浅谈射频标签定位技术在高铁综合巡检车上的应用

  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。

  1、目前铁路动态检测主要定位技术

  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,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。

  1.3 电子射频标签技术(RFID)

  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。

  2、RFID使用及验证

  2.1 RFID标签选择

  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。

  2.2 RFID标签安装及计算原则

  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。

  

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