摘要: 冶金铁路机车车辆定位不准会造成机车不动假象或者机车错线等问题， 无法作为调配机车车辆作业的依据， 严重影响运输生产效率。介绍一种冶金铁路机车车辆的定位方法， 采用机车车载RFID (Radio Frequency Identification) 读取器、轨道地面及车辆RFID无源标签设备， 结合车辆跟随机车移动的相关性分析，通过机车计程仪等信息的核对校准和摘挂车辆的判断， 实现对机车车辆实时精确的定位。实践证明，该机车车辆定位方法精确、安全、经济、高效。

1 引言

2015年5月国务院印发并部署全面推进实施制造强国的战略文件“中国制造2025”，作为国家振兴制造业的纲领性规划文件，文中提出9大战略任务，包括大力推动重点领域突破发展，瞄准新一代信息技术、高端装备、新材料等战略重点，引导先进轨道交通装备[1]。冶金铁路运输繁重、作业流程复杂，参与人数多，人力成本大，另外运输环境恶劣，运输物品危险系数高，因此提高冶金企业运输过程的无人化势在必行。所以近年部分冶金企业基于国家政策对产业结构进行优化，重点改造内部铁路物流系统，向无人化、智能化方向发展。而无人化运输的核心问题就是如何保证运输车的精准定位。

目前轨道交通较为流行的精准定位技术主要包括：1）GPS差分定位技术，GPS差分定位技术是通过设置GPS差分基准站，对比机车与基准站之间的距离来推算机车的精确位置，理论上可达2 m的定位精度，一定程度上可以精确区分铁路线。但冶金企业部分铁路沿线遮挡严重，GPS无法有效追踪，导致车位置的实时精确性得不到保证 [2]。2）“里程器+地面应答器”组合定位技术，在城轨领域较为通用，使用里程器计算车实时移动的距离，再通过地面应答器来校正列车的绝对位置。大多数冶金铁路岔路多，为保证实时精准定位要求，需大量铺设地面应答器，但因成本施工等问题很难满足冶金企业现场需求。3）RFID实时定位技术，在工业领域应用广，与其他定位系统比较，在轨道交通领域应用较少，但具有高精度，低成本的优势。

基于冶金铁路现场运输环境恶劣与改造成本低的要求，再结合既有定位技术的研究，本论文提出一种新型精准定位方案，以现有LKJ15C车载安全设备为平台，通过RFID技术校正机车的现有位置。

2 RFID技术及应用现状

一套RFID精准定位系统包含四部分，标签、外部天线、读写器以及人机电脑，具体结构如图2.1所示。标签又称为射频标签，在被读写器激活后，向读写器发射返回信号；外部天线是读写器与标签之间的中间件，用于转发双方信息；读写器对人机电脑或标签的信息进行处理与控制；人机电脑负责对读写器发出控制指令，对读写器的状态和相关参数进行设置。RFID精准定位系统作业流程包含4个步骤，1）读取器通过外部天线发送射频信号；2）射频标签在射频信号的电磁感应范围内产生感应电流，并被激活；3）射频标签将自身编码信息通过天线传输给读写器；4）读写器对标签信号进行解码后送至人机电脑。

2.1 RFID精准定位系统结构图

近年来北京首钢在其厂区内部的铁路运输线采用RFID技术定位机车，通过在铁路沿线安装大量读写器，并在机车车辆底部安装射频标签，当有机车车辆通过轨面铺设的读写器时，读写器会读取标签信息，并通过铁路沿线的有线网络将运输车号、车辆号、读写器编号、通过时间、编组数等信息，上传到电脑上位机具体如图2.2所示。但此种RFID定位方式并未得到有效推广，主要包含如下原因： 1．为保证在繁忙线路作业运输车辆的定位精度，沿线的外部天线布置会较多，导致传输线缆铺设任务重；2．冶金企业铁路线路短、道岔区段多，折返与运输作业繁忙，如果沿线施工铺设线缆，会对大任务量的既有运输作业有较大影响；3．冶金企业运输环境复杂，线网铺设较广，后期运营维护量会较大。因此，采用此种基于RFID定位技术的方式并非最佳，尤其是冶金铁路运输线，全线不间断运营工作，施工难度大，维护成本高。

2.2 首钢RFID精准定位系统图

 虽然此RFID精准定位方案在既有某个冶金企业取得成功，但其技术方案并不适应于整个行业，如何通过合理技术方案进行大范围的普及是一个复杂的问题。

3 精准定位系统方案

系统需求分析

 基于冶金企业铁路无人化运输需求，再结合对既有冶金企业铁路运输作业的调研[3]，现阶段运输车精准定位方案需满足以下几点要求：1）基于此方案的建设成本尽量低；2）施工作业对既有运营影响尽量小；3）方案需满足不同运输场景下的机车、车辆精准定位需求。

3.2 系统结构设计

本文结合冶金铁路现场作业特点，提出一种适应于现有机车车辆精准定位的方案，具体结构如下图3所示：

LKJ-15C主机：LKJ-15C用于机车精准定位以及限速防护，主机预先存储运输线路数据，线路数据内容包括RFID标签、信号机、道岔、 轨道区段、限速信息、停车点（固定脱轨器、一度停车点、禁停区、车挡、站界等）和每个股道的相关信息。

速度传感器：冶金铁路现场机车运行速度低，所以采用轮轴速度传感器，来计算机车实时速度以及与基点之间的移动距离。

RFID子系统：为满足建设成本要求，通过在轨道沿线以及车辆侧面铺设标签，在机车设备柜安放读写器与人机电脑，并在机车底部与两侧安装外部天线。机车读写器通过底部天线与轨道沿线标签通信来获取机车当前绝对位置。另外机车读写器通过两侧天线来判断当前机车车辆的连挂状态以及牵引推进的工况信息。

3.3 机车车辆精确定位方案设计

机车车辆的定位是结合既有LKJ-15C的精准定位功能，并通过RFID子系统来校正车的绝对位置，来完成车的实时定位。具体步骤如下：

1） 给每个标签分配唯一的编号，RFID标签包含两种，一种是车辆侧面标签，每个车辆标签识别号对应一个车号，具体体现为某台车辆的I端或者II端，其标签号存储在人机电脑；另外一种是轨道沿线的位置标签，其标签号存储在LKJ-15C主机。

2）LKJ-15C存储的标签信息与轨道沿线的地理位置建立关联关系，人机电脑存储的车辆标签信息与实际车辆序号建立对应关系。

3）RFID读写器在机车移动过程中，周期性的向底部天线与侧面天线发送电磁信号，轨道沿线标签在底部天线读写范围内快速反馈标签信息，完成位置的校正。读写器通过侧面天线实时检测车辆侧面标签信号，确认当前机车与车辆之间是挂钩还是解钩状态。

4）人机电脑对读写器的消息进行处理，主要步骤包括：（1）判断是否有地面或车辆侧面反馈的标签信息；（2）对读取到的标签消息进行判断，首先确认读取的消息是否为有效消息，如果消息有效，然后判断是地面轨道标签信息或车辆标签信息，如果是地面标签信息则发送给LKJ15C，LKJ15C根据标签识别号与对应的位置关系表更新机车的位置，机车远离此标签且下一个标签还未读取，则通过速度传感器实时更新当前车辆位置；如果消息为车辆标签消息，则说明当前机车车辆为绑定状态，固定时间范围内未收到，则说明当前机车车辆为解挂状态。

5）机车车辆在正常运行状态，则重复步骤4，如果处于休眠状态，则停止消息更新工作。

参考文献

[1] https://baike.baidu.com/item/中国制造2025/16432644.

[2] 刘昌伟. 冶金企业铁路物流智能运输调度系统的设计与实现[D].长沙：湖南大学，2012

[3] 肖媛. 冶金企业铁路运输编组取送调车作业计划编制优化[D].长沙：中南大学，2012