RFID施封锁在铁路货运中的应用分析

王 杰 蚌埠铁路五金建材总厂

铁路客运事业的发展日新月异，既有线连续六次提速，动车组运行密度加大，高铁投入运行，高铁建设里程不断增加……客运的自动化和现代化程度越来越高。相比之下，铁路货运事业的发展相对较落后，货运管理的的手段没有改变，效率较低，自动化和现代化程度都远远满足不了国民经济发展的需要，部分货流开始转向高速公路运输，铁路货运的自动化和现代化水平亟需提高。本文从铁路货物运输的一个侧面—施封锁管理，探讨在铁路货运中引入RFID射频识别施封锁，提高货运作业效率和货车门锁施封管理的自动化水平。

1 现有铁路货车施封锁存在的不足

现有铁路货车（棚车、罐车、集装箱等）用施封锁均为钢质施封锁。此类施封锁虽具有结构简单、成本低廉等特点，但存在以下不足：

（1）施封、破封、保管、登记等均为手工作业，差错率高。

（2）所记载的标识只有局别、施封站和封号，无法提供诸如施封人、施封时间等信息。

（3）一旦中途破封，无法记录破封时间，不利于货运事故的分析和公安侦破案件。

（4）不能使客户或货运管理部门对重点货物、重点车辆的施封状态进行跟踪，无法实时掌握货物状态，不能及时提供物流信息。

（5）检查只能由货运人员或货运检查人员逐车、逐个现场检查，作业效率低下。

（6）只能人工检查，无法实现检查的自动化、现代化，管理手段落后。

（7）检查信息只能停留在作业班组或车站，无法及时将检测信息上传，不能实现信息资源共享。

为解决目前铁路货车使用钢质施封锁存在的问题，提高货车施封的技术含量和作业效率，实现施封作业的现代化管理，基于RFID的施封锁管理系统将能有效克服目前钢质施封锁存在的不足，提高货运作业的自动化程度。

2 RFID技术综述

2.1 RFID技术

RFID 是 Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别，俗称电子标签。射频识别技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，是一种利用射频信号通过空间耦合 (交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID射频识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

2.2 RFID的基本组成部分

RFID是一种简单的无线系统，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个阅读器（或询问器）和很多标签（或应答器）组成，通过天线传递射频信号。

(1)标签。由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。

(2)阅读器。读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式。

RFID标签分为被动标签和主动标签两种。主动标签自身带有电池供电，读/写距离较远，体积较大，与被动标签相比成本更高，称为有源标签。被动标签由阅读器产生的磁场中获得工作所需的能量，成本很低并具有很长的使用寿命，比主动标签更小也更轻，读写距离则较近，称为无源标签。无源标签因不需电源、外形小巧、轻薄，成本低、寿命长、可靠性高等优点，应用越来越广泛。

2.3 RFID系统的基本工作原理

标签进入磁场后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

一套完整的RFID系统,是由阅读器与标签及应用软件系统三个部份所组成。其工作原理是:

阅读器发射一特定频率的无线电波能量给标签,用以驱动标签电路将内部的数据送出。此时阅读器便依序接收解读数据,送给应用程序做相应的处理。

以RFID阅读器及标签之间的通讯及能量感应方式来看，大致上可以分成感应偶合及后向散射偶合两种,一般低频的RFID大都采用第一种方式,而较高频大多采用第二种方式。

阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。阅读器和标签之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源标签提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Internet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。标签是RFID系统的信息载体，目前标签大多是由耦合原件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。

2.4 RFID技术的优势

（1）通过射频信号自动识别目标，无需可见光源。

（2）具有穿透性，可以透过外部材料直接读取数据。

（3）射频产品可在恶劣环境下可靠工作，对环境要求低。

（4）读取距离远，无需与目标接触就可得到数据。

（5）支持写入数据，无需重新制作新的标签。

（6）使用防冲突技术，能够同时处理多个射频标签，适用于批量识别场合。

（7）可以对RFID标签所附着的物体进行追踪定位，提供位置信息。

（8）系统信息可上传，实现资源共享。

2.5 RFID技术的典型应用

射频识别技术以其独特的技术和成本优势，逐渐被广泛应用于工业自动化、商业自动化和交通运输控制管理等领域。其典型应用领域如：物流和供应管理、生产制造和装配、航空行李处理、邮件/快运包裹处理、文档追踪/图书馆管理、动物身份标识、运动计时、门禁控制/电子门票、道路自动收费等领域。

3 基于RFID的施封锁在铁路货运中的应用

3.1 RFID技术施封锁管理系统的构成

基于RFID技术的施封锁管理系统，是将无源标签固定在现有钢质施封锁上，形成无源射频锁卡标签，阅读器安装在车站两端的进出线路两侧，通过非接触式信息读写，实现货车施封信息与管理系统的数据信息连接，达到货车施封状态的在线自动识别和动态跟踪。900 M频段射频识别系统，可同时读写多个静止或移动的电子标签。该系统包括：射频锁卡标签、阅读器、手持读写器、计算机处理系统四部分。

（1）无源射频锁卡标签：此标签可设计为柔性标签，与现行钢质施封锁连为同步一体（钢质施封锁与该柔性标签联动），使用方法与钢质施封锁相同。该标签为无源标签，不需外部供电，工作环境温度为-45℃~+85℃。锁卡的内含数据可在100 km/h的速度下被8 m范围内的固定阅读器读取。标签在被激活后检测施封锁的状态，并供固定阅读器或手持读写器读写识别。

（2）固定阅读器：露天设置于列车进出站时的线路两侧，在列车通过时读取无源射频锁卡标签信息，其外壳坚固，完全适应货物列车的恶劣运行环境，可在8 m范围内对速度100 km/h的标签进行读取。

（3）手持读写器：用于货运人员或检查人员对静止车辆的射频锁卡标签进行施封、检封、补封、解封等操作。手持阅读器结合货运检查作业流程，可在1.5 m范围内对无源射频锁卡进行读写，并记录所有的历史操作。阅读器具有无线数据传输通道，历史操作记录可自动上传至服务器（或主控计算机），形成数据库中的数据记录。手持阅读器由电池供电，可重复充电使用。

（4）主控计算机：实时采集射频锁卡标签信息，并与铁路生产网信息系统相联接，及时将采集的射频锁卡标签信息上传，提供及时的物流信息。

3.2 基于RFID施封锁的工作流程

（1）施封：棚车、罐车、集装箱等货运车辆装载完毕后将车门施封锁闭，货运人员利用手持阅读器将施封信息（如施封站、封印内容、施封时间、日期、施封人、封号、锁状态等）写入位于钢质施封锁表面的无源射频锁卡标签中并检验相关信息吻合，施封成功。

（2）检封：射频锁卡标签在运输的全程实时检测施封锁状态。一旦施封锁被破封，无源射频锁卡标签卡立即变为无效卡。当列车高速通过位于铁路两侧的固定阅读器时，系统会检测每一个射频锁卡标签中的数据，将其内含的施封信息自动与铁路生产网中的电子票据信息比对并打印输出，且可在施封无效的车辆出现时进行报警，以提高货运检查作业的针对性。在途中发生失窃案件后，铁路公安部门可通过无效卡的破封时间来侦破案件。对于可疑的施封，货运检查人员也可通过使用手持机对车门施封状态进行检查。

（3）补封：对于在线检测系统检测后确认需要补封的货车车辆，经有关部门检查、核实并授权后，可由货运检查或货运人员对车辆进行补封，并用手持机对射频锁卡标签卡内锁状态数据进行复位（置 "0"），并写入补封信息（如施封站、封印内容、施封时间、日期、施封人、流水号、锁状态等）。相应补封记录可通过无线通道传回货运检查室的主控计算机。

（4）启封：对于到站车辆，由相关工作人员用手持阅读器对卡内锁状态进行检查，并进行启封处理，处理过程通过无线通道传回货运室的主控计算机。

3.3 无源RFID施封锁系统指标

（1）固定阅读器可支持列车以100 km/h的最高速度通过，并准确读取射频锁卡标签内的施封信息，固定阅读器的阅读距离不小于8 m。

（2）手持阅读器可在1.5 m范围内读写射频锁卡标签中的数据。该机具有键盘，显示屏和至少256 K的内存，并可对内存进行扩展（选配）。

（5）射频锁卡标签为钢质施封锁与无源射频柔性标签的结合物，两者保持高度联动，外形尺寸因锁而异，结构紧凑。

（6）工作环境温度为-40℃～+85℃。

（7）无源射频锁卡标签不可重复使用，设计为一次性使用。

（8）系统误码率低：小于百万分之一。

3.4无源RFID施封锁系统的优点

（1）施封、检封、补封、启封等均为计算机控制，差错率极低。

（2）货车车辆以100 km/h的速度通过时，可被固定阅读器自动识别、读取，大大提高了对施封检查的作业效率。

（3）可以在线实时动态检测棚车、罐车及集装箱车辆的施封是否有效，实现了施封锁检查的自动化、现代化，增加了货运检查作业的针对性。

（4）有利于形成铁路物流管理系统。可对重点货物、重点车辆的施封状态进行跟踪，实时掌握货运状态，为客户提供及时的物流信息。

（5）施封信息较完善。除提供施封站和封号等信息外，还可提供诸如施封时间、日期、施封人等信息。

（6）记录信息完整，发生意外时有据可查。例如中途破封时，可以记录破封时间，有利于货运事故的分析和公安侦破案件。

4 结论

目前铁路货运作业的自动化和现代化水平还较低，随着RFID技术的不断成熟和成本的不断降低，在铁路货运领域的应用也会越来越广泛。基于RFID技术的施封锁与传统施封锁相比在改变管理手段、提高作业效率及货物跟踪服务等方面具有较大的优势，必将取代传统钢质施封锁，是铁路物流下一步发展的方向，也是铁路货运发展的必然趋势。