浅谈射频标签定位技术在高铁综合巡检车上的应用

　　高速铁路综合巡检车(以下简称巡检车)是自轮运行的大型专用综合检测装备，集成非接触式摄像采集、激光扫描、计算机图像处理、智能化分析判断等先进的技术，对工电供专业设备结构状态、线路环境等同步进行全方位检查、分析、预警，实现对高铁基础设施检查、检测、监控。目前我段已对该车设备调试和试用取得较大进展，其中RFID技术的运用，解决了里程精确定位的难题。

　　只有实现动态检验测试的数据的精确定位，才能够准确和快速地找到缺陷。目前动态检测中常用的里程定位主要以下方法：

　　1.1 基于速度编码器的里程累加定位方法。根据列车上速度编码器的脉冲信号记录下的车轮转数，计算出列车累积转动的距离，从而得出行驶里程，对列车定位。但是因国内铁路线路长短链、计数的误差(车轮空转、滑行等)和轮径磨损等因素，里程是个线性增加的数值，无法与地面真实的里程相对应，不能确保其准确性。

　　1.2 GPS定位技术。利用线路公里牌的经纬度提前建立里程经纬度数据库，车上安装的GPS接收机实时输出经纬度，并与数据库中的里程经纬度数据库相匹配，经过延迟处理及算法处理得到当前的里程数。GPS接收机使用起来更便捷，技术成熟，成本相比来说较低，维护相对容易，可为列车提供定位信息。但是由于GPS定位精度受自然条件影响较大，在山区、隧道、车站、森林等地点信号遮蔽，GPS接收存在大量盲区，无法实时获取位置信息。另外目前大多GPS点库多是在动态条件下根据公里标获取，设计和施工阶段各专业公里换算略有不同，公里牌的标称里程与实际里程多有差别，且受打点延时影响，精度因此打了折扣。

　　电子射频标签技术就是沿线路在一定距离处，在接触网支柱上(或镶嵌在长大隧道衬砌)安装电子射频标签，并提前测量计算，建立好数据库;在车上安装标签阅读器，通过读取电子标签卡号，并和数据库中的里程数进行匹配得到实时里程。该技术的动态精度较高，有试验证明在速度400km/h时定位精度可达到2m以内，其具有通用性好、适应恶劣环境、扩展性强等。

　　1.4 其他定位手段，如手持小键盘对公里标、轨道电路对标等常见铁路检测定位方式，其定位精度值得商榷，点式应答器定位技术精度高，但成本也较高。

　　无论专业检查车或者采用何种定位技术，其核心问题都是需要将GPS点位、电子标签或应答器校准点，与地面里程相对应并快速建立准确的数据库，因此就需要探索利用高铁现有的资源来快速而准确地建立数据库。目前每条高铁沿线都布设轨道控制网(CPⅢ)平面控制网，是由实施工程单位在施工全套工艺流程中基于三网合一原则建网测量，为轨道铺设和运营维护提供控制基准，具有相对精度高、点位分布密集、使用周期长、位置固定等特点。利用CPⅢ动态精确定位技术，是比较现实、准确的一种方法。本文介绍根据CPⅢ点来测算射频标签点的精确里程，用于巡检车检测精确定位。

　　综合巡检车上阅读器固定在车内两侧，可以同时读取左右双侧标签，距离安装射频标签的接触网杆限界侧约1.5m，考虑到兼顾后期高速车辆阅读的需求，选择使用适用于高速轨道交通的只读型工业级高速、高频标签，工作频率2.45GHz，阅读延时20ms，识别距离6米，识别速度最高400km/h，采用半无源标签，内装电池可以维持内部芯片工作10年以上。

　　标签安装里程应按每隔5.0~7.0km安设1对，距轨面高度控制在2.2m±1cm范围，上下行对应布设，根据不同接触网杆型确定所选用支架。里程测量利用CPⅢ系统大地坐标，采用圆心测量与等分法将需校准点和前后CPⅢ点均投影到钢轨外侧，利用卷尺测量安装射频卡接触网支柱中心与前后最近的CPⅢ桩点的距离并记录，同时核对、记录CPⅢ桩点号和接触网支柱杆号，使用软件精确地计算、输出该里程，并建立数据库。

　　(1)系统组成：里程精确定位系统是在检测列车检验测试过程中，实时精确定位列车行驶里程位置，综合发布列车行驶状态的数据平台。其中，系统软件部分为里程同步软件，硬件部分包括里程校准接口单元、里程同步服务器及串换机、射频标签阅读器等。

　　(2)里程同步方式：服务器端将里程、时间、增减里程、上下行等相关信息通过里程同步通道以RS-422串口协议传输给各检测系统，各系统配备该串口板及里程同步信息的客户端软件。服务器数据信息每500ms发送一次，遇到长短链等里程跳变较大时及RFID定位点时优先发送，各检测系统必须实时修正里程。里程同步服务器与差分GPS接收机通过RS232通信串口连接。差分GPS用于初次使用标签时对里程误差较大情况下的校核、辅助修正。

　　(3)当阅读器随着巡检车的移动到达电子标签附近，电子标签进入阅读器读写场范围时，阅读器发射的载波信号激活电子标签，电子标签向阅读器循环发送电子标签信息，阅读器接收电子标签发送的信号，并对信号进行解调和解码，得到电子标签信息，判断信息的有效性，计算得到电子标签信息后与数据库中的预存信息进行比对，识别标签号对应的里程信息和线路特征点信息，并对累加的里程信息进行修正，最后将准确的里程定位信息发送至各个系统。

　　为了验证射频标签定位准确性，利用综合巡检车(速度80km/h)、CRH2-150C综合检测车(速度300km/h)分别进行了低速和高速动态检验。地点选择在我段管内沪宁城际已经安装射频标签卡的线路。从结果能够准确的看出，在以5~7km为间隔的区段，整个36公里试验平均每公里的定位误差≤0.55m。CRH2-150C每公里的定位误差≤0.75m。对于现场巡视检查，精度已经满足。

　　在试验中发现一些里程偏差较大或者射频标签卡扫描不出。主要有以下几种原因：

　　(1)CPⅢ编号记录错误。如管内沿线CPⅢ点有新旧之分，距离相隔很近，编号经日晒雨淋都比较模糊，偶尔错误记录了旧CPⅢ编号。这种情况对检测影响很大，后期需要现场再次复核和修正数据库才使得能正常使用，费时费力，在标签安装时期应避免发生。

　　(2)GPS修正点库里程不准。初次使用巡检车时，同时利用标签和GPS两种方式定位，发现两种定位方式里程修正偏差大，经调查、分析发现部分GPS点里程与实际里程偏差大。因此应该避免选择GPS修正里程，应把它作为校核的辅助手段。

　　(3)标签卡扫描不出，经现场调查一是卡的正反面安装错误，二是安装高度不对，安装高度应该距离轨面2.2米(偏差1cm内)，偏高、偏低不符高度的需适当调整。

　　(4)阅读器读取的标签信息为-1或0的情况，日记记录显示为NULL，说明数据库中无该射频标签的数据记录，此时数据采集服务器只能采集到标签内标签号，但不会进行里程修正，应检查并更新数据库。

　　里程的精确定位能是巡检车综合系统核心，能够实时给轨道状态巡检、限界检测、钢轨轮廓检测、接触网部件巡检、环境视频监视等系统实时发布线别、里程、速度、经纬度等信息，把缺陷与里程对应在一起。以下是RFID定位技术在巡检车上的运用实例(部分)。

　　RFID技术除了上述的用途外，通过不断探索与实践，相信在后期还会有更广泛的应用空间。如：

　　(1)对特定位置设备检查回放。有些设备具备了安装的地方跨度大，分布离散、结构较为复杂、形式多样的特点，人工巡查耗时耗力。由于巡检车图像和视频资料丰富清晰，且定位精确，通过回放可以对照查找该处的设备结构状态，以此来实现代替人工现场巡查，不仅节约了天窗、人工，效率也能极大提高。

　　(2)接触网综合巡检系统实现了对杆号定点抓拍和智能识别，同时引入了精确里程定位，由此笔者建议，后期各检测系统经过仔细修改完善软件与通讯协议，实现里程加杆号(或杆号范围)的数据定位模式，那么查出的设备缺陷将会更符合现场修东西的人查找的作业习惯，以提高检修效率和质量。

　　(3)巡检车综合系统同时具备维护编码器里程及GPS里程两个实时里程。因此可根据RFID按需自动生成更精准、打点密度更高的线路GPS点数据库，替代目前添乘机车动态打点的点库，以便在添乘仪、晃车仪、动检车定位、设备台账资料更新、各专业设备里程统一等方面发挥重要作用。

　　里程同步射频标签卡为综合巡检车的各检测系统提供精确定位，同时也适用于已安装标签阅读器的高速综合检测列车、钢轨探伤车和其他专业检验测试车的精确定位，既实现了动态检验测试的数据的精确定位，也便于现场修东西的人能快速准确地查找超限处所，提高检验测试的数据的判定率和现场复核的准确性，同时有利于将有各专业的基础里程统一、规范，在铁路检验测试领域具有广阔的应用空间。

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