铁路编组站车号识别系统

2012-11-16方伯芃崔炳谋

物流科技 2012年4期

关键词：车号编组站堆栈

方伯芃，崔炳谋

（兰州交通大学交通运输学院，甘肃兰州 730070）

我国铁路车号识别系统的应用已有近10年的历史，主要使用于跟踪列车编组，也有与电子轨道衡、车辆安全检测设备配套使用，但是他们的共同特点是以列车为单元提供报文，必须满足至少以下几个条件：

（1）保证列车在通过系统时，所有车辆运动速度必须相差不多；

（2）列车在通过系统时，必须拥有固定的行驶方向；

（3）列车与列车之间，至少间隔一定时间（此时间用于判断是否列车已经通过系统）。

传统车号识别系统主要应用于上述条件下的路局间分界口或大站的出入口。而在编组站中，由于列车的运行及其不规律，可能存在如下一种或是同时存在如下多种情况：

（1）加速运动：整列列车通过识别系统时，车速越来越快；

（2）减速运动：整列列车通过识别系统时，车速越来越慢，甚至列车还未全部通过系统，速度就减为零并停在识别系统上；

（3）往复运动：列车左右往复运动；

（4）停止在车号识别系统上很长一段时间后继续运动，等等。

在编组站这种如此复杂的条件下，过去的车号识别系统无法准确识别车号。所以，以前的AEI系统无法用于编组站中，更不能将其用于车站调车系统或出发场车号员的核对现车。

本系统对传统AEI进行改进，通过使用电子标签、RF射频装置、天线、车轮传感器、读出主机、红外发生器/红外接收器、压力传感器等设备，并设计车号识别算法，实现在复杂情况下，对车号的准确识别。

1 传统车号识别系统的研究

1.1 传统车号识别系统结构

系统主要由列车车厢底部中间的电子标签、轨道上的左开机磁钢与右开机磁钢、轨道上的RFID射频器组成（如图1所示）。

1.2 传统车号识别系统工作原理主要有4个步骤[1-3]

（1）检测来车，并开启射频装置：列车进入AB区段后，车轴触碰开机磁钢，将整个系统初始化，初始化变量、参数等；同时启动RFID射频模块装置，RFID装置通过天线向指定的探测区域发射微波信号。与此同时RFID射频堆栈开始接受RFID射频器发送来的数据。

（2）RFID射频堆栈表：当列车底部的标签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，发送到RFID射频堆栈表中。

（3）关闭RFID射频装置：当在Tmax时间内RFID射频器未接受标签数据后，自动关闭。

（4）判断列车通过，判断列车车号顺序：当RFID射频器关闭后，系统开始分析数据，RFID堆栈表中的数据为列车顺序，开机磁钢接受到电频的先后顺序为列车行驶方向。

传统车号识别系统主要用于路局间分界口或大站的出入口，因此不会发生变速、停车、中途折返、往复运动等复杂情况，但在编组站中，列车行驶复杂，传统车号识别系统失效。

2 系统设备概述

编组站车号识别系统对电子标签、RF射频装置、天线、车轮传感器、读出主机、红外发生器/红外接收器、压力传感器等设备进行研究[4]，并建立设计方案，将以上设备进行最优组合，实现在最少的投资和编组站复杂条件下，对车号顺序的准确识别。

电子标签：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。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。

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。

天线：天线是用来发射微波信号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：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。

3 技术方案

编组站车号识别系统是在传统车号识别系统的基础上进行改进，并结合车号识别算法进行车号的准确识别。

3.1 传统车号识别系统应用编组站中的不足

编组站与大站的出入口的不同之处在于编组站内车辆行驶的复杂性，现设有5节车厢的列车为：at-q-m-x行驶方向从左向右，其中x为车头，a为车尾，传统车号识别系统应用编组站中主要有以下3点不足：

（1）大站的出入口：列车中所有车辆在通过某点时保持几乎相同的运动速度。

编组站：列车中每列车辆通过某一点的速度可能不相等。

不足点：由于RFID射频器在工作时是按一定的时间向外部发送脉冲信号，而速度的不规律导致RFID堆栈表中记录车号的次数不相同。如：列车做减速运动，x车厢经过RFID时速度是q车厢的2倍，则x车厢经过RFID的时间是q车厢的一半，这导致RFID堆栈表中x车的记录只有q车记录的二分之一。

（2）大站的出入口：整个列车不会出现停车再开车现象。

编组站：列车可能随时停车，再开车，再停车[5]。

不足点：列车在系统上停车过久，RFID射频器在规定时间内扫描不到电子标签，导致射频器关机，此后列车开动后，后面经过射频器的列车无法被扫描，出现射频器扫描丢车现象。（3）大站的出入口：整个列车保持同一方向运行，而不会变向。编组站：列车可能出现变向情况。

不足点：列车的往复运动会导致系统判向出错。如：列车从左向右行驶，但未全部通过RFID射频装置就停下了，RFID射频器在规定时间内扫描不到电子标签，导致射频器关机，系统认为此次判向结束，此后列车又从右向左退回去，这时，判向为列车从左向右行驶。

3.2 编组站车号识别系统构造（如图2所示）

在AB区段上添加轨道电路，通过轨道电路来开启关闭RFID射频器。若AB区段无法使用轨道电路，则在AB区段加入红外发生器/红外接收器设备，进行检测AB区间是否存在列车。并通过红外发生器/红外接收器设备来开启关闭RFID射频器。

3.3 编组站车号识别系统工作原理5个步骤

（1）检测来车，并开启射频装置：列车进入AB区段时，车辆压入轨道电路，以轨道亮红作为信号，将系统初始化，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。RFID射频堆栈，磁钢堆栈接受RFID射频器与磁钢发送来的数据。

（2）磁钢堆栈表：当车轴压入左右磁钢后，磁钢接受到信号，并将其发送到磁钢堆栈表中。

（3）RFID射频堆栈表：当列车底部的标签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，发送到RFID射频堆栈表中。

（4）关闭RFID射频装置：等所有列车离开区段AB，即区段AB的轨道电路关闭后（或是红外探测器无法检测到AB区间有列车），关闭RFID射频器，此时判断整列车通过AB区段。

（5）判断列车通过，判断列车车号顺序：当RFID射频器关闭后，开始通过车号识别算法处理RFID堆栈表中的数据，得出通过的车次序列，再通过判断堆栈底与堆栈头的记录是否相同，若相同则判断列车未通过系统，若不同则判断列车通过系统，此时通过读取磁钢堆栈表中第一个数据，可判断列车行驶方向。

（注：在某些编组站可能没有轨道电路，此时使用红外发生器/红外接收器或使用压力传感器来代替。）

3.4 车号识别算法

在实际编组站中，列车的不规则行驶，会导致RFID堆栈表中记录的不规则，主要会出现如下情况：

（1）由于RFID射频器在工作时是按一定的时间向外部发送脉冲信号，这导致不同速度的车厢通过RFID射频器扫描到的个数不一样，设：RFID平均 10毫秒发出一次射频进行扫描扫描，x车厢通过RFID装置的时间是25毫秒，则扫描x车厢的次数为2次，RFID堆栈表中x记录为2，m车厢通过RFID装置的时间是65毫秒，则扫描m车厢的次数为6次，RFID堆栈表中m记录为6，即RFID堆栈表为：xxmmmmmm；

（2）由于在实际编组站中，列车可能会有往复运动，如：5节车厢的列车：a-t-q-m-x从左向右通过系统，x车厢在通过RFID射频器时被扫描5次，RFID堆栈表为：xxxxx；m车厢在通过RFID射频器时被扫描3次，RFID堆栈表为：xxxxxmmm；此时列车停止一段时间，又从右向左开，这时刚通过RFID射频器的m车厢又通过RFID射频器，并被扫描2次，此时RFID堆栈表为：xxxxxmmmmm；接着x车厢从右向左通过了RFID射频器时被扫描1次，RFID堆栈表为：xxxxxmmmmmx。

将RFID堆栈表中不规则的数据规则化，并通过规则的数据分析出列车序号就是车号识别算法。

3.4.1 车号识别算法流程图（如图3所示）