基于RFID技術下鐵路設備巡檢平臺設計研究

一直以來，傳統(tǒng)鐵路電力設備人工巡檢方式存在設備信息記錄不清晰、不完整、設備履歷表存放地點混亂、更新不及時的情況。從鐵路運營生產(chǎn)、設備大修更新改造對既有電力設備數(shù)量及參數(shù)信息準確性要求出發(fā)，結(jié)合RFID技術特點，提出將其應用于鐵路電力設備管理的基本技術方案 ：一方面提高鐵路局供電段設備管理能力，另一方面為鐵路大修改造工程提供及時準確的數(shù)據(jù)支撐。

信息化是鐵路發(fā)展的必由之路，將信息技術與企業(yè)管理理念融合可有效提升鐵路系統(tǒng)整體的運營、維護和服務水平。當前已有相當一部分供電段通過使用鐵路供電管理信息系統(tǒng)來處理日常工作和事務。

RFID技術是通過空間電磁或電感耦合的非接觸方式，實現(xiàn)雙向通信并交換數(shù)據(jù)的技術，讀寫時人員與電力設備可保持安全距離，數(shù)據(jù)采集快，操作簡單，適用于離散設備的巡檢。

鐵路電力設備巡檢系統(tǒng)主要包括PC端、PDA、RFID電子標簽，巡檢管理信息系統(tǒng)、發(fā)/讀卡器、服務器、網(wǎng)關等。

在開展正常的設備巡檢工作之前，應先將電力設備按照鐵路局內(nèi)既有線管理辦法統(tǒng)籌分類，各類設備分配唯一標識RFID電子標簽，RFID標簽內(nèi)寫入設備的履歷和安裝后運維信息等。由于鐵路電力設備布置在鐵路線路沿線或車站附近，設備分散且沿線無鐵路內(nèi)網(wǎng)接入點，RFID讀寫器采集的設備信息需要先存儲在PDA中，再由移動公網(wǎng)（WiFi/4G/5G）與鐵路外網(wǎng)服務器進行數(shù)據(jù)傳輸，通過隔離網(wǎng)閘將安全的數(shù)據(jù)傳送回鐵路內(nèi)網(wǎng)。

RFID手持終端設備實現(xiàn)讀、寫RFID電子標簽，信息存儲，設備間通訊的核心功能。由核心板和功能板組成，其中核心板由MCU主控芯片及各 FPC 柔性功能板接口組成，功能板由RFID模塊、藍牙模塊、電源模塊、TF卡槽等組成。

目前，鴻羽820具有的4dBi圓極化天線是適用于UHF頻段RFID應用場合的通用型遠場天線，具有小體積、高增益、低駐波、方向圖對稱性好、低軸比等特點，可廣泛適用于各種惡劣環(huán)境。

鐵路RFID巡檢系統(tǒng)總體架構由RFID讀寫器、傳感器、數(shù)據(jù)處理中心及用戶界面組成支持實時數(shù)據(jù)采集、遠程數(shù)據(jù)傳輸和本地數(shù)據(jù)存儲實現(xiàn)對鐵路電力設備的快速識別與狀態(tài)監(jiān)測。

在核心模塊劃分上，RFID標簽與RFID讀寫器實現(xiàn)設備唯一識別傳感器模塊負責收集環(huán)境數(shù)據(jù)與設備運行參數(shù)數(shù)據(jù)處理模塊負責信息整合與分析

設備巡檢員使用RFID讀寫器收集設備信息數(shù)據(jù)通過傳感器模塊同步至數(shù)據(jù)處理中心系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)并向巡檢員提供設備狀態(tài)報告。

在RFID配置選型中選擇超高頻、遠距離讀取的RFID設備，確保RFID讀寫器與現(xiàn)有鐵路電力設備兼容性同時考慮設備在復雜環(huán)境下的穩(wěn)定性能。部署溫度、濕度、震動等傳感器實時監(jiān)測環(huán)境與設備狀態(tài)，利用模擬與數(shù)字信號轉(zhuǎn)換技術確保數(shù)據(jù)準確性，設計傳感器網(wǎng)絡以提供全方位的數(shù)據(jù)覆蓋。

在系統(tǒng)軟件架構中采用模塊化設計便于維護與升級，支持多種數(shù)據(jù)格式以確保數(shù)據(jù)交換的靈活性，設計中間件實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的集成。數(shù)據(jù)庫構建包含巡檢項、設備信息、操作人員等數(shù)據(jù)表，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的查詢優(yōu)化以支持快速數(shù)據(jù)檢索，設計數(shù)據(jù)備份和恢復流程以確保數(shù)據(jù)完整性。所構建信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與分析算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)預處理以過濾噪聲和異常值，應用機器學習算法進行設備狀態(tài)預測同時利用數(shù)據(jù)挖掘技術優(yōu)化巡檢路線與頻率。

系統(tǒng)安全與穩(wěn)定性方面采用加密技術保護數(shù)據(jù)傳輸，設計權限管理控制不同級別的數(shù)據(jù)訪問，實施冗余設計增強系統(tǒng)的容錯能力。

當前，RFID技術可實現(xiàn)鐵路貨物的快速識別和追蹤，提高運輸管理效率。通過RFID技術，可以降低鐵路運營成本，提高運輸安全性。但是鐵路環(huán)境復雜，RFID標簽和RFID讀寫器的耐候性、抗干擾能力需進一步提高。需要建立統(tǒng)一的標準和規(guī)范，以實現(xiàn)鐵路RFID技術的廣泛應用。

目前，鐵路RFID技術創(chuàng)新與研發(fā)方向主要有新型標簽與讀寫器技術研究、數(shù)據(jù)安全與隱私保護技術、鐵路RFID技術與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的融合三大方向。開發(fā)更高頻段的RFID標簽與RFID讀寫器，研究適用于不同環(huán)境條件的耐用型標簽，提高讀寫器的識別距離和數(shù)據(jù)傳輸速度。加強RFID系統(tǒng)的加密與認證機制，研究基于區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)安全解決方案，探索匿名化數(shù)據(jù)收集與處理技術。同時利用物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)RFID信息的遠程監(jiān)控，通過大數(shù)據(jù)分析優(yōu)化鐵路物流管理流程，推動鐵路RFID技術與智能交通系統(tǒng)的集成。

國家政策大力支持鐵路信息化建設行業(yè)標準不斷完善將促進技術應用，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的合作將加速市場成熟，預計市場規(guī)模在未來幾年將持續(xù)擴大，隨著技術成熟，成本將進一步降低，需求增長將主要來自于貨運和客運領域。

對于一些潛在應用領域，將RFID巡檢技術應用到城市軌道交通和公路基礎設施的維護中探索在工業(yè)設備、電力系統(tǒng)等其他領域的巡檢和健康管理應用，開展跨行業(yè)合作，實現(xiàn)技術標準的統(tǒng)一和互操作性，也具有十分重要的價值與意義。

（編輯：孫國軒 指導老師：蔣南云，侵刪）

審核編輯 黃宇