RFID技术在铁路集装箱中心站自动化管理系统中的应用研究.doc

RFID技术在铁路集装箱中心站自动化管理系统中的应用研究 物流学院摘要：在研究铁路集装箱货物运输业务流程和RFID等相关技术的基础上，提出了一个基于RFID 的铁路集装箱中心站自动化管理方案，详细阐述了铁路集装箱中心站自动化管理系统的设计与实现。关键词：铁路集装箱；中心站；RFID 技术；自动化管理0 引言随着集装箱运输的发展，集装箱中心站生产流程的作业量和复杂性日益增大，站车信息传输量大量增加，对基础设施建设、专业化设备研制生产、信息网络建设、管理体制改革等多个方面提出了更高要求。目前，集装箱中心站在集装箱运输和管理中还存在诸多问题，例如：在车站运输组织中，车号和集装箱箱号采用人工抄写登录，重复性工作较多，人为差错率高，信息传递不通畅、难以共享。无线射频识别技术（Radio Frequency Identification，简称RFID)具有识别速度快、精度高、无需接触、环境适应性强等特点，如何在铁路集装箱中心站应用RFID技术来改变目前现状是一个有重要意义的问题。1 无线射频识别（RFID）技术介绍无线射频识别技术，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境1。射频识别系统与上述的IC 卡有着密切的关系。与其他自动识别系统一样，射频识别系统也是由信息载体、信息获取装置组成。其中装载识别信息的载体是射频标签（在部分识别系统中也称作应答器、射频卡等）、获取信息的装置称为射频读写器（在部分系统中也称作问询器、收发器等）。射频标签与射频读写器之间利用感应、无线电波或微波能量进行非接触双向通信，实现数据交换，从而达到识别目的。RFID 系统由电子标签（Tag）、阅读器（Reader）、天线组成（Antenna）。其中：电子标签里面保存有数据信息，这些数据信息通常作为被识别物体的标识性信息或称为区别性信息，电子标签一般要附着在待识别物体的表面，并应避免金属物遮盖；读出装置通常为一无线电收发装置，它是针对电子标签而设计的，用于实现以无接触的方式读取出电子标签中的数据信息。2 集装箱中心站自动管理系统设计方案2.1 系统结构铁路集装箱中心站集装箱自动管理系统分为标签管理子系统、到发线采集子系统、集装箱站场管理子系统2。标签管理子系统主要为系统提供管理标签信息的功能，通过终端设备实现货车标签和集装箱的绑定，并可以进行标签信息的查询、修改。到发线采集系统对所有到发线的集装箱平板车进行管理，记录到达和始发列车的时间、车种，确定车号和集装箱号的对应关系，生成相应报表。集装箱站场管理子系统，对货场、专用线和站内的集装箱进行管理，并能通过站内集装箱情况生作为调车作业计划编制的依据。通过终端向货主提供查询业务查询。系统功能结构设计如图1 所示图1 系统功能结构设计图2.2 系统模块集成由于集装箱中心站各个作业点的任务不同，所作的操作也不同。因此系统为各个作业点配备不同的功能模块。Oracle 开发工具SQL*Froms 和Por*C 开发的应用模块，每个模块都完成一个独立的功能，为每个作业点配备功能时，只要根据各作业点的任务情况，配备相应的功能模块即可。2.3 各模块功能介绍（1）绑定模块。通过RFID 技术对本站编组完成的始发列车、中转列车中的车辆车号及其装载集装箱号的自动识别和自动绑定。（2）录入修改模块。该模块主要完成堆场与站场基本信息的登录工作，如人员信息、货物入库信息和货物出仓登记。通过分析，在本管理信息系统中我们对站场进行了分区，并确定了优化货物堆放规则，并按各自优先级进行堆存。这大大方便了管理者进行货物运输计划的制定和场地调配，使股道利用更加合理，从而提高股道利用率，减少了货物堆存的不合理性；另外，在出场过程中提供了集装箱、车辆查询功能和数据的动态传递功能，这也大大提高了站场管理的工作效率，减少了数据在传递过程中的人为错误。（3）查询模块。查询模块为车站各作业点提供方便的列车、车辆和集装箱信息查询手段，以便及时、准确地掌握车站车辆分布情况，包括股道详细信息查询，股道统计信息查询，毛玻璃显示查询，以及按指定的车辆信息为查询条件的查询。（4）到发线采集模块。通过RFID 技术对到达和经过本站的列车和车辆进行采集，并对装有集装箱的车辆进行自动识别。（5）集中管理模块。集中管理模块包括：集中数据管理、集中支持管理、集中管理平台。（6）用户模块。通过不同身份的认证获得不同的权限，把管理者和使用者严格的区分，使用者能对录入和产生的数据进行修改，但不能删除，并设计时间限制，当作业结束后将取消修改权限。管理者可以查看编辑当天或历史数据，可以行车报文，对现场和整个车站进行集中管理。（7）调车计划编制模块。调车计划处理主要包括钩计划编制和钩计划执行。钩计划编制主要是编制解体、编组、取送、摘挂等各种钩计划，并在相应作业点打出钩计划单。钩计划处理是现车管理的核心，车辆的移动必须严格按照钩计划的执行来完成，为了避免造成现场混乱，严格限制无计划调车。2.4 硬件设计2.4.1 标签管理子系统（1）标签的管理。标签的管理就是通过标签编程器在信息编码计算机的控制下将车辆的信息写入到标签里的过程，首先由操作者把按照要求抄录的车辆信息输入到信息编码计算机，通过信息编码计算机发送到中央服务器，并经确认后，送到标签编程器对标签进行写入。读取标签信息时，由信息编码计算机向标签编程器发出读取指令，由标签编程器把标签内容读出后送到信息编码计算机进行示。（2）标签管理子系统各部分功能。a.信息编码计算机：主要完成人机交互、信息安全防护与有效编码、对标签编程器管理及故障识别、标签内容的验证等功能。b.标签编程器：接收信息编码计算机发送来的指令，完成对空白标签有效内容的写入及已编程标签内容的读取。c.打印机：实时将信息编码计算机送来的标签编程信息打印三份，用于用户存档和粘贴在该标签上，避免安装时出错，如图2 所示。原车号：5610010 属性：铁道部所属货车车种车型：D1 换长：11制造日期：1980/02 制造厂：哈尔滨车辆厂编程日期：2010/08/20 8:15 编程单位：哈尔滨车辆厂图2 标签打印贴纸列表d.调制解调器：完成编程作业点的信息编码计算机与中央服务器的通信联络。e. 便携式读出器：在标签安装作业点，操作人员可以手持便携式读出器，进行标签读取。2.4.2 到发线采集子系统利用现有无线射频识别系统作为采集子系统。其工作程序如下：车轮传感器（磁钢）作为列车到来传感器，以及计轴判辆检测单元使用，车轮传感器经信号线送来的信号经处理整形后通过接口单元送入中央处理器。中央处理单元由此获得列车到来信息以及货车轴距信息3。中央处理器通过接口单元向微波射频模块发出开机或关机控制信号。微波射频模块工作时发出微波射频功率信号，经射频电缆及天线后辐射到开扩空间，形成地面AEI 设备的电子标签有效阅读区。电子标签经过AEI 设备的有效阅读区时得到激励，并通过反射调制方式将电子标签信息加载到反射回波中。反射回波信号经过射频模块解调处理之后由解码处理单元再处理即得到电子标签的数据信息。电子标签数据信息通过接口单元送入中央处理器。中央处理器负责将采集到的标签信息、轴距信息、过车速度、时间等信息处理融合后形成过车信息报文，并以文本文件方式将过车信息报文在本机电子盘中保存。当通信线路接通时，中央处理单元自动控制将过车信息报文实时传送到后台CPS 系统或机务复示系统。系统具有自动管理本机保存过车信息报文的能力。2.4.3 集装箱站管理子系统集装箱管理子系统采用图3 所示的硬件结构。事实上这是一套非常灵活通用的结构，实际使用时，可以随现场的情况任意组合。在这套结构中，主机采用双机系统，双机可以互为备用，以保证系统能够不间断运行。主机系统可以采用小型机、工作站或服务器。图3 集装箱站管理子系统硬件结构注: T-汉字终端；P-汉字并行打印机；SP-汉字串行打印机；PC-计算机如果主机采用PC 服务器，亦可采用网络直连线连接，通过双机镜像与切换软件使双机实时热备。如果采用小型机或工作站，两台主机通过SCSI 接口连接公用磁盘阵列，并采用双机切换软件（如IBM 的HACMP）实现主机间的切换;如果采用服务器，则即可以挂接公用的磁盘阵列，也可以在两台服务器上各安装一块通信网卡，然后用网络直联机连接并采用双机镜象与切换软件（如Sentinel）使两台服务器的数据实时镜象，从而提高资料的安全性。当主服务器出现故障时，备用服务器及时接管主服务器的工作。 两台主机间通过局域网总线互连，在局域网总线上连接通信服务器，通信服务器拥有多路232 串行口，可以连接汉字终端，微机或串行打印机。对于微机而言，它可以通过运行仿真硬件作为仿真终端使用，当通信服务器支持通信软件（如TCP/IP）时，也可以在微机上运行相应的通信软件成为主机的客户机。系统中的并行打印机可以直接连在终端或微机的并行口上，通过软件设置打印命令来打印资料信息；在没有终端或微机的作业点，可以使用串行打印机来打印数据信息，但一台串行打印机将占用通信服务器的一个串口。终端设备通过通信服务器与主机相连，而不是直接通过在主机上安装多用户卡来连接，主要是保证在主机出现故障时，终端设备便于切换到备用机上，如果作业点距主机房较远，可以通过基带数传机或调制解调器来连接远距离作业点的终端。整个车站系统通过网络路由器和X.25 网或光纤等相连，实现和邻站、车务段、铁路局的实时通信。2.5 软件设计集中管理机软件采用面向对象的Visual C+语言开发设计，软件运行在Windows XP 环境之下，通过CAN 总线接口卡接收所有被本机管理的全部AEI 设备上传来的报文，并进行识别、整理、翻译、显示、保存在本地数据库中，供上级管理软件调用。集中管理机软件界面简洁直观，信息一目了然，查询统计等功能操作简单方便，人机界面友好。集中管理机软件，简称CPS 系统。CPS 系统负责接收地面AEI 设备采集到的列车信息，并根据转发定义目标，将接收到的车号信息通过局域网和广域网发送到多个目标点。CPS 系统除了接收多台地面AEI 设备采集到的列车信息外，也掌握着与其相连的地面AEI 设备的工作状态4。系统工作时，当前端AEI 设备收到一次过车信息后，经简单处理即将所收到的本次过车信息（车次、到达日期、到达时间、通过时间、地点、通过时的最高（低）速度、上下行信息、由AEI 读取的机车及车辆电子标签信息等） 通过传输信道送到CPS 系统。GPS 系统收到一次过车信息后，对其进行加工处理，形成标准格式的过车报文（包括数据报文与消息报文），并将其存于本地某一指定目录中5。3 结束语铁路集装箱中心站自动化管理系统的研究基于RFID 技术，提出了利用RFID 技术在铁路集装箱中心站自动化管理上的可行性方案。该方案可以看出通过RFID 技术可以实现信息采集和实时有效的传递，在铁路集装箱中心站的应用具有可行性。但也存在标签成本高、标准不统一的问题。对数据库的优化考虑不足，大量过车数据的测试，模块的性能测试，都是需要进一步的工作。系统应用到实际项目中，还存在一些问题，需要进一步完善系统。参考文献1 康东，石喜勤. 射频识别（RFID）核心技