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    作者簡介：康曉麗，1978（-），山西省興縣人，工程師，就職于山西省自動化研究所控制工程部，后任職業(yè)務(wù)科副科長、科長。主要從事自動化、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)及機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)、研制及部分的生產(chǎn)，機(jī)電工程的安裝、調(diào)試，以及科研項目的管理工作。

    摘 要：本文運(yùn)用射頻識別技術(shù)即RFID（Radio Frequency Identification），建立全面的交通流量管理系統(tǒng)，實現(xiàn)城市交通管理的智能化。并與傳統(tǒng)管理方式進(jìn)行了比較，突顯出其優(yōu)勢所在。

    關(guān)鍵詞：交通流量；無線射頻識別；管理系統(tǒng)

    This paper USES RFID namely RFID (Identification) technology, have been set up the comprehensive traffic flow management system to realize the intelligence of city traffic management. And with the traditional management mode are compared, and highlighted its advantage.

    Key words: Traffic Flux; Radio Frequency Identification; Manage System

    引言

    由于近年來大城市人口密度大、新車增長速度過快、施工項目多、市民的交通觀念差等原因，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)，因此實時掌握全市各路段的車流量，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、緩解交通擁擠問題已成為交通管理部門的重要目標(biāo)之一。本文講述了無線射頻識別即RFID（Radio Frequency Identification）傳感技術(shù)在交通流量實時監(jiān)測系統(tǒng)中的典型應(yīng)用。

    1無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹

    射頻識別技術(shù)即RFID（Radio Frequency Identification），又稱為電子標(biāo)簽、無線射頻識別，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并且讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，無需識別系統(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識別技術(shù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境，可識別高速運(yùn)動物體并可同時識別多個標(biāo)簽，操作快捷方便。 是目前發(fā)展最為迅速，潛力最大的新興無線技術(shù)之一。

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

    通過將RFID系統(tǒng)劃分為3層，實現(xiàn)可靠、通用、易擴(kuò)展的道路交通狀況監(jiān)視系統(tǒng)構(gòu)建平臺。第一層，也是最底層為Device層，即RFID傳感器硬件部分，包括讀寫裝置、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Event控制/管理(包括數(shù)據(jù)過濾和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）實現(xiàn)Log收集分析的集約訪問階層管理；第三層為Application層，是上層應(yīng)用系統(tǒng)，通過采用.NET API庫（只支持Windows）、應(yīng)用WebService、DB實現(xiàn)流量實時監(jiān)控、實時交通管制、交通規(guī)劃系統(tǒng)等功能。

    2.1RFID車輛感應(yīng)標(biāo)簽系統(tǒng)

    （1）車輛感應(yīng)標(biāo)簽構(gòu)造原理

    如圖1所示。
           
                                

                               圖1車輛感應(yīng)標(biāo)簽構(gòu)造原理圖

    一個車感標(biāo)簽可以分為無線通信、傳感器、時鐘、CPU內(nèi)存、電池等幾個部分。其中無線通信模塊保證了車輛感應(yīng)標(biāo)簽與信號接收器之間的通信，通信距離根據(jù)天線型號的不同，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)前地球磁場屬性，并且感應(yīng)到當(dāng)車輛通過時磁場的微弱變化；時鐘模塊高精準(zhǔn)的記錄當(dāng)前時鐘，時鐘可以通過信號接收器讀取/設(shè)置，時鐘模塊的計時晶震，提供給CPU(數(shù)據(jù)處理器)計算車速所必須的時間變化量；CPU和內(nèi)存模塊提供了流量計算邏輯，通過傳感器模塊收集的磁場數(shù)據(jù)，CPU可以用預(yù)先編制的計算邏輯計算車輛長度、大小、速度等信息。內(nèi)存模塊提供的儲存空間提供了在不能同步數(shù)據(jù)時（信號接收天線損壞等）暫時儲存車流量數(shù)據(jù)的可能；電池模塊提供的長久的電力供應(yīng)，配合整體的低功耗技術(shù)，持續(xù)工作時間可以廠達(dá)6年。整體工作溫度-30℃~70℃。

    （2）車輛感應(yīng)標(biāo)簽工作原理：

   當(dāng)汽車接近時，通過傳感器探測到經(jīng)過車輛的信息，并將該信息傳回到CPU內(nèi)存模塊，該模塊將參照時鐘模塊把數(shù)據(jù)傳遞到通信模塊同時存儲車流信息，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器10年的持續(xù)供電。

   （3）車輛感應(yīng)標(biāo)簽的樣式

    TYPE1：
       
                               
                                  圖2 車輛感應(yīng)標(biāo)簽TYPE1示意圖

    在路面鉆小洞，植入標(biāo)簽即可。

    TYPE2：
   
                        
                                  圖3 車輛感應(yīng)標(biāo)簽TYPE2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：手持式讀寫器

    CF卡式讀寫器可用于移動終端的數(shù)據(jù)采集，道路觀測人員可以在觀測路段手持讀寫器，在20M的讀取半徑上對車流量進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后向服務(wù)器傳送讀取德奧的數(shù)據(jù)流量。

    方式2：固定式讀寫器

    固定式讀寫器固定在觀測路邊的某個位置，可以在80M-200M的讀取半徑上對車流量讀取數(shù)據(jù)，通過無線互聯(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(無線)、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。在傳輸過程中采用以下技術(shù)保證數(shù)據(jù)的及時傳輸和網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

    （1）中繼原理，多個接收器可以自行組成無線通信網(wǎng)絡(luò)，可以中繼周邊接收器所接收到的信號。無線網(wǎng)絡(luò)中只要有一臺接收器接入互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，其他的讀取器都可以通過這個節(jié)點向數(shù)據(jù)處理中心上傳數(shù)據(jù)。

    （2）天線先發(fā)言方式（ATF方式）

    時常狀態(tài)下，標(biāo)簽不發(fā)出任何無線電信號，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，先由天線發(fā)出廣播信號，要求讀寫范圍內(nèi)的標(biāo)簽返回自己的唯一ID識別編號。處于待機(jī)狀態(tài)的標(biāo)簽在接收到天線的廣播信號后，發(fā)射瞬時信號，告知自己的ID識別編號。天線接收到所有的ID編號后，自動安排訪問順序，并發(fā)射信號要求指定標(biāo)簽(Tag1)建立數(shù)據(jù)連接。當(dāng)天線和Tag1的通信結(jié)束后，天線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)。每次連接都會同步標(biāo)簽時鐘。

    （3）多天線對多標(biāo)簽的分時控制機(jī)制

    在多天線和多標(biāo)簽的環(huán)境下，使用天線群的分時讀取控制機(jī)制，解決沖撞問題。在同一時刻，只有一個天線工作，以保證信道的通暢。天線集群中的天線依次被激活，一個讀取周期結(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)備管理方便簡單。系統(tǒng)收集從設(shè)備層到應(yīng)用層的各種Log。Log自動管理、分析、檢索、過濾等功能。迅速排查故障，對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視。系統(tǒng)定期刪除Log、自動壓縮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)勢分析

    3.1無線傳感技術(shù)的優(yōu)勢

    （1）施工方便

    傳統(tǒng)的方法需在地面開槽、安放地感線圈，非常不方便。采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無需地面配線、快速施工安裝RFID車輛感應(yīng)標(biāo)簽。路面施工極其方便，不需要挖開路面，不需要布線，不需要電源，只需鉆小孔植入即可。每個探測傳感器設(shè)備的鋪設(shè)只需幾分鐘就可以完成。而且不受使用現(xiàn)場環(huán)境的影響。

    （2）外觀精巧，維護(hù)簡單
小巧美觀，幾乎不需要平時的維護(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小時不間斷統(tǒng)計車輛信息。不受施工環(huán)境的限制，不需電源供應(yīng)，通過GPRS傳送數(shù)據(jù)，不需任何布線。-45至85攝氏度的工作溫度，在惡劣環(huán)境下也可使用。

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

    可以同時獲?。很囁伲囕v長度，單位時間車流量等數(shù)據(jù)，并實時上傳。為上位程序提供最及時有效的數(shù)據(jù)。

    （5）最小化的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷

    所有車流量信息已在標(biāo)簽端計算完成，上傳的是具體數(shù)值，對網(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集約訪問中間件的優(yōu)勢

    （1）快速部署

    使用RFID集約訪問中間件可以實現(xiàn)快速的部署設(shè)置，通過簡單調(diào)試就可以和上層應(yīng)用程序完美結(jié)合。規(guī)避開發(fā)接口的風(fēng)險。

    （2）集約的硬件管理

    集約化的硬件管理。及時發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備，實時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，防止天線間的互相干擾。

    （3）高效的數(shù)據(jù)讀取

    中間件可以優(yōu)化讀取，傳送數(shù)據(jù)的能力，過濾不必要的數(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)工作簡單高效。

    4 結(jié)語

    通過以上論述，本系統(tǒng)實時的流量收集，結(jié)合信號燈控制系統(tǒng)，為動態(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，可將交通路口車輛運(yùn)行狀況實時傳送到調(diào)度中心，對道路車輛運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控。同時，公安交通管理部門可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況對道路車流量進(jìn)行控制，將車輛安排到暢通的路段，減少阻塞，保證道路交通暢通，實現(xiàn)城市交通管理的智能化。

    參考文獻(xiàn)：

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    摘自《自動化博覽》2011年第七期