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  • 万博手机客户端浅谈射频标签定位技术在高铁综

    2018-12-18 18:36来源:未知

      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技术,对工电供专业设备结构状态、线路环境等同步进行检查、分析、预警,实现对高铁基础设施检查、检测、监控。

      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技术,对工电供专业设备结构状态、线路环境等同步进行检查、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。

      只有实现动态检测数据的精确定位,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,万博手机客户端对列车定位。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,不能保证其准确性。

      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接收机使用方便,技术成熟,成本相对较低,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,是由施工单位在施工过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测过程中,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。从结果可以看出,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。有些设备具有安装位置跨度大,分布离散、结构复杂、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,从而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,后期各检测系统通过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加符合现场维修人员查找的作业习惯,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测车的精确定位,既实现了动态检测数据的精确定位,也便于现场维修人员能够快速准确地查找超限处所,提高检测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,在铁路检测领域具有广阔的应用空间。

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