• hu

RFID-tesztek a Vasúttörténeti Parkban

0

Az Óbudai Egyetem és konzorciumi partnerei egy kutatás-fejlesztési projekt keretén belül olyan RFID berendezések kísérleti tesztelésébe kezdtek, melyeket Magyarországon még nem próbáltak. A berendezés szerves része egy olyan intelligens integrált vasútfelügyeleti rendszernek, mely minimalizált emberierőforrás-szükséglettel és moderált költségekkel kívánja elősegíteni a kötöttpályás közlekedés biztonságát, a járművek nyomkövetését.

Az intelligens és a jövőben okos rendszerek kialakítására való törekvés Magyarországon is megfigyelhető, például az épületautomatizálásban, az energetikában, a telekommunikációban. A tendencia igen markánsan fejlődik az egyes piaci területeket tekintve, így az intelligens megoldások megjelentek a vasúti alkalmazásokban is. Az intelligens közlekedési rendszerek (ITS) esetében arról van szó, hogy a különböző szakterületek kutatási eredményeinek alkalmazásával a különféle közlekedési struktúrák integrált működésének kifejlesztését célozzák meg. Az ilyen rendszerek főbb célkitűzései a környezetbarát közlekedési módok, a megfelelő hatékonyságú közlekedés megvalósítása és a közlekedésbiztonság kiterjesztése. [1] Az intelligens vasút koncepciója magában foglalja a fejlett biztosítóberendezési rendszereket, a gördülőállomány folyamatos nyomkövetését a mozdony- és kocsielegy összességére vonatkozólag, az energiahatékonyság és a vasúti biztonság növelését, a karbantartás intelligenssé tételét, illetve fedélzeti és állomási önmagyarázó vizuális és akusztikus utastájékoztatást. [2] Az intelligens rendszerek már nem egyszerű automatizált  zikai struktúrák, sokkal inkább a virtuális és a  zikai világ egyvelegéből kialakított, valós autonómiai törekvésekkel bíró, ember által létrehozott, önszerveződésre képes entitások. [3]

A kutatás célja
A konzorcium által kutatott rendszer koncepciója intelligens, elosztott, autonóm, rugalmas, egymással együttműködő berendezések rendszeréről szól, mivel a mai környezeti körülmények rendkívül változékonyak, ezért új, az eddigieknél jóval rugalmasabb, gyors reagálási képességekkel rendelkező berendezésekre van szükség a pályakapacitás maximális kihasználásához és zavartatásainak csökkentéséhez. Az osztott intelligenciájú rendszerekben minden egyes elem önálló intelligenciával rendelkezik, nincs szükség központi adatfeldolgozó egységre, vagyis a rendszer decentralizált. Ez azt jelenti, hogy nincs kitüntetett készülék a hálózaton, minden résztvevő egyenrangú. A hálózat elemei pontosan definiált protokollal kommunikálnak egymással. Ezek az algoritmusok – az ellátandó feladatok szerint – az önálló elemekben kerülnek szétosztásra (osztott intelligencia). A rendszerre jellemző autonomitás biztosítja azt, hogy minden intelligens rendszerelem mindaddig működőképes marad, amíg önmaga vagy környező társai nem határoznak arról, hogy működésképtelen. Olyan rendszer kifejlesztése és alkalmazása a cél, melyben érvényesül a szubszidiaritás elve. Ez azt jelenti, hogy a működés közben felmerülő problémákat a keletkezési helyen kell megoldani, vagyis a rendszerstruktúrában felsőbb irányítási szintről csak akkor kell egy alrendszer működésébe beavatkozni, ha azon a szinten már a folyamat nem megoldható, és a további problémák károsan befolyásolhatják a teljes hálózat működését. Az így kialakított rendszerben az alkotó berendezések szűkebb működési környezetükben szenzorok és mérések segítségével folyamatosan monitorozzák a saját és a berendezésekhez kapcsolódó más rendszerek működését. Hiba vagy üzemi zavar esetén képesek tájékoztatni, szükség esetén figyelmeztetni és riasztásokat küldeni a magasabb evolúciós struktúrájú társaik felé. Az egyes rendszerelemek autonóm módon működnek, de dinamikus kooperációban funkcionálnak. A rendszer felépítésében és működésében megjelenik a holonikus rendszerszemlélet. A holonikus rendszer alkotóeleme a holon. Egy olyan autonóm és egyben kooperatív eleme a rendszernek, amely átalakít, szállít, raktároz, valamint információt dolgoz fel. Az autonóm egységek előregyártott stratégiákat és terveket hajtanak végre, és együttműködésük azt jelenti, hogy adott halmazuk közös (az együttműködő holonok számára egyaránt elfogadható) tervet dolgoz ki, majd ezek alapján jár el. A holonok belső algoritmusaik révén képesek önütemezésre, önszabályozásra, önbeállításra és önjavításra. Kooperáló egységekként pedig erősségük a többi holonnal való kommunikáció, a közös célok megfogalmazására és elérésére irányuló együttműködés. [4] Egy integrált rendszerrel megvalósított intelligens vasúti struktúra a felhasználók számára nagyfokú biztonságot, komfortos, rentábilis üzemeltetést és presztízst jelent. Az integráció azt jelenti, hogy az egyes alrendszerekben lévő folyamatok kölcsönösen hatnak egymásra. Az integrált struktúrával egy komplex (teljesebb) vasút hozható létre, amellyel olcsóbban, hatékonyabban és egyszerűbben lehet garantálni az üzembiztonságot. Az integrált vasútfelügyeleti rendszer berendezései az RFID olvasóegység által azonosítják a járművet, kiküszöbölve a személyzet által egy rendszerben rögzített logikai azonosítás hibáit. A kötöttpályás közlekedésben aktív RFID olvasókat ajánlatos választani, mert segítségükkel megbízható, többméteres olvasási távolság és akár 400 km/h sebesség érhető el. A modern aktív RFID transzponderekben található akkumulátor élettartama az elektronikájuknak köszönhetően három-hat év. Olyan transzpondereket célszerű alkalmazni, melyek könnyen álcázhatók, karbantartásuk egyszerű és olcsó. A nagy olvasási távolság elérése és az energiahatékonyság érdekében 2,45 Ghz frekvenciájú, aktív RFID rendszert praktikus alkalmazni. (Az olvasó és a transzponder közötti kommunikációt az ISO 14443 protokoll szabvány határozza meg.) Minden járművet el kell látni megfelelő számú és lokalizációjú RFID transzponderrel (1. kép), és a megfelelő működés és biztonság érdekében az olvasót a vágánytengelyben (a beton-, fa- vagy acélaljra) érdemes telepíteni (ábra).

1. kép: Transzponderek elhelyezése

Ábra: RFID olvasó elhelyezése

A telepített olvasók (és antennáik) által szolgáltatott információ segítségével pontosan nyomkövethető a járművek közlekedése a vonalon.

Kísérleti tesztek RFID berendezésekkel
Nehéz olyan helyszínt választani nagyvasúti környezetben, ahol a kísérleteket végző munkacsoport ne okozna forgalmi fennakadást vagy zavartatást. Ezért is örültünk, hogy a MÁV Zrt. mint a projekt konzorciumi tagja felvetette a Vasúttörténeti Parkot lehetséges helyszínként. Köszönettel tartozunk a Vasúttörténeti Park munkatársainak, hogy lehetőséget biztosítottak a kísérleti tesztek elvégzésére, és hathatós közreműködésükkel fennakadások nélkül zajlott a lebonyolítás.

Külön köszönjük a MÁV Zrt. kollégáinak, akik személyesen vagy közvetetten hozzájárultak a kísérletsorozat létrejöttéhez. A kísérletek során a TagMaster cég HD Track Reader, kifejezetten vasúti alkalmazásra fejlesztett és minősített COTS termékét használtuk. Az IP67-es védettséggel rendelkező berendezésben az RFID olvasó elektronikája mellett dopplerradar került elhelyezésre a járművek jelenlétének érzékeléséhez, sebességük és irányuk meghatározásához – a gyártói leírások szerint – 430 km/h sebességig. A dopplerradarra azért van szükség – a sebességmérés és haladási irány meghatározása mellett –, hogy a berendezéssel érzékelni lehessen az RFID transzponderrel nem rendelkező szerelvényeket is. Ugyanis elképzelhető, hogy az adott területen olyan jármű közlekedik, amely nem rendelkezik (vagy le esett róla, vagy lemerült az eleme stb.) RFID transzponderrel. Az RFID olvasóhoz a cég által javasolt MarkTag HD transzpondert (jeladót) alkalmaztuk. A jeladó IP67- es tokozással ellátott, „semi passiv”, egye di sorozatszámmal ellátott RFID jeladó. A „semi passiv” kifejezés jelen esetben azt jelenti, hogy a jeladó elemet tartalmaz, és a jeladó aktív állapotában az elem biztosítja a jelsorozat elküldését. Amennyiben a jeladó huzamosabb ideig nem érzékeli az olvasó elektromágneses terét, akkor alvó állapotba kerül, ezzel csökkentve az energiafelhasználást, és növelve az elem élettartamát. Az elem élettartamára a gyártó tipikusan több mint hat évet ír. Természetesen a gyártó rendelkezik olyan jeladóval is, melynek tápellátását a jármű biztosítja, ennek élettartama korlátlannak tekinthető. A terméket Magyarországon még nem próbálták ki, így korábbi mérési eredmények nem álltak rendelkezésre, ezért a kísérleti teszteket végző munkacsoport először alapkérdésekre kereste az empirikus választ:
• Vajon az RFID jeladó nélküli mozdonyt a dopplerradarral a berendezés megfelelően jelzi-e?
• Miként rögzíthető az RFID jeladó a mozdonyokra?
• A szomszédos vágányon elhaladó RFID jeladó nélküli mozdonyt érzékeli-e az RFID olvasó?
• Az RFID jeladó nélküli mozdony elhaladási iránya és sebessége egyértelműen megállapítható-e a mérések során?
• Az RFID jeladóval elöl, illetve hátul ellátott mozdonyt az RFID olvasó megfelelően jelzi-e?
• A szomszédos vágányon elhaladó RFID jeladóval elöl, illetve hátul ellátott mozdonyt érzékeli-e az RFID olvasó?
• Az RFID jeladóval elöl, illetve hátul ellátott mozdony elhaladási iránya egyértelműen megállapítható-e a mérések során?

A kísérlet összeállítása
A Vasúttörténeti Park 16. vágányára elhelyezésre került az 1-es számú RFID olvasó a Rákosrendező felé vezető kijárat irányába tájolva. A 15. vágányára a 2-es számú RFID olvasó a fordítókorong felé tájolva, míg a 3-as számú RFID olvasó a Rákosrendező felé vezető kijárat irányába tájolva került telepítésre (2. kép).

2. kép: A három olvasó és a két mozdony

A 2-es és a 3-as olvasó mellé 50 cm távolságra kihelyezésre került egy, a MÁV-nál rendszeresített tengelyszámláló. Az RFID olvasókat és a monitoring programot futtató számítógépeket árnyékolt csatlakozókábelek kötik össze, melyek min. 50 cm távolságra vannak a vontatási áramú, vontatási visszáramú vagy erősáramú (AC230/400V) kábelektől. A kísérletsorozatok elvégzése után a kutatók az alábbi fő megállapításokra jutottak: a több száz olvasásból a jármű elején és végén a vágánytengelyben elhelyezett jeladók teljes (100%) biztonsággal olvashatók (3. kép); a párhuzamos vágányok közt az olvasó és a radar megfelelő kalibrálása után áthallás nincs; az egymás mellé szerelt olvasók nem zavarják egymást és a tengelyszámláló működését sem; a vágánytengelytől a sínszálak felé kifelé helyezett érzékelők csak aktív állapotban olvashatók; a dopplerradar – kalibrálás után – minden esetben mérte a mozdony sebességét és haladási irányát.

3. kép: A három jeladó

A következő hónapokban – telepített berendezésekkel – további több százezres olvasási kísérletsorozatra készülünk, hogy megbizonyosodjunk az olvasási biztonságról és stabilitásról.

Felhasznált irodalom
[1] D. Tokody, G. Schuster and J. Papp, ”Study of how to implement an intelligent railway system in Hungary,” 2015 IEEE 13th International Symposium on Intelligent Systems and Informatics (SISY), Subotica, 2015, pp. 199-204. doi: 10.1109/ SISY.2015.7325379
[2] Tokodi D., Papp J., Schuster Gy., “The challenges of the intelligent railway network implementation: Initial thoughts from Hungary”, In: Proceedings of the 3rd international conference and workshop Mechatronics in Practice and Education – MECHEDU 2015., 2015. pp. 179-185. ISBN:978-86-918815-0-4
[3] Tokody D., Schuster Gy., Papp J., Az intelligens vasúti rendszer megvalósításának elméleti és technológiai háttere, In: 6. Báthory–Brassai nemzetközi konferencia előadásaiból: 1-2. kötet. 1372 p. 2015. pp. 335-348. ISBN:978-615-5460-38-5
[4] J. Papp, D. Tokody, F. Flammini, “From traditional manufacturing and automation systems to holonic intelligent systems” Procedia Manufacturing 22 pp. 931-935., 5p. (2018)

 

 

Megosztás

Szóljon hozzá!

tizennyolc + 9 =