浅谈自动记点系统在城市轨道交通中的应用

蔡春雷，姜振中，黄磊

（1.上海宝信软件股份有限公司轨道交通事业部；2.上海电科智能系统股份有限公司公共交通事业部）

1 引言

随着我国城市化进程的加快，大量人口涌入城市，解决城市交通拥堵的首要方法即是大力发展城市轨道交通。城市轨道交通具有运量大，速度快，节约能源和用地，安全性高等许多优点。随着行政审批权下放及开放民间投入资金，城市轨道交通出现建设潮。轨道交通的快速发展对城市轨道交通运营安全提出了更高的要求。近年来，城市轨道交通出现了较多的运行事故。列车相撞已成为影响城市轨道交通运行安全的重大风险因素。对此，党中央，国务院对轨道交通进行安全大检查的过程中，也提出城市轨道交通急需对列车运行安全保障技术进行研究。

信号系统是实现行车指挥，列车运行监控与管理所需技术措施及配套装备的集合体，城市轨道交通的运行控制依靠信号系统。信号系统应确保运行安全，提高运行效率。但信号系统作为机电系统，总会出现一些不确定的故障，在系统出现故障时，需要有一个辅助性的有定位功能的系统为行车安全保驾。列车实时定位反映当前列车运行位置及运行状态，行车调度即可以根据列车位置作为行车参考。

另外在地铁运营过程中，车站值班员需要手动记录各班次列车时间点，包括车次号、上站离开时间、本站到达时间、本站离开时间、下站到达时间、列车状态。车站状态包括列车到站、停站、出站、停车时间长、故障。车站值班员一天需要记录几百条列车信息，繁重且重复的工作影响车站值班员的工作热情和效率，所以列车自动记点能将车站值班员从繁重的劳动中解放出来，提升运营服务水平。

2 系统原理

对于列车定位有许许多多的技术方式可以实现，有RFID，红外线，信标等等。鉴于RFID 技术成熟，可操作性大，成本低廉，所以RFID 技术较适合现在的列车定位需求状况。

2.1 RFID 工作原理

RFID 是英文Radio Frequency Identification的缩写，即无线射频识别技术。它是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。

标签进入磁场后，接收读写器发出的射频信号，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（Passive Tag，无源标签或被动标签），或者主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签）；读写器读取信息并解码后，送至计算机信息系统进行数据处理。

电子标签的工作频率有：125KHz、13.56MHz、900MHz、2.45GHz、5.8GHz。在地铁自动记点系统中一般采用2.45GHz的有源标签。

2.2 RFID 系统组成

最基本的RFID 系统一般由三部分组成（见图1）。

1）读写器: 读取标签信息的设备。

2）电子标签: 由藕合元件及芯片组成，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。

3）计算机处理软件。

3 系统定位

①独立于信号系统，在信号系统失效情况下，能够作为调度员和车站值班员判断列车位置的辅助手段。

图1 RFID 系统组成示意图

②通过对正线列车定位（识辨区域包括站台、交路折返线、存车线等）的实现，提供车站自动记点功能。

③日常情况下，用于了解车站及相关区间的列车运营情况，有助于车站管理与列车运营之间衔接，亦可作为特殊车况下一些特殊应用。

④系统所提供的自动记点功能仅作为调度员和车站值班员判断列车位置的辅助手段，按电话闭塞法运行前的列车定位必须根据有关行车规定，由调度员人工确定。

4 系统方案

系统包括车载设备、车站设备、控制中心设备，系统组成如图2 所示：车载设备包括分别安装在列车头尾的RFID标签，标签内存储有列车的车体号信息。

图2 自动记点系统结构示意图

4.1 车载设备

车载设备包括分别安装在列车头尾的RFID 标签，标签内存储有列车的车体号信息（见图3）。

4.2 车站设备

车站设备由多台RFID 读写器、1 台数据处理器、1 台工作站、软件及供电电缆、通信电缆等组成。

图3 标签安装位置示意图

读写器读取标签信息，根据预设规则输出通信报文至车站数据处理器。车站数据处理器根据预设规则判断列车状态并对列车运行进行记点，同时将本站记点数据传送至相邻站数据库。工作站读取记点信息，并以列车运行日志和列车定位显示界面的方式向调度、车站值班员展示（见图4）。

图4 车站读写器分布示意图

4.3 控制中心设备

控制中心设备由2 台数据服务器（1主1 备）、1 台工作站、1 台交换机和1台网管终端和软件构成（见图5），用于对全线的列车运行到、发状况进行处理及监控，形成本线汇总的列车运行日志；同时承担其他工作，如从网络中心时间源平台获取标准时间并下发至车站设备等；控制中心网管工作站可以通过直观方式获知列车的实时位置。

图5 控制中心系统结构图

各车站数据处理器通过传输系统提供的以太网通道，以总线型方式接入该线路控制中心的应用服务器。同时线路控制中心本工程应用服务器从网络中心时间源平台获取校准时间信号，同步全线RFID 系统时间。

5 逻辑判断

如下图所示，每个RFID 读写器有一定的工作范围，当标签进入读写器读写范围，读写器将读到的标签信息上传至车站控制器，由记点软件进行逻辑处理。

每个车站的上下行站台头尾各安装两个读写器（共四个读写器），按照列车停稳时的相对位置分别称之为车尾读写器、车头读写器（见图6）；读写器应满足以下条件：列车进出站速度在80km/h以下时，车头车尾的两个读写器每个读写器至少读到一次列车的车头标签、一次列车的车尾标签；在列车行进方向上近处的RFID 读写器应早于远处的RFID读写器读到列车标签。

图6 读写器读写示意图

通过读写器读到车辆列车首末位标签的先后顺序来自动识别列车的进站站台、进站时间、出站时间并转换成为列车进站、停站、出站、出清、跳站、停站时间过长的各种状态。

1）状态判断逻辑

①列车进站：当车尾读写器读到某列车标签，并且上下行站台均无此列车时，列车进站，并以此标签中的首末标志位作为列车头标志位。举例来说：上行尾读写器读到某辆列车标签时，如果该列车不是上下行站台未离开的列车，那么上行站台该列车进站。

②列车停站1：当车尾读写器读到列车标签，该列车是异侧站台未离开车辆时，不做处理；该列车是同侧站台未离开车辆时，进行同侧站台车辆状态判断：车尾读写器读到列车尾标签，车辆停站。

③列车停站2：当车头读写器读到列车标签，该列车是异侧站台未离开车辆时，不做处理；该列车是同侧站台未离开车辆时，进行同侧站台车辆状态判断：车头读写器读到列车头标签，车辆停站。

④列车出站：当车头读写器读到列车标签，该列车是异侧站台未离开车辆时，不做处理；该列车是同侧站台未离开车辆时，进行同侧站台车辆状态判断：车头读写器读到列车尾标签，车辆出站，记录列车出站时间。

⑤列车出清：当车头读写器读不到列车标签，该列车是异侧站台未离开车辆时，不做处理；该列车是同侧站台未离开车辆时，进行同侧站台车辆状态判断：车头读写器读不到列车尾标签，车辆出清，列车从同侧站台移除。

⑥列车跳站：当列车从进站到出站小于地铁运营最小停站时间（经验数据，可调整，一般为40 秒）时，列车显示状态为跳站，即列车经过未停留。

⑦列车停站时间过长：当列车从进站到出站大于地铁运营最大停站时间（经验数据，可调整，一般为180s）时，列车显示状态为停站时间过长，即列车长时间滞留；最大停站时间参数可根据地铁站运营实际调整，如终点站列车停留时间可能会超过180s。

2）前后站时间获取逻辑

①前站离开时间：列车进站时，根据列车进站的站台（上行站台/下行站台），找到预先配置好的上一站（本站上下行方向的上一站不同）IP 地址，查询上一站中车体号相同且已出站但后站到达时间为空的记录，将车辆在上一站的离开时间作为本站的前站出发时间记录在本站。

②后站到达时间：列车进站时，根据列车进站的站台（上行站台/下行站台），找到预先配置好的上一站（本站上下行方向的上一站不同）IP 地址，查询上一站中车体号相同且已出站但后站到达时间为空的记录，将本站的车辆到达时间作为上站的车辆后站到达时间记录在上一站。

图7 基于RFID 的列车实时计点图

3）控制中心车辆状态变化逻辑

车站预先配置了相邻两站及本站与相邻两站间的区间信息：XX 站-XX 站区间；在控制中心预先配置了线路中所有车站及区间对应的位置信息。

①当列车进站时，本方法首先删除线路中所有位置中车辆号为当前车辆的信息；然后将进站列车号显示在对应上下行站台的车站对应位置；在删除区间中列车时，如果该列车前面的列车还没有到达，那么本方法认为前面列车状态异常，做出标记，在控制中心的列车运行图上显示报警。

②当车辆离站时，将线路中所有位置中车辆号为当前车辆的信息删除，再找到对应的区间，将列车号与对应区间位置号对应；与列车运行实际相符，同一区间内可存放多辆列车，多辆列车根据移入区间的顺序、上下行方向区分先后。

6 现场展示

在车站，车站值班员可以直观的看到列车计点记录和查询历史记点记录。实时计点图包括车站名，车体号，上站出发，本站到达，本站出发，下站到达时间。历史记点页面可按上行站台，下行站台，车体号，列车状态，日期条件进行计点记录查询（见图7、图 8）。

在控制中心，记点工作站实时显示列车在线路中的运行位置及状态，实时显示各车站各车次到发站时间点。控制中心工作站能够监视全线路网络，读写器及标签状态（见图9、图10）。

7 结语

运用RFID 技术将列车的到发站时间自动记录，并将功能引申至定位列车位置和状态，对于RFID 技术和列车定位技术都是一个新的尝试与运用，对于行调和车站值班员来说，起到了不小的作用。但RFID 也有一些局限性，受车站环境，天气状态，设备个体差异等原因，读写器在读取标签会偶发漏读和串读现象。列车的位置在道岔和出入库也会由于读写器读取标签没有规律性，而无法做到精确定位。这就对读写器、标签、软件逻辑提出了更高的要求，经过反复测试与优化后，基本上是能够达到列车定位要求，车站记点准确率亦可达到99.99%。

有了列车定位功能，自动记点系统也可根据需要，为其他系统所用，比如乘客信息发布系统，乘客信息发布系统根据列车时间点来发布到站时间信息。也可以为环控和火灾系统提供列车位置信息，为隧道火灾模式和逃生路线提供参照。目前上海地铁自动记点系统已上线运行，其他城市地铁也可以根据需要建设此系统，提高运营效率及运营安全。

图9 列车运行图

图10 控制中心站实时记点图