淺談物聯(lián)網在我國鐵路運輸領域的應用與發(fā)展論文
目前,信息技術的應用對人類社會生活的各個方面產生了巨大的沖擊,對我國鐵路運輸領域也提供了新的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇。尤其近年來,隨著物聯(lián)網技術的悄然興起,很可能引起第三次信息化發(fā)展浪潮。有專家斷言:世界上的萬事萬物,小到手表、鑰匙,大到火車、汽車、樓房,只要嵌入一個微型感應芯片,這個物體就可以自動“開口說話”;如果再借助無線網絡技術,人們就可以和物體直接“對話”,物體和物體之間也能隨時“交流”。那么,物聯(lián)網究竟是什么?對我國鐵路運輸領域又會帶來哪些深遠影響?
1 物聯(lián)網
物聯(lián)網又叫傳感網,指的是將各種信息傳感設備,如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等種種裝置與互聯(lián)網結合起來而形成的一個巨大網絡。通過裝置在各類物體上的電子標簽、傳感器、二維碼等,再通過接口與無線網絡相連,從而給物體賦予智能,可以實現(xiàn)人與物體的溝通和對話,也可以實現(xiàn)物體與物體互相間的溝通和對話。這種將物體聯(lián)接起來的網絡就是“物聯(lián)網”。
“物聯(lián)網”這一概念最早出現(xiàn)在1999年,它最初的定義很簡單:把所有物品通過射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網連接起來,實現(xiàn)智能化識別和管理。2005年,在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上,國際電信聯(lián)盟(ITU)正式提出了“物聯(lián)網”的概念。由于物聯(lián)網用途廣泛,遍及智能交通、環(huán)境保護、公共安全、工業(yè)監(jiān)測等多個領域,相關專家預言:未來10年內,物聯(lián)網一定會像現(xiàn)在互聯(lián)網一樣高度普及,且有萬億元級的市場空間。
2 物聯(lián)網的關鍵技術和工作原理
物聯(lián)網是利用無所不在的網絡技術建立起來的。其中非常重要的技術是RFID(RadioFrequencyIdentification)電子標簽技術。
RFID系統(tǒng)一般由以下2部分組成:電子標簽和閱讀器。電子標簽附著在被識別的物體上;閱讀器可以是讀或讀/寫裝置,取決于所使用的存儲器結構和技術。電子標簽是將幾個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用來儲存識別碼或其他數(shù)據(jù)。EEPROM容量從幾比特到幾萬比特。芯片外圍僅需連接天線(和電池),可以作為人員的身份識別卡或貨物的'標識卡。電子標簽具有非接觸、工作距離長、適于惡劣環(huán)境、可識別運動目標等優(yōu)點。在多數(shù)RFID系統(tǒng)中,閱讀器在一個區(qū)域內發(fā)射電磁波(區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸),電子標簽內有一個LC串聯(lián)諧振電路,其頻率與閱讀器發(fā)射的頻率相同。當電子標簽經過這個區(qū)域時,在電磁波的激勵下,LC諧振電路產生共振,從而使電容內有了電荷。在這個電容的另一端,接有一個單向導通的電子泵,將電容內的電荷送到另一個電容內儲存。當所積累的電荷達到一定值時,此電容可作為電源為其他電路提供工作電壓,以將電子標簽內數(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簽的數(shù)據(jù)后,解碼并進行錯誤校驗以決定數(shù)據(jù)的有效性,然后,通過無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計算機網絡。
RFID技術的基本工作原理并不復雜:當標簽進入磁場后,接收解讀器發(fā)出的射頻信號,憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的產品信息(PassiveTag,無源標簽或被動標簽),或者主動發(fā)送某一頻率的信號(ActiveTag,有源標簽或主動標簽);解讀器讀取信息并解碼后,送至中心信息系統(tǒng)進行有關數(shù)據(jù)處理。
3 物聯(lián)網在我國鐵路運輸領域的早期應用
早在2001年,RFID技術就已經運用在鐵路車號自動識別系統(tǒng)中,成為物聯(lián)網目前在我國鐵路運輸領域運用最早的成熟典范。該系統(tǒng)主要由車輛標簽、地面AEI設備、車站CPS設備、列檢復示系統(tǒng)、鐵路局AEI監(jiān)控中心設備、標簽編程網絡等部分組成。其工作流程是:先將車號信息及車輛的技術參數(shù)信息輸入車輛標簽內部存儲器;由地面AEI設備實時準確地完成對列車車輛標簽信息的采集,并將采集的信息進行處理,通過專線傳至車站CPS設備;CPS管理設備完成AEI采集數(shù)據(jù)的處理,并向列檢復示系統(tǒng)轉發(fā)數(shù)據(jù),為車輛管理和設備維護提供可靠信息。在此期間,由鐵路局AEI監(jiān)控中心設備實時監(jiān)測每臺地面AEI的工作狀態(tài),協(xié)調、指揮AEI設備維護,確保AEI設備良好運用,并實時接收AEI采集的列車、車號數(shù)據(jù)和每臺AEI產生的故障信息和設備狀態(tài)信息,通過對故障信息和設備狀態(tài)信息進行分析,及時了解地面AEI設備的工作狀態(tài),對故障及時處理,同時還可以監(jiān)測貨車標簽的工作狀態(tài)。標簽編程網絡的主要功能是在標簽安裝前,將車輛信息寫入標簽內存的網絡系統(tǒng),防止出現(xiàn)錯號、重號車,并對丟失損壞的標簽進行補裝。
該系統(tǒng)的投入使用,不僅實現(xiàn)了對列車車次、車號的自動識別、實時跟蹤和故障車輛的準確預報、動態(tài)管理等主要功能,大大提高了車輛利用水平和運輸組織效率,同時也為我國鐵路探索更加科學化、現(xiàn)代化、智能化的管理模式提供了有益的實踐經驗,為物聯(lián)網技術在我國鐵路運輸領域的普遍應用奠定了良好基礎。
4 物聯(lián)網應用于我國鐵路運輸領域的廣闊前景
近年來,隨著我國高速鐵路、客運專線建設步伐的加快,對鐵路信息化水平的要求越來越高,鐵路通信信息網絡也正朝著數(shù)據(jù)化、寬帶化、移動化和多媒體化的方向發(fā)展,各方面的條件已經基本滿足了物聯(lián)網在鐵路運輸領域的推廣和應用。其中,在以下幾個方面尤為值得關注和期待:
1.客票防偽與識別。
如果鐵路客票采用RFID電子客票,其電子芯片的內部數(shù)據(jù)是加密的,只有特定的讀寫器可以讀出數(shù)據(jù),這將是對造假者以沉重打擊。同時車站及車上的檢票人員只需通過便攜式的識讀器對車票上的RFID電子標簽進行讀取,并與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比對就可以辨別車票的真?zhèn)?大大加快了旅客進出站的速度,為方便車站組織旅客乘降提供了便利。
2.站車信息共享。
目前鐵路在站車信息共享方面還很不成熟,造成的經濟損失以及旅客列車資源浪費的現(xiàn)象還比較嚴重。如果利用RFID技術的網絡信息共享性,可以及時將車站的預留客票發(fā)售情況反饋給車上,同時將車上的補票情況反饋給車站,就可以清楚的知道有哪些車站的預留車票是沒有發(fā)售完的,從而方便車上的旅客及時補票。此外,通過該系統(tǒng)中乘坐人員的信息與車站售出車票信息對比,還可以查看是否有用假票乘坐列車的現(xiàn)象。
3.集裝箱追蹤管理與監(jiān)控。
集裝箱運輸是鐵路貨物運輸?shù)陌l(fā)展方向,是提高鐵路服務質量非常有效的運輸方式,蘊藏著巨大的增長空間,具備很強的發(fā)展優(yōu)勢。目前國際上集裝箱的管理基本都是使用箱號圖像識別,即通過攝像頭識別集裝箱表面的印刷箱號,通過圖像處理形成數(shù)字箱號采集到計算機中,這種方法識別率較低,而且受天氣及集裝箱破損的影響較大。如果將RFID技術應用到鐵路集裝箱,開發(fā)出信息化集裝箱,不僅能夠隨時觀測到集裝箱在運輸途中的狀態(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.倉庫管理。
在鐵路的貨運倉庫管理方面,RFID也可充分發(fā)揮其電子標簽穿透性、惟一性的特點,借助嵌在商品內發(fā)出的無線電波的標簽所記錄的商品序號、日期等各項目的信息,讓工作人員不用開箱檢查就知道里面有幾樣物品。同時也可以防止貨物在倉庫被盜、受損等情況。
5 結束語
雖然物聯(lián)網的概念剛剛走熱,很多關鍵技術仍處于探索階段,但其發(fā)展勢頭卻非常迅猛。目前,在《國家中長期科學與技術發(fā)展規(guī)劃(2006—2020年)》中已將此列為重點研究領域,并攻克了大量關鍵技術,取得了國際標準制定的重要話語權,在相關領域的應用也初見成效。相信不遠的將來,在我國鐵路運輸領域也隨時隨處能夠感受到物聯(lián)網帶來的深刻變化。
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