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淺談物聯(lián)網(wǎng)在我國鐵路運輸領(lǐng)域的應用與發(fā)展論文
目前,信息技術(shù)的應用對人類(lèi)社會(huì )生活的各個(gè)方面產(chǎn)生了巨大的沖擊,對我國鐵路運輸領(lǐng)域也提供了新的挑戰和發(fā)展機遇。尤其近年來(lái),隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的悄然興起,很可能引起第三次信息化發(fā)展浪潮。有專(zhuān)家斷言:世界上的萬(wàn)事萬(wàn)物,小到手表、鑰匙,大到火車(chē)、汽車(chē)、樓房,只要嵌入一個(gè)微型感應芯片,這個(gè)物體就可以自動(dòng)“開(kāi)口說(shuō)話(huà)”;如果再借助無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù),人們就可以和物體直接“對話(huà)”,物體和物體之間也能隨時(shí)“交流”。那么,物聯(lián)網(wǎng)究竟是什么?對我國鐵路運輸領(lǐng)域又會(huì )帶來(lái)哪些深遠影響?
1 物聯(lián)網(wǎng)
物聯(lián)網(wǎng)又叫傳感網(wǎng),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(lián)網(wǎng)結合起來(lái)而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò )。通過(guò)裝置在各類(lèi)物體上的電子標簽、傳感器、二維碼等,再通過(guò)接口與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相連,從而給物體賦予智能,可以實(shí)現人與物體的溝通和對話(huà),也可以實(shí)現物體與物體互相間的溝通和對話(huà)。這種將物體聯(lián)接起來(lái)的網(wǎng)絡(luò )就是“物聯(lián)網(wǎng)”。
“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念最早出現在1999年,它最初的定義很簡(jiǎn)單:把所有物品通過(guò)射頻識別等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái),實(shí)現智能化識別和管理。2005年,在突尼斯舉行的信息社會(huì )世界峰會(huì )(WSIS)上,國際電信聯(lián)盟(ITU)正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。由于物聯(lián)網(wǎng)用途廣泛,遍及智能交通、環(huán)境保護、公共安全、工業(yè)監測等多個(gè)領(lǐng)域,相關(guān)專(zhuān)家預言:未來(lái)10年內,物聯(lián)網(wǎng)一定會(huì )像現在互聯(lián)網(wǎng)一樣高度普及,且有萬(wàn)億元級的市場(chǎng)空間。
2 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和工作原理
物聯(lián)網(wǎng)是利用無(wú)所不在的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)建立起來(lái)的。其中非常重要的技術(shù)是RFID(RadioFrequencyIdentification)電子標簽技術(shù)。
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(zhù)在被識別的物體上;閱讀器可以是讀或讀/寫(xiě)裝置,取決于所使用的存儲器結構和技術(shù)。電子標簽是將幾個(gè)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(lái)儲存識別碼或其他數據。EEPROM容量從幾比特到幾萬(wàn)比特。芯片外圍僅需連接天線(xiàn)(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(cháng)、適于惡劣環(huán)境、可識別運動(dòng)目標等優(yōu)點(diǎn)。在多數RFID系統中,閱讀器在一個(gè)區域內發(fā)射電磁波(區域大小取決于工作頻率和天線(xiàn)尺寸),電子標簽內有一個(gè)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(jīng)過(guò)這個(gè)區域時(shí),在電磁波的激勵下,LC諧振電路產(chǎn)生共振,從而使電容內有了電荷。在這個(gè)電容的另一端,接有一個(gè)單向導通的電子泵,將電容內的電荷送到另一個(gè)電容內儲存。當所積累的電荷達到一定值時(shí),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(fā)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(jìn)行錯誤校驗以決定數據的有效性,然后,通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式將數據傳送到計算機網(wǎng)絡(luò )。
RFID技術(shù)的基本工作原理并不復雜:當標簽進(jìn)入磁場(chǎng)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(chǎn)品信息(PassiveTag,無(wú)源標簽或被動(dòng)標簽),或者主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(ActiveTag,有源標簽或主動(dòng)標簽);解讀器讀取信息并解碼后,送至中心信息系統進(jìn)行有關(guān)數據處理。
3 物聯(lián)網(wǎng)在我國鐵路運輸領(lǐng)域的早期應用
早在2001年,RFID技術(shù)就已經(jīng)運用在鐵路車(chē)號自動(dòng)識別系統中,成為物聯(lián)網(wǎng)目前在我國鐵路運輸領(lǐng)域運用最早的成熟典范。該系統主要由車(chē)輛標簽、地面AEI設備、車(chē)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(wǎng)絡(luò )等部分組成。其工作流程是:先將車(chē)號信息及車(chē)輛的技術(shù)參數信息輸入車(chē)輛標簽內部存儲器;由地面AEI設備實(shí)時(shí)準確地完成對列車(chē)車(chē)輛標簽信息的采集,并將采集的信息進(jìn)行處理,通過(guò)專(zhuān)線(xiàn)傳至車(chē)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(fā)數據,為車(chē)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(shí)時(shí)監測每臺地面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(shí)時(shí)接收AEI采集的列車(chē)、車(chē)號數據和每臺AEI產(chǎn)生的故障信息和設備狀態(tài)信息,通過(guò)對故障信息和設備狀態(tài)信息進(jìn)行分析,及時(shí)了解地面AEI設備的工作狀態(tài),對故障及時(shí)處理,同時(shí)還可以監測貨車(chē)標簽的工作狀態(tài)。標簽編程網(wǎng)絡(luò )的主要功能是在標簽安裝前,將車(chē)輛信息寫(xiě)入標簽內存的網(wǎng)絡(luò )系統,防止出現錯號、重號車(chē),并對丟失損壞的標簽進(jìn)行補裝。
該系統的投入使用,不僅實(shí)現了對列車(chē)車(chē)次、車(chē)號的自動(dòng)識別、實(shí)時(shí)跟蹤和故障車(chē)輛的準確預報、動(dòng)態(tài)管理等主要功能,大大提高了車(chē)輛利用水平和運輸組織效率,同時(shí)也為我國鐵路探索更加科學(xué)化、現代化、智能化的管理模式提供了有益的實(shí)踐經(jīng)驗,為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國鐵路運輸領(lǐng)域的普遍應用奠定了良好基礎。
4 物聯(lián)網(wǎng)應用于我國鐵路運輸領(lǐng)域的廣闊前景
近年來(lái),隨著(zhù)我國高速鐵路、客運專(zhuān)線(xiàn)建設步伐的加快,對鐵路信息化水平的要求越來(lái)越高,鐵路通信信息網(wǎng)絡(luò )也正朝著(zhù)數據化、寬帶化、移動(dòng)化和多媒體化的方向發(fā)展,各方面的條件已經(jīng)基本滿(mǎn)足了物聯(lián)網(wǎng)在鐵路運輸領(lǐng)域的推廣和應用。其中,在以下幾個(gè)方面尤為值得關(guān)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(xiě)器可以讀出數據,這將是對造假者以沉重打擊。同時(shí)車(chē)站及車(chē)上的檢票人員只需通過(guò)便攜式的識讀器對車(chē)票上的RFID電子標簽進(jìn)行讀取,并與數據庫中的數據進(jìn)行比對就可以辨別車(chē)票的真偽,大大加快了旅客進(jìn)出站的速度,為方便車(chē)站組織旅客乘降提供了便利。
2.站車(chē)信息共享。
目前鐵路在站車(chē)信息共享方面還很不成熟,造成的經(jīng)濟損失以及旅客列車(chē)資源浪費的現象還比較嚴重。如果利用RFID技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )信息共享性,可以及時(shí)將車(chē)站的預留客票發(fā)售情況反饋給車(chē)上,同時(shí)將車(chē)上的補票情況反饋給車(chē)站,就可以清楚的知道有哪些車(chē)站的預留車(chē)票是沒(méi)有發(fā)售完的,從而方便車(chē)上的旅客及時(shí)補票。此外,通過(guò)該系統中乘坐人員的信息與車(chē)站售出車(chē)票信息對比,還可以查看是否有用假票乘坐列車(chē)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(fā)展方向,是提高鐵路服務(wù)質(zhì)量非常有效的運輸方式,蘊藏著(zhù)巨大的增長(cháng)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(guò)攝像頭識別集裝箱表面的印刷箱號,通過(guò)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(shù)應用到鐵路集裝箱,開(kāi)發(fā)出信息化集裝箱,不僅能夠隨時(shí)觀(guān)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(diǎn),借助嵌在商品內發(fā)出的無(wú)線(xiàn)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(kāi)箱檢查就知道里面有幾樣物品。同時(shí)也可以防止貨物在倉庫被盜、受損等情況。
5 結束語(yǔ)
雖然物聯(lián)網(wǎng)的概念剛剛走熱,很多關(guān)鍵技術(shù)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(cháng)期科學(xué)與技術(shù)發(fā)展規劃(2006—2020年)》中已將此列為重點(diǎn)研究領(lǐng)域,并攻克了大量關(guān)鍵技術(shù),取得了國際標準制定的重要話(huà)語(yǔ)權,在相關(guān)領(lǐng)域的應用也初見(jiàn)成效。相信不遠的將來(lái),在我國鐵路運輸領(lǐng)域也隨時(shí)隨處能夠感受到物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的深刻變化。
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