剖析RFID技術(shù)及在軌道交通的應(yīng)用（下）

（3）作用距離

射頻識(shí)別系統(tǒng)按讀寫器與標(biāo)簽之間作用距離分為：緊密耦合（0～lcm）、遙控耦合（0～lm）和遠(yuǎn)距離（》lm）系統(tǒng)。

（4）有源與無源標(biāo)簽

標(biāo)簽可分為有源及無源兩種。有源標(biāo)簽使用卡內(nèi)電池為微型芯片提供全部或部分能量，但不會(huì)為標(biāo)簽與應(yīng)答器之間傳送數(shù)據(jù)提供能量，識(shí)別距離較長(zhǎng)（可達(dá)十幾米），但是它的壽命有限（3至l0年），且價(jià)格較高；無源標(biāo)簽不含電池，接受讀寫器發(fā)射的電磁波提供能量，重量和體積較小使用壽命長(zhǎng)，但它的發(fā)射距離受限制，而且要求讀寫器的發(fā)射功率大，應(yīng)答器工作電路的功耗小。

（5）調(diào)制方式

根據(jù)調(diào)制方式的不同還可分為主動(dòng)式和被動(dòng)式：

1）主動(dòng)式標(biāo)簽，主動(dòng)地發(fā)送數(shù)據(jù)給讀寫器。

2）被動(dòng)式標(biāo)簽，使用調(diào)制散射方式發(fā)射數(shù)據(jù)，它必須利用讀寫器的載波調(diào)制的信號(hào)，適宜在門禁、交通的應(yīng)用中使用。

讀寫器可以確保只激活一定范圍之內(nèi)的標(biāo)簽。目前使用的多數(shù)系統(tǒng)中，一次只能讀寫一個(gè)標(biāo)簽。標(biāo)簽之間要保持一定距離，確保一次只能有一個(gè)卡在讀寫區(qū)域內(nèi)。讀寫距離長(zhǎng)，標(biāo)簽之間的距離就要大，應(yīng)用不方便。

現(xiàn)在的標(biāo)簽具有防碰撞的功能，這對(duì)于RFID來說十分重要。所謂碰撞是指多個(gè)標(biāo)簽進(jìn)入識(shí)別區(qū)域時(shí)信號(hào)互相干擾的情況。具有防碰撞性能的系統(tǒng)可以同時(shí)識(shí)別進(jìn)入識(shí)別距離的所有標(biāo)簽，這種工作方式大大提高了系統(tǒng)的效率。

3RFID在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用

由于RFID系統(tǒng)具有可靠性高、信息容量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝靈活、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，隨著軌道交通的發(fā)展，列車與地面之間需要傳輸大量的信息，原有軌道電路信息量難以滿足要求，尤其在一些特殊的點(diǎn)，比如：進(jìn)出車站、區(qū)間信號(hào)點(diǎn)、彎道、坡度等。車載和地面之間需要其他傳輸信息的通道增加車載控制設(shè)備的參考數(shù)據(jù)以滿足列車安全、舒適運(yùn)營的要求，所以，RFID系統(tǒng)隨著軌道交通的發(fā)展作為列車和地面之間傳輸點(diǎn)式信息的通道，成為軌道交通列車控制系統(tǒng)的重要組成部分，也是我國CTCS指定使用的設(shè)備。

3．1RFID在國、內(nèi)外軌道交通的應(yīng)用情況和基本技術(shù)參數(shù)

RFID在軌道交通領(lǐng)域運(yùn)用也稱為查詢應(yīng)答器，最早由瑞典鐵路提出，上世紀(jì)80年代初期開始研制使用。后來德國、荷蘭、日本、法國等都相繼采用了這種查詢應(yīng)答器方式作為地面一機(jī)車的信息傳送方式，在經(jīng)過了多年的應(yīng)用后，最終確定了查詢應(yīng)答器的框架技術(shù)數(shù)據(jù)。它是一個(gè)電感耦合的射頻識(shí)別系統(tǒng)，采用非諧性反饋頻率。機(jī)車的數(shù)據(jù)傳輸在4．237MHz的射頻上進(jìn)行，并且當(dāng)列車以非常高的速度通過的瞬間仍可確保數(shù)據(jù)報(bào)文能夠正確讀出。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)答器的技術(shù)參數(shù)如下。

耦合方式：電感式

能量傳輸頻率：27．095MHz

數(shù)據(jù)傳輸頻率：4．237MHz

調(diào)制方式：FSK

調(diào)制指數(shù)：l

數(shù)據(jù)傳輸率：565kbit／s

電報(bào)長(zhǎng)度：l023或者341bit

有效數(shù)據(jù)范圍：863或者216bit

讀取距離：230至450ram

最大側(cè)偏移：l80mm

雪、水、礦石覆蓋：不影響

目前，國內(nèi)鐵路地面與機(jī)車的信息傳遞大部分仍依靠軌道電路完成，我國自行研制開發(fā)的ZPW-2000系列軌道電路已在全路大面積裝備，具有18個(gè)低頻信息，但是，單純依靠軌道電路信息已無法滿足進(jìn)一步提速對(duì)信號(hào)系統(tǒng)的技術(shù)要求。

隨著第六次大提速的實(shí)施，速度將突破160km／h達(dá)到200～250km／h，列車必須裝設(shè)列車控制系統(tǒng)；TDCS／CTC等系統(tǒng)的應(yīng)用，傳統(tǒng)的區(qū)域分散控制轉(zhuǎn)變?yōu)榻y(tǒng)一指揮，對(duì)臨時(shí)限速設(shè)置方式等帶來了革命性的變化，需要為運(yùn)行中的列車提供臨時(shí)限速信息。

立足于我國既有信號(hào)技術(shù)裝備，參照歐盟ETCS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我國自主研發(fā)了完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、符合我國國情的CTCS2級(jí)列車控制系統(tǒng)實(shí)施方案：通過軌道電路提供與前車（目標(biāo)）距離和進(jìn)路狀態(tài)等實(shí)時(shí)連續(xù)信息，由列車控制中心控制應(yīng)答器發(fā)送線路參數(shù)、進(jìn)路信息和臨時(shí)限速，列車車載設(shè)備自動(dòng)生成連續(xù)速度控制模式曲線，實(shí)時(shí)監(jiān)控列車安全運(yùn)行，巧妙地解決了信息連續(xù)要求和信息量的矛盾。CTCS2系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

另外，我國幅員遼闊，大交路運(yùn)輸需要跨區(qū)域運(yùn)行，為完成CTCS2一CTCS0的級(jí)間轉(zhuǎn)換需要向車載提供點(diǎn)式信息，這些需求為應(yīng)答器的應(yīng)用提供了廣闊的空間。目前，我國已對(duì)京哈、京滬、京廣、隴海、滬昆、膠濟(jì)、廣深、京九、蘭新等l8條線路進(jìn)行了提速改造，200km／h線路達(dá)到了14000km。

3．2RFID在軌道交通應(yīng)用的原理

查詢應(yīng)答器由地面應(yīng)答器、車載查詢器、發(fā)射天線、軌旁電子單元LEU（可變應(yīng)答器才有，用于列車控制中心為地面應(yīng)答器傳送臨時(shí)可變信息）四部分組成。地面應(yīng)答器的電源取自正在通過的機(jī)車上的查詢器發(fā)射的27．095MHz信號(hào)，地面應(yīng)答器利用對(duì)該頻率點(diǎn)的電感耦合取得工作所需能量。地面向機(jī)車傳輸數(shù)據(jù)的載頻為4．237MHz，可以確保列車高速通過瞬間完整讀出數(shù)據(jù)報(bào)文。

當(dāng)機(jī)車駛過地面應(yīng)答器時(shí)，車載查詢器首先通過電磁感應(yīng)方式將能量傳遞給地面應(yīng)答器，地面應(yīng)答器在接收到來自列車的能量后開始工作，通過整流電路提供可靠的電源，為應(yīng)答器工作提供能量，將報(bào)文數(shù)據(jù)以頻移調(diào)制方式通過電磁感應(yīng)傳送至車上。其基本電路原理框圖如圖3所示。

車載查詢器的主要功能是發(fā)射信號(hào)為地面應(yīng)答器提供工作所需能量、接收應(yīng)答器發(fā)出的信號(hào)、解調(diào)數(shù)據(jù)信號(hào)、解碼后再通過串行輸出送至控制設(shè)備。實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖4所示。

4總結(jié)和展望

射頻識(shí)別技術(shù)在中國已開始進(jìn)入了應(yīng)用階段，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｔ谛畔⑸鐣?huì)，要求對(duì)各種信息的獲取及處理快速、準(zhǔn)確。在不久的將來，RFID技術(shù)將同其它識(shí)別技術(shù)一樣，深入到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域。在軌道交通領(lǐng)域，目前引進(jìn)歐洲標(biāo)準(zhǔn)的查詢應(yīng)答器，技術(shù)成熟、安全可靠。

國內(nèi)正處于引進(jìn)、消化和吸收階段，技術(shù)方面還需要進(jìn)一步探索和提高，全面大提速和客運(yùn)專線建設(shè)大面積展開，廣闊的市場(chǎng)空間已經(jīng)為技術(shù)發(fā)展提供了肥沃的土壤，我國正處在發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)根本要靠科學(xué)技術(shù)?？茖W(xué)技術(shù)上的重大突破可以使社會(huì)生產(chǎn)力產(chǎn)生革命性的飛躍，相信不久的將來，我國在此技術(shù)領(lǐng)域也會(huì)有突破性的進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)

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