基于RFID和WSN的铁路危险品运输监控系统设计

2016-03-16吕迎娣凌淑英

中国管理信息化 2016年1期

关键词：无线传感网络铁路运输危险品

赵杰，黄欢，吕迎娣，凌淑英

（云南财经大学 a.物流学院；b.现代设计学院，昆明 650221）

基于RFID和WSN的铁路危险品运输监控系统设计

赵杰a，黄欢a，吕迎娣b，凌淑英a

（云南财经大学 a.物流学院；b.现代设计学院，昆明 650221）

［摘要］本文针对铁路危险品运输过程中存在的问题，提出构建基于RFID（无线射频识别）和WSN（无线传感网）技术的铁路危险品运输监控系统，确保在运输中，能及时发现安全隐患并有效解决，实现危险品在运输过程中的智能化、全程化、及时化监控。

［关键词］无线射频识别；无线传感网络；危险品；铁路运输

随着中国经济的快速发展，汽油、强酸等危险品的需求量也日益增长。在铁路运输过程中，温度、天气等环境因素的变化会直接影响到危险品货物的性质变化。由于缺乏智能化、全程化、及时化的监控和管理，不能对危险品的状态进行实时监控，使运输事故频发。因此，本文充分利用现代信息技术和自动监控技术，构建铁路危险品运输的实时状态监控预警系统，对运输全过程中车辆、人员、环境及危险品的安全具有重要意义。

1　RFID和WSN技术及二者结合特点

无线射频识别技术（RFID）主要是由智能标签、阅读器、计算机应用软件系统三大部分组成，其基本工作原理是在安装了该技术的物体进入磁场后，RFID标签被唤醒并发出无线射频信号，同时，阅读器接收来自RFID标签发出的射频信号，阅读器凭借电流感应将接收到的数据信息存储到芯片中，并传送给应用软件系统的监控终端进行信息处理。系统监控终端根据监控人员提前输入的计算机指令判别货物状态是否符合要求，如果货物状态不符合计算机指令，则监控系统自行警报。

无线传感器网络（WSN）是由传感器、感知对象和观察者三个要素组成，基本工作原理是通过部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成无线传感器网络，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织网络系统，其目的是感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息，并发送给观察者。

将WSN与RFID技术结合后，首先，WSN可检测四方信息，进一步获取各方环境信息，确保数据的完整性，增强二者的互补性，弥补RFID高投资成本及须依靠读取器才能搜集数据的缺点。其次，可弥补RFID读写距离小和应用范围小的缺点，利用WSN将近100 m的有效读写半径，形成WSID网络，扩大RFID的使用范围。再次，RFID技术可使WSN节点更精确地识别物体。最后，WSN的传感器节点价格便宜，但汇聚结点价格贵，而在RFID中，阅读器价格贵，但标签价格便宜，这两者技术的结合可降低使用成本，提高技术利用率。

2　基于RFID和WSN混合式的铁路适时监控系统设计

2.1危险品信息的收集

危险品自装车起，为该车编订一个身份信息，并永久存入RFID电子标签或WSN中，成为该车辆在运输此危险品全程中的暂定且唯一的标签，同时将该危险品标签信息记录在本单位系统中。当车辆离站后，间隔一定距离点设定一个基站，根据RFID和WSN联合发出的无线射频信号并测定基站的车厢编号，以确定每辆载有危险品的车辆是否在其相应的状态上。

2.2监控中心

监控中心是危险品道路运输监控预警系统的核心部分。监控中心的配置应包括各类服务器（如Web服务器、电子地图服务器等）、中央数据信息处理主机、应用终端设备和紧急报警装置等基本设备。

采用BDS定位系统。在运输中可通过BDS获得电子地图并在最短时间内计算出车辆的最优路径，同时为监控中心提供车辆行驶状态等信息，并根据货物的RFID和WSN传递的实时监控信息，实现对车辆安全、运行最佳路线和最佳行驶速度的实时监控。

报警处置和应急救援。在列车上安装报警装置，发生紧急事故将自动启动报警系统并向监控中心发送报警信号，监控中心根据中心数据库获取货物运输的相关信息对报警信号进行紧急处理，若监控中心无法接收报警信号，驾驶员可手动启动列车报警开关，向监控中心传递信号，使车辆进入紧急状态。

2.3车载终端

车载终端子系统由BDS接收机、BDS通讯模块、监控显示屏、车载电话手柄、内置闪存、报警按钮、警示喇叭、各类危险货物安全状态监视传感器、摄像头、麦克风、车辆防盗设备和远程控制设备等组成。

车载终端具有定时向监控中心发送车辆位置、速度等信息、监控危险品状态和联系监控中心，并在发现危险时第一时间发出警报信号等功能。危险品在运输中，车载终端的监控显示屏处于动态显示状态，并将通过RFID和WSN采集到的危险品数量、温度等状态数据和车辆的行驶速度、位置、方向、车厢内外环境温度参数变化等实时信息发送到监控中心，监控中心也可向车载终端获取信息。当出现故障时，监控中心根据报警系统发送的信息第一时间进行紧急处理，确保车辆行驶安全。

2.4监控系统的构成

本文构建的系统主要包括监控终端、中间服务、监控中心和信息访问四个部分：①监控终端，一方面通过WSN实现危险品状态数据的采集、传输，另一方面通过RFID进行货物实时状态更新，最后将两类数据信息通过智能基点共同发送到监控终端的业务处理主机上进行处理；②中间服务，主要是实现通过无线通信方式接收来自智能基点的数据信息打包文件的传输；③监控中心，根据北斗卫星系统传来的收集RFID和WSN的实时信息，实现信息打包文件的接收、解码、分析处理及调度指挥等功能；④信息访问，工作人员根据铁路危险品运输监控中心传来的RFID和WSN系统混合传输的信息，将其及时上传到网站，实现在线查询。二者混合式系统结构主要是将电子标签和传感器节点混杂的部署在列车监测区域当中，利用智能基点对RFID阅读器和传统的WSN基站功能进行整合，RFID和WSN采集的信息能在这里进行整合，并收集来自标签和传感器节点的信息，然后通过北斗卫星系统将信息发射给列车监控终端（如图1）。

图1　RFID和WSN混合式系统结构

2.5系统工作流程

通过在危险品上布设RFID和WSN以及运输车厢安装各类传感器，监控终端对危险品进行温度、湿度、压力、放射性强度等各种数据参数进行采集，在对数据信息进行转换、校准、编码、打包等分析处理之后，一方面通过BDS、3G等无线链路进行数据信息的快速传输，铁路危险品运输监控中心通过接收装置进行接收，并对其进行解码，根据调度指挥、视频展现等应用功能的需要进行处理，并将相关状态信息上传至网络。另一方面将数据信息传输至列车控制中心的主机上，实现报警提示、信息展现等功能。根据铁路货运列车运行时刻表实现对危险品位置信息进行获取。用户终端通过有线或无线的方式访问运输专网，获取运输位置、状态等信息。利用WSN将理疗单位、环境单位、消防机构、公安部门、铁路调度管理部门联系起来，一旦有事故发生可迅速采取相应措施。