在未来，物联网模式下铁路堆场管理系统开发研究 |
| 2012-12-10 13:10 作者：肖广娣 凌 云 来源：硅谷网 HV： 编辑：GuiGu 【搜索试试】
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【硅谷网12月10日文】 据《硅谷》杂志2012年第18期刊文称，根据目前铁路堆场现状和物联网的技术特点，对物联网模式下的铁路堆场管理系统的体系结构，堆场出入门管理和内部操作进行设计和分析，并对各子系统涉及的相关技术进行讨论，该方案可有效提高铁路堆场的工作效率，提高整个系统管理的自动化水平。
0引言
铁路堆场一般是依靠铁路沿线进行建设，方便集装箱的装卸，而目前堆场对集装箱的管理，跟踪和调度一般是基于集装箱的箱号进行图像识别或人工手动记录的方式。采用图像采集方式对箱号进行识别，容易受到外部环境的影响，比如天气，箱体污损等。而使用人工记录方式则是工作方式落后，效率低，工作量大，出错率高，信息质量难以保证，信息反馈不及时，不便于实时掌控集装箱存放状态，恶劣环境或天气下更增加了人工操作的困难。物联网是将各种信息传感设备，比如射频识别（RFID），红外传感器，全球定位系统，激光扫描器等各种信息传感设备与互联网结合起来构成的一个巨大网络，来进行信息的通信和交流，以实现对物品的识别，跟踪，定位和管理。物联网的相关技术在我国铁路系统中已早有应用，如对车号的自动识别，动态管理等，并且取得了较好的使用效果，鉴于目前铁路堆场管理相对落得的特点，将物联网技术引入将能够有效提高堆场运转效率，提高信息化水平，同时也需要我们对技术细节进行研究。
1物联网模式下铁路堆场管理系统体系结构
按照目前标准，物联网分为三个层次：应用层，网络层，感知层。应用层主要是计算机终端，数据库服务器等，进行数据的接收，分析和处理，向感知系统其他终端下达指令。网络层是依靠现有的网络，如因特网，移动网络等将应用层和感知层之间的通信数据进行安全可靠的传递。感知层主要包含一些无线传感设备，RFID标签和读写器，状态传感器等。
基于物联网部分技术已经在铁路系统中有所应用，以及铁道部之前建立的集装箱运输追踪管理系统和铁道部中央数据库管理系统已经在全国构成了一个信息化程度很高的网络，结合物联网的三个层次，物联网模式下的铁路堆场管理系统中应用层和网络层已经有很好的基础，我们在感知层上着重进行完善，利用RFID技术，对系统进行改造即可构建起一张强大的铁路系统中的物联网。
RFID射频识别是英文“RadioFrequencyIdentification”的缩写，是一种非接触式的自动识别技术，可以实现对静止或移动物体以及人员的自动识别。它可通过射频信号自动识别目标并且获得相关的数据信息，整个过程不用人工进行干预，具有可以识别高速运动的物体并可同时识别多个目标的能力，可以在各种环境下工作，非常适合应用在铁路堆场集装箱的管理操作中，根据其结构和使用频段又分成多种类型，这里不再详述。在堆场中我们通过在集装箱上加上RFID标签（它是由芯片和天线组成，每个标签都有约定编码格式的唯一编码，通常附着在物体上用来标识对象，一般分为有源，无源和半无源三种），使用相应的读取设备，完成感知层的信息感知过程。通过RFID技术构成真正意义上的物联网模式下堆场管理系统，此系统还应包含登录系统，数据库系统，查询系统，出入门管理系统，场内操作系统这些子系统。接下来我们对感知层的两个子系统进行重点研究。
2物联网技术在堆场出入门管理中的应用
堆场的出入口管理是整个堆场管理系统中非常重要的一个环节，这个环节做得好坏直接决定堆场内集装箱信息的完整性和准确性。铁路堆场的出入口又分为铁路出入口和公路出入口，整个原理基于门禁管理又高于门禁管理。铁路出入口是运送集装箱列车进出堆场的唯一通道，每次运集装箱数量较大，我们需要用RFID设备在进出场时对集装箱进行无线自动识别，根据现有的设备技术可以当列车运行在一定速度下对箱体的标签进行读取，同时使用双天线或双阅读器的方式来保证读取信息的完整性和可靠性。公路出入口的管理则是集装箱运输中铁路和公路的分界点，所以这一环节要进行严格管理控制，否则容易出现集装箱丢箱，跟踪中断，失控等情况，这里主要是结合门禁设备在门口上方和两侧架设RFID设备读取集装箱信息并在系统中核实，严格控制集装箱的出入。
在整个管理过程中，我们涉及到对一些物联网设备的安装，比如集装箱上RFID标签的安装，为了保证能够准确读取标签上的集装箱信息，我们一般在集装箱的上部，两侧和前后门处安装5个相同的包含本集装箱特征信息的标签。RFID阅读器的安装一般在列车和卡车的进出口都要安装阅读器和标签阅读器天线，将读取的信息及时导入系统，保证在系统中及时对出入堆场的集装箱信息进行登记和处理。
在物联网模式下铁路堆场的出入口通过使用RFID射频识别技术，可自动实现对进出场列车的车号以及集装箱号进行识别，实现出场列车号与箱号的绑定，对集装箱卡车和装载的集装箱进场出场时间，车号，箱号等有关信息自动读取和处理，并且及时将这些信息传送到应用层的管理系统的数据库中，即可实现对集装箱的随时查询操作，以及某时间段集装箱的进出场情况，还可实现特殊情况下对某些集装箱进行追踪查找及相关费用结算等操作。
3物联网技术在堆场内部操作管理中的应用
堆场内部的管理主要有堆场实际操作和信息查询管理构成，实际操作主要包含指挥调度，装卸移动，以及堆场的巡视检查。信息查询管理主要包含集装箱位置查询，集装箱的信息查询和集装箱信息管理。在堆场中对集装箱进行调度一般使用龙门吊或正面吊，我们将物联网技术引入到整个管理过程中，就需要在龙门吊和正面吊的吊钩上面安装RFID读取设备，结合现场工作人员手持RFID读取设备进行配合使用。通过标签读取设备迅速将集装箱信息读取并导入系统中进行比对，确认进行相应的操作。这里会涉及到物联网环境下自动识别系统的相关技术，如微波反射，多线程多目标转存转发，数据冗余校验等来保证信息识别的准确性，暂不做详细讨论。
物联网模式下堆场内部管理主要通过应用层的中央处理系统对场内集装箱进行调度控制，通过终端阅读器对集装箱标签的识别，完成对场内集装箱的监控，并可对其进行定位，对装卸，挪移等操作进行记录，方便在系统中进行查询，
在集装箱自动识别系统进行工作的时候，由于堆场内部集装箱存放比较集中，可能会有多个标签同时位于阅读器的识别范围内，阅读器启动后所有标签都可能会同时向阅读器发送信息，导致信号冲突，数据之间相互干扰发生碰撞，这时怎样让阅读器正确读取信息就是个问题。另一种情况就是当多个阅读器同时读取到相同标签发送的信息并传送给管理系统，同样造成信息的干扰，这就是物联网技术中RFID系统的碰撞问题，解决这些碰撞的算法就是反碰撞算法。RFID系统中常见的反碰撞算法通常有：频分多路法，空分多路法，时分多路法和码分多路法。具体还有ALOHA算法，时隙ALOHA算法，动态时隙ALOHA算法。以及二进制搜索算法，动态二进制搜索算法，后退式索引算法，改良二进制树搜索算法。这些都是目前RFID技术人员研究的热点问题，并且还在不断改进。在我们整个堆场管理系统中要根据实际情况采用合适的算法。
4结语
从以上分析可以看出物联网技术在铁路堆场中的应用具有切实的可行性，通过使用RFID技术，可以大大提高堆场的出入口效率，提高堆场内部操作管理的自动化水平。在物联网技术在铁路堆场管理系统中进行应用的过程中还有很多问题值得研究和解决，但我们可以看到通过物联网技术的引入必将对铁路堆场内部现有工作流程带来巨大变化，工作效率的提高和更有效的跟踪管理，从而带来巨大的经济效益和社会影响。
作者简介：
肖广娣，毕业于莫斯科大学计算数学与控制系，现在苏州大学任教，研究方向：物联网，导航制导与控制；凌云，教授，毕业于西南交通大学计算机专业，苏州大学计算机科学与技术学院副院长，研究方向：计算机网络与信息安全。 |
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