物联网在电气化铁路中的应用与发展前景

顾名思义，物联网就是物物相连的互联网，英文名称为The Internet of Things（IOT）或Web of Things。物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

近年来，在中国物联网受到了全社会极大的关注，其应用案例已为城市智能化和各个行业领域发展开辟了新途径。它能够提供安全可控的实时在线监测、定位追溯、报警联动、调度指挥、预案管理、远程控制、安全防范、远程维保、在线升级、统计报表、决策支持等管理和服务功能。

2.物联网在电气化铁路中的应用

目前物联网在各个行业各个领域已有了广泛的应用，从工业交通到家用电器，从环保气象到土木建筑，从农林水产到医疗保健等。工业上如石油行业钻井、输油管、油罐车监控平台是物联网新时代的产物，是集全球卫星定位系统（GPS）以及CDMA/GPRS通信技术于一体的综合平台，主要针对石油行业野外钻探、油罐运输、输油管线等业务需求，实现对运输车辆实时监控，各监控仪表状态参数无线采集，从而实现对石油行业各资源的集中、高效、统一管理。为大家所熟悉的智能停车场管理系统，是基于RFID（Radio Frequency Identification）即射频识别技术的智能管理系统。此系统能实现对车辆的自动识别、自动登记、自动放行等功能，后台管理软件则可实现查看进出车辆信息、进出时间查询、缴费记录查询等多项功能。系统具有很多优势：入口可实现无人管理模式、安全管理程度高、操作简单耐用可靠、信息存储量大、高可靠性和适应性等等。2010年上海世博会门票也应用了射频识别技术，它让世博游客在享受到方便快捷的同时，也切身体会到了“物联网”的精彩魅力。门票内部有一颗具有自主知识产权的芯片，记录着游客资料，并利用无线方式与遍布园区的传感器交换信息。检票入园时，RFID电子门票无需接触、无需对准即可验票，持票人只需手持门票在离读写设备10厘米的距离内轻松一刷，便可顺利通行。

我国铁路系统近几年来取得了显著成绩，高速铁路发展成就尤为突出，为了适应这种发展，实现铁路的智能化、信息化迫在眉睫。随着科技的进步、信息化的发展，铁路通信信息正朝着数据化、可移动性以及宽带化发展，如铁路客票系统、铁路车号采集系统等，物联网在其中已经起到了巨大的作用。而减少铁路故障、保障安全行驶等也是铁路建设的首要任务之一。铁路系统的设计、施工、管理必须要与时俱进，建立更加高效的管理体系。结合物联网技术的应用，将使电气化铁路更好的发挥其功能，推动铁路的高速发展。

比如新研发的接触网检修作业信息化管理系统是初级物联网的基本应用，接触网检修作业的每一次事故都造成了巨大的直接或间接经济损失和社会负面影响。特别是人身伤亡事故，其负面影响更是无法估量，特别是在以人为本的今天，人身价值更是应首先考虑的因素，因此，加强安全防御，做到电力线路检修作业挂接地线挂接状态安全可控是十分必要而且紧迫的。在电气化铁路中，接触网检修与网上作业，是靠人工通过电话与电调联系要停电点，根据确定的停电点，电调进行网上停电，接触网作业组挂地线，开始网上作业，作业完成后，撤地线，报告电调，电调给网上送电恢复行车，在这过程中，保证安全作业用的关键接地地线工具，几十年来未有改进，它不能将其挂接在接触网上地线的情况直接、准确地反应给电调，而保证安全作业的地线挂接和撤出情况，是靠作业专职人员通过电话联系告知电调，其信息的准确性依赖的是相关工作人员的责任心和对操作规程的遵守，因此存在着极大的管理漏洞和事故隐患，可能造成因误送电而造成人身伤亡和设备损坏的重大事故。接触网检修作业信息化管理系统解决了电力线路检修挂接地线的实时安全监测，为现场作业、生产管理、电力调度安全联控提供了有力的技术支持和设备保障基础平台，做到科学管理，防止带挂接地线误送电的事故发生，保障作业人员人身安全；同时，也为电力线路检修作业实现信息化管理提供一种技术支持方案与硬件平台，可极大地促进电力线路检修作业的管理与技术的进步，进而可引起电力线路检修作业方式的变革。特别是在铁道电气化接触网停电检修作业中作用更为显著。

该装置利用距离传感技术检测接地线挂接状态以及相应装置的编号，给现场人员以灯光信号，监测到的信息经过处理后将信号利用无线通信方式发送到生产调度管理中心，监视网上作业接地线挂接状态，防止误送电事故发生，提高检修作业安全可靠性，收集装置能够通过通信模块接收发送来的包含装置编号和表示接地线挂接状态的信息，DSP处理器芯片能够对信息内容分析处理，通过232串口或USB接口与PC机进行数据通讯，实现信息存储、查询、报警等功能。

检测报警装置结构示意图

监测装置结构图

收集装置结构图

3.物联网在电气化铁路中的发展前景

目前我国的铁路营业里程达9.1万公里，未来还将按照规划继续发展铁路网络，且铁路线路分布东西南北，地理环境纷乱错杂，一旦出现问题，如操纵台无显示、信号停用、道岔失去联锁、受电弓与接触网断开、遭遇自然灾害的影响等情况，工作人员通常要先进行故障排除、确定故障地点、分析故障类别，再进行维修人员的安排对故障路段进行处理，严重浪费人力物力，影响铁路运输。应用了物联网技术，这些问题就可迎刃而解。

物联网的核心技术是传感器技术。可利用电子标签技术（RFID,Radio Frequency Identification）、红外传感器、声光报警器等一些物联网技术对故障点进行识别，故障信号经过处理后可利用全球定位系统（GPS，Global Positioning System）技术即时传达到相应管理网络，后台软件经过分析处理后发出报警信号，工作人员即可立刻查询出故障的具体位置以及故障类别，做出相应的处理，排除故障工作。同时也可利用传感器技术监测环境条件，在高温、多雨、严寒等恶劣条件下，判断周围环境对隔离开关等设备造成的损害程度，甚至可以给出未来损害程度的分析数据，为工作人员提供技术支持和决策支持服务。视频监控系统也将成为未来铁路监测的一种手段。可用高像素摄像头实时监测铁路轨道沿线设备运行状况，用图片和实时画面更直观的表示出设备是否运行良好，同时后台也可实现查询、调用、分析等功能。当然这些技术应用的瓶颈是信息如何高效提取，如何用其它信息系统进行标准数据交换、互联互通及语义互操作。如何用新技术改造现有的监控网络，使之能更好的适应物联网时代监控智能化、情报化的应用需求，还需进一步的研究开发。但不可否认的是这些技术的应用将使铁路实现电气化更上一个新的台阶。

结束语

随着物联网技术的不断进步，物联网已经渗透到各个行业领域，它更是被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“政府工作报告”，运用物联网技术实现智能化、信息化是大势所趋。而运用到智能化铁路中也代表着铁路运输发展的一个新坐标。如何突破技术瓶颈，让物联网技术更好的为电气化铁路服务是我们以后努力的方向。