基于RFID和DGPS技术的编组站调车跟踪定位系统的研究

论文摘要

随着铁路编组站信息化建设的发展,对编组站调车机车的实时跟踪定位,不但能为编组站调度决策管理提供支持,而且能为现场施工作业人员提供安全防护信息。同时也提高了调车机车对不可预见情况的反应,从而大大提高了编组站的调车自动化水平和解编能力,有力保障编组站调车运输的安全,对铁路运输具有重大意义。然而目前我国的半自动化编组站通过轨道电路估计调车机车的大致位置,现有的自动化编组站也只能通过调车进路或单机走行进路计划的执行反馈跟踪其位置,做不到实时跟踪与精确定位。本文提出了一种射频识别技术（RFID—Radio Frequency Identification）和差分全球定位系统（DGPS—Difference Global Positioning System）的调车机车跟踪与定位系统,用以实时、精确、高效的确定调车机车在线路上的精确位置和运行轨迹,结合地理信息系统（GIS—Geographic Information System）在综合站场表示图上展现出来,为编组站调度系统提供数据决策支持。本文采用的超高频段的射频识别系统（RFID）,使用铁路专用的RFID无线识别阅读器,能识别0-6m的物体,可靠性高,误读率几乎为零,能满足铁路方面将阅读器固定在轨上或机车上的要求,适用于编组站的复杂环境。系统的工作原理：将无源电子标签每隔两根枕木依次固定安放在枕木上,标签阅读器及通讯设备安装于机车上,并联至车载控制处理器。当机车通过一枚电子标签时,车载阅读器读取标签内存储的精确位置信息数据。系统设计除利用RFID定位模块获取当前位置信息外,还配置了通用分组无线服务（GPRS—General Packet Radio Service）通信模块,以便实时采集和发送所需数据,实现与编组站车站信息处理服务器的实时通信,进而实现精确定位。系统采用ARM9嵌入式处理器作为车载信息控制处理设备控制各个功能模块的运行。当RFID设备故障时,启用DGPS定位的备用方案,用DGPS结合轨道电路实现跟踪定位。本文以RFID和DGPS技术为基础,对系统硬件进行了构筑和选型,对系统软件算法进行适当的改进,使该系统更适用于铁路编组站的应用。系统根据调车机车位置坐标信息的连续变化,通过与铁路GIS的匹配处理实现了对编组站调车机车的跟踪定位（RFID技术精度为1m, DGPS技术精度为3m）,改变了目前调度人员只能大概确定调车机车所处轨道位置的情况,通过仿真测试能使调车机车在站场图中连续的显示其运行状态,具有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文背景
• 1.2 国内外列车（机车）定位系统发展概况
• 1.3 目前我国编组站调车机车定位方法存在的问题
• 1.4 论文研究的目的及所要解决的问题
• 1.5 论文结构
• 1.6 小结
• 2 RFID技术和DGPS技术简介
• 2.1 RFID技术
• 2.1.1 RFID
• 2.1.2 RFID技术在国内外的发展情况
• 2.1.3 RFID技术特点
• 2.1.4 RFID系统的结构
• 2.1.5 RFID技术原理
• 2.1.6 超高频（UHF）RFID技术
• 2.2 DGPS技术
• 2.2.1 GPS技术
• 2.2.2 DGPS定位的基本原理
• 2.3 各种定位方法的比较
• 2.4 小结
• 3 系统总体结构及工作原理
• 3.1 系统总体结构设计
• 3.2 系统功能层次结构
• 3.3 系统工作原理分析
• 3.4 系统功能需求
• 3.4.1 数据采集模块功能需求
• 3.4.2 车载终端设备的功能需求
• 3.4.3 无线通讯设备的主要功能需求
• 3.4.4 编组站信息处理设备的主要功能需求
• 3.5 系统采用技术的可行性分析
• 3.5.1 系统采用RFID技术的可行性分析
• 3.5.2 系统采用DGPS技术的可行性分析
• 3.6 小结
• 4 系统的硬件组成及选型
• 4.1 系统硬件组成
• 4.2 RFID数据采集设备
• 4.2.1 RFID阅读器
• 4.2.2 RFID电子标签
• 4.2.3 GPS设备的选型
• 4.3 车载信息控制处理设备
• 4.3.1 系统车载信息控制处理方案的选择
• 4.3.2 车载信息控制处理设备的选择
• 4.4 编组站信息处理设备选型
• 4.5 通信设备的选型
• 4.6 小结
• 5 系统实现
• 5.1 系统软件功能结构
• 5.2 车载信息控制处理
• 5.2.1 RFID数据采集与传输
• 5.2.2 车载信息数据处理模型
• 5.2.3 车载数据库SQLite的应用
• 5.3 通信处理
• 5.3.1 移动车载终端和编组站信息处理服务器之间的通信协议
• 5.3.2 通信连接方式
• 5.4 编组站数据库
• 5.5 共享数据
• 5.6 编组站信息可视化处理
• 5.6.1 编组站站场图的显示
• 5.6.2 RFID定位信息数据可示化处理
• 5.6.3 DGPS数据可示化处理
• 5.7 操作系统和编程语言的选择
• 5.8 动态仿真
• 5.8.1 系统仿真结构与流程
• 5.8.2 虚拟标签触发算法
• 5.8.3 仿真系统功能演示
• 5.9 系统的优越性分析
• 5.9.1 系统的创新点
• 5.9.2 系统的优越性分析
• 5.10 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 系统仿真部分源代码
• 攻读学位期间的研究成果