淺談物聯網在我國鐵路運輸領域的應用與發展論文
目前,資訊科技的應用對人類社會生活的各個方面產生了巨大的衝擊,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,很可能引起第三次資訊化發展浪潮。有專家斷言:世界上的萬事萬物,小到手錶、鑰匙,大到火車、汽車、樓房,只要嵌入一個微型感應晶片,這個物體就可以自動“開口說話”;如果再借助無線網路技術,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”。那麼,物聯網究竟是什麼?對我國鐵路運輸領域又會帶來哪些深遠影響?
1 物聯網
物聯網又叫感測網,指的是將各種資訊感測裝置,如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、鐳射掃描器等種種裝置與網際網路結合起來而形成的一個巨大網路。透過裝置在各類物體上的電子標籤、感測器、二維碼等,再透過介面與無線網路相連,從而給物體賦予智慧,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路就是“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:把所有物品透過射頻識別等資訊感測裝置與網際網路連線起來,實現智慧化識別和管理。2005年,在突尼西亞舉行的資訊社會世界峰會(WSIS)上,國際電信聯盟(ITU)正式提出了“物聯網”的概念。由於物聯網用途廣泛,遍及智慧交通、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網際網路一樣高度普及,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路技術建立起來的。其中非常重要的技術是RFID(RadioFrequencyIdentification)電子標籤技術。
RFID系統一般由以下2部分組成:電子標籤和閱讀器。電子標籤附著在被識別的物體上;閱讀器可以是讀或讀/寫裝置,取決於所使用的儲存器結構和技術。電子標籤是將幾個主要模組整合到一塊晶片中,完成與閱讀器的通訊。晶片上有EEPROM用來儲存識別碼或其他資料。EEPROM容量從幾位元到幾萬位元。晶片外圍僅需連線天線(和電池),可以作為人員的身份識別卡或貨物的'標識卡。電子標籤具有非接觸、工作距離長、適於惡劣環境、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(區域大小取決於工作頻率和天線尺寸),電子標籤內有一個LC串聯諧振電路,其頻率與閱讀器發射的頻率相同。當電子標籤經過這個區域時,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,以將電子標籤內資料發射出去或接取閱讀器的資料。閱讀器接收到電子標籤的資料後,解碼並進行錯誤校驗以決定資料的有效性,然後,透過無線方式將資料傳送到計算機網路。
RFID技術的基本工作原理並不複雜:當標籤進入磁場後,接收解讀器發出的射頻訊號,憑藉感應電流所獲得的能量傳送出儲存在晶片中的產品資訊(PassiveTag,無源標籤或被動標籤),或者主動傳送某一頻率的訊號(ActiveTag,有源標籤或主動標籤);解讀器讀取資訊並解碼後,送至中心資訊系統進行有關資料處理。
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範。該系統主要由車輛標籤、地面AEI裝置、車站CPS裝置、列檢覆示系統、鐵路局AEI監控中心裝置、標籤程式設計網路等部分組成。其工作流程是:先將車號資訊及車輛的技術引數資訊輸入車輛標籤內部儲存器;由地面AEI裝置實時準確地完成對列車車輛標籤資訊的採集,並將採集的資訊進行處理,透過專線傳至車站CPS裝置;CPS管理裝置完成AEI採集資料的處理,並向列檢覆示系統轉發資料,為車輛管理和裝置維護提供可靠資訊。在此期間,由鐵路局AEI監控中心裝置實時監測每臺地面AEI的工作狀態,協調、指揮AEI裝置維護,確保AEI裝置良好運用,並實時接收AEI採集的列車、車號資料和每臺AEI產生的故障資訊和裝置狀態資訊,透過對故障資訊和裝置狀態資訊進行分析,及時瞭解地面AEI裝置的工作狀態,對故障及時處理,同時還可以監測貨車標籤的工作狀態。標籤程式設計網路的主要功能是在標籤安裝前,將車輛資訊寫入標籤記憶體的網路系統,防止出現錯號、重號車,並對丟失損壞的標籤進行補裝。
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、智慧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 物聯網應用於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,對鐵路資訊化水平的要求越來越高,鐵路通訊資訊網路也正朝著資料化、寬頻化、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。
如果鐵路客票採用RFID電子客票,其電子晶片的內部資料是加密的,只有特定的讀寫器可以讀出資料,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透過行動式的識讀器對車票上的RFID電子標籤進行讀取,並與資料庫中的資料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.站車資訊共享。
目前鐵路在站車資訊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技術的網路資訊共享性,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,透過該系統中乘坐人員的資訊與車站售出車票資訊對比,還可以檢視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影象識別,即透過攝像頭識別集裝箱表面的印刷箱號,透過影象處理形成數字箱號採集到計算機中,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,開發出資訊化集裝箱,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籤穿透性、惟一性的特點,藉助嵌在商品內發出的無線電波的標籤所記錄的商品序號、日期等各專案的資訊,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,很多關鍵技術仍處於探索階段,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,並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。