H TK-196型铁路车号自动识别系统的扩展应用

王信隆

（哈尔滨威克科技股份有限公司，黑龙江哈尔滨150090）

随着我国经济的迅猛发展，铁路运输作为国民经济的一个重要部门，实现运输和管理的现代化，提高运输和管理效率，已是铁路发展的必由之路。为加快铁路信息现代化建设步伐，铁道部决定开展车号自动识别系统（ATIS）工程建设。HTK-196型车号自动识别系统是在引进、消化、吸收国外先进技术基础上，结合中国铁路实际情况研制开发的。系统主要由标签、地面识别设备、CPS管理设备、列检复示设备、信息跟踪查询设备、标签编程网络等部分组成。

1 H TK-196型铁路车号自动识别系统简介

HTK-196车号自动识别系统于1992年底立项，1995年开始进行总体设计、实施、调试、完善。根据铁道部的部署，该系统1996年7月在鹰—厦、滨—绥线试验，1997年5月—1998年3月在大—秦线组网运用试验，取得了很好的结果：网络信息传输实时性好，识别精度100%，实现了货车动态管理，实现了货车实时跟踪，实现了交界口实时统计分析管理，实现了以车号为信息源对车辆的运用管理。1998年4月15日通过了铁道部技术鉴定。

现全路55万辆货车都安装标签，铁路地面识别设备安装2 000多套，复示终端400余套，中央数据管理机70余套，在铁路系统已获正式运用。在实际运用中实现了车次、车号的自动识别；实现了车辆实时跟踪和动态管理；实现了故障车辆跟踪预报以确保行车安全，提高了运输管理效率，取得了很好的应用效果。

HTK-196型车号自动识别系统不但在铁路运输管理上获得运用，也在其他各种测试设备和有铁道线的企业内部也获得了广泛的应用，下面重点介绍一下这方面的情况，并对系统的组成及工作情况作简要说明。

2 在轨道衡上的应用

2.1 轨道衡的微机自动化检测

我国动态轨道衡技术在运输生产中的作用日益显著，然而轨道衡在使用过程中，都要配备专人昼夜值班进行手工抄车号、自重、标重等信息并手工输入，还受车速、天气、环境等影响，经常出现差错；另外列车过完衡后，需要及时将数据打印出来传给调度，以便处理超载等问题车辆，而手工操做又需很多时间，因此常常造成列车晚点，影响铁路运输效率。所以如何解决车号等信息的自动识别与输入，提高轨道衡应用的准确性和效率，实现全自动化检测的课题就摆在面前。

“HTK-196GDHRF轨道衡车辆信息自动识别系统”就是针对现有轨道衡系统进行设计的，主要是利用原铁路“HTK-196型车号自动识别系统”的技术，转而应用到轨道衡系统，从而开发出来的应用于轨道衡领域的一套新系统。专门为着解决上述问题，从而提高轨道衡应用的准确性和效率。

本项目由哈尔滨铁路局科委立项，研制时间为2001年1～12月。2002年通过哈尔滨铁路局科委鉴定，并获黑龙江省科技成果三等奖。

2.2 系统构成

“HTK-196GDHRF轨道衡车辆信息自动识别系统”是由车号自动识别系统和轨道衡称重系统两部分组成。两者是分别独立的两个系统，过车时分别独立工作，自动识别系统将车辆车号、自重、标重信息用232串口传送给轨道衡计算机，并存于特定文件夹内，然后由轨道衡系统读取使用。

（1）车辆车号信息自动识别系统。主要由标签、读出主机、RF射频装置、天线、车轮传感器等部分组成，其中地面天线和车轮传感器安装在线路上，其余部分安装在室内，RF射频装置、读出主机装在主机箱内。分别简介如下：

1）标签——标签及其安装如图1、图2所示，标签分为车辆标签和机车标签，标签外壳是由PVC密封的，具有较长的使用寿命，不需要维修。标签由微波天线，反射调制控制器，编码器，微处理器和存储器等构成。标签内存采用的E2PROM芯片，具有可读写功能，其中存储器内存有车号信息和车辆技术参数信息。标签安装在车辆的底部中梁上。每辆车安装一个标签。车辆标签本身是无源的，靠地面天线发射的微波载波信号能量供电，在微处理器的控制下，将其内存信息进行编码反射调制，并将反射调制后的已调制信号反射回给地面天线接收。

图1 车辆标签

图2 标签安装

2）读出主机——由功能模板、开关电源二部分组成。功能模板包括主机板、磁钢板、键盘板、通讯板、标签信息采集板，采用STD总线、模块化设计，有利于系统扩展和维护。

3）RF射频装置——本装置的功能是产生微波信号和接收处理标签反射回的已调制微波信号并解调出数据信号。当RF射频装置接收到读出主机下达的命令后，开启天线，通过天线向外界发射微波信号，同时接收天线返回带有标签数据信息的已调信号，经放大、滤波、解调，然后送到读出主机的标签信号采集板进行下一步的处理。

图3 R F解码卡

4）天线及车轮传感器——天线和车轮传感器如图4、图5所示，天线是用来发射微波信号和和接收处理标签反射回的已调制微波信号的设备。通过同轴电缆与RF射频装置传输微波信号。天线也是密封的，并有护罩保护。

车轮传感器又称磁钢，是采集车轮信号的传感器，当车轮从其上经过时产生先正后负的脉冲信号，脉冲信号通过电缆引入读出主机，最后由磁钢板进行处理。开关门磁钢负责计轴、计辆、测速和标签定位，根据车轮通过两磁钢的时间来计算出轴距、轴数、车速等参数。

图4 天线

图5 车轮传感器

（2）轨道衡称重及读取车辆信息系统。主要是在原称重程序基础上改进增加软硬接口及相应格式协议、接收及存放信息软件、读取填加信息软件等。

1）接口及相应格式协议——采用232串口，按与车号系统一致的格式、协议处理。

2）接收程序——安装在轨道衡计算机中，与轨道衡系统互不影响，独立工作。当列车经过轨衡完成称重后，执行此程序就可以把车辆信息传上来并存特定的文件夹内。

3）读取填加信息软件——车辆信息接收完成后，就自动填加到相应栏目内。打开当前称重文件，便可计算打印。

2.3 系统的主要工作过程

系统由车号识别和轨道衡称重及信息调用两部分组成。两者是分别独立的两个系统，列车经过时，各自独立工作。车号系统负责采集识别车辆车号、自重、标重信息，并用232串行口传送给轨道衡计算机并存于特定文件夹内；轨道衡称重及信息调用系统除负责原来的称重功能外，还要进行查询接收读取车号系统信息，并将其填写到报文中。具体工作过程介绍如下：

（1）车号信息自动识别系统工作过程。

1）检测来车——来车时，车轮传感器首先产生脉冲信号，送入读出主机，形成复位信号，使系统复位，主要是将系统初始化，设置定时器，初始化变量、参数等；同时启动RF射频模块装置工作，通过天线向指定的探测区域发射微波信号。

2）接收标签反射信号识别标签信息——当装有标签的列车进入天线作用范围时，地面发射的微波能量激发标签内部电路工作，标签内存信息通过编码器进行编码，然后调制在微波载波信号上，并将其反射给地面设备。天线同时接收标签反射回来的信号，经RF射频模块进行信号提取、解调、放大、调整，送到读出卡进行译码处理，形成16字节的数据放到数据缓冲区，从而完成对标签的识别。

3）计轴、计辆、测速，标签定位——开关门磁钢对列车车轮信号进行采集处理，可以计算出列车轴数、机车数、车辆数、运行速度，并对标签定位，也就是哪个签是哪辆车上的。

4）关闭RF射频装置——列车通过后，根据车速快慢，延时一段时间后，关闭RF射频装置，停止发射微波信号。

5）形成列车信息——系统对过车信息和标签进行处理后，形成过车信息报文，恢复与轨道衡系统的通讯，收到查询时，将过车信息报文通过232通讯接口传给轨道衡系统。

6）准备接下一趟列车——报文发送完毕后，恢复与轨道衡系统的通讯状态，准备接下一趟列车。

（2）轨道衡称重及信息调用工作过程。当来车时，系统进行称重，列车过完衡后，自动进入接收车号的界面。

接收程序定时查询车号系统是否有过车信息。有过车信息时，就把过车信息传给轨道衡系统，轨道衡系统收到后进行确认储存。

信息接收储存完后，过车的车号、自重、标重等信息自动填入相应文件的栏目内。完成车号自动识别添加工作，准备接下一趟列车。

2.4 应用情况

现场应用如图6所示。本系统现在已获得广泛应用，目前新安装的轨道衡都已经配备车号自动识别系统，安装完在用的老轨道衡也大多配装了车号自动识别系统，现在已经有百余台安装使用，并正在迅速普及过程中，获得应用方的广泛好评。系统室外部分由于都是密封的，所以可以在恶劣的环境下稳定工作，风、雪、冰、油、脏物、化学腐蚀、振动、冲击及电磁波等对其系统性能没有影响。

图6 轨道衡系统中的车号设备

3 在红外线轴温探测系统上的应用

3.1 红外线轴温探测系统简介

红外线轴温探测系统，是对车辆轴承部位温度进行动态在线测试的系统，一旦发生轴承磨损切轴故障时，其温度会大幅升高，因此通过对运行中车辆轴温的探测，就可以知道是否发生故障。铁道部规定，我国铁路线每30 km要安装一个红外线轴温探测站，各探测站将列车轴温信息实时传给各铁路局红外监控中心，发现过热轴温就发出警报，并传给行调中心进行及时处理。现铁路系统已安装数千台红外线探测站，并组成全路网络（实物如图7所示）。

图7 红外线系统中的车号设备

HTK-499红外线轴温探测系统由中央机、前置机、探测站组成，附带有复示站、路局监控中心、行调终端等。探测站室外部分由车轮传感器（开机磁钢、开关门磁钢）、探测箱、分线箱组成。系统具有计轴计辆功能，就是系统可以判断一列车由几辆机车、几节车辆组成，轴温可以定位在第几辆车、第几轴、左右侧的位置。但处理不及时，列车出现解体重新编组，就不能追踪了。因此如果把HTK-196型车号自动识别系统到红外线轴温探测系统，这个问题就迎刃而解了。

3.2 轴温探测自动识别系统的组成

由Reader卡、RF箱、天线组成。也就是在原红外线轴温探测系统中，增加这些部件。比轨道衡车号要简单，因为车轮传感器及其他功能模块等部分，在红外线轴温探测系统中本身就有，可以共用。标签也已经在全路货车上安装完毕。

3.3 车号系统工作过程

系统平时与上位机进行通信并自检，当列车通过时，系统确认列车到达，打开天线和保护门，准备采集轴温信息和车号信息，当列车车轮经过开关门磁钢时，自动测车速、计轴距、采集轴承温度、并进行车号信息采集，当判断列车通过计辆后，关闭保护门，关闭天线，并进行数据处理。数据处理包括：计轴计辆、标签对应车辆的定位匹配、存盘并形成过车报文，传送到上位机进行显示、打印、跟踪处理。

3.4 应用情况

目前HTK系列红外线轴温探测系统在全路安装已达2 339台，其中1 000多台配装了车号自动识别系统，并且还在继续配装中。

4 在地铁车辆平轮检测系统上的应用

4.1 地铁车辆平轮检测系统简介

系统是对地铁车辆车轮踏面磨伤、擦伤进行在线自动检测的装置，根据需要有的还加装红外线轴温探测系统。系统室外部分由10个振动传感器、车轮传感器（开机磁钢、开关门磁钢）、线槽组成（带红外线轴温探测的还有一对轴温探箱）；室内部分由电源箱、平轮主机箱、防雷箱等部分组成（如图8）。

图8 地铁平轮系统中的车号设备

当列车到来时，开机磁钢发出信号，打开天线和测试系统，采集车号和平轮信息，列车通过后，关闭天线和测试系统，进行数据处理，计轴计辆、标签对应车辆的定位匹配、存盘并形成过车报文，并传给监控中心，如有超标数据就发出报警，进行及时处理。可以看出，地铁运行高峰时每三四分钟就过一列车，如此大密度的过车量，没有车组车号系统，很难分出数据是哪一列车组的，因此加装自动车号识别系统，显得尤为必要。

4.2 车号自动识别系统的构成

与HTK-499红外线轴温探测系统的车号相同，也是由Reader卡、天线、RF射频装置组成，但是地铁车辆没有像国铁货车已安装完标签，所以还必须安装标签。

地铁一般每列车由6节车辆组成，有一个车组编号和6个车辆编号，由于编组是基本是不变的，所以按照信息量，每列车安装两个标签，安装前先写入车组信息和车号信息，再安装在列车两端车辆车下。

这样车号自动识别系统加上车轮传感器的计轴计辆功能，不管过车密度有多大，所有检测数据都被定位在车组、车号、第几轴、左右侧的位置信息下，就不会混乱，并可追踪。

4.3 应用情况

配装HTK-196型车号自动识别装置的地铁车辆平轮检测系统，已在上海地铁 1、3、4、5、6、7、8、11 号线；北京地铁 1、5号线；大连轻轨等线上安装使用。

5 H TK-196型车号自动识别系统的应用展望

从上述应用中可以看出，在铁路线路上使用的各种检测设备、应用系统等，只要需要车号信息，都可以加装HTK-196型车号自动识别系统，与其结合，为其提供车辆信息，两系统各自独立工作，并不影响原设备系统的正常运行，加装简单。如2007年在上海地铁梅陇基地安装试用的地铁车辆轮对参数实时在线自动检测系统，开始就带有HTK-196型车号自动识别系统；又如在广州地铁准备安装的直线电机气隙在线自动检测系统，也在设计上加入了HTK-196型车号自动识别系统。现在来看，系统早已超出了当初研制时的应用范围，应用前景仍然非常广阔。

6 结束语

从上面论述中，我们看到这套车号自动识别系统结构简单，安装方便，使用非常稳定可靠。由于铁路系统各种车辆（包括企业自备车）都已经安装了车辆标签，这种标签资源可为各种需要车辆信息资源的设备、系统、管理等所共享，只要在需要的地点安装这套识别系统，就可为其提供车辆信息资源，HTK-196车号自动识别系统现在已经成为铁路系统中重要的通用设备。

［1］宫本诚，等．钢轨绝缘编译组．钢轨绝缘［M］.北京：人民铁道出版社，1975

［2］铁道部第一工程局．轨道（铁路工程施工技术手册）［M］.北京：中国铁道出版社，2000.

［3］铁道部第一勘测设计院．铁路路基设计规范［S］.北京：中国铁道出版社．1999.