GPS 和RFID 技术的铁路信号设备巡检系统

马 晶

（中铁十九局集团电务工程有限公司，北京 100176）

0 引言

以确保列车安全运行为目标，信号设备巡检工作者要规范地巡查多种信号设备，有效找到列车运行隐患并加以处理。在列车提速的发展背景下，开天窗运行时间逐步缩短，维护工作呈现出一定难度，需要时刻关注维护工作对设备的巡视效果，这说明巡检信号设备的工作不可或缺。因为设备分布区域广泛，维修要求相对严格，需要引进先进的技术辅助信号设备巡检工作。GPS 和RFID 技术为铁路信号设备巡检体系的一个新颖手段，可以显著提升信号设备巡检的有效性。

1 高速铁路信号设备质量的影响因素

即使日常维修和安全检查工作未能找到设备质量的影响因素，信号设备的质量问题也会在故障的驱使下被动呈现出来。立足于铁路信号设备的软件和硬件因素，探索信号设备出现的故障，重点体现在以下3 点：

（1）设备源头质量存有缺陷。信号设备供应商生产的产品质量不高，不仅使新技术和新装备在繁琐的高速铁路运行环境下产生问题，还涉及高速铁路软件设计不科学，堵塞信息通道。因为招投标过程中制造工艺存在问题，导致信号设备质量不足，包括继电器接点设计与电子板件不良等。此外，新线建设期间表现出信号设备安装调试不够稳定，也制约着信号设备的巡视效果。

（2）日常维护管理尚未落实。维修作业不够标准化，对维修标准以及维护内容了解不全面，出现漏检、漏修现象。其次，缺少对信号设备运行状态的了解过程，对信号设备的维护缺少针对性，无法排除信号设备的质量隐患。维护手段不够新颖，尤其是高速铁路维护作业往往是夜间环境，若照明条件不够优越，会使信号设备巡视无法落实或者巡视检测不标准，降低维护实效性。

（3）质量研究攻关不到位。设备故障产生的原因在分析过程中不够彻底，尤其是道岔转换问题，往往只研究道岔别卡的现象，忽视道岔别卡的主要因素。其次是质量安全隐患的攻关不够合理，比如在道岔结合部，经多次病害联合整治操作仍未降低安全隐患，时常出现设备软件问题，影响地铁信号设备巡检工作的效率。

2 GPS 和RFID 技术的铁路信号设备巡检系统现状

2.1 电子巡检系统组成

现阶段铁路信号设备系统的巡检方式依旧是信号工作者报到、单位负责人安排的模式，存在设备漏检或不检的情况。为此研制了诸多高科技的巡检电子类设备，涉及巡检仪器、设备或者管理系统等，主要使用GPS、立足RFID 技术形成的一种电子巡检系统。

（1）围绕信息纽扣形成的电子巡检系统。信息纽扣为自动分辨芯片的一种形式，此种芯片设置于检查设备中，通过检查工作者携带相关设备，触摸信息按钮获取信息，把巡检结果登记在管理主机中，以开展铁路信号设备的巡检工作。此类设备虽然存在一定优势，不足之处首先是巡检仪器与自动分辨芯片要充分接触以获取信息，若列车在夜间巡检，存在较大难度；其次，巡检仪器与自动分辨芯片的相互接触，需要具备外置条件，人为影响因素比较大；最后，自动分辨芯片会受到外界环境污染，长时间暴露后产生接触不良等问题。

（2）GPS 技术形成的电子巡检系统。GPS 和RFID 技术组成的电子巡检系统，重点是检查工作者凭借GPS 定位信息加以检查，检查仪器保存定位之后的位置。首先对信息进行锁定，之后把获取的信息反馈给巡检主机，再按照定位软件的信息，获取对应的数据以及报告。存在的不足是在巡检期间要屏蔽其他户外使用的设备，不能收到超过4 颗卫星的数据，定位方面存在不足。以手持型为主的GPS 技术接受机，锁定的定位要确保在20 m 之内的位置，而检测的全球定位系统难以呈现设备仪器的具体数据。

（3）RFID 技术形成的电子巡检系统。对于RFID 技术，工作要点是通过射频操作完成双向通信，突破射频自动识别技术限制。由读卡器以及射频卡两个部分组成，两者之间信息能量相互交换，不需要接触便可以完成巡检工作，基本原理是电磁耦合以及感应耦合。此巡检系统的数据按钮比较先进，存在的不足包括2 个方面：RFID 技术巡检系统记载相对离散的数据，无法记录巡检路径，不能用于线路检查工作中；其次，系统仅仅存储读取射频卡的时间信息，可能出现读取之后检查工作者离开岗位，忘记检查巡检设备的现象，不能科学评估工作者的实际工作状态。

2.2 巡视系统的操作流程

（1）制作站场电子地图。为能科学使用铁路信号设备巡检系统，应该制作铁路地区的电子地图，尤其是信号设备的实际分布状况。记录铁路轨道与信号设备的全球定位系统信息，之后通过地理定位系统软件加以处理，按照信号设备的分布图表，制作铁路地区的电子地图。

（2）GPS 和RFID 技术的融合运用。GPS 和RFID 技术相结合，巡检工作者手持巡检仪器获取全球定位系统的信息，之后按照路径行走，达到巡检位置，读取射频卡涉及的数据信息，按照次序进行信号设备的巡查。

（3）信息加工处理。信息加工处理分为4 个步骤：①获取资料，射频卡获取数据为借助读卡模块得到数据，计算全球定位系统信息；②获取信息，读取射频卡信息之后，电脑接收的信息与数据和射频卡内置信息进行比较，经过处理将信息保存在外部存储设备体系中，同时全球定位系统中获取的途径数据也要保存在外部信息储存体系中；③信息保存，读卡器充当保存单元，其器械性能相对稳定，体积较小，有助于计算机管理软件加工巡检仪器信息的记录；④数据的处理，管理主机在读卡器中获取数据，经过管理软件进行再次分析统计。

2.3 巡检系统的硬件、软件设计

（1）硬件设计。铁路信号设备的巡检硬件设计，包括射频卡、巡检仪器和PC 机，通过Mifare 1 射频卡保存信号设备数据。此种类型的射频卡是无源射频卡，以实际工作中产生的电源能量设置为卡片的读写器，发送无线载波，标准操作距离是1 m 或0.25 m。巡检仪器作为铁路信号设备巡检系统的重点内容，包括电源模块、GPS 模块、微处理器与PFID 模块和其他部分组成。

（2）软件设计。铁路信号设备巡检系统的软件设计，包括巡检仪器软件与系统管理软件。首先是巡检仪器软件：巡检仪器的运行为相对循环的模式，单片机如果接受全球定位系统的信息，应该在串口位置上进行中断信号处理，并且在射频卡数据读取期间，采取间断的操作方式，因此要借助按钮有效控制读卡操作流程。其次是系统管理软件：系统管理软件的设计要按照模块化的思想，包括信息管理、射频卡设置、巡检任务信息输入、查询模块与信息处理模块。其中信息处理模块为巡检仪器的信息处理，涉及信息导入、巡检信息加工、路径信息加工、巡检报告制作等，每一个模块的作用都不相同，全面服务于系统管理软件的运行。

3 GPS 和RFID 技术的铁路信号设备巡检系统展望

3.1 巡检系统的使用效果

铁路信号设备巡检系统汇集全球定位系统以及射频识别技术，克服以往巡检工作的多个问题，加强巡检系统检查的质量，得到一定成效。

（1）全球定位技术确定巡检的路径，射频识别技术确定巡检机械设备，两者的集合可以从客观层面上考虑巡检工作者工作的规范性。

（2）铁路信号设备巡检系统可以处理分辨芯片暴露和受到人为破坏的问题，使用过程中还可以突破不良现象的产生。

（3）在全球定位系统的使用下，可以在电子地图中呈现信号设备巡检的路径，巡检工作者一目了然地找到巡检工作目标。

（4）铁路信号设备巡检系统借助读卡器保存信息，在现阶段网络相对发达的情况下体现较强的便捷性。通过标准化的巡检系统，路线以及设备巡检文件保存位置进行分隔，针对后期信息加工提供便利条件。

3.2 提升巡检系统可靠性的措施

（1）强化铁路信号设备巡检系统的可靠性。巡检设备的实际使用周期和设备的设计以及设备生产在以往的研究中，过于强调铁路信号设备生产的有效性，淡化其他层面的分析，不能从本质上处理实际问题，影响到巡检设备的可靠性。因此需要强化铁路信号设备巡检的分析，将可靠性分析工作贯彻到研究的每一个环节中，奠定铁路信号的可靠性理论基础，科学地进行设备实际生产和运行。

（2）时常维护与更新铁路信号巡检设备。巡检工作人员要定期参与到铁路信号设备的检查工作，按照设置的信号设备可靠性研究机制对其检查，找到设备存在的故障，采取科学方式将其控制在一定范围。计算机先进技术已经存在于铁路信号系统的监测中，需要信号巡检工作者提升自身的专业水平，熟练领悟应用流程以及操作要点，确保铁路信号检查单位可以落实本职工作。此外通过先进技术整理信号设备信息，配合数字化系统操作等先进技术，全面更新铁路信号设备的使用性能，彰显信号设备巡检的可靠性与实效性。

4 结束语

开展GPS 和RFID 技术的铁路信号设备巡检系统研究课题具有十分重要的现实意义和价值，与铁路信号设备巡检的可靠性分析水平与国际分析水平进行对比，我国仍存在一定差距。针对相关问题，应该深入完善，加强研究力度，构建科学的信号巡检系统，致力于我国铁路行业的开展和运行，全面彰显铁路运行的安全性和可靠性，为人们的出行与生活提供更加便利的条件。