康曉麗（山西省自動(dòng)化研究所，山西 太原 030012）

由于近年來(lái)大城市人口密度大、新車(chē)增長(zhǎng)速度過(guò)快、施工項(xiàng)目多、市民的交通觀(guān)念差等原因，交通擁擠情況十分嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重影響到人們的日常生活。交通路況的好壞與人們的日常生活息息相關(guān)，因此實(shí)時(shí)掌握全市各路段的車(chē)流量，建立全面的交通流量管理系統(tǒng)，從而合理建設(shè)、規(guī)劃交通，從根本上解決、緩解交通擁擠問(wèn)題已成為交通管理部門(mén)的重要目標(biāo)之一。本文講述了無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別即RFID（Radio Frequency Identification）傳感技術(shù)在交通流量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的典型應(yīng)用。

1 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹

射頻識(shí)別技術(shù)即RFID（Radio Frequency Identification），又稱(chēng)為電子標(biāo)簽、無(wú)線(xiàn)射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線(xiàn)電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并且讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，也是一種非接觸的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，可識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。 是目前發(fā)展最為迅速，潛力最大的新興無(wú)線(xiàn)技術(shù)之一。

2 基于RFID（Radio Frequency Identification）傳感技術(shù)的道路交通狀監(jiān)視系統(tǒng)

通過(guò)將RFID系統(tǒng)劃分為3層，實(shí)現(xiàn)可靠、通用、易擴(kuò)展的道路交通狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)構(gòu)建平臺(tái)。第一層，也是最底層為Device層，即RFID傳感器硬件部分，包括讀寫(xiě)裝置、物理設(shè)備（TCP/IP、串口（USB、RS-232C）等）；第二層為中間件層，即RFID傳感器控制服務(wù)器端，通過(guò)Event控制/管理(包括數(shù)據(jù)過(guò)濾和Event通知)和設(shè)備管理（包括設(shè)備登陸/管理和數(shù)據(jù)收集）實(shí)現(xiàn)Log收集分析的集約訪(fǎng)問(wèn)階層管理；第三層為Application層，是上層應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)采用.NET API庫(kù)（只支持Windows）、應(yīng)用WebService、DB實(shí)現(xiàn)流量實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)時(shí)交通管制、交通規(guī)劃系統(tǒng)等功能。

2.1 RFID車(chē)輛感應(yīng)標(biāo)簽系統(tǒng)

（1）車(chē)輛感應(yīng)標(biāo)簽構(gòu)造原理

如圖1所示，一個(gè)車(chē)感標(biāo)簽可以分為無(wú)線(xiàn)通信、傳感器、時(shí)鐘、CPU內(nèi)存、電池等幾個(gè)部分。其中無(wú)線(xiàn)通信模塊保證了車(chē)輛感應(yīng)標(biāo)簽與信號(hào)接收器之間的通信，通信距離根據(jù)天線(xiàn)型號(hào)的不同，有80米、300米和200米三種，通信方式采用低功耗技術(shù)，每枚電池保證不間斷通信5年時(shí)間，通信速度高達(dá)2Mbps；傳感器模塊可以記憶當(dāng)前地球磁場(chǎng)屬性，并且感應(yīng)到當(dāng)車(chē)輛通過(guò)時(shí)磁場(chǎng)的微弱變化；時(shí)鐘模塊高精準(zhǔn)的記錄當(dāng)前時(shí)鐘，時(shí)鐘可以通過(guò)信號(hào)接收器讀取/設(shè)置，時(shí)鐘模塊的計(jì)時(shí)晶震，提供給CPU(數(shù)據(jù)處理器)計(jì)算車(chē)速所必須的時(shí)間變化量；CPU和內(nèi)存模塊提供了流量計(jì)算邏輯，通過(guò)傳感器模塊收集的磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，CPU可以用預(yù)先編制的計(jì)算邏輯計(jì)算車(chē)輛長(zhǎng)度、大小、速度等信息。內(nèi)存模塊提供的儲(chǔ)存空間提供了在不能同步數(shù)據(jù)時(shí)（信號(hào)接收天線(xiàn)損壞等）暫時(shí)儲(chǔ)存車(chē)流量數(shù)據(jù)的可能；電池模塊提供的長(zhǎng)久的電力供應(yīng)，配合整體的低功耗技術(shù)，持續(xù)工作時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)6年。整體工作溫度-30℃～70℃。

（2）車(chē)輛感應(yīng)標(biāo)簽工作原理

當(dāng)汽車(chē)接近時(shí)，通過(guò)傳感器探測(cè)到經(jīng)過(guò)車(chē)輛的信息，并將該信息傳回到CPU內(nèi)存模塊，該模塊將參照時(shí)鐘模塊把數(shù)據(jù)傳遞到通信模塊同時(shí)存儲(chǔ)車(chē)流信息，通信模塊向外發(fā)送接收到的信息，電池模塊保證了傳感探測(cè)器10年的持續(xù)供電。

（3）車(chē)輛感應(yīng)標(biāo)簽的樣式

TYPE1：

圖1 車(chē)輛感應(yīng)標(biāo)簽構(gòu)造原理圖

在路面鉆小洞，植入標(biāo)簽即可。

TYPE2：

圖2 車(chē)輛感應(yīng)標(biāo)簽樣式示意圖

放在路面以膨脹螺釘固定(同路面反光導(dǎo)向標(biāo)志)

2.2 數(shù)據(jù)的讀取和發(fā)送

方式1：手持式讀寫(xiě)器

CF卡式讀寫(xiě)器可用于移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)采集，道路觀(guān)測(cè)人員可以在觀(guān)測(cè)路段手持讀寫(xiě)器，在20M的讀取半徑上對(duì)車(chē)流量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后向服務(wù)器傳送讀取到的數(shù)據(jù)流量。

方式2：固定式讀寫(xiě)器

固定式讀寫(xiě)器固定在觀(guān)測(cè)路邊的某個(gè)位置，可以在80M～200M的讀取半徑上對(duì)車(chē)流量讀取數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)向服務(wù)器傳送讀取到的流量數(shù)據(jù)。低功耗技術(shù)可在黑暗環(huán)境下工作1周。

其中接收裝置和數(shù)據(jù)中心的連接方式分為三種：分別為GPRS(無(wú)線(xiàn))、光纜等網(wǎng)絡(luò)、485網(wǎng)絡(luò)等三種方式傳送到數(shù)據(jù)處理中心。在傳輸過(guò)程中采用以下技術(shù)保證數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸和網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

（1）中繼原理，多個(gè)接收器可以自行組成無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，可以中繼周邊接收器所接收到的信號(hào)。無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中只要有一臺(tái)接收器接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其他的讀取器都可以通過(guò)這個(gè)節(jié)點(diǎn)向數(shù)據(jù)處理中心上傳數(shù)據(jù)。

（2）天線(xiàn)先發(fā)言方式（ATF方式）

時(shí)常狀態(tài)下，標(biāo)簽不發(fā)出任何無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，并處于待機(jī)狀態(tài)，以保證低能耗以及信道的暢通。需要讀取信息時(shí)，先由天線(xiàn)發(fā)出廣播信號(hào)，要求讀寫(xiě)范圍內(nèi)的標(biāo)簽返回自己的唯一ID識(shí)別編號(hào)。處于待機(jī)狀態(tài)的標(biāo)簽在接收到天線(xiàn)的廣播信號(hào)后，發(fā)射瞬時(shí)信號(hào)，告知自己的ID識(shí)別編號(hào)。天線(xiàn)接收到所有的ID編號(hào)后，自動(dòng)安排訪(fǎng)問(wèn)順序，并發(fā)射信號(hào)要求指定標(biāo)簽(Tag1)建立數(shù)據(jù)連接。當(dāng)天線(xiàn)和Tag1的通信結(jié)束后，天線(xiàn)依照先前安排的次序，要求Tag2建立數(shù)據(jù)連接，并同步數(shù)據(jù)。每次連接都會(huì)同步標(biāo)簽時(shí)鐘。

（3）多天線(xiàn)對(duì)多標(biāo)簽的分時(shí)控制機(jī)制

在多天線(xiàn)和多標(biāo)簽的環(huán)境下，使用天線(xiàn)群的分時(shí)讀取控制機(jī)制，解決沖撞問(wèn)題。在同一時(shí)刻，只有一個(gè)天線(xiàn)工作，以保證信道的通暢。天線(xiàn)集群中的天線(xiàn)依次被激活，一個(gè)讀取周期結(jié)束后，可以保證讀取所有溫度信息。

2.3 友好便捷的管理界面系統(tǒng)

提供友好的管理界面系統(tǒng)，使得設(shè)備管理方便簡(jiǎn)單。系統(tǒng)收集從設(shè)備層到應(yīng)用層的各種Log。Log自動(dòng)管理、分析、檢索、過(guò)濾等功能。迅速排查故障，對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視。系統(tǒng)定期刪除Log、自動(dòng)壓縮Log、按日期/按大小分配Log文件，能夠節(jié)省系統(tǒng)資源，使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，管理工作更加輕松。

3 本技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析

3.1 無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

（1）施工方便

傳統(tǒng)的方法需在地面開(kāi)槽、安放地感線(xiàn)圈，非常不方便。采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)需地面配線(xiàn)、快速施工安裝RFID車(chē)輛感應(yīng)標(biāo)簽。路面施工極其方便，不需要挖開(kāi)路面，不需要布線(xiàn)，不需要電源，只需鉆小孔植入即可。每個(gè)探測(cè)傳感器設(shè)備的鋪設(shè)只需幾分鐘就可以完成而且不受使用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響。

（2）外觀(guān)精巧，維護(hù)簡(jiǎn)單

小巧美觀(guān)，幾乎不需要平時(shí)的維護(hù)。不影響道路其他設(shè)施的施工。經(jīng)久耐用，內(nèi)置電池可以使用5～8年時(shí)間。

（3）全天候把握交通流量

設(shè)備不受天氣等情況的影響，24小時(shí)不間斷統(tǒng)計(jì)車(chē)輛信息。不受施工環(huán)境的限制，不需電源供應(yīng)，通過(guò)GPRS傳送數(shù)據(jù)，不需任何布線(xiàn)。-45℃～85℃的工作溫度，在惡劣環(huán)境下也可使用。

（4）多維的數(shù)據(jù)收集為實(shí)施監(jiān)控提供依據(jù)

可以同時(shí)獲?。很?chē)速，車(chē)輛長(zhǎng)度，單位時(shí)間車(chē)流量等數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)上傳，為上位程序提供最及時(shí)有效的數(shù)據(jù)。

（5）最小化的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷

所有車(chē)流量信息已在標(biāo)簽端計(jì)算完成，上傳的是具體數(shù)值，對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷極小，即使是GPRS也可輕松搞定數(shù)據(jù)傳送任務(wù)。

3.2 使用RFID集約訪(fǎng)問(wèn)中間件的優(yōu)勢(shì)

（1）快速部署

使用RFID集約訪(fǎng)問(wèn)中間件可以實(shí)現(xiàn)快速的部署設(shè)置，通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)試就可以和上層應(yīng)用程序完美結(jié)合，規(guī)避開(kāi)發(fā)接口的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）集約的硬件管理

集約化的硬件管理。及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，防止天線(xiàn)間的互相干擾。

（3）高效的數(shù)據(jù)讀取

中間件可以?xún)?yōu)化讀取，傳送數(shù)據(jù)的能力，過(guò)濾不必要的數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)傳送最優(yōu)化，提高設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的整體處理能力。

（4）支持設(shè)備投入和維護(hù)的工作

可視化的操作界面，使設(shè)備初始化和維護(hù)工作簡(jiǎn)單高效。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上論述，本系統(tǒng)實(shí)時(shí)的流量收集，結(jié)合信號(hào)燈控制系統(tǒng)，為動(dòng)態(tài)交通流量調(diào)節(jié)提供了可能性。交通路口系統(tǒng)通過(guò)建立覆蓋城市主要干道及路口的傳感器網(wǎng)絡(luò)，配備相應(yīng)的設(shè)備和軟件，可將交通路口車(chē)輛運(yùn)行狀況實(shí)時(shí)傳送到調(diào)度中心，對(duì)道路車(chē)輛運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)，公安交通管理部門(mén)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)道路車(chē)流量進(jìn)行控制，將車(chē)輛安排到暢通的路段減少阻塞，保證道路交通暢通，實(shí)現(xiàn)城市交通管理的智能化。

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