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淺談物聯(lián)網(wǎng)在我國(guó)鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展論文
目前,信息技術(shù)的應(yīng)用對(duì)人類(lèi)社會(huì)生活的各個(gè)方面產(chǎn)生了巨大的沖擊,對(duì)我國(guó)鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域也提供了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機(jī)遇。尤其近年來(lái),隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的悄然興起,很可能引起第三次信息化發(fā)展浪潮。有專(zhuān)家斷言:世界上的萬(wàn)事萬(wàn)物,小到手表、鑰匙,大到火車(chē)、汽車(chē)、樓房,只要嵌入一個(gè)微型感應(yīng)芯片,這個(gè)物體就可以自動(dòng)“開(kāi)口說(shuō)話(huà)”;如果再借助無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),人們就可以和物體直接“對(duì)話(huà)”,物體和物體之間也能隨時(shí)“交流”。那么,物聯(lián)網(wǎng)究竟是什么?對(duì)我國(guó)鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域又會(huì)帶來(lái)哪些深遠(yuǎn)影響?
1 物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)又叫傳感網(wǎng),指的是將各種信息傳感設(shè)備,如射頻識(shí)別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)裝置在各類(lèi)物體上的電子標(biāo)簽、傳感器、二維碼等,再通過(guò)接口與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相連,從而給物體賦予智能,可以實(shí)現(xiàn)人與物體的溝通和對(duì)話(huà),也可以實(shí)現(xiàn)物體與物體互相間的溝通和對(duì)話(huà)。這種將物體聯(lián)接起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)就是“物聯(lián)網(wǎng)”。
“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念最早出現(xiàn)在1999年,它最初的定義很簡(jiǎn)單:把所有物品通過(guò)射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái),實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理。2005年,在突尼斯舉行的信息社會(huì)世界峰會(huì)(WSIS)上,國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。由于物聯(lián)網(wǎng)用途廣泛,遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)、公共安全、工業(yè)監(jiān)測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域,相關(guān)專(zhuān)家預(yù)言:未來(lái)10年內(nèi),物聯(lián)網(wǎng)一定會(huì)像現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)一樣高度普及,且有萬(wàn)億元級(jí)的市場(chǎng)空間。
2 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和工作原理
物聯(lián)網(wǎng)是利用無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立起來(lái)的。其中非常重要的技術(shù)是RFID(RadioFrequencyIdentification)電子標(biāo)簽技術(shù)。
RFID系統(tǒng)一般由以下2部分組成:電子標(biāo)簽和閱讀器。電子標(biāo)簽附著在被識(shí)別的物體上;閱讀器可以是讀或讀/寫(xiě)裝置,取決于所使用的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)和技術(shù)。電子標(biāo)簽是將幾個(gè)主要模塊集成到一塊芯片中,完成與閱讀器的通信。芯片上有EEPROM用來(lái)儲(chǔ)存識(shí)別碼或其他數(shù)據(jù)。EEPROM容量從幾比特到幾萬(wàn)比特。芯片外圍僅需連接天線(xiàn)(和電池),可以作為人員的身份識(shí)別卡或貨物的標(biāo)識(shí)卡。電子標(biāo)簽具有非接觸、工作距離長(zhǎng)、適于惡劣環(huán)境、可識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。在多數(shù)RFID系統(tǒng)中,閱讀器在一個(gè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射電磁波(區(qū)域大小取決于工作頻率和天線(xiàn)尺寸),電子標(biāo)簽內(nèi)有一個(gè)LC串聯(lián)諧振電路,其頻率與閱讀器發(fā)射的頻率相同。當(dāng)電子標(biāo)簽經(jīng)過(guò)這個(gè)區(qū)域時(shí),在電磁波的激勵(lì)下,LC諧振電路產(chǎn)生共振,從而使電容內(nèi)有了電荷。在這個(gè)電容的另一端,接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?將電容內(nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存。當(dāng)所積累的電荷達(dá)到一定值時(shí),此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓,以將電子標(biāo)簽內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接取閱讀器的數(shù)據(jù)。閱讀器接收到電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)后,解碼并進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn)以決定數(shù)據(jù)的有效性,然后,通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
RFID技術(shù)的基本工作原理并不復(fù)雜:當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場(chǎng)后,接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào),憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息(PassiveTag,無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽),或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)(ActiveTag,有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽);解讀器讀取信息并解碼后,送至中心信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。
3 物聯(lián)網(wǎng)在我國(guó)鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域的早期應(yīng)用
早在2001年,RFID技術(shù)就已經(jīng)運(yùn)用在鐵路車(chē)號(hào)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中,成為物聯(lián)網(wǎng)目前在我國(guó)鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域運(yùn)用最早的成熟典范。該系統(tǒng)主要由車(chē)輛標(biāo)簽、地面AEI設(shè)備、車(chē)站CPS設(shè)備、列檢復(fù)示系統(tǒng)、鐵路局AEI監(jiān)控中心設(shè)備、標(biāo)簽編程網(wǎng)絡(luò)等部分組成。其工作流程是:先將車(chē)號(hào)信息及車(chē)輛的技術(shù)參數(shù)信息輸入車(chē)輛標(biāo)簽內(nèi)部存儲(chǔ)器;由地面AEI設(shè)備實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地完成對(duì)列車(chē)車(chē)輛標(biāo)簽信息的采集,并將采集的信息進(jìn)行處理,通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)傳至車(chē)站CPS設(shè)備;CPS管理設(shè)備完成AEI采集數(shù)據(jù)的處理,并向列檢復(fù)示系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),為車(chē)輛管理和設(shè)備維護(hù)提供可靠信息。在此期間,由鐵路局AEI監(jiān)控中心設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)每臺(tái)地面AEI的工作狀態(tài),協(xié)調(diào)、指揮AEI設(shè)備維護(hù),確保AEI設(shè)備良好運(yùn)用,并實(shí)時(shí)接收AEI采集的列車(chē)、車(chē)號(hào)數(shù)據(jù)和每臺(tái)AEI產(chǎn)生的故障信息和設(shè)備狀態(tài)信息,通過(guò)對(duì)故障信息和設(shè)備狀態(tài)信息進(jìn)行分析,及時(shí)了解地面AEI設(shè)備的工作狀態(tài),對(duì)故障及時(shí)處理,同時(shí)還可以監(jiān)測(cè)貨車(chē)標(biāo)簽的工作狀態(tài)。標(biāo)簽編程網(wǎng)絡(luò)的主要功能是在標(biāo)簽安裝前,將車(chē)輛信息寫(xiě)入標(biāo)簽內(nèi)存的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),防止出現(xiàn)錯(cuò)號(hào)、重號(hào)車(chē),并對(duì)丟失損壞的標(biāo)簽進(jìn)行補(bǔ)裝。
該系統(tǒng)的投入使用,不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)列車(chē)車(chē)次、車(chē)號(hào)的自動(dòng)識(shí)別、實(shí)時(shí)跟蹤和故障車(chē)輛的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)、動(dòng)態(tài)管理等主要功能,大大提高了車(chē)輛利用水平和運(yùn)輸組織效率,同時(shí)也為我國(guó)鐵路探索更加科學(xué)化、現(xiàn)代化、智能化的管理模式提供了有益的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域的普遍應(yīng)用奠定了良好基礎(chǔ)。
4 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于我國(guó)鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域的廣闊前景
近年來(lái),隨著我國(guó)高速鐵路、客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)建設(shè)步伐的加快,對(duì)鐵路信息化水平的要求越來(lái)越高,鐵路通信信息網(wǎng)絡(luò)也正朝著數(shù)據(jù)化、寬帶化、移動(dòng)化和多媒體化的方向發(fā)展,各方面的條件已經(jīng)基本滿(mǎn)足了物聯(lián)網(wǎng)在鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域的推廣和應(yīng)用。其中,在以下幾個(gè)方面尤為值得關(guān)注和期待:
1.客票防偽與識(shí)別。
如果鐵路客票采用RFID電子客票,其電子芯片的內(nèi)部數(shù)據(jù)是加密的,只有特定的讀寫(xiě)器可以讀出數(shù)據(jù),這將是對(duì)造假者以沉重打擊。同時(shí)車(chē)站及車(chē)上的檢票人員只需通過(guò)便攜式的識(shí)讀器對(duì)車(chē)票上的RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行讀取,并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)就可以辨別車(chē)票的真?zhèn)?大大加快了旅客進(jìn)出站的速度,為方便車(chē)站組織旅客乘降提供了便利。
2.站車(chē)信息共享。
目前鐵路在站車(chē)信息共享方面還很不成熟,造成的經(jīng)濟(jì)損失以及旅客列車(chē)資源浪費(fèi)的現(xiàn)象還比較嚴(yán)重。如果利用RFID技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)信息共享性,可以及時(shí)將車(chē)站的預(yù)留客票發(fā)售情況反饋給車(chē)上,同時(shí)將車(chē)上的補(bǔ)票情況反饋給車(chē)站,就可以清楚的知道有哪些車(chē)站的預(yù)留車(chē)票是沒(méi)有發(fā)售完的,從而方便車(chē)上的旅客及時(shí)補(bǔ)票。此外,通過(guò)該系統(tǒng)中乘坐人員的信息與車(chē)站售出車(chē)票信息對(duì)比,還可以查看是否有用假票乘坐列車(chē)的現(xiàn)象。
3.集裝箱追蹤管理與監(jiān)控。
集裝箱運(yùn)輸是鐵路貨物運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展方向,是提高鐵路服務(wù)質(zhì)量非常有效的運(yùn)輸方式,蘊(yùn)藏著巨大的增長(zhǎng)空間,具備很強(qiáng)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)際上集裝箱的管理基本都是使用箱號(hào)圖像識(shí)別,即通過(guò)攝像頭識(shí)別集裝箱表面的印刷箱號(hào),通過(guò)圖像處理形成數(shù)字箱號(hào)采集到計(jì)算機(jī)中,這種方法識(shí)別率較低,而且受天氣及集裝箱破損的影響較大。如果將RFID技術(shù)應(yīng)用到鐵路集裝箱,開(kāi)發(fā)出信息化集裝箱,不僅能夠隨時(shí)觀測(cè)到集裝箱在運(yùn)輸途中的狀態(tài),防止貨物丟失和損壞,也能大大提高鐵路集裝箱利用的效率和效益。
4.倉(cāng)庫(kù)管理。
在鐵路的貨運(yùn)倉(cāng)庫(kù)管理方面,RFID也可充分發(fā)揮其電子標(biāo)簽穿透性、惟一性的特點(diǎn),借助嵌在商品內(nèi)發(fā)出的無(wú)線(xiàn)電波的標(biāo)簽所記錄的商品序號(hào)、日期等各項(xiàng)目的信息,讓工作人員不用開(kāi)箱檢查就知道里面有幾樣物品。同時(shí)也可以防止貨物在倉(cāng)庫(kù)被盜、受損等情況。
5 結(jié)束語(yǔ)
雖然物聯(lián)網(wǎng)的概念剛剛走熱,很多關(guān)鍵技術(shù)仍處于探索階段,但其發(fā)展勢(shì)頭卻非常迅猛。目前,在《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(2006—2020年)》中已將此列為重點(diǎn)研究領(lǐng)域,并攻克了大量關(guān)鍵技術(shù),取得了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定的重要話(huà)語(yǔ)權(quán),在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用也初見(jiàn)成效。相信不遠(yuǎn)的將來(lái),在我國(guó)鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域也隨時(shí)隨處能夠感受到物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的深刻變化。
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