軌檢車是保障鐵路行車安全的重要工具，我國鐵路城市地鐵普遍采用軌檢車，來保證地鐵軌道狀態(tài)的良好。軌檢車檢測數(shù)據(jù)是指導(dǎo)線路養(yǎng)護維修的重要依據(jù)，而檢測數(shù)據(jù)中線路里程的準確性，則直接影響現(xiàn)場對病害的查找和消除。目前，國鐵軌檢車里程校對有2種方式，小鍵盤手動置里程方式和GPS 自動置里程方式，而在地鐵軌檢車中尚無里程自動校對系統(tǒng)。

1 我國現(xiàn)有軌檢車里程校對方式

　　小鍵盤手動置里程是靠人工在望窗口進行里程的觀察，在軌檢車運行到特定里程處修整里程。人工修正里程存在的問題：（1）列車速度過快造成操作人員無法看清公里牌或?qū)锍绦拚^早或過遲；（2）天氣原因?qū)Σ僮魅藛T的視線的影響；（3）操作人員工作負擔繁重。地鐵隧道內(nèi)光線很暗，地鐵軌檢車是夜間檢測，人的視線無法看清里程牌上的里程數(shù)，不能進行里程校正。

　　GPS 里程自動校對方式利用GPS 的定位功能，將GPS接收系統(tǒng)實時輸出的數(shù)據(jù)包括經(jīng)度、緯度、方向角等參數(shù)和數(shù)據(jù)庫中已有的里程數(shù)據(jù)進行匹配，并將里程數(shù)輸出到軌道檢測系統(tǒng)，對系統(tǒng)進行里程自動修正。GPS 克服了上述小鍵盤方式的缺點，但GPS接收器受環(huán)境影響較大，在隧道、山谷等遮擋衛(wèi)星信號接收的地方，GPS里程自動校對系統(tǒng)將無法工作，因而在地鐵隧道中無法使用。從以上分析可見，由于地鐵環(huán)境的特殊性，小鍵盤置里程方式和GPS 里程校正方式均不能使用。而RFID（即射頻識別）技術(shù)，由于其識別準確，對外界環(huán)境適應(yīng)性強，實現(xiàn)簡單，完全能夠滿足地鐵環(huán)境的需求。

2 基于RFID 的里程自動校對系統(tǒng)的原理及構(gòu)成

　　2.1 RFID 技術(shù)簡介及國內(nèi)外現(xiàn)狀

　　RFID（Radio Frequency Identification），即射頻識別，是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域十分廣泛，如：鈔票及產(chǎn)品防偽技術(shù)、身份證、通行證（包括門票）、電子收費系統(tǒng)、家畜或野生動物識別、病人識別及電子病歷、物流管理等。

　　2.2 基于RFID 技術(shù)的里程自動校對系統(tǒng)的原理和構(gòu)成

　　RFID 里程自動校對系統(tǒng)主要由3 部分組成：

　?。?）長距離識別的射頻卡（Tag）：由耦合元件及芯片組成，每個卡有唯一的電子編碼，埋設(shè)于地鐵線路需要核對里程位置的軌道中央；（2）高速閱讀器（Reader）：安裝于軌道檢查車的車體底部，用于讀?。ㄓ袝r還可以寫入）射頻卡信息；（3）主控制計算機：安裝在車內(nèi)設(shè)備操作間，存儲用戶數(shù)據(jù)庫和用戶控制程序。 系統(tǒng)工作原理為：當火車開行經(jīng)過埋設(shè)射頻卡的里程牌時，閱讀器隨著火車的移動到達射頻卡附近，射頻卡進入閱讀器的讀寫場，將自身編碼等信息通過卡內(nèi)置發(fā)送天線發(fā)送出去，系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調(diào)和解碼，得出卡號信息，判斷信息的有效性，并將有效的卡號信息通過RS-232 或RS-485 口送入車廂內(nèi)與之相連的主控制計算機?？刂朴嬎銠C得到卡號后，將卡號與預(yù)先存入控制計算機的數(shù)據(jù)庫進行對比，識別出卡號對應(yīng)的里程信息，并將此信息通過RS-232 串口送入軌道檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)里程自動校正。

　　由于主控制計算機安裝在車廂內(nèi)，與閱讀器的安裝位置距離較遠，需要的連接電纜較長，再加上地鐵環(huán)境下電磁干擾較強，為了使信號傳輸穩(wěn)定可靠，在閱讀器和主控制計算機之間采用RS-485接口，而主控制計算機和軌道檢測系統(tǒng)之間距離很近，采用RS-232 接口。

　　由于地鐵環(huán)境復(fù)雜，對射頻卡和閱讀器抗電磁干擾、抗震、防腐、防水和防塵等方面的要求很高，因此射頻識別系統(tǒng)的選型很重要。經(jīng)過多次對比和實驗，挑選了一款專門為鐵路環(huán)境設(shè)計的工業(yè)級射頻產(chǎn)品，射頻操作頻率為2.45 GHZ。它能夠適應(yīng)地鐵的惡劣工作環(huán)境，采用抗震、防水、防腐、防紫外線設(shè)計，并且耐化學制劑；射頻卡為有源卡，采用無公害鋰電池供電，電池壽命可達10年~15年，并能實現(xiàn)長距離高速讀數(shù)，而且電池壽命與讀取射頻卡的次數(shù)無關(guān)。每一個射頻卡都有1個全球獨一的永久性8 bit 十進制編碼，以保證識別沒有重復(fù)。閱讀器和卡片的體積都很小，便于安裝固定。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如1。

　　2.3 系統(tǒng)誤差分析

　　里程自動校對系統(tǒng)的誤差來源：（1）閱讀器的閱讀范圍引起的誤差；（2）列車的運動帶來的誤差。

　　由于火車下部安裝條件所限，火車下部距離安裝射頻卡的軌面的距離約為1 m-1.2 m左右，而閱讀器能夠有效讀卡的范圍為圖3（a）所示，當對閱讀器設(shè)置不同的讀卡范圍時，對應(yīng)不同的橢圓曲線。
 

　　在里程自動校對系統(tǒng)中，所設(shè)置的閱讀范圍為“3”，（曲線“4”的最遠閱讀距離為6 m），即為上圖中的曲線“3”，從上圖可估算出當閱讀器距離軌面1 m～1.2 m 時，閱讀的范圍為± 0.6 m左右，即它映射到地面的閱讀范圍近似為半徑0.6m 的圓，如圖3（b）。在南京地鐵實際應(yīng)用中，現(xiàn)場測量的閱讀半徑為± 0.5 m。

　　可見，不考慮火車的運行速度，當閱讀器距離射頻卡（即里程牌）0.5 m～0.6 m 時，就會進行里程校正，即誤差為0.5 m～0.6 m，即系統(tǒng)會超前0 . 5 m～0.6 m 開始進行里程校正。而當考慮火車行駛速度時，由于地鐵列車的開行速度較低，一般在40 km/h～70 km/h 之間，假設(shè)地鐵列車的運行速度為50 km/h，閱讀器的傳輸時間約為20 ms，則在這段時間內(nèi)列車走過的距離約為0.3 m，即從閱讀器讀到卡號信息到系統(tǒng)完成里程校正，列車會走過0.3 m，即校正里程滯后0.3 m。

　　如果同時考慮列車的運行速度和閱讀器的傳輸時間，則系統(tǒng)的誤差為0.2 m～0.3 m。由以上分析可以看出，當?shù)罔F軌檢車從靜止到最高行駛速度范圍內(nèi)，本系統(tǒng)在地鐵軌檢車上的誤差范圍在0.2 m～0.6 m 之間。

3 結(jié)束語

　　基于RFID 技術(shù)的軌檢車里程自動校對系統(tǒng)對惡劣環(huán)境的適應(yīng)性強，解決了其他方法在地鐵環(huán)境中無法使用的問題，實現(xiàn)了地鐵軌檢車的里程自動校對。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，并且與其他方式的軌檢車里程校對系統(tǒng)的接口一致，易于移植到我國現(xiàn)有的軌檢車上。由于本系統(tǒng)中采用的射頻識別技術(shù)對移動物體識別的速度可以達到400 km/h，對今后我國高速鐵路軌道檢測系統(tǒng)的里程校對問題提供一種全新的解決方案。

　　（文/中國鐵道科學研究院鐵道部基礎(chǔ)設(shè)施檢測中心，楊愛紅）