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高铁轨道板追踪中物联网技术的应用

2019/09/05 阅读:

摘要:介绍物联网技术在高铁轨道板产品追踪方向的应用,阐述如何应用二维码、RFID等关键技术打造轨道板的产品追踪平台,概括这几项技术在项目中的具体运用与实现,总结项目中技术研究的成果及下一步改进和研究的方向。

关键词:物联网;产品追踪;RFID;二维码

1物联网技术在轨道板生产领域应用现状

目前上铁芜湖轨道板有限公司生产的每一块轨道板中均按照国家CRTSⅢ型无砟轨道板生产技术要求,安装埋入了中国铁道科学研究院研发的超高频RFID电子标签。RFID技术是物联网中的关键技术,标签上储存规范并具有互通性的信息,通过无线数据通信网络自动采集到计算机系统中,从而实现对物品的信息及状态的识别[1]。为保证轨道板生产过程中的多次读写环节,RFID电子标签选用超高频电子标签,其工作频率为920MHz~925MHz,从而扩大其被识别的距离范围[2]。在标签埋入轨道板之前,采用智能手持终端读取电子标签的EPC值进行登记,并将轨道板的编码序列号写入标签的TID区域,在信息系统中进行绑定。虽然在轨道板的生产端应用了RFID电子标签来实现生产管理,但是在轨道板生产入库、仓储、运输、销售等环节仍然大量采用手工记账的方式,工作量大、易出错,且无法对轨道板进行实时追踪。

2基于物联网技术的轨道板追踪

轨道板追踪项目针对轨道板厂生产、仓储、发运、销售过程中存在的产品追踪信息出错、信息滞后等问题,尝试利用物联网技术来解决。通过生产信息化系统将芯片与轨道板信息相关联,项目实现轨道板产品从生产入库、仓储、运输、销售,甚至维修退货等所有环节的追踪记录,降低了人工操作带来的错误率,提升了物流部门的管理效率。智能轨道板追踪项目以物联网技术为基础,采用RFID技术、二维码技术、安卓移动终端、4G数据网络为硬件平台,以及SOA软件服务平台[3],进行轨道板追踪体系建设,对接生产信息化系统基础数据,实现通过移动手持终端RFID扫描轨道板,二维码标识钢架等其他物资,并将获取的信息通过4G网络,发送到后台管理系统,从而实现产品的追踪和管理。RFID技术、二维码技术作为项目中的核心技术,在项目的各个系统中均得到了普遍应用,下文将重点阐述这两项技术在项目中的应用与实现。

3二维码技术的应用

3.1二维码载体的设计与实现

为了实现轨道板厂生产及运输过程重要物资的追踪管理,需要在钢架等物资上使用唯一的二维码进行标识。在设计过程中,需考虑使用环境,相关物资在户外环境中使用,对二维码标签要求:(1)材料坚固,不易磨损;(2)安装牢固,不易脱落;(3)信息简单,易于识别;(4)采用一位字母加4位数字的信息编码等。采用铝合金覆膜作为二维码载体材质,铆钉加胶水方式安装,在物资各方位固定相同标签。二维码效果及内容如图1、图2所示。其中:G代表物资类型,钢架;第一位数字“2”代表钢架型号,II型;后面三位数字“005”代表物资编号。

3.2二维码的测试与调优

印刷在钢架上的二维码既需要通过手持智能终端进行识别,也需要满足普通的智能手机扫码的要求。而二维码的分辨率、印刷的二维码尺寸、二维码的内部编码格式也会对二维码的识别率带来影响。因此,需要通过反复试验与测试对二维码的参数进行调优。

3.2.1试验环境测试设备:成为C72、Zebra扫描头,安卓6.0系统,设备自带扫描软件;小米手机5,后置摄像头,安卓7.0系统,自主开发app;华为mate9,后置摄像头,安卓6.0系统,自主开发app。外界环境:白天充足光照;夜间现场既有灯光照明;二维码固定于现场钢架。测试计划:10组二维码。测试距离:20cm、40cm、60cm、80cm、100cm。测试时间段:上午10点,晚间20点。扫描时间:工业设备不高于2s,手机不高于3s。测试软件界面如图3所示。

3.2.2试验数据二维码试验数据如表1所示,识别率随不同编码规则以及大小变化如图4所示。根据以上试验数据,最终采用了QRcode编码,尺寸大小控制在30mm×30mm左右,经过大量测试,得出了以下性能指标(工业设备采用Zebra高性能扫描头,手机采用自主开发的二维码识别软件app):(1)工业设备的识别误码率低于0.1%,识别时间小于2s;(2)工业设备在1m识别距离内,识别时间小于2s;(3)摄像头像素达800万以上的手机识别时间在3s之内(根据实际环境的光线情况会有差异)。

4RFID技术在项目中的应用

按上文所述,通过二维码技术实现了钢架等物资的追踪。对板厂轨道板产品追踪则应用了物联网技术领域中的另一项关键技术—RFID技术。通过RFID标签配合RFID传感器及信息系统,实现对整个轨道板供板信息的追踪和管理。在生产的CRTSⅢ型无砟轨道板中,已经预埋2块RFID芯片,2块芯片通过生产信息化系统与轨道板信息绑定。每个RFID标签各有1个TID编码,对应同一块板。RFID电子标签相当于轨道板的“身份证”,在轨道板生命周期里可以持续读取。

4.1RFID在业务环节的应用

为适应工程实际应用和工作环境要求,RFID标签应具有抗金属性能,SOT形式,在背靠钢筋时具有更远识别距离,适应-45℃~+80℃,工作频率为920MHz~925MHz,并能有效固定[2]。在本项目中采用带有R2000读取模块的安卓系统的手持终端(见图5)感应读取轨道板中的RFID标签(见图6),并进行相关业务操作。轨道板主要业务流程如图7所示,通过安卓手持终端,读取轨道板RFID芯片,物设部门人员进行轨道板的入库、专运线作业、路运销售等信息的管理登记。

4.2RFID的测试与调优

在RFID标签安装与测试的实践过程中,需解决感应天线功率调节的问题,由于轨道板水泥介质会对RFID标签信号产生干扰,且生产运输环节中轨道板存在堆叠存放、仓储立式存储,因此如果功率设置太小,则无法感应到RFID标签,反之,若功率太大,则会同时读取到周围的其他轨道板标签。经过多次试验,入库和信息查看模块,选定最佳功率是22dB;专运线和路运,选定最佳功率是26dB。测试设备:成为C72,R2000读写模块,安卓6.0系统,设备自带读取软件。测试软件界面如图8所示。系统读取功率设置范围:16~28dB。测试计划:50块轨道板(RFID安装于两端,中间钢筋上部,距离表面约为10cm左右),其中40块立式存储,间距30cm,10块平铺于地面。立式存储,手持终端贴近轨道板表面;平铺轨道板,读取测试距离60cm;读取时间:不高于2s。试验数据如表2所示,正确读取率随读取功率大小变化如图9所示。

5结束语

企业对自身产品、物资等进行追踪需求以及对业务管理要求的提升,已成为物联网技术的一个重要的应用领域。二维码技术、RFID技术等作为物联网领域中的关键技术,现已在各类企业产品、物资的生产、仓储及流通过程的管理中得到广泛应用。随着管理需求的进一步提升,建议考虑将GPS技术应用于轨道板车厢和陆运卡车,以获取更精确、更实时的位置追踪信息。

参考文献:

[1]万义星.基于二维码的产品可追溯系统研究[J].数字技术与应用,2015(7):01-05.

[2]安然,王辉麟,邵磐.铁路工程埋入式射频识别电子标签技术标准和应用研究[J].铁路计算机应用,2016(7):36-38.

[3]程文静,姚立,岳子琳.基于物联网的MES产品追踪的研究[J].计算机与数字工程,2013(2):18-21.

作者:崔德水 单位:上铁芜湖轨道板有限公司

高铁轨道板追踪中物联网技术的应用

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