RFID铁路物料跟踪系统架构的设计与实现

课程名：

RFID 铁路物料跟踪系统架构的优化模型

导师：董宝田

授课教师：曾进

学生：王泽胜

交通运输学院电子商务4班11121103

RFID 铁路物料跟踪系统架构的设计与实现

导师：董宝田，授课老师：，学生：王泽胜

（北京交通大学，交通与运输学院，电子商务）

摘要：本文简单介绍了RFID 技术的概念、组成以及RFID 的优点；分析目前铁路运输物料跟踪信息管理存在的主要问题；对以RFID 技术为读写手段的铁路运输物料跟踪信息管理系统进行结构设计和各子系统工作流程设计，描述该系统需要的硬件设施；分析该了系统的应用前景。

关键字：RFID 铁路 物料运输 跟踪

前言

目前, RFID 在国外已经得到了广泛应用。在RFID 标准的建立、相关软硬件技术的开发和应用领域, 美国走在了世界的前列。在产业方面, 德州仪器( TI)和Intel 等集成电路厂商都在RFID 领域投入巨资进行芯片开发。Symbol 等公司已经研发出可以同时阅读条形码和RFID 的扫描器。欧洲的飞利浦、意法半导体( ST) 公司在积极地开发廉价的RFID 芯片；在亚洲，日本选择了7大产业做RFID 的应用试验，包括消费电子、书籍、服装、音乐CD 、建筑机械、制药和物流。随着我国经济的不断发展，物流业在我国经济发展中发挥着越来越重要的作用，而货物运输则是物流业中至关重要的一环。但信息采集困难、综合应用数据效率低下一直是困扰在货物运输方面的铁路运输管理中的严重问题。随着铁路货物运输量的迅速增加，当前我国铁路物料跟踪信息管理的技术手段越来越不适应铁路运输的发展，主要表现在：（1）物料的识别方式比较落后；（2）物资承运企业和货主不能及时了解货物所在位置及情况；（3）大多数货运站对于已有的货运信息没有形成系统的数据库管理，不利于查询和管理，影响货物运输工作效率的提高。因此，利用先进的技术手段对铁路物料跟踪信息进行有效管理极为迫切。通过采用RFID 射频识别技术, 可以将铁路运输中物料的相关信息记录在卡中, 从而有利于列车员对物料、车厢甚至整个列车状况的查询, 提高信息采集汇总的效率，有效提高铁路物料运输信息的自动化管理水平，从而提高铁路运输的效率和安全性。

1. RFID 技术

RFID （Radio Frequency Identification ）射频识别是一种非接触式的自动识别技术。它的基本组成包括：标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入) 标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；天线(Antenna ) ：在标签和读取器间传递射频信号。

RFID 技术有以下主要优点：

1）具有非接触性，无需人工干预就能够准确、及时实现自动识别工作；

2）信息处理速度快，可达到几十微秒；

3）环境适应性强，抗干扰能力强，可全天候使用，几乎不受污染与潮湿的影响，同时还可避免机械磨损；

4）系统可靠性高，保密性好，操作方便快捷；

5） 一种系统可以满足多用途的要求，可以实现多目标识别和运动目标识别。

2. 系统结构设计

系统的主要使用对象是铁路物料运输中心，物资需要经过进站信息登录、站内货场装卸、综合出站信息登录、运输过程中信息收集等过程。安装在托盘或物料包装上电子标签的信息记载了物料信息（包括：物料编号、物料主代码、物料类型、物料名称、数量、制造厂商代码、生产线代码、生产时间、毛重和净重等）和物料承运信息（包括：物料始发站、中转站和终点站、装卸货站、装卸货的时间和人员等），物料承运信息在相关货运站有写入和删除的权限。本系统将RFID 技术运用到以上各个过程的信息读写中，通过中间件的处理，与对应的各个工作站传输信息，各工作站将处理的信息以报表形式传入物料运输中心服务器。服务器管理报表，对货运站内物料运输情况进行统计分析和调度；为各级用户提供数据库查询等操作，并通过局域网向各工作站发出命令。以此形成完整的基于RFID 的铁路货运信息管理系统。物料运输中心服务器将采集、处理、发送的物料信息分类整理后，存入物料运输中心数据库。（1）物料运输企业可在权限范围内，以铁路X.25或专线网为基础的传输系统实时访问物料运输中心数据库，得到相关信息，并将这些信息及时公布到企业的网站上，货主通过发货单序列号可方便地查询到装货物料的地理位置和承运信息；（2）可为物料运输中心的管理和决策提供依据。货主也可通过设置在物料运输中心的触摸式用户查询终端查询装货物料是否到站，怎样办理提货手续等信息。

2.1 系统硬件构成

该系统分为手持阅读器、wifi 通信、上位机服务器3部分。手持阅读器为系统核心部分, 负责该系统中最为关键的任务——采集和处理并上传数据。手持阅读器UHF 的HDT300的小型微计算机系统；wifi 通信传输来实现手持阅读器与上位机之间的数据交换；上位机服务器部分主要是对数据进行分析, 然后分别将数据通过网络传输到数据库, 备份服务器和报警服务器。

2.1.1 手持式读卡器部分

读写器使用的是UHF 的HDT300内置天线手持机。它是一款用于电子标签读写操作的高性能UHF 手持POS 机。有液晶显示器、PSAM 安全模块、实时时钟。 适合于需对ISO18000-6B ，6C 标准的915MHz 超高频电子标签（卡）进行数据读写操作，尤其适用于物联网系统 。支持对电子标签多个数据块的内容进行读写；支持PSAM 卡读写操作，符合ISO7816标准，T0/T1协议；实时时钟，带备用电池； 25个按键：（功能键+数字键）； 10行液晶显示，显示中，英文，数字信息； 阅读距离：80－120cm ； 通讯接口：RS-232，USB ； 供电接口：锂电池2000mAh ； 蜂鸣器报警，LED 报警指示。 另外，它具wifi 功能，能够在无限网络中传递信息，并且有无线定位功能。经过二次开发，加入GPS 导航，使得它的定位功能进一步增强。

2.1.2 WLAN 通信部分

WLAN 通信部分分为手持阅读器和上位机两个部分。手持阅读器部分提供了标准的wi-fi 接口，通过芯片芯片, 可以在物联网络中直接进行通信。通过上位机部分提供热点。手持阅读器可以方便地查询其可用的热点, 数据就可以通过物联网络上位机进行交换。上位机采用数据库对数据进行管理, 如果出现意外情况, 上位机应用程序就会触发系统的报警系统, 从而引起工作人员的注意。无线局域网络(Wireless Local Area Networks； WLAN)是相当便利的数据传输系统，它利用射频(Radio Frequency； RF)的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络，使得无线局域网络能利用简单的存取架构让用户透过它，达到信息随身化、便利走天下的理想境界。

目前，部分类似的功能是通过蓝牙实现的。但使用wi-fi 有其自身的特点：虽然由Wi-Fi 技术传输的无线通信质量不是很好，数据安全性能比蓝牙差一些，传输质量也有待改进，但传输速度非常快，可以达到54mbps （802.11N 可以达到600Mbps ），这更适合铁路物料运输中大量数据手机与整理的需求。

2.1.3 上位机服务器部分 上位机服务器主要是针对wlan 通信来实现上位机的数据接收与存储, 以及对报警系统的触发, 再通过wlan 模块将接收数据存放在SQl Server数据库中。SQl Server数据库是真正的客户机/服务器体系结构。它图形化用户界面，使系统管理和数据库管理更加直观、简单；丰富的编程接口工具，为用户

进行程序设计提供了更大的选择余地；SQL Server具有很好的伸缩性，可跨越从运行Windows 95/98的膝上型电脑到运行Windows 2000的大型多处理器等多种平台使用；对Web 技术的支持，使用户能够很容易地将数据库中的数据发布到Web 页面上；提供数据仓库功能。

3. 系统工作流程设计

本系统主要由物料运输中心综合管理系统、进出站口管理系统、运输过程中物料管理系统和装卸货场管理系统4 个子系统组成。

3.1 物料运输中心综合管理系统

该系统是整个基于RFID 的铁路货运站物料信息管理系统的数据汇总中心，主要负责对进出站口管理系统、物料运输过程中管理系统和装卸货场管理系统的

监控管理，以及将货运站内物料信息统计分析及调度，实现命令的上传下达。同时将物料相关信息存入数据库，以供物料运输企业和货主查询。系统主要模块有：报表自动收发、统计分析、数据库管理、优化调度、信息追踪查询以及网络发布等模块。功能流程如图1所示。

图1 物料运输中心综合管理系统功能流程图

各子系统把采集的信息以报表形式传送到货运站综合管理系统，系统报表自动收发模块接收报表后，由系统内的统计分析模块作出统计分析，分析处理后的信息由数据库管理模块存入数据库。系统的追踪查询模块可通过数据库管理模块查询数据库物料信息。该系统还可以发送物料调度、货物信息补充等命令到其他各子系统。各子系统执行命令，并反馈执行情况的信息，存入数据库供用户查询。

3.2 进出站口管理系统

该系统采集由铁路沿线进出货运站的物料电子标签信息。物料通过铁路货运站进出站口，物料包装上的电子标签信息由读写器自动读出并发送运行中集装箱电子标签内的信息，工作站接收到信息后，由系统生成报表。

3.3 运输路途中物料管理系统

在路途中事实记录位置，并连同物料和承运信息，在需要是返回管理中心。

3.4 装卸货场管理系统

物料运输中心服务器向装卸货场管理工作站发送调度命令。工作人员使用手持式读写器读出需要装卸货物的集装箱上的电子标签信息，同时传入装卸货场工作站，装卸货运站管理系统查证箱内货物是否需要本站装卸，并在读写器液晶显示屏上显示查证结果。若不需要，则将物料电子标签内信息自动发送到物料运输中心服务器，物料运输中心发出调度命令将集装箱调走；若需要，则按货号装入货物或提取货物，装卸货场管理系统将装卸货物信息和开箱记录写入电子标签，以此更新原有的电子标签信息，并将此信息以报表形式传给物料运输中心服务器，装卸完毕，物料被调走。

4. 防干扰

电气化铁道具有牵引功率大、效率高和环境污染小等诸多优越性, 是我国铁路牵引力现代化的主要方向。其采用工频交流制供电, 接触网额定工作电压为25 kV, 电力牵引采用直流供电、AT 和BT 3种供电方式, 牵引电流通过不同的线路与大地构成回路。在电力机车运行时会产生含有各种不同频率谐波的大电流, 从而会对周围电磁环境产生很大的电磁干扰。在理论上, 无线传输过程中出现信号误码多半是由发射装置引起的。所以我们对手持阅读器采取了抗扰措施。在手持机没有做任何防电磁干扰措施的情况下, 数据通信难免会出现校验错误的问题, 这主要

是由于在上位机软件中我们采用了CRC 校验方式。一旦出现校验错误就会重传, 从而严重影响系统的实时性。为了解决此干扰问题, 我们需要采用了硬件屏蔽与平衡、软件滤波两项措施。

5. 应用前景

基于RFID 技术的铁路物料信息管理系统目前在国际上较多地应用于航运，但是作为内陆大规模的物料运输的主流，铁路物料运输以其自身的优势结合RFID 技术，必然带来良好的经济和社会效益。目前RFID 技术已在我国部分铁路局物料运输中试用，效果良好。该系统通过与现代互联网的集成，结合铁道部公共数据平台，实现全国范围内的铁路物料运输信息管理。随着航运、空运和铁路运输的一体化发展前景，该系统经过改建和扩大，还可以运用到物料的综合运输中。

结束语

本文从长远发展铁路集物料运输的角度，提出以RFID 技术为信息读写手段的铁路物料跟踪信息管理系统，并对该系统进行了结构设计和工作流程设计。系统可为铁路货运站、铁路物料运输企业和货主提供及时、准确的物料综合信息，实现货运站内物料的自动化管理。通过RFID 技术和系统内各项通信技术的选用，该系统理论上不仅能有效地提高铁路物料信息采集和传输的效率，减少人工方式读写带来的误差，而且具有较好的稳定性。

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