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淺談物聯網在我國鐵路運輸領域的應用與發展論文
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和發展機遇。尤其近年來,隨著物聯網技術的悄然興起,很可能引起第三次信息化發展浪潮。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 物聯網
物聯網又叫傳感網,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、激光掃描器等種種裝置與互聯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,可以實現人與物體的溝通和對話,也可以實現物體與物體互相間的溝通和對話。這種將物體聯接起來的網絡就是“物聯網”。
“物聯網”這一概念最早出現在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網連接起來,實現智能化識別和管理。2005年,在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上,國際電信聯盟(ITU)正式提出了“物聯網”的概念。由于物聯網用途廣泛,遍及智能交通、環境保護、公共安全、工業監測等多個領域,相關專家預言:未來10年內,物聯網一定會像現在互聯網一樣高度普及,且有萬億元級的市場空間。
2 物聯網的關鍵技術和工作原理
物聯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據。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、適于惡劣環境、可識別運動目標等優點。在多數RFID系統中,閱讀器在一個區域內發射電磁波(區域大小取決于工作頻率和天線尺寸),電子標簽內有一個LC串聯諧振電路,其頻率與閱讀器發射的頻率相同。當電子標簽經過這個區域時,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,以將電子標簽內數據發射出去或接取閱讀器的數據。閱讀器接收到電子標簽的數據后,解碼并進行錯誤校驗以決定數據的有效性,然后,通過無線方式將數據傳送到計算機網絡。
RFID技術的基本工作原理并不復雜:當標簽進入磁場后,接收解讀器發出的射頻信號,憑借感應電流所獲得的能量發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,送至中心信息系統進行有關數據處理。
3 物聯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中,成為物聯網目前在我國鐵路運輸領域運用最早的成熟典范。該系統主要由車輛標簽、地面AEI設備、車站CPS設備、列檢復示系統、鐵路局AEI監控中心設備、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采集數據的處理,并向列檢復示系統轉發數據,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監控中心設備實時監測每臺地面AEI的工作狀態,協調、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、車號數據和每臺AEI產生的故障信息和設備狀態信息,通過對故障信息和設備狀態信息進行分析,及時了解地面AEI設備的工作狀態,對故障及時處理,同時還可以監測貨車標簽的工作狀態。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,防止出現錯號、重號車,并對丟失損壞的標簽進行補裝。
該系統的投入使用,不僅實現了對列車車次、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、現代化、智能化的管理模式提供了有益的實踐經驗,為物聯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據化、寬帶化、移動化和多媒體化的方向發展,各方面的條件已經基本滿足了物聯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據是加密的,只有特定的讀寫器可以讀出數據,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,并與數據庫中的數據進行比對就可以辨別車票的真偽,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售完的,從而方便車上的旅客及時補票。此外,通過該系統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象。
3.集裝箱追蹤管理與監控。
集裝箱運輸是鐵路貨物運輸的發展方向,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,具備很強的發展優勢。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,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也可充分發揮其電子標簽穿透性、惟一性的特點,借助嵌在商品內發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
雖然物聯網的概念剛剛走熱,很多關鍵技術仍處于探索階段,但其發展勢頭卻非常迅猛。目前,在《國家中長期科學與技術發展規劃(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網帶來的深刻變化。
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