RFID施封鎖在鐵路貨運中的應用分析

王 杰 蚌埠鐵路五金建材總廠

鐵路客運事業的發展日新月異，既有線連續六次提速，動車組運行密度加大，高鐵投入運行，高鐵建設里程不斷增加……客運的自動化和現代化程度越來越高。相比之下，鐵路貨運事業的發展相對較落后，貨運管理的的手段沒有改變，效率較低，自動化和現代化程度都遠遠滿足不了國民經濟發展的需要，部分貨流開始轉向高速公路運輸，鐵路貨運的自動化和現代化水平亟需提高。本文從鐵路貨物運輸的一個側面—施封鎖管理，探討在鐵路貨運中引入RFID射頻識別施封鎖，提高貨運作業效率和貨車門鎖施封管理的自動化水平。

1 現有鐵路貨車施封鎖存在的不足

現有鐵路貨車（棚車、罐車、集裝箱等）用施封鎖均為鋼質施封鎖。此類施封鎖雖具有結構簡單、成本低廉等特點，但存在以下不足：

（1）施封、破封、保管、登記等均為手工作業，差錯率高。

（2）所記載的標識只有局別、施封站和封號，無法提供諸如施封人、施封時間等信息。

（3）一旦中途破封，無法記錄破封時間，不利于貨運事故的分析和公安偵破案件。

（4）不能使客戶或貨運管理部門對重點貨物、重點車輛的施封狀態進行跟蹤，無法實時掌握貨物狀態，不能及時提供物流信息。

（5）檢查只能由貨運人員或貨運檢查人員逐車、逐個現場檢查，作業效率低下。

（6）只能人工檢查，無法實現檢查的自動化、現代化，管理手段落后。

（7）檢查信息只能停留在作業班組或車站，無法及時將檢測信息上傳，不能實現信息資源共享。

為解決目前鐵路貨車使用鋼質施封鎖存在的問題，提高貨車施封的技術含量和作業效率，實現施封作業的現代化管理，基于RFID的施封鎖管理系統將能有效克服目前鋼質施封鎖存在的不足，提高貨運作業的自動化程度。

2 RFID技術綜述

2.1 RFID技術

RFID 是 Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別，俗稱電子標簽。射頻識別技術是20世紀90年代開始興起的一種自動識別技術，是一種利用射頻信號通過空間耦合 (交變磁場或電磁場)實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術。RFID射頻識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

2.2 RFID的基本組成部分

RFID是一種簡單的無線系統，該系統用于控制、檢測和跟蹤物體。系統由一個閱讀器（或詢問器）和很多標簽（或應答器）組成，通過天線傳遞射頻信號。

(1)標簽。由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。

(2)閱讀器。讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備，可設計為手持式或固定式。

RFID標簽分為被動標簽和主動標簽兩種。主動標簽自身帶有電池供電，讀/寫距離較遠，體積較大，與被動標簽相比成本更高，稱為有源標簽。被動標簽由閱讀器產生的磁場中獲得工作所需的能量，成本很低并具有很長的使用壽命，比主動標簽更小也更輕，讀寫距離則較近，稱為無源標簽。無源標簽因不需電源、外形小巧、輕薄，成本低、壽命長、可靠性高等優點，應用越來越廣泛。

2.3 RFID系統的基本工作原理

標簽進入磁場后，接收閱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（無源標簽），閱讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統進行有關數據處理。

一套完整的RFID系統,是由閱讀器與標簽及應用軟件系統三個部份所組成。其工作原理是:

閱讀器發射一特定頻率的無線電波能量給標簽,用以驅動標簽電路將內部的數據送出。此時閱讀器便依序接收解讀數據,送給應用程序做相應的處理。

以RFID閱讀器及標簽之間的通訊及能量感應方式來看，大致上可以分成感應偶合及后向散射偶合兩種,一般低頻的RFID大都采用第一種方式,而較高頻大多采用第二種方式。

閱讀器根據使用的結構和技術不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和標簽之間一般采用半雙工通信方式進行信息交換，同時閱讀器通過耦合給無源標簽提供能量和時序。在實際應用中，可進一步通過Internet或WLAN等實現對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。標簽是RFID系統的信息載體，目前標簽大多是由耦合原件（線圈、微帶天線等）和微芯片組成無源單元。

2.4 RFID技術的優勢

（1）通過射頻信號自動識別目標，無需可見光源。

（2）具有穿透性，可以透過外部材料直接讀取數據。

（3）射頻產品可在惡劣環境下可靠工作，對環境要求低。

（4）讀取距離遠，無需與目標接觸就可得到數據。

（5）支持寫入數據，無需重新制作新的標簽。

（6）使用防沖突技術，能夠同時處理多個射頻標簽，適用于批量識別場合。

（7）可以對RFID標簽所附著的物體進行追蹤定位，提供位置信息。

（8）系統信息可上傳，實現資源共享。

2.5 RFID技術的典型應用

射頻識別技術以其獨特的技術和成本優勢，逐漸被廣泛應用于工業自動化、商業自動化和交通運輸控制管理等領域。其典型應用領域如：物流和供應管理、生產制造和裝配、航空行李處理、郵件/快運包裹處理、文檔追蹤/圖書館管理、動物身份標識、運動計時、門禁控制/電子門票、道路自動收費等領域。

3 基于RFID的施封鎖在鐵路貨運中的應用

3.1 RFID技術施封鎖管理系統的構成

基于RFID技術的施封鎖管理系統，是將無源標簽固定在現有鋼質施封鎖上，形成無源射頻鎖卡標簽，閱讀器安裝在車站兩端的進出線路兩側，通過非接觸式信息讀寫，實現貨車施封信息與管理系統的數據信息連接，達到貨車施封狀態的在線自動識別和動態跟蹤。900 M頻段射頻識別系統，可同時讀寫多個靜止或移動的電子標簽。該系統包括：射頻鎖卡標簽、閱讀器、手持讀寫器、計算機處理系統四部分。

（1）無源射頻鎖卡標簽：此標簽可設計為柔性標簽，與現行鋼質施封鎖連為同步一體（鋼質施封鎖與該柔性標簽聯動），使用方法與鋼質施封鎖相同。該標簽為無源標簽，不需外部供電，工作環境溫度為-45℃~+85℃。鎖卡的內含數據可在100 km/h的速度下被8 m范圍內的固定閱讀器讀取。標簽在被激活后檢測施封鎖的狀態，并供固定閱讀器或手持讀寫器讀寫識別。

（2）固定閱讀器：露天設置于列車進出站時的線路兩側，在列車通過時讀取無源射頻鎖卡標簽信息，其外殼堅固，完全適應貨物列車的惡劣運行環境，可在8 m范圍內對速度100 km/h的標簽進行讀取。

（3）手持讀寫器：用于貨運人員或檢查人員對靜止車輛的射頻鎖卡標簽進行施封、檢封、補封、解封等操作。手持閱讀器結合貨運檢查作業流程，可在1.5 m范圍內對無源射頻鎖卡進行讀寫，并記錄所有的歷史操作。閱讀器具有無線數據傳輸通道，歷史操作記錄可自動上傳至服務器（或主控計算機），形成數據庫中的數據記錄。手持閱讀器由電池供電，可重復充電使用。

（4）主控計算機：實時采集射頻鎖卡標簽信息，并與鐵路生產網信息系統相聯接，及時將采集的射頻鎖卡標簽信息上傳，提供及時的物流信息。

3.2 基于RFID施封鎖的工作流程

（1）施封：棚車、罐車、集裝箱等貨運車輛裝載完畢后將車門施封鎖閉，貨運人員利用手持閱讀器將施封信息（如施封站、封印內容、施封時間、日期、施封人、封號、鎖狀態等）寫入位于鋼質施封鎖表面的無源射頻鎖卡標簽中并檢驗相關信息吻合，施封成功。

（2）檢封：射頻鎖卡標簽在運輸的全程實時檢測施封鎖狀態。一旦施封鎖被破封，無源射頻鎖卡標簽卡立即變為無效卡。當列車高速通過位于鐵路兩側的固定閱讀器時，系統會檢測每一個射頻鎖卡標簽中的數據，將其內含的施封信息自動與鐵路生產網中的電子票據信息比對并打印輸出，且可在施封無效的車輛出現時進行報警，以提高貨運檢查作業的針對性。在途中發生失竊案件后，鐵路公安部門可通過無效卡的破封時間來偵破案件。對于可疑的施封，貨運檢查人員也可通過使用手持機對車門施封狀態進行檢查。

（3）補封：對于在線檢測系統檢測后確認需要補封的貨車車輛，經有關部門檢查、核實并授權后，可由貨運檢查或貨運人員對車輛進行補封，并用手持機對射頻鎖卡標簽卡內鎖狀態數據進行復位（置 "0"），并寫入補封信息（如施封站、封印內容、施封時間、日期、施封人、流水號、鎖狀態等）。相應補封記錄可通過無線通道傳回貨運檢查室的主控計算機。

（4）啟封：對于到站車輛，由相關工作人員用手持閱讀器對卡內鎖狀態進行檢查，并進行啟封處理，處理過程通過無線通道傳回貨運室的主控計算機。

3.3 無源RFID施封鎖系統指標

（1）固定閱讀器可支持列車以100 km/h的最高速度通過，并準確讀取射頻鎖卡標簽內的施封信息，固定閱讀器的閱讀距離不小于8 m。

（2）手持閱讀器可在1.5 m范圍內讀寫射頻鎖卡標簽中的數據。該機具有鍵盤，顯示屏和至少256 K的內存，并可對內存進行擴展（選配）。

（5）射頻鎖卡標簽為鋼質施封鎖與無源射頻柔性標簽的結合物，兩者保持高度聯動，外形尺寸因鎖而異，結構緊湊。

（6）工作環境溫度為-40℃～+85℃。

（7）無源射頻鎖卡標簽不可重復使用，設計為一次性使用。

（8）系統誤碼率低：小于百萬分之一。

3.4無源RFID施封鎖系統的優點

（1）施封、檢封、補封、啟封等均為計算機控制，差錯率極低。

（2）貨車車輛以100 km/h的速度通過時，可被固定閱讀器自動識別、讀取，大大提高了對施封檢查的作業效率。

（3）可以在線實時動態檢測棚車、罐車及集裝箱車輛的施封是否有效，實現了施封鎖檢查的自動化、現代化，增加了貨運檢查作業的針對性。

（4）有利于形成鐵路物流管理系統?？蓪χ攸c貨物、重點車輛的施封狀態進行跟蹤，實時掌握貨運狀態，為客戶提供及時的物流信息。

（5）施封信息較完善。除提供施封站和封號等信息外，還可提供諸如施封時間、日期、施封人等信息。

（6）記錄信息完整，發生意外時有據可查。例如中途破封時，可以記錄破封時間，有利于貨運事故的分析和公安偵破案件。

4 結論

目前鐵路貨運作業的自動化和現代化水平還較低，隨著RFID技術的不斷成熟和成本的不斷降低，在鐵路貨運領域的應用也會越來越廣泛?；赗FID技術的施封鎖與傳統施封鎖相比在改變管理手段、提高作業效率及貨物跟蹤服務等方面具有較大的優勢，必將取代傳統鋼質施封鎖，是鐵路物流下一步發展的方向，也是鐵路貨運發展的必然趨勢。