铁路四电设备日常运维检修交互标识管理系统研究

铁路四电设备日常运维检修交互标识管理系统研究

孟强   ,程潮刚  ,靳远  ,高洪友

中铁工程设计咨询集团有限公司      

一、项目背景

随着信息化时代的到来，信息技术也被引入铁路系统的现代化管理中，而且为铁路系统带来了飞跃性的发展。但是，目前铁路四电设备的运维检修还是传统运维管理模式，其方法陈旧，效率低下，不能有效地满足 当下高速发展的业务需求，仍存在较大的管理问题主要问题分析如下；

（1）运维管理机制不健全；仍存在较大的管理问题，运维故障得不到及时解决，将会对整个信息系统造成严重影响。

（2）缺乏对现场巡检人员技术性和便利性的技术支持；设计建设中不重视重视运维检修，后期运维检修对于设备和线路巡视检修造成技术上的不便。

（3）缺乏运维故障分析机制铁路信息系统的运行管理缺乏故障分析机制；故障问题只有通过不断的跟踪调查与总结分析，才能对信息系统做到提前预防，才能在运行维护过程中有更完善、更准确的处理结果，由此才会对信息系统提供有效的运行维护效果。

二、主要研究目标：

本项目结合铁路运维工作的特点，我们从整合现有的铁路四电设备运行维护便利功能开始，通过对现存主要问题的根本性的解决，保证铁路信息系统的进一步完善，使不同部门、不同业务，以及上下级之间能够协同合作，规范工作流程，提高工作效率，实现故障处理的深度资源优化。

为铁路日常维护工作提供智能手段，高速智慧铁路的运维工作，从过去孤立、依靠经验的计划维修模式走向综合、依据系统动态进行智能维修，为铁路维护作业提供极大的便利。

三、系统构成：

系统主要是对现场的人员和设备进行管理。

现场设备：对铁路四电设备和线路加装无源亮灯标识，现场通过手持终端对无源亮灯标识进行识别、亮灯交互和信息上传。

系统软件：现场作业 + 集中监管，共同完成了现场作业过程的可视化及“计划-执行-反馈”的管理闭环，打通“段-车间-工区-车站”各环节的信息流，做到“执行有标准，作业有依据，结果可追溯”的结果

四、关键技术：

铁路四电设备日常运维检修交互标识管理系统研究主要关键技术研究是四电现场检修无源亮灯标识的研究开发：通过铁路四电设备日常运维检修调研，确定本项目的目标需求及技术方案设计针对四电设备日常运维检修需求以及技术指标有：（1）现场读取距离3米；（2）无源亮灯距离1.2米；（3）防水水性能达到IPX7；（4）防火性能达到V-2级；（5）通过手持终端的操控亮灯识别的电缆标识牌。

五、开发思路：

根据对RFID技术的性能研究，为了满足项目技术条件的我们选择了UHF频道862(902)MHz~928MHz无源标签作为我们产品的通信开发基础。根据项目要求，需要开发一款UHF RFID智能标识，此标识需要有无源LED点亮功能。

（一）工作原理：

无线射频工作原理是由能量发送装置，和能量接收装置组成，当两个装置调整到相同频率，或者说在一个特定的频率上共振，它们就可以交换彼此的能量。

（二）设计开发：

基于电感耦合理论，无源电子标签与手持终端通过交变的电磁场实现能量传递。电子标签接收射频脉冲，经过整流并给电容充电，电容电压经过稳压后作为工作电压为芯片、LED等其它元器件供电，数据解调部分从接收到的射频脉冲中解调出数据并送到控制逻辑单元，控制逻辑单元接受完指令完成存储、发送数据、LED开关或其它操作。

天线设计，RFICA和能量收集同时在一个天线进行能量获取，经过初步调试，空旷处测试，标签的发光距离最远可以达到10cm。下图是PCB图纸，天线和RFICA相关电路在设计在PCB的Bottom层，能量收集电路、驱动控制电路和LED灯设计在PCB的Top层。

经过调试后，在空旷处进行单PCB测试，标签的发光距离最远可以达到80cm。

针对这上面的问题，对产品进行优化设计：

（1）首先是优化天线，使用电磁场仿真软件对天线频率响应进行仿真，首先是建立模型。

（2）在原先的产品尺寸的基础上我们修改了PCB尺寸，拉直PCB板，方便仿真建模，同时为了减少天线两个天线之间的互扰，尽量使两个天线贴着PCB边走线。

（3）对主控天线和辅助天线进行仿真，首先是先进行射频软件建模，先进行天线模型建立，然后通过参数调整，来完善电性能，得出最佳尺寸图形后复制到PCB上。

六、成品验证：

（1）使用国际通用的EPC标准，使用普通的支持EPC规则的UHF读写器就能对标签进行操作，包括LED发光指令。

（2）使用无源标签设计方法，不使用电池，使产品的寿命增长，使用场景得到拓宽。

（3）本标签摒弃市面上通常的使用单芯片实现LED发光的方式，本标签使用元标签电路和供电电路分离的方式进行设计，这样大大提升了标签的读写距离，实现试读距离4米。亮灯距离1.2米。

（4）使用独特的天线设计实现了本标签多天线系统间互不干扰，实现优良的射频性能。

（5）使用读写器操作标签寄存器，可以启动LED灯发光。因为本标签的ID读取距离比较远，大于LED发光距离，所以可以使用此特点，在LED在点亮标签前先对标签进行初步定位，然后在确定具体方位后在启动LED发光指令，从而大大提高标签查询效率。

图1现场安装实验

七、设备编码的应用：

铁路设备编码存在以下这几种编码方式：

物资系统码：此类码存在于物资系统中，铁科研要求所有信号设备，通信设备在出厂时必须标记上此种编码。

IFD码：IFD (International Framework for Dictionaries)编码，用于铁科研的BIM系统中标识设备。

铁总330 / 360号文件编码：铁总在2016年分别发布了运电通信函【2016】330 号《铁路通信设备设施单元划分及编码规范（暂行）》 及 运电通信函【2016】360号《铁路信号设备单元划分、编码及表征规范（暂行）》。两份文件。

铁总2017年发布运电通信函[2017]269号中国铁路总公司运输局关于印发铁路通信设备设施单元划分和编码等规范的通知，同时废止铁总330 / 360号这两份文件。

铁总[2017]269号文定义了通信及信号这两类专业下设备的分类及编码规范。同时定义了设备运行维护所需要的静态信息及动态信息。

铁路四电设备运行维护管理，主要依据269号文件的编码规则来进行对设备的编码，这样能保证本系统和通信大数据平台的互通及数据兼容。同时，可以通过扩展字段支持IFD码和物资系统码。