Hình 3.5. Sơ đồ mô tả hoạt động của hệ thống định vị trong ga
Hình 3.5 mô tả nguyên tắc hoạt động của hệ thống định vị đoàn tàu khi đoàn tàu đã nằm trong ga sử dụng công nghệ nhận dạng bằng sóng vô tuyến RFID, cụ thể như sau:
- Trên mỗi đầu máy và các toa xe đều được gắn các thẻ RFID (mỗi phía một cái để xác định vị trí cả khi đoàn tàu vào ga và ra ga), thẻ được gắn ở bên thành xe tại độ cao 123 mm so với đỉnh ray và có thể hoạt động liên tục trong vòng 10 năm. Nó làm việc như một bộ phát đáp vô tuyến để truyền những thông tin về đầu máy, toa xe tới máy đọc thẻ đặt bên đường khi tàu chạy qua. Mỗi thẻ chứa thông tin về xe gắn nó, ví dụ: kiểu xe, chủ xe, số xe... và các thông tin được lập trình khác.
Hình 3.6. Dạng bên ngoài của một thẻ RFID gắn trên tàu
Thẻ RFID gắn trên tàu Tung tâm ĐHVT Hệ thống xử lý trung tâm ở nhà ga ADSL GSM/GPRS ADSL
Đầu đọc RFID tại các đường ray trong ga
Thẻ bao gồm các mạch điều chế, nguồn, tạo mã, đồng hồ, bộ nhớ và antenna. Mạch đồng hồ điều khiển hoạt động của tất cả các mạch khác của thẻ sao cho thông tin được chứa trong bộ nhớ được chuyển đến hệ thống đọc thẻ trong khoảng thời gian chính xác. Thông tin chứa trong bộ nhớ là cố định và là một mã duy nhất được chủ xe chỉ ra khi gắn thẻ vào thiết bị chuyển động (toa xe hoặc đầu máy...).
Mạch tạo mã sẽ mã hoá thông tin được lưu trong mạch nhớ. Mạch điều chế thu thập thông tin được mã hoá từ mạch tạo mã và điều khiển mạch antenna sao cho thông tin mã hoá được phản xạ về lại hệ thống đọc thẻ.
Thẻ được chia thành 2 loại chính là thẻ không pin và thẻ dùng pin. Thẻ không pin cần được đặt gần antenna của hệ thống đọc để thu được đủ năng lượng vô tuyến cấp nguồn cho các mạch điện tử của thẻ hoạt động. Thẻ dùng pin không cần đặt gần antenna của hệ thống thu vì pin cấp nguồn liên tục để mạch điện tử của thẻ hoạt động. ưu điểm của thẻ dùng pin là có cự ly hoạt động lớn hơn và giảm công suất vô tuyến yêu cầu từ hệ thống đọc thẻ. Ưu điểm của thẻ không pin là tuổi thọ dài hơn. Bất luận thuộc loại nào thì thẻ cũng không phát ra năng lượng vô tuyến. Nó chỉ phản xạ năng lượng được truyền tới bởi hệ thống đọc thẻ. Thẻ không pin, có cự ly hoạt động cách antenna của hệ thống đọc thẻ tối đa khoảng 6 mét, còn đối với thẻ dùng pin cự ly này có thể đạt đến 60 mét
Để giảm bớt việc duy tu, các thẻ này không dùng pin mà dùng chính năng lượng của chùm sóng vô tuyến phát ra từ thus của máy đọc thẻ. Máy đọc thẻ đặt bên đường thu phát ra một chùm sóng vô tuyến tần số 900 MHz về phía xe gắn thẻ. Thẻ RFID dùng năng lượng được cung cấp từ chính chùm sóng này để hoạt động. Nó sẽ điều chế chùm sóng bằng thông tin chứa trong thẻ và phản xạ ngược về phía máy đọc thẻ. Thông tin thu thập được từ máy đọc thẻ có thể được cung cấp cho máy tính tại trung tâm điều độ hoặc trung tâm chăm sóc khách hàng.
- Tại 2 đầu mỗi đường ray trong ga được trang bị hệ thống đọc thẻ: bao gồm antenna, khối cao cần và khối đọc thẻ. Hệ thống đọc thẻ thường được đặt tại các điểm then chốt bên đường sắt gần khu vực ghi để ghi lại thông tin về các thiết bị chuyển động thông qua.
Khi bộ phát hiện thiết bị chuyển động phát hiện được sự có mặt của đoàn tàu, khối cao tần phát đi một tín hiệu đơn tần trong băng tần 900 MHz chưa điều chế về phía thẻ được gắn trên thiết bị chuyển động. Thẻ phản xạ tín hiệu đã được điều chế ngược lại về phía khối cao tần. Khối cao tần khi nhận được tín hiệu phản xạ này sẽ chuyển đến bộ đọc thẻ để giải mã thông tin chứa trong thẻ và chuyển thông tin đó đến máy tính chủ để dùng cho mục đích nhận dạng, theo dõi và lập hành trình cho thiết bị chuyển động được gắn thẻ.
Đáng chú ý là thẻ không phải là một máy phát vô tuyến. Nó hoạt động như các thiết bị gây nhiễu trường điện từ, thay đổi nhẹ và phản xạ tín hiệu được hệ thống đọc thẻ phát đến. Phương pháp thông tin này được gọi là phân tán ngược có điều chế.
Hình 3.7. Dạng bên ngoài của một đầu đọc thẻ
Hình 3.8. Bên trong thiết bị đọc thẻ
- Khối cao cần chứa một máy phát cao tần, bộ xử lý cao tần, bộ thu và bộ tiền khuyếch đại. Khối cao tần có nhiệm vụ phát và thu năng lượng vô tuyến. Năng lượng vô tuyến được tạo ra bởi bộ giao động và được khuyếch đại bởi bộ xử lý vô tuyến và được phát ra ngoài không gian qua antenna. Năng lượng vô tuyến được phản xạ lại từ thẻ được cũng được thu bởi cùng antenna này. Cả tín hiệu được khối cao tần phát ra và thu về đều là tín hiệu vô tuyến đơn tần và cùng
một tần số thuộc băng tần 900 MHz. Công xuất phát tại máy phát thường là 2 W.
- Khối đọc thẻ giải mã tín hiệu mã hoá do bộ thu truyền tới thành thông tin nhị phân tương ứng 128 bit thông tin chứa trong thẻ. Khối đọc gồm có bộ khuyếch đại, mạch giải mã và mạch kiểm tra lỗi, bộ vi xử lý, đồng hồ thời gian thực và khối nguồn.
Những đầu vào này được cung cấp thông qua đầu đọc thẻ RFID xách tay hoặc bằng nhân công thông qua bàn phím khi kiểm tra vị trí của toa xe trong khu vực bãi và đồng bộ với một đầu cuối thông qua một thiết bị kết nối. Cơ sở dữ liệu cục bộ này là đồng bộ với cơ sở dữ liệu trung tâm trong OCC sau khi chỉnh sửa nhân công để đảm bảo rằng cơ sở dữ liệu trung tâm liên tục được cập nhật hàng ngày. Cơ sở dữ liệu trung tâm cung cấp đầu vào để hiện thị vị trí của toa xe trên các bức tranh tổng thể OCC.
Hình 3.9. Nhân viên nhà ga dùng máy cầm tay để đọc thẻ nhận dạng gắn trên toa xe