CN112429042A - 一种基于rfid技术的列车完整性检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于RFID技术的列车完整性检测装置及方法，所述的装置包括RFID电子标签、RFID读写器和列车完整性检测系统；地面轨道上或轨旁上安装的RFID读写器读取列车车头和车尾的RFID电子标签后通过自身的通信单元将读取的信息发送给机车的列车完整性检测系统；所述的列车完整性检测系统根据保存的RFID电子标签对应的列车车头及车尾车厢，结合接收到的同列列车车头和车尾的RFID电子标签发送的间隔时间，及列车的当前速度和位移来计算列车长度，从而计算出列车的完整性。与现有技术相比，本发明具有进一步提升了系统的安全性，保证了检测结果的准确性和安全性等优点。

Description

一种基于RFID技术的列车完整性检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种列车完整性检测装置及方法，尤其是涉及一种基于RFID技术的列车完整性检测装置及方法。

背景技术

列车的完整性检测是指列车运行过程中利用各种设备来检测列车的完整性，即检测列车有无脱钩抛车现象。如果发生列车脱钩抛车的情况，在现有区间轨道电路基础上无法判断出有无列车出现脱钩情况，这样列控系统势必还会允许后续其它列车继续向前运行，从而存在发生列车追尾等严重事故，因此列车的完整性的判断对车载ATP控车有着重要的作用。现有列车完整性检查主要采用方式的技术主要有：

a)列车尾部安装风压监测设备和无线通信设备，通过实时监测风管风压来完成列车完整性检查；

b)在轨旁安装轨计轴设备，通过检查两个计轴设备列车通过车轮的数量来实现列车完整性检查；

c)通过卫星导航和惯性导航设备，通过实时检测列车车长和速度变化实现列车完整性检查；

d)通过综合应用卫星导航定位，同时结合列尾风压设备，实时检测列车车长和风压变化实现列车完整性检查。

目前，这几种检测列车完整性的技术主要采用在列车尾部安全防护装置(列尾装置)或在轨旁安装计轴设备来完成。一般列尾装置由安装在列车尾部的主机和司机室内的控制盒两部分组成，能实时检测列车尾部风管的风压，并将风压信息实时地反馈至控制盒。但是，列尾装置在使用过程中存在以下问题：既有或新增的列车无线调度电话(无线列调)，没有为控制盒预留接口，安装困难；无线列调的工作频率使用不当，造成枢纽内列尾装置的主机与无线列调间相互干扰，影响列车运行；列尾装置对风压的检测频率低，无法保证列车完整性检测的实时性。而通过在轨旁安装计轴设备，通过计算列车通过的车轮数量来检测列车完整性，也存在着计轴设备故障率高，维护保养困难，费用高等问题；此外目前比较流行的采用卫星导航定位和惯导技术来检测列车完整性由收到卫星导航定位存在盲区、准确性无法保证达到100％等问题。特别是针对目前一些地方货运铁路，存在货运列于列车编组不固定，如果按常规安装列尾装置，需专门增加相应人员来完成列尾装置的安装以及列车风管与列尾装置的接口安装，对人员的素质要求较高，需专门培训和设置相关人员来完成，势必会导致用户成本的增加。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于RFID技术的列车完整性检测装置及方法，进一步提升了系统的安全性，保证了检测结果的准确性和安全性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的一个方面，提供了一种基于RFID技术的列车完整性检测装置，包括RFID电子标签、RFID读写器和列车完整性检测系统；

地面轨道或轨旁上安装的RFID读写器读取列车车头和车尾的RFID电子标签后通过自身的通信单元将读取的信息发送给机车的列车完整性检测系统；

所述的列车完整性检测系统根据保存的RFID电子标签对应的列车车头及车尾车厢，结合接收到的同列列车车头和车尾的RFID电子标签发送的间隔时间，及列车的当前速度和位移来计算列车长度，从而计算出列车的完整性。

作为优选的技术方案，所述的列车完整性检测系统必须在接收地面一组两个RFID读写器发出的列车首尾RFID电子标签信息后，然后根据两个RFID读写器反馈的首尾RFID电子标签数据和实际间隔Tb分别计算列车长度。

作为优选的技术方案，所述的列车长度计算如下：

L1w＝LC1s-LC1w，L2w＝LC2s-LC2w；

其中L1w表示一组第一个RFID读写器计算出的列车长度，L2w表示一组第二个RFID读写器计算出的列车长度，LC1s表示第一组第一个RFID读写器读取到列车车头RFID电子标签时的里程值，LC1w表示第一组第一个RFID读写器读取到列车车尾RFID电子标签时的里程值，LC2s表示第一组第二个RFID读写器读取到列车车头RFID电子标签时的里程值，LC2w表示第一组第二个RFID读写器读取到列车车尾RFID电子标签时的里程值；

只有当这两个反馈的RFID电子标签计算的列车长度都完整时，才认为列车满足完整性检测。

作为优选的技术方案，所述的RFID电子标签安装在车箱的两边，安装高度与RFID读写器的安装高度匹配。

作为优选的技术方案，所述的RFID电子标签安装在轨旁，安装高度应高于车厢箱体最下沿。

作为优选的技术方案，所述的RFID读写器安装在轨道中心上，RFID电子标签安装车辆的底部中心位置。

作为优选的技术方案，所述的RFID电子标签存储的标识数据内容包括标签ID、线路代码、区域代码、车站代码和速度等级信息。

作为优选的技术方案，所述的RFID读写器将接收到的电子标签发送到地面列控中心系统，再由地面列控中心系统发送给列车完整性检测系统。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于所述的基于RFID技术的列车完整性检测装置的方法，包括以下步骤：

步骤1)当列车车头压中地面设置的RFID读写器1时，RFID读写器1将该列车车头的电子标签号发送到地面列控中心系统，然后再转发给车载列车完整性检测系统TMIS，TMIS根据数据库中电子标签号对应列车信息获取该列车车头机车信息，并记录当前列车的速度、位移和时间；

步骤2)当列车车尾压中地面设置的RFID读写器1时，地面RFID读写器1将该列车车头的电子标签号发送到地面列控中心系统，然后再转发给车载列车完整性检测系统TMIS，TMIS根据数据库中电子标签号对应列车信息获取该列车车尾机车信息，并记录当前列车的速度、位移和时间；

步骤3)TMIS进行第一次预判断列车当前完整；

步骤4)当列车车头压中地面设置的RFID读写器2时，地面RFID读写器2将该列车车头的电子标签号发送到地面列控中心系统，然后再转发给车载列车完整性检测系统TMIS，TMIS根据数据库中电子标签号对应列车信息获取该列车车头机车信息，并记录当前列车的速度、位移和时间。

步骤5)当列车车尾压中地面设置的RFID读写器2时，地面RFID读写器2将该列车车头的电子标签号发送到地面列控中心系统，然后再转发给车载列车完整性检测系统TMIS，TMIS根据数据库中电子标签号对应列车信息获取该列车车尾机车信息，并记录当前列车的速度、位移和时间；

步骤6)TMIS进行第二次预判断列车当前完整；

步骤7，TMIS根据两组RFID返回的值计算的列车完整性状态，判断条件如下：如果两次都满足列车完整性判断，则认为该列车当前完整，否则认为不完整；

步骤8：不完整则向车载ATP发出列车完整性缺失报警。

作为优选的技术方案，所述的步骤3)TMIS进行第一次预判断列车当前完整，具体为：

TMIS根据RFID读写器1读写到列车的车头和车尾两次的电子标签号对应的车头机车号和车尾车厢号，并根据数据库存储信息判断是否属于本次列车的首尾，同时再根据两次压中的位移值计算出列车长度，与实际车长进行比较。

作为优选的技术方案，所述的步骤6)TMIS进行第二次预判断列车当前完整，具体为：

TMIS根据RFID读写器2读到列车的车头和车尾两次的电子标签号对应的车头机车号和车尾车厢号，并根据数据库存储信息判断是否属于本次列车的首尾，同时再根据两次压中的位移值计算出列车长度，与实际车长进行比较。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明实现了通过安装地面RFID读写设备和列车车辆电子标签实现列车完整性的检测，该技术方案系统可靠性、可用性高。

2)本发明实现原理简单，由于采用了一组双套地面RFID读写设备同时检测列车完整性，从而进一步提升了该方案的技术安全性。

3)本发明可根据实际机车追踪密度灵活调节安装在地面的RFID读写设备数量及安装位置，系统方案灵活，实用性强。

4)本发明在满足列车完整性检测的同时还可以实现对所有机车、车辆的追踪，还可借助本系统实现对所有车辆的自动识别，可替代现有的车号识别系统。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明地面RFID读写设备内部结构图；

图3为本发明列车底部安装电子标签示意图；

图4为本发明列车侧面安装电子标签示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明提出一种通过应用RFID技术来实现对列车完整性的检测。该方案实现简单、安装维护方便，无需专门设置技术人员来进行列尾设备的安装，降低了人工成本和后期维护成本。本方案通过采用一组双套地面RFID读写设备来保证读取的列车首尾车辆电子标签的准确性和可靠性，从而进一步提升系统的安全性，保证检测结果的准确性和安全性。

本发明采用的方案为在地面轨道上安装RFID读写设备，该方案如果全线都设置地面RFID读写设备，设计和建造成本太高，因此本技术方案的特征主要包括如下：

1)该方案主要包括电子标签(TAG)、地面读写设备(无线收发模块、天线、控制模块、通信单元及电源等)。

2)电子标签存储的标识数据内容有：标签ID，线路代码，区域代码，车站代码，速度等级等)。

3)根据现场需求对隧道口、车站进出站口及一些特殊区域安装设置地面RFID读写器。

4)在机车和车辆的底部横轨上安装机车电子标签，或在机车和车辆的侧面安装机车电子标签。

5)机车标签号和车辆尾部车厢标签号都应在机车行驶前通过手持式读卡器将读取的电子标签号输入到系统。

6)在地面轨道枕木间或轨旁安装RFID读写设备。

7)该设备采用一体式设计，支持外部AC220V直流供电，在线路的隧道口、车站进出站口及一些特殊区域设置。

8)地面轨道或轨旁上安装的RFID读写设备读取列车车头和车尾的电子标签后通过自身的通信单元将读取的信息发送给机车的列车完整性检测系统(TMIS)，TIMS根据保存的电子标签对应的机车及车尾车厢，结合接收到的同列车辆机车和车尾的电子标签发送的间隔时间，及列车的当前速度和位移来计算列车长度，从而计算出列车的完整性。

9)TMIS系统必须在接收全地面一组两个RFID读写设备发出的列车首尾电子标签信息后，然后根据两个读写器反馈的的首尾电子标签数据和实际间隔Tb分别计算车列的长度Lw米(L1w＝LC1s-LC1w，L2w＝LC2s-LC2w,，其中L1w表示一组第一个读写器计算出的车列长度，L2w表示一组第二个读写器计算出的车列长度，LC1s表示第一组第一个读写器读取到列车车头标签时的里程值，LC1w表示第一组第一个读写器读取到列车车尾标签时的里程值，LC2s表示第一组第二个读写器读取到列车车头标签时的里程值，LC2w表示第一组第二个读写器读取到列车车尾标签时的里程值；首尾两次读取数据传输延时时间Td认为可以相互抵消，因此计算公式中可以不体现)，只有当这两个反馈的电子标签计算的车列长度都完整时，才认为列车满足完整性检测，否则像车载ATP发出列车完整性缺失报警。

10)机车和车辆安装的电子标签方式有两种：1)机车和车辆底部安装；2)机车和车辆侧面安装。

RFID电子标签及读写器的安装方式有2种：

1)RFID电子标签安装在车箱的两边(安装高度应与RFID读写器的安装高度匹配，在RFID读写器的可读范围内)，RFID读写器安装在轨旁，安装高度应高于车厢箱体最下沿。RFID读写器通过轨旁电源供电，并通过有线网络通道连接到中心，将接收到的RFID电子标签发送给中心处理服务器，由中心处理服务器处理接收到的所有标签，并计算出同一列机车车头车尾的电子标签读写间隔时间，车长，从而计算出车列的完整性状态，将此状态发送给轨旁控制中心，如图3所示。

2)RFID读写器安装在轨道中心上，RFID电子标签安装车辆的底部中心位置。安装位置和间隔可根据具体现场实际车列运行间隔时间和距离来进行设置，如图4所示。

如图1所示，地面轨道或轨旁上安装的RFID读写器读取列车车头和车尾的电子标签后通过自身的通信单元将读取的信息发送给机车的车载列车完整性检测系统(TMIS)，TIMS根据保存的电子标签对应的机车及车尾车厢，结合接收到的同列车辆机车和车尾的电子标签发送的间隔时间，及列车的当前速度和位移来计算列车长度，并根据根据列车实际车长来计算出列车的完整性，该流程包括以下步骤：

步骤1，当列车车头压中地面设置的RFID读写器1时，地面RFID读写器1将该列车车头的电子标签号发送到地面列控中心系统的RFID处理服务器，然后再通过RBC转发给车载TMIS列车完整性检测系统，TMIS系统会根据数据库中电子标签号对应列车信息获取该列车车头机车信息，并记录当前列车的速度、位移和时间。

步骤2，当列车车尾压中地面设置的RFID读写器1时，地面RFID读写器1将该列车车头的电子标签号发送到地面列控中心系统，然后再转发给车载TMIS列车完整性检测系统，TMIS系统会根据数据库中电子标签号对应列车信息获取该列车车尾机车信息，并记录当前列车的速度、位移和时间；

步骤3，根据读写到列车的车头和车尾两次的电子标签号对应的车头机车号和车尾车厢号，并根据数据库存储信息判断是否属于本次列车的首尾，同时再根据两次压中的位移值计算出列车长度，与实际车长进行比较；TMIS系统根据这两个条件预判断该列车当前完整。

步骤4，当列车车头压中地面设置的RFID读写器2时，地面RFID读写器2将该列车车头的电子标签号发送到地面列控中心系统，然后再转发给车载TMIS列车完整性检测系统，TMIS系统会根据数据库中电子标签号对应列车信息获取该列车车头机车信息，并记录当前列车的速度、位移和时间。

步骤5，当列车车尾压中地面设置的RFID读写器2时，地面RFID读写器2将该列车车头的电子标签号发送到地面列控中心系统的RFID处理服务器，然后再由RBC转发给车载TMIS列车完整性检测系统，TMIS系统会根据数据库中电子标签号对应列车信息获取该列车车尾机车信息，并记录当前列车的速度、位移和时间；

步骤6，根据第二组RFID读写器读到列车的车头和车尾两次的电子标签号对应的车头机车号和车尾车厢号，并根据数据库存储信息判断是否属于本次列车的首尾，同时再根据两次压中的位移值计算出列车长度，与实际车长进行比较；TMIS系统根据这两个条件预判断该列车当前完整。

步骤7，TMIS系统根据两组RFID返回的值计算的车列完整性状态。判断条件如下：如果两次都满足列车完整性判断，则认为该列车当前完整，否则认为不完整。

步骤8：不完整则向车载ATP发出列车完整性缺失报警。

如图2所示，地面RFID电子标签读写设备的内部结构及工作原理如下所述：

(1)地面RFID电子标签读写设备由RFID读写器、RFID天线、通信单元、核心处理器、电源构成。

(2)当列车运行到地面RFID电子标签读写设备可以识别的范围内后，电子标签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信息，读写器对接收到的信息进行解码后，将信息发送到处理器进行处理后通过网络(有线/无线方式)将接收到的电子标签发送到地面列控中心系统，再由RBC发送给车载TMIS系统；

(3)车载TMIS系统将接收到的电子标签信息后计算列车的完整性。

本发明通过采用成熟的RFID技术，双套地面RFID读写器来实现对列车完整性的可靠检测。该技术方案设计原理简单，中间环节少，受干扰的情况极少，且对人员和维护的需求很低，在满足系统需求的情况下，可大大降低系统的建设和维护成本。同时本系统车辆的电子标签也可用于车号识别系统中，实现了一套系统多重应用，可进一步降低系统的应用和建设成本，目前已得到地方铁路用户的认可，下一步计划进行应用推广。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于RFID技术的列车完整性检测装置，其特征在于，包括RFID电子标签、RFID读写器和列车完整性检测系统；

地面轨道上或轨旁上安装的RFID读写器读取列车车头和车尾的RFID电子标签后通过自身的通信单元将读取的信息发送给机车的列车完整性检测系统；

所述的列车完整性检测系统根据保存的RFID电子标签对应的列车车头及车尾车厢，结合接收到的同列列车车头和车尾的RFID电子标签发送的间隔时间，及列车的当前速度和位移来计算列车长度，从而计算出列车的完整性。

2.根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的列车完整性检测装置，其特征在于，所述的列车完整性检测系统必须在接收地面一组两个RFID读写器发出的列车首尾RFID电子标签信息后，然后根据两个RFID读写器反馈的首尾RFID电子标签数据和实际间隔Tb分别计算列车长度。

3.根据权利要求2所述的一种基于RFID技术的列车完整性检测装置，其特征在于，所述的列车长度计算如下：

L1w＝LC1s-LC1w，L2w＝LC2s-LC2w；

其中L1w表示一组第一个RFID读写器计算出的列车长度，L2w表示一组第二个RFID读写器计算出的列车长度，LC1s表示第一组第一个RFID读写器读取到列车车头RFID电子标签时的里程值，LC1w表示第一组第一个RFID读写器读取到列车车尾RFID电子标签时的里程值，LC2s表示第一组第二个RFID读写器读取到列车车头RFID电子标签时的里程值，LC2w表示第一组第二个RFID读写器读取到列车车尾RFID电子标签时的里程值；

只有当这两个反馈的RFID电子标签计算的列车长度都完整时，才认为列车满足完整性检测。

4.根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的列车完整性检测装置，其特征在于，所述的RFID电子标签安装在车箱的两边，安装高度与RFID读写器的安装高度匹配；或者所述的RFID电子标签安装在轨旁，安装高度应高于车厢箱体最下沿。

5.根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的列车完整性检测装置，其特征在于，所述的RFID读写器安装在轨道中心上，RFID电子标签安装车辆的底部中心位置。

6.根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的列车完整性检测装置，其特征在于，所述的RFID电子标签存储的标识数据内容包括标签ID、线路代码、区域代码、车站代码和速度等级信息。

7.根据权利要求1所述的一种基于RFID技术的列车完整性检测装置，其特征在于，所述的RFID读写器将接收到的电子标签发送到地面列控中心系统，再由地面列控中心系统发送给列车完整性检测系统。

8.一种用于权利要求1所述的基于RFID技术的列车完整性检测装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)当列车车头压中地面设置的RFID读写器1时，RFID读写器1将该列车车头的电子标签号发送到地面列控中心系统，然后再转发给车载列车完整性检测系统TMIS，TMIS根据数据库中电子标签号对应列车信息获取该列车车头机车信息，并记录当前列车的速度、位移和时间；

步骤2)当列车车尾压中地面设置的RFID读写器1时，地面RFID读写器1将该列车车头的电子标签号发送到地面列控中心系统，然后再转发给车载列车完整性检测系统TMIS，TMIS根据数据库中电子标签号对应列车信息获取该列车车尾机车信息，并记录当前列车的速度、位移和时间；

步骤3)TMIS进行第一次预判断列车当前完整；

步骤4)当列车车头压中地面设置的RFID读写器2时，地面RFID读写器2将该列车车头的电子标签号发送到地面列控中心系统，然后再转发给车载列车完整性检测系统TMIS，TMIS根据数据库中电子标签号对应列车信息获取该列车车头机车信息，并记录当前列车的速度、位移和时间。

步骤5)当列车车尾压中地面设置的RFID读写器2时，地面RFID读写器2将该列车车头的电子标签号发送到地面列控中心系统，然后再转发给车载列车完整性检测系统TMIS，TMIS根据数据库中电子标签号对应列车信息获取该列车车尾机车信息，并记录当前列车的速度、位移和时间；

步骤6)TMIS进行第二次预判断列车当前完整；

步骤7，TMIS根据两组RFID返回的值计算的列车完整性状态，判断条件如下：如果两次都满足列车完整性判断，则认为该列车当前完整，否则认为不完整；

步骤8：不完整则向车载ATP发出列车完整性缺失报警。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的步骤3)TMIS进行第一次预判断列车当前完整，具体为：

TMIS根据RFID读写器1读写到列车的车头和车尾两次的电子标签号对应的车头机车号和车尾车厢号，并根据数据库存储信息判断是否属于本次列车的首尾，同时再根据两次压中的位移值计算出列车长度，与实际车长进行比较。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的步骤6)TMIS进行第二次预判断列车当前完整，具体为：

TMIS根据RFID读写器2读到列车的车头和车尾两次的电子标签号对应的车头机车号和车尾车厢号，并根据数据库存储信息判断是否属于本次列车的首尾，同时再根据两次压中的位移值计算出列车长度，与实际车长进行比较。

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