基于RFID技術下鐵路設備巡檢平臺設計研究

一直以來，傳統鐵路電力設備人工巡檢方式存在設備信息記錄不清晰、不完整、設備履歷表存放地點混亂、更新不及時的情況。從鐵路運營生產、設備大修更新改造對既有電力設備數量及參數信息準確性要求出發，結合RFID技術特點，提出將其應用于鐵路電力設備管理的基本技術方案 ：一方面提高鐵路局供電段設備管理能力，另一方面為鐵路大修改造工程提供及時準確的數據支撐。

信息化是鐵路發展的必由之路，將信息技術與企業管理理念融合可有效提升鐵路系統整體的運營、維護和服務水平。當前已有相當一部分供電段通過使用鐵路供電管理信息系統來處理日常工作和事務。

RFID技術是通過空間電磁或電感耦合的非接觸方式，實現雙向通信并交換數據的技術，讀寫時人員與電力設備可保持安全距離，數據采集快，操作簡單，適用于離散設備的巡檢。

鐵路電力設備巡檢系統主要包括PC端、PDA、RFID電子標簽，巡檢管理信息系統、發/讀卡器、服務器、網關等。

在開展正常的設備巡檢工作之前，應先將電力設備按照鐵路局內既有線管理辦法統籌分類，各類設備分配唯一標識RFID電子標簽，RFID標簽內寫入設備的履歷和安裝后運維信息等。由于鐵路電力設備布置在鐵路線路沿線或車站附近，設備分散且沿線無鐵路內網接入點，RFID讀寫器采集的設備信息需要先存儲在PDA中，再由移動公網（WiFi/4G/5G）與鐵路外網服務器進行數據傳輸，通過隔離網閘將安全的數據傳送回鐵路內網。

RFID手持終端設備實現讀、寫RFID電子標簽，信息存儲，設備間通訊的核心功能。由核心板和功能板組成，其中核心板由MCU主控芯片及各 FPC 柔性功能板接口組成，功能板由RFID模塊、藍牙模塊、電源模塊、TF卡槽等組成。

目前，鴻羽820具有的4dBi圓極化天線是適用于UHF頻段RFID應用場合的通用型遠場天線，具有小體積、高增益、低駐波、方向圖對稱性好、低軸比等特點，可廣泛適用于各種惡劣環境。

鐵路RFID巡檢系統總體架構由RFID讀寫器、傳感器、數據處理中心及用戶界面組成支持實時數據采集、遠程數據傳輸和本地數據存儲實現對鐵路電力設備的快速識別與狀態監測。

在核心模塊劃分上，RFID標簽與RFID讀寫器實現設備唯一識別傳感器模塊負責收集環境數據與設備運行參數數據處理模塊負責信息整合與分析

設備巡檢員使用RFID讀寫器收集設備信息數據通過傳感器模塊同步至數據處理中心系統分析數據并向巡檢員提供設備狀態報告。

在RFID配置選型中選擇超高頻、遠距離讀取的RFID設備，確保RFID讀寫器與現有鐵路電力設備兼容性同時考慮設備在復雜環境下的穩定性能。部署溫度、濕度、震動等傳感器實時監測環境與設備狀態，利用模擬與數字信號轉換技術確保數據準確性，設計傳感器網絡以提供全方位的數據覆蓋。

在系統軟件架構中采用模塊化設計便于維護與升級，支持多種數據格式以確保數據交換的靈活性，設計中間件實現不同系統間的集成。數據庫構建包含巡檢項、設備信息、操作人員等數據表，實現數據庫的查詢優化以支持快速數據檢索，設計數據備份和恢復流程以確保數據完整性。所構建信息系統數據處理與分析算法實現數據預處理以過濾噪聲和異常值，應用機器學習算法進行設備狀態預測同時利用數據挖掘技術優化巡檢路線與頻率。

系統安全與穩定性方面采用加密技術保護數據傳輸，設計權限管理控制不同級別的數據訪問，實施冗余設計增強系統的容錯能力。

當前，RFID技術可實現鐵路貨物的快速識別和追蹤，提高運輸管理效率。通過RFID技術，可以降低鐵路運營成本，提高運輸安全性。但是鐵路環境復雜，RFID標簽和RFID讀寫器的耐候性、抗干擾能力需進一步提高。需要建立統一的標準和規范，以實現鐵路RFID技術的廣泛應用。

目前，鐵路RFID技術創新與研發方向主要有新型標簽與讀寫器技術研究、數據安全與隱私保護技術、鐵路RFID技術與物聯網、大數據的融合三大方向。開發更高頻段的RFID標簽與RFID讀寫器，研究適用于不同環境條件的耐用型標簽，提高讀寫器的識別距離和數據傳輸速度。加強RFID系統的加密與認證機制，研究基于區塊鏈的數據安全解決方案，探索匿名化數據收集與處理技術。同時利用物聯網技術實現RFID信息的遠程監控，通過大數據分析優化鐵路物流管理流程，推動鐵路RFID技術與智能交通系統的集成。

國家政策大力支持鐵路信息化建設行業標準不斷完善將促進技術應用，產業鏈上下游企業的合作將加速市場成熟，預計市場規模在未來幾年將持續擴大，隨著技術成熟，成本將進一步降低，需求增長將主要來自于貨運和客運領域。

對于一些潛在應用領域，將RFID巡檢技術應用到城市軌道交通和公路基礎設施的維護中探索在工業設備、電力系統等其他領域的巡檢和健康管理應用，開展跨行業合作，實現技術標準的統一和互操作性，也具有十分重要的價值與意義。

（編輯：孫國軒 指導老師：蔣南云，侵刪）

審核編輯 黃宇