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鐵路運輸是物流業重要的基礎設施,近年來,鐵路物流信息化在我國迅速發展,使得鐵路物流的管理水平得以大幅度提升.在鐵路物流系統中,信息采集、處理、傳輸到實時跟蹤查詢等信息流處理,是物流服務的神經軀干.提高信息采集的效率、準確度和范圍是現代物流采集技術的目標,對于信息采集,鐵路物流中大部分還采取非常傳統的方式進行管理,對物流信息的采集多采用人工記錄,凸現出在流程中物流信息采集不準確,信息流轉不暢等問題,自動識別技術的采用將大大的加強基礎數據采集的準確性[1].本文提出了鐵路物流電子識別系統,研究了鐵路物流電子識別系統的基本組成,分析了RFID技術應用于鐵路物流電子識別系統的關鍵因素,進行數學建模仿真,并進行RFID的防信息碰撞實驗,驗證了RFID技術應用于該系統的可行性.

1鐵路物流電子識別系統

鐵路物流電子識別系統是以計算機為核心,建立一套硬軟件相結合的完整的監控體系,解決鐵路物流的信息采集、傳輸、加工、共享的問題.以電子識別技術為基礎,實現信息的采集,再利用現代信息網絡技術,建立網絡信息系統,通過網絡平臺和信息技術將營業站及經營網點連接起來,實現管理的科學化、系統化、數字化和對貨物運送進行全程的跟蹤監控,實現資源共享、信息共用,對物流各環節進行實時跟蹤、有效控制與全程管理[2].

鐵路物流電子識別系統由貨物電子標簽、識別器、手持式識別器、中繼器、主機、貨物電子標簽擦寫器及數據傳輸信道組成.如圖1所示.圖1鐵路物流系統電子識別系統工作原理及流程:貨物電子標簽發出具有代表貨物身份特征的無線信號,經識別器接收,再發送到中繼器傳輸到中心站計算機.中心站計算機接收來自識別器上的貨物編碼信號,進行分析處理,形成各種文件,使管理人員能及時查詢各種信息.為了保證貨物編碼信號準確可靠,還設有手持式識別器,分別用于貨物裝卸處及貨運倉庫的貨物編碼信號識別,對貨物編碼信號進行二次識別.另外,還設有專用的貨物電子標簽擦寫器,保證貨物電子標簽的重復使用.貨物電子標簽實時接收識別器的呼叫,然后發出代表自身身份的射頻信號,經識別器接收,該識別器將收到的貨物電子標簽的代表自身身份信息和自身地址信息相組合,發送給臨近的上一個中繼器,直至發送到貨運中心計算機,由中心計算機進行數據的分析、處理,并提供查詢、管理等功能.識別器是以微處理器為核心的智能專用電子設備,能方便地與中繼器配接,構成鐵路物流系統電子識別系統,完成數據采集處理、信息編碼的傳輸等功能.識別器可安裝火車站的列車進出站口、交叉道口、列車停靠點、貨運倉庫等位置.中繼器是以微控制器為核心的智能化專用電子設備,能方便地與識別器、貨運中心計算機配接,構成鐵路物流系統電子識別系統,完成數據采集處理、信息編碼的傳輸等功能.數據匯總到中心計算機,利用鐵路物流管理軟件對數據進行綜合處理,整個系統實現了鐵路物流數據的采集、傳輸、加工的功能.

2基于RFID鐵路物流系統電子識別

射頻識別技術(RFID)是利用電磁感應、無線電波或微波進行非接觸雙向通信,以達到識別目的并交換數據[3].基于RFID的鐵路物流電子識別系統,具體實現識別過程是組成了一個無線傳感網絡(WSN,wirelesssenornetworks).大量的貨物電子標簽組成了傳感節點,識別器是匯聚節點,各傳感節點需要在短時間內將數據傳輸至匯聚節點,在鐵路物流一定的區域內,無線傳感網絡往往只有一個匯聚節點,因此,數據傳輸呈現出一種“多對一”的匯聚傳輸模式,傳輸過程中容易出現信息碰撞問題.在射頻識別中,信息碰撞現象也是在所難免的,貨物電子標簽沖突的問題實質是多信道接入問題.在鐵路物流系統中,具有貨物數量多、處于動態變化中的特點,信息碰撞問題也顯得尤為突出.解決信息碰撞造成的漏讀問題,是RFID應用于鐵路物流電子識別系統的關鍵所在[4].RFID防碰撞算法主要包括ALOHA算法和二進制樹形算法,目前比較成熟、應用比較廣泛的是ALOHA算法[5],本節考慮鐵路物流中的主要因素的影響,分析該算法在鐵路物流電子識別系統中的應用的可行性.本節首先利用MATLAB軟件進行系統仿真,再通過具體實驗進行驗證.對仿真程序中一些變量進行說明,T0表示標簽與讀卡器的交換時間;T表示標簽的退避區間;N為同時存在的標簽數,也是鐵路物流電子識別系統中主要考慮的影響因素;M為重發次數.

2.1系統仿真(1)令T0=1~3ms、T=10~10000ms、N=10000、M=6000,得到標識卡成功讀取次數隨退避時間變化的仿真圖(如圖2).從圖2可以看到,開始隨著退避時間的增大,成功讀取的次數也增加;當成功讀取次數達到一個峰值,開始隨著退避時間增加而減少.這個結果和理論上也是相符合的.退避區間小,會導致碰撞的機率大,需要的退避次數就多.退避區間太大,識別標簽所需要的時間會很長[6].這兩種情況都會導致限定時間內,成功讀取次數的下降,選擇一個合理的退避區間是關鍵.當T0從1~3ms變化時,可以明顯的看出,成功讀取次數隨T0的增大而減小.從理論上分析,是因為T0的增大,碰撞的區域也隨之增大,這樣導致碰撞的次數也增多了,相應的成功讀取的次數也減少.(2)令T0=1ms、T=10~10000ms、M=6000,令并發識別數量N,為1000、2000,分別得到兩條讀取成功次數隨退避區間變化的曲線.從圖3可以看出,最佳的退避區間(讀取成功次數較理想的一段時間區域,可以視為是峰值附近的區域)隨著并發識別數量移動,隨著并發識別數量的增大而向右移動.現實情況中的意義,就是通過固定的讀卡器的識別卡的數量是不定的,最佳退避曲區間也是變化的(3)令T0=1~3ms、T=10~2000ms、N=1000、M=6000,限定時間Ts分別為20000、30000ms.成功讀取的次數隨著時間增長就會增加,從圖4中可以直觀的看出.圖4限定時間變化成功讀取曲線對比

2.2實驗驗證為了說明仿真的正確性,設計了該實驗進行驗證.搭建了實驗平臺,觀察貨物電子標簽實際正常工作模式下,漏讀情況以及延長限定時間全部讀取的情況.實驗選擇樣本數為80,進行樣本實驗.根據前文的仿真,貨物電子標簽數量增多時,只是退避時間、限定時間增加,其余的情況是基本一致的.選擇80張標識卡進行樣本實驗,具有代表性.令T0=1ms、T=10~1000ms、N=80、M=6000,限定時間Ts分別為40000、60000ms.成功讀取的次數隨著時間增長就會增加,從圖5中可以直觀的看出,與其他數量的樣本的規律是一致的.(1)限制時間為4s時,退避時間為500ms時,10次測試中有2次有漏讀情況,兩次均漏讀1張卡,每次漏讀的標識卡是隨機的.標識卡供電時間為6s時,無漏讀情況.(2)退避時間設置為100ms時,限制時間為4s時,80張標識卡的讀取情況如表1,從表中可以看出,發生了嚴重的漏讀情況,但是延長限定時間,是可以全部讀取的,沒出現漏讀情況,與仿真結果符合.