簽讀寫器識別到Reserver Bank 并且TID Bank 的TID 值為F0000702；EPC 分區(qū)的“項目參考區(qū)”的值為100709；USER 分區(qū)值為“即將接近施工地點”的RFID 的電子標(biāo)簽3，將EPC 分區(qū)的“項目參考區(qū)”的值為100709；USER 分區(qū)值為“即將接近施工地點”的數(shù)據(jù)內(nèi)容傳送給車載電腦，經(jīng)相關(guān)控制軟件解析后，控制聲光報警裝置發(fā)出警報，并發(fā)出“即將接近施工地點，距作業(yè)標(biāo)120 米”的語音提示。

    ⑵ 當(dāng)機車行駛到所示的RFID 的電子標(biāo)簽 的位置時，車載RFID 電子標(biāo)簽讀寫器識別到Reserver Bank  并且TID Bank 的TID 值為F0000701；EPC 分區(qū)的“項目參考區(qū)”的值為100701；USER 分區(qū)值為“即將接近施工地點”的RFID 的電子標(biāo)簽2，將EPC 分區(qū)的“項目參考區(qū)”的值為100702；USER 分區(qū)值為“即將接近施工地點”的數(shù)據(jù)內(nèi)容傳送給車載電腦，經(jīng)相關(guān)控制軟件解析后，控制聲光報警裝置發(fā)出警報，并發(fā)出“即將接近施工地點，距作業(yè)標(biāo)12 米”的語音提示。

    ⑶ 當(dāng)機車行駛到所示的RFID 的電子標(biāo)簽1 的位置時，車載RFID 電子標(biāo)簽讀寫器識別到Reserver Bank 并且TID Bank 的TID 值為F0000700；EPC 分區(qū)的“項目參考區(qū)”的值為100700；USER 分區(qū)值為“即將接近施工地點”的RFID 的電子標(biāo)簽2，將EPC 分區(qū)的“項目參考區(qū)”的值為100702；USER 分區(qū)值為“施工地點，限速50 公里”的數(shù)據(jù)內(nèi)容傳送給車載電腦，經(jīng)相關(guān)控制軟件解析后，控制聲光報警裝置發(fā)出警報，并發(fā)出“施工地點，限速50 公里”的語音提示。

    3 結(jié)束語

    以上方法及實施步驟是筆者經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗所得，目前正在進行深入的應(yīng)用研究；由于試驗條件所限，無法進行高速（>120 公里）等其它條件的測試工作，特撰寫此文，希望為廣大鐵路運行研究人員起到一點拋磚引玉的作用。