目前,信息技术的应用对人类社会生活的各个方面产生了巨大的冲击,对我国铁路运输领域也提供了新的挑战和发展机遇。尤其近年来,随着物联网技术的悄然兴起,很可能引起第三次信息化发展浪潮。有专家断言:世界上的万事万物,小到手表、钥匙,大到火车、汽车、楼房,只要嵌入一个微型感应芯片,这个物体就可以自动开口说话如果再借助无线网络技术,人们就可以和物体直接对话,物体和物体之间也能随时交流。那么,物联网究竟是什么?对我国铁路运输领域又会带来哪些深远影响?
1 物联网
物联网又叫传感网,指的是将各种信息传感设备,如射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。通过装置在各类物体上的电子标签、传感器、二维码等,再通过接口与无线网络相连,从而给物体赋予智能,可以实现人与物体的沟通和对话,也可以实现物体与物体互相间的沟通和对话。这种将物体联接起来的网络就是物联网。
物联网这一概念最早出现在1999年,它最初的定义很简单:把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。2005年,在突尼斯举行的信息社会世界峰会(WSIS)上,国际电信联盟(ITU)正式提出了物联网的概念。由于物联网用途广泛,遍及智能交通、环境保护、公共安全、工业监测等多个领域,相关专家预言:未来10年内,物联网一定会像现在互联网一样高度普及,且有万亿元级的市场空间。
2 物联网的关键技术和工作原理
物联网是利用无所不在的网络技术建立起来的。其中非常重要的技术是RFID(RadioFrequencyIdentification)电子标签技术。
RFID系统一般由以下2部分组成:电子标签和阅读器。电子标签附着在被识别的物体上;阅读器可以是读或读/写装置,取决于所使用的存储器结构和技术。电子标签是将几个主要模块集成到一块芯片中,完成与阅读器的通信。芯片上有EEPROM用来储存识别码或其他数据。EEPROM容量从几比特到几万比特。芯片外围仅需连接天线(和电池),可以作为人员的身份识别卡或货物的标识卡。电子标签具有非接触、工作距离长、适于恶劣环境、可识别运动目标等优点。在多数RFID系统中,阅读器在一个区域内发射电磁波(区域大小取决于工作频率和天线尺寸),电子标签内有一个LC串联谐振电路,其频率与阅读器发射的频率相同。当电子标签经过这个区域时,在电磁波的激励下,LC谐振电路产生共振,从而使电容内有了电荷。在这个电容的另一端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内储存。当所积累的电荷达到一定值时,此电容可作为电源为其他电路提供工作电压,以将电子标签内数据发射出去或接取阅读器的数据。阅读器接收到电子标签的数据后,解码并进行错误校验以决定数据的有效性,然后,通过无线方式将数据传送到计算机网络。
RFID技术的基本工作原理并不复杂:当标签进入磁场后,接收解读器发出的射频信号,凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息(PassiveTag,无源标签或被动标签),或者主动发送某一频率的信号(ActiveTag,有源标签或主动标签);解读器读取信息并解码后,送至中心信息系统进行有关数据处理。
3 物联网在我国铁路运输领域的早期应用
早在2001年,RFID技术就已经运用在铁路车号自动识别系统中,成为物联网目前在我国铁路运输领域运用最早的成熟典范。该系统主要由车辆标签、地面AEI设备、车站CPS设备、列检复示系统、铁路局AEI监控中心设备、标签编程网络等部分组成。其工作流程是:先将车号信息及车辆的技术参数信息输入车辆标签内部存储器;由地面AEI设备实时准确地完成对列车车辆标签信息的采集,并将采集的信息进行处理,通过专线传至车站CPS设备;CPS管理设备完成AEI采集数据的处理,并向列检复示系统转发数据,为车辆管理和设备维护提供可靠信息。在此期间,由铁路局AEI监控中心设备实时监测每台地面AEI的工作状态,协调、指挥AEI设备维护,确保AEI设备良好运用,并实时接收AEI采集的列车、车号数据和每台AEI产生的故障信息和设备状态信息,通过对故障信息和设备状态信息进行分析,及时了解地面AEI设备的工作状态,对故障及时处理,同时还可以监测货车标签的工作状态。标签编程网络的主要功能是在标签安装前,将车辆信息写入标签内存的网络系统,防止出现错号、重号车,并对丢失损坏的标签进行补装。
该系统的投入使用,不仅实现了对列车车次、车号的自动识别、实时跟踪和故障车辆的准确预报、动态管理等主要功能,大大提高了车辆利用水平和运输组织效率,同时也为我国铁路探索更加科学化、现代化、智能化的管理模式提供了有益的实践经验,为物联网技术在我国铁路运输领域的普遍应用奠定了良好基础。
4 物联网应用于我国铁路运输领域的广阔前景
近年来,随着我国高速铁路、客运专线建设步伐的加快,对铁路信息化水平的要求越来越高,铁路通信信息网络也正朝着数据化、宽带化、移动化和多媒体化的方向发展,各方面的条件已经基本满足了物联网在铁路运输领域的推广和应用。其中,在以下几个方面尤为值得关注和期待:
1.客票防伪与识别。
如果铁路客票采用RFID电子客票,其电子芯片的内部数据是加密的,只有特定的读写器可以读出数据,这将是对造假者以沉重打击。同时车站及车上的检票人员只需通过便携式的识读器对车票上的RFID电子标签进行读取,并与数据库中的数据进行比对就可以辨别车票的真伪,大大加快了旅客进出站的速度,为方便车站组织旅客乘降提供了便利。
2.站车信息共享。
目前铁路在站车信息共享方面还很不成熟,造成的经济损失以及旅客列车资源浪费的现象还比较严重。如果利用RFID技术的网络信息共享性,可以及时将车站的预留客票发售情况反馈给车上,同时将车上的补票情况反馈给车站,就可以清楚的知道有哪些车站的预留车票是没有发售完的,从而方便车上的旅客及时补票。此外,通过该系统中乘坐人员的信息与车站售出车票信息对比,还可以查看是否有用假票乘坐列车的现象。
3.集装箱追踪管理与监控。
集装箱运输是铁路货物运输的发展方向,是提高铁路服务质量非常有效的运输方式,蕴藏着巨大的增长空间,具备很强的发展优势。目前国际上集装箱的管理基本都是使用箱号图像识别,即通过摄像头识别集装箱表面的印刷箱号,通过图像处理形成数字箱号采集到计算机中,这种方法识别率较低,而且受天气及集装箱破损的影响较大。如果将RFID技术应用到铁路集装箱,开发出信息化集装箱,不仅能够随时观测到集装箱在运输途中的状态,防止货物丢失和损坏,也能大大提高铁路集装箱利用的效率和效益。
4.仓库管理。
在铁路的货运仓库管理方面,RFID也可充分发挥其电子标签穿透性、惟一性的特点,借助嵌在商品内发出的无线电波的标签所记录的商品序号、日期等各项目的信息,让工作人员不用开箱检查就知道里面有几样物品。同时也可以防止货物在仓库被盗、受损等情况。
5 结束语
虽然物联网的概念刚刚走热,很多关键技术仍处于探索阶段,但其发展势头却非常迅猛。目前,在《国家中长期科学与技术发展规划(20062020年)》中已将此列为重点研究领域,并攻克了大量关键技术,取得了国际标准制定的重要话语权,在相关领域的应用也初见成效。相信不远的将来,在我国铁路运输领域也随时随处能够感受到物联网带来的深刻变化。