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。軌檢車檢測數據是指導線路養(yǎng)護維修的重要依據，而檢測數據中線路里程的準確性，則直接影響現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對里程修正過早或過遲；（2）天氣原因對操作人員的視線的影響；（3）操作人員工作負擔繁重。地鐵隧道內光線很暗，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，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)實時輸出的數據包括經度、緯度、方向角等參數和數據庫中已有的里程數據進行匹配，并將里程數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，由于其識別準確，對外界環(huán)境適應性強，實現簡單，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)的原理及構成

　　2.1 RFID 技術簡介及國內外現狀

　　RFID（Radio Frequency Identification），即射頻識別，是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術應用的領域十分廣泛，如：鈔票及產品防偽技術、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 技術的里程自動校對系統(tǒng)的原理和構成

　　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：安裝在車內設備操作間，存儲用戶數據庫和用戶控制程序。 系統(tǒng)工作原理為：當火車開行經過埋設射頻卡的里程牌時，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，經天線調節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調和解碼，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 口送入車廂內與之相連的主控制計算機。控制計算機得到卡號后，將卡號與預先存入控制計算機的數據庫進行對比，識別出卡號對應的里程信息，并將此信息通過RS-232 串口送入軌道檢測系統(tǒng)，實現里程自動校正。

　　由于主控制計算機安裝在車廂內，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。經過多次對比和實驗，挑選了一款專門為鐵路環(huán)境設計的工業(yè)級射頻產品，射頻操作頻率為2.45 GHZ。它能夠適應地鐵的惡劣工作環(huán)境，采用抗震、防水、防腐、防紫外線設計，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，并能實現長距離高速讀數，而且電池壽命與讀取射頻卡的次數無關。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。閱讀器和卡片的體積都很小，便于安裝固定。

　　系統(tǒng)結構圖如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，當對閱讀器設置不同的讀卡范圍時，對應不同的橢圓曲線。
 

　　在里程自動校對系統(tǒng)中，所設置的閱讀范圍為“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）。在南京地鐵實際應用中，現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，當地鐵軌檢車從靜止到最高行駛速度范圍內，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 結束語

　　基于RFID 技術的軌檢車里程自動校對系統(tǒng)對惡劣環(huán)境的適應性強，解決了其他方法在地鐵環(huán)境中無法使用的問題，實現了地鐵軌檢車的里程自動校對。本系統(tǒng)結構簡單，并且與其他方式的軌檢車里程校對系統(tǒng)的接口一致，易于移植到我國現有的軌檢車上。由于本系統(tǒng)中采用的射頻識別技術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。

　?。ㄎ?中國鐵道科學研究院鐵道部基礎設施檢測中心，楊愛紅）