射頻識別技術Radio Frequency Identification RFID 是20 世紀90 年代開始興起的一種自動識別技術。該技術在世界范圍內正被廣泛應用，在我國雖起步較晚，但正逐步得到應用，如鐵路車號自動識別技術等。本文在簡要介紹RFID 技術的基礎上，探討RFID技術在鐵路施封鎖中的應用。 

1 RFID 技術簡介 

RFID 技術是一種利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸資訊傳遞，并通過所傳遞的資訊實現(xiàn)對靜止或移動目標進行識別的技術。 

1.1 RFID 技術的組成。 
RFID 技術通常由電子標簽（又稱射頻標簽）和閱讀器又稱（讀出裝置）組成。 

（1） 電子標簽（Tag）。 電子標簽記憶體內存貯有一定格式的電子數(shù)據(jù)常以此作為待識別物品的標識性資訊，應用中將電子標簽附著在待識別物品上。閱讀器與電子標簽可按約定的通信協(xié)議互傳資訊，通常的情況是由閱讀器向電子標簽發(fā)送命令電子標簽根據(jù)收到的命令將記憶體的標識性數(shù)據(jù)回傳給閱讀器。這種通信是在無接觸方式下，利用交變磁場或電磁場的空間耦合及射頻信號調制與解調技術加以實現(xiàn)的。 

電子標簽具有各種形狀，但不是任意形狀都能滿足閱讀距離及工作頻率的要求，必須根據(jù)系統(tǒng)的工作原理設計合適的天線外形及尺寸。電子標簽通常由標簽天線（或線圈）及標簽晶片組成。標簽晶片即相當于一個具有無線收發(fā)功能及存貯功能的單片系統(tǒng)（SoC）標簽晶片上的內存部分用以儲存識別號碼或其它數(shù)據(jù)。 

（2） 閱讀器。典型的閱讀器含有高頻模塊（發(fā)送器和接收器）、控制單元及閱讀器天線許多閱讀器還有附加接口（如RS232 RS485 紅外以太網(wǎng)接口等），以便將所獲得的數(shù)據(jù)傳向應用系統(tǒng)或從應用系統(tǒng)接收命令。 

在多數(shù)RFID 系統(tǒng)中，閱讀器在一個區(qū)域內發(fā)射能量形成電磁場，其區(qū)域大小取決于工作頻率和天線尺寸。閱讀器發(fā)送的信號通常提供時鐘信號及電子標簽所需的足夠能量，其中的時鐘信號使數(shù)據(jù)同步從而簡化了系統(tǒng)的設計。閱讀器接收到數(shù)據(jù)后解碼并進行錯誤校驗來決定數(shù)據(jù)的有效性，然后通過RS232、RS422 、RS485 或無線方式將數(shù)據(jù)傳送到計算機網(wǎng)絡。 

簡單的RFID產(chǎn)品是一種非接觸的IC。 卡而復雜的RFID 產(chǎn)品能通過與外部傳感器接口的連接來測量、記錄不同的參數(shù)，甚至可與GPS 系統(tǒng)連接來跟蹤物體。 

1.2 RFID 技術的優(yōu)勢 
1 通過射頻信號自動識別目標，無需可見光源。 
2 具有穿透性，可以透過外部材料直接讀取數(shù)據(jù)，保護外部包裝，節(jié)省開箱時間。 
3 射頻產(chǎn)品可在惡劣環(huán)境下工作，對環(huán)境要求低。 
4 讀取距離遠，無需與目標接觸就可得到數(shù)據(jù)。 
5 支持寫入數(shù)據(jù)，無需重新制作新的標簽。 
6 使用防沖突技術，能夠同時處理多個射頻標簽，適用于批量識別場合。 
7 可以對RFID 標簽所附著的物體進行追蹤定位，提供位置信息。 

1.3 RFID 技術的應用 
射頻識別技術以其獨特的優(yōu)勢，逐漸被廣泛應用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運輸控制管理等領域。隨著大型積體電路技術的進步及生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，射頻識別產(chǎn)品的成本將不斷降低其應用將越來越廣泛。表1 列舉了射頻識別技術的典型應用 

2 RFID 技術在鐵路貨車施封鎖中應用的探討 

2.1 現(xiàn)有鐵路貨車用施封鎖存在的不足 

現(xiàn)有鐵路貨車用施封鎖（棚車、罐車及集裝箱）均為鋼質施封鎖。此類施封鎖雖具有結構簡單、成本低等特點，但存在以下不足： 
（1）施封、破封、保管、登記等均為手工作業(yè)，差錯率高。 
（2）檢查只能由貨運人員或貨運檢查人員逐車、逐個現(xiàn)場檢查，作業(yè)效率低下。 
（3）所記載的標識只有局別、施封站（或專用線）和封號，無法提供諸如施封時間、施封人等信息。 
（4）一旦中途破封，無法記錄破封時間，不利于貨運事故的分析和公安破案。 
（5）只能人工檢查，無法實現(xiàn)檢查的自動化、現(xiàn)代化，管理手段落后。 
（6）檢查信息只能停留在作業(yè)班組或車站，無法及時將檢測信息上傳，不能實現(xiàn)信息資源共享。 
（7）不能使貨主或上級管理部門對重點貨物、重點車輛的施封狀態(tài)進行跟蹤，無法實時掌握貨物狀態(tài)，不能為客戶提供及時的物流信息。 

針對目前鐵路使用鋼制施封鎖的問題，北京鐵路局已開始探索研究RFID 鐵路貨車用施封鎖，以提高施封的技術含量，實現(xiàn)施封作業(yè)的現(xiàn)代化。 

2.2 RFID 施封鎖系統(tǒng)的構成 
RFID 施封鎖系統(tǒng)由門鎖狀態(tài)傳感器、射頻鎖卡標簽、閱讀天線、手持讀寫器（手持機）、車序子系統(tǒng)、通信子系統(tǒng)、車號子系統(tǒng)、計算機軟件系統(tǒng)構成。系統(tǒng)結構如圖1 所示。

  （1）射頻鎖卡標簽此標簽固定于車門外側，以便于固定式或手持式閱讀器讀取施封信息。該卡片無須外部供電，工作環(huán)境溫度為-45至+85攝氏度。鎖卡的內含數(shù)據(jù)可在120 km/h 的速度下被10 m 范圍內的固定閱讀天線讀取，其外殼堅固，完全適應貨物列車的惡劣運行環(huán)境。鎖卡在被設置激活后通過門鎖狀態(tài)傳感器檢測車門或集裝箱門的狀態(tài)，并供固定閱讀器或手持讀寫器讀寫識別。 
（2）門鎖狀態(tài)傳感器。此傳感器為無源傳感器置于車門內側，用于實時監(jiān)測車門狀態(tài)。 
（3）固定閱讀器。露天放置于列車進站時的線路兩側，在列車通過時讀取射頻鎖卡標簽信息。固定閱讀器為可讀寫射頻鎖卡的工業(yè)級射頻識別裝置，可在10 m范圍內對速度120 km/h 的鎖卡進行讀取。 
（4）手持閱讀器。用于貨運或貨運檢查人員對靜止車輛的射頻鎖卡標簽進行施封、檢封、補封、解封等操作。手持閱讀器結合貨運檢查作業(yè)流程，可在1.5 m范圍內對鎖卡進行讀寫，并記錄所有的歷史操作。閱讀器具有無線數(shù)據(jù)傳輸通道，歷史操作記錄可自動上傳至服務器，形成數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)記錄。手持閱讀器由內部的鋰離子二次電池供電，一次充電可供正常操作2 周。 
（5）主控計算機。實時采集射頻鎖卡標簽信息，并與鐵路信息系統(tǒng)相聯(lián)接，及時將采集的射頻鎖卡標簽信息上傳。 

2.3 RFID 施封鎖系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及計算機網(wǎng)絡組成 
固定閱讀器及手持閱讀器中的數(shù)據(jù)經(jīng)通信子系統(tǒng)傳輸至服務器與順位系統(tǒng)車號，系統(tǒng)提供的順位號及車號匹配后生成數(shù)據(jù)記錄，錄入本地數(shù)據(jù)庫。本地數(shù)據(jù)庫將有效數(shù)據(jù)中的重要數(shù)據(jù)經(jīng)過鐵路信息網(wǎng)匯總至站段?；鶎訑?shù)據(jù)以三級落地的方式形成站段--鐵路局--全路的貨運電子施封管理體系詳見圖2。 

2.4 RFID 施封鎖系統(tǒng)指標 
（1）固定閱讀器可支持列車以120 km/h的最高速度通過，并準確讀取射頻鎖卡標簽內的施封信息。 
（2）固定閱讀器的閱讀距離不小于10 m。 
（3）手持閱讀器可在1.5 m范圍內讀寫射頻鎖卡標簽中的數(shù)據(jù)，包括重置標簽中標志鎖狀態(tài)數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)。 
（4）手持閱讀器具有鍵盤，顯示屏和至少1 2 8 kBytes的歷史記錄存儲器，并可利用商品化的通用存儲器進行擴展。 
（5）標簽卡外形尺寸不超過91 mm*59 mm*8 mm。 
（6）工作環(huán)境溫度為-40 -85攝氏度。 
（7）密碼鎖、標簽卡使用壽命大于5 年。 
（8） 系統(tǒng)誤碼率：小于十萬分之一。 

2.5 RFID 施封鎖工作流程 
（1） 施封。棚車罐車或集裝箱裝載完畢后，貨運人員利用手持閱讀器將施封信息，如施封站、封印內容、流水號、施封日期、時間、施封人等寫入位于車門（蓋）表面的射頻鎖卡標簽中并將標簽內數(shù)據(jù)中的鎖狀態(tài)位鎖定在運輸全過程中，若車門始終未被打開，則標志鎖。狀態(tài)位始終保持為鎖定。 
（2 ）檢封。射頻識別卡在運輸?shù)娜虒崟r檢測門鎖狀態(tài)，一旦門鎖被打開，卡中的鎖狀態(tài)位立即變?yōu)殚_鎖狀態(tài)，并將鎖第一次被打開的時間自動記錄在卡中以便查詢，即便門鎖再次閉鎖，鎖狀態(tài)位仍然為開鎖狀態(tài)。當列車高速通過位于鐵路兩側的固定閱讀器時，系統(tǒng)會檢測每一個鎖卡中的數(shù)據(jù)，將其內含的封印信息自動與鐵路生產(chǎn)網(wǎng)中的電子票據(jù)比對并打印輸出，且可在有施封無效的車輛出現(xiàn)時進行報警，以提高貨運檢查作業(yè)的針對性。在途中發(fā)生失竊案件后，鐵路公安部門可通過卡中提供的門鎖打開時間來推斷作案時間、地點、嫌疑人等。對于可疑的施封，貨運檢查人員也可通過使用手持機對密碼門鎖狀態(tài)進行檢查。 
（3 ）補封。對于高速在線檢測系統(tǒng)檢測后確認需要補封的車輛門鎖，經(jīng)有關部門檢查、核實并授權后，可由貨運檢查或貨運人員關閉車門，并用手持機對卡內鎖狀態(tài)數(shù)據(jù)進行復位（置于“0”）， 并寫入補封信息，如施封站、封印內容、流水號、施封日期、時間施、封人等，相應補封記錄可通過無線通道傳回貨運檢查室的計算機。 
（ 4）啟封。對于到站車輛，由相關工作人員用手持閱讀器對卡內鎖狀態(tài)進行檢查，并進行啟封處理，處理過程通過無線通道傳回貨運室的計算機。 

2.6 RFID 施封鎖系統(tǒng)的優(yōu)點 
1 施封、補封、解封、信息讀取等均為計算機控制，沒有或較少人為干預，差錯率小。 
2 列車以120 km/h的速度通過時，可被固定閱讀器自動識別、讀取，大大提高了對施封檢查的作業(yè)效率。 
3 可以在線實時檢測棚車及集裝箱的施封是否有效，實現(xiàn)了施封鎖檢查的自動化、現(xiàn)代化，增加了貨運檢查作業(yè)的針對性。 
4 有利于鐵路管理部門依靠現(xiàn)有鐵路網(wǎng)絡，形成鐵路貨運物流管理系統(tǒng)，使貨主或上級管理部門對重點貨物、重點車輛的施封狀態(tài)進行跟蹤，實時掌握貨物狀態(tài)，為客戶提供及時的物流信息。 
5 除提供施封站（專用線）和封號等信息外，還可提供施封日期、時間、施封人等信息。 
6 中途破封時，可以記錄破封時間，有利于貨運事故的分析和公安破案。