高鐵軌道板追蹤中物聯網技術的應用范文

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摘要:介紹物聯網技術在高鐵軌道板產品追蹤方向的應用，闡述如何應用二維碼、RFID等關鍵技術打造軌道板的產品追蹤平臺，概括這幾項技術在項目中的具體運用與實現，總結項目中技術研究的成果及下一步改進和研究的方向。

關鍵詞:物聯網;產品追蹤;RFID;二維碼

1物聯網技術在軌道板生產領域應用現狀

目前上鐵蕪湖軌道板有限公司生產的每一塊軌道板中均按照國家CRTSⅢ型無砟軌道板生產技術要求，安裝埋入了中國鐵道科學研究院研發的超高頻RFID電子標簽。RFID技術是物聯網中的關鍵技術，標簽上儲存規范并具有互通性的信息，通過無線數據通信網絡自動采集到計算機系統中，從而實現對物品的信息及狀態的識別［1］。為保證軌道板生產過程中的多次讀寫環節，RFID電子標簽選用超高頻電子標簽，其工作頻率為920MHz～925MHz，從而擴大其被識別的距離范圍［2］。在標簽埋入軌道板之前，采用智能手持終端讀取電子標簽的EPC值進行登記，并將軌道板的編碼序列號寫入標簽的TID區域，在信息系統中進行綁定。雖然在軌道板的生產端應用了RFID電子標簽來實現生產管理，但是在軌道板生產入庫、倉儲、運輸、銷售等環節仍然大量采用手工記賬的方式，工作量大、易出錯，且無法對軌道板進行實時追蹤。

2基于物聯網技術的軌道板追蹤

軌道板追蹤項目針對軌道板廠生產、倉儲、發運、銷售過程中存在的產品追蹤信息出錯、信息滯后等問題，嘗試利用物聯網技術來解決。通過生產信息化系統將芯片與軌道板信息相關聯，項目實現軌道板產品從生產入庫、倉儲、運輸、銷售，甚至維修退貨等所有環節的追蹤記錄，降低了人工操作帶來的錯誤率，提升了物流部門的管理效率。智能軌道板追蹤項目以物聯網技術為基礎，采用RFID技術、二維碼技術、安卓移動終端、4G數據網絡為硬件平臺，以及SOA軟件服務平臺［3］，進行軌道板追蹤體系建設，對接生產信息化系統基礎數據，實現通過移動手持終端RFID掃描軌道板，二維碼標識鋼架等其他物資，并將獲取的信息通過4G網絡，發送到后臺管理系統，從而實現產品的追蹤和管理。RFID技術、二維碼技術作為項目中的核心技術，在項目的各個系統中均得到了普遍應用，下文將重點闡述這兩項技術在項目中的應用與實現。

3二維碼技術的應用

3．1二維碼載體的設計與實現

為了實現軌道板廠生產及運輸過程重要物資的追蹤管理，需要在鋼架等物資上使用唯一的二維碼進行標識。在設計過程中，需考慮使用環境，相關物資在戶外環境中使用，對二維碼標簽要求:(1)材料堅固，不易磨損;(2)安裝牢固，不易脫落;(3)信息簡單，易于識別;(4)采用一位字母加4位數字的信息編碼等。采用鋁合金覆膜作為二維碼載體材質，鉚釘加膠水方式安裝，在物資各方位固定相同標簽。二維碼效果及內容如圖1、圖2所示。其中:G代表物資類型，鋼架;第一位數字“2”代表鋼架型號，II型;后面三位數字“005”代表物資編號。

3．2二維碼的測試與調優

印刷在鋼架上的二維碼既需要通過手持智能終端進行識別，也需要滿足普通的智能手機掃碼的要求。而二維碼的分辨率、印刷的二維碼尺寸、二維碼的內部編碼格式也會對二維碼的識別率帶來影響。因此，需要通過反復試驗與測試對二維碼的參數進行調優。

3．2．1試驗環境測試設備:成為C72、Zebra掃描頭，安卓6．0系統，設備自帶掃描軟件;小米手機5，后置攝像頭，安卓7．0系統，自主開發app;華為mate9，后置攝像頭，安卓6．0系統，自主開發app。外界環境:白天充足光照;夜間現場既有燈光照明;二維碼固定于現場鋼架。測試計劃:10組二維碼。測試距離:20cm、40cm、60cm、80cm、100cm。測試時間段:上午10點，晚間20點。掃描時間:工業設備不高于2s，手機不高于3s。測試軟件界面如圖3所示。

3．2．2試驗數據二維碼試驗數據如表1所示，識別率隨不同編碼規則以及大小變化如圖4所示。根據以上試驗數據，最終采用了QRcode編碼，尺寸大小控制在30mm×30mm左右，經過大量測試，得出了以下性能指標(工業設備采用Zebra高性能掃描頭，手機采用自主開發的二維碼識別軟件app):(1)工業設備的識別誤碼率低于0．1%，識別時間小于2s;(2)工業設備在1m識別距離內，識別時間小于2s;(3)攝像頭像素達800萬以上的手機識別時間在3s之內(根據實際環境的光線情況會有差異)。

4RFID技術在項目中的應用

按上文所述，通過二維碼技術實現了鋼架等物資的追蹤。對板廠軌道板產品追蹤則應用了物聯網技術領域中的另一項關鍵技術—RFID技術。通過RFID標簽配合RFID傳感器及信息系統，實現對整個軌道板供板信息的追蹤和管理。在生產的CRTSⅢ型無砟軌道板中，已經預埋2塊RFID芯片，2塊芯片通過生產信息化系統與軌道板信息綁定。每個RFID標簽各有1個TID編碼，對應同一塊板。RFID電子標簽相當于軌道板的“身份證”，在軌道板生命周期里可以持續讀取。

4．1RFID在業務環節的應用

為適應工程實際應用和工作環境要求，RFID標簽應具有抗金屬性能，SOT形式，在背靠鋼筋時具有更遠識別距離，適應－45℃～+80℃，工作頻率為920MHz～925MHz，并能有效固定［2］。在本項目中采用帶有R2000讀取模塊的安卓系統的手持終端(見圖5)感應讀取軌道板中的RFID標簽(見圖6)，并進行相關業務操作。軌道板主要業務流程如圖7所示，通過安卓手持終端，讀取軌道板RFID芯片，物設部門人員進行軌道板的入庫、專運線作業、路運銷售等信息的管理登記。

4．2RFID的測試與調優

在RFID標簽安裝與測試的實踐過程中，需解決感應天線功率調節的問題，由于軌道板水泥介質會對RFID標簽信號產生干擾，且生產運輸環節中軌道板存在堆疊存放、倉儲立式存儲，因此如果功率設置太小，則無法感應到RFID標簽，反之，若功率太大，則會同時讀取到周圍的其他軌道板標簽。經過多次試驗，入庫和信息查看模塊，選定最佳功率是22dB;專運線和路運，選定最佳功率是26dB。測試設備:成為C72，R2000讀寫模塊，安卓6．0系統，設備自帶讀取軟件。測試軟件界面如圖8所示。系統讀取功率設置范圍:16～28dB。測試計劃:50塊軌道板(RFID安裝于兩端，中間鋼筋上部，距離表面約為10cm左右)，其中40塊立式存儲，間距30cm，10塊平鋪于地面。立式存儲，手持終端貼近軌道板表面;平鋪軌道板，讀取測試距離60cm;讀取時間:不高于2s。試驗數據如表2所示，正確讀取率隨讀取功率大小變化如圖9所示。

5結束語

企業對自身產品、物資等進行追蹤需求以及對業務管理要求的提升，已成為物聯網技術的一個重要的應用領域。二維碼技術、RFID技術等作為物聯網領域中的關鍵技術，現已在各類企業產品、物資的生產、倉儲及流通過程的管理中得到廣泛應用。隨著管理需求的進一步提升，建議考慮將GPS技術應用于軌道板車廂和陸運卡車，以獲取更精確、更實時的位置追蹤信息。

參考文獻:

［1］萬義星．基于二維碼的產品可追溯系統研究［J］．數字技術與應用，2015(7):01－05．

［2］安然，王輝麟，邵磐．鐵路工程埋入式射頻識別電子標簽技術標準和應用研究［J］．鐵路計算機應用，2016(7):36－38．

［3］程文靜，姚立，岳子琳．基于物聯網的MES產品追蹤的研究［J］．計算機與數字工程，2013(2):18－21．

作者：崔德水 單位：上鐵蕪湖軌道板有限公司