無線網絡技術在交通流量管理中的應用

康曉麗（山西省自動化研究所，山西 太原 030012）

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重，已經嚴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，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，從而合理建設、規劃交通，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之一。本文講述了無線射頻識別即RFID（Radio Frequency Identification）傳感技術在交通流量實時監測系統中的典型應用。

1 無線網絡技術介紹

射頻識別技術即RFID（Radio Frequency Identification），又稱為電子標簽、無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并且讀寫相關數據，無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸，也是一種非接觸的自動識別技術，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。 是目前發展最為迅速，潛力最大的新興無線技術之一。

2 基于RFID（Radio Frequency Identification）傳感技術的道路交通狀監視系統

通過將RFID系統劃分為3層，實現可靠、通用、易擴展的道路交通狀態監視系統構建平臺。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傳感器控制服務器端，通過Event控制/管理(包括數據過濾和Event通知)和設備管理（包括設備登陸/管理和數據收集）實現Log收集分析的集約訪問階層管理；第三層為Application層，是上層應用系統，通過采用.NET API庫（只支持Windows）、應用WebService、DB實現流量實時監控、實時交通管制、交通規劃系統等功能。

2.1 RFID車輛感應標簽系統

（1）車輛感應標簽構造原理

如圖1所示，一個車感標簽可以分為無線通信、傳感器、時鐘、CPU內存、電池等幾個部分。其中無線通信模塊保證了車輛感應標簽與信號接收器之間的通信，通信距離根據天線型號的不同，有80米、300米和200米三種，通信方式采用低功耗技術，每枚電池保證不間斷通信5年時間，通信速度高達2Mbps；傳感器模塊可以記憶當前地球磁場屬性，并且感應到當車輛通過時磁場的微弱變化；時鐘模塊高精準的記錄當前時鐘，時鐘可以通過信號接收器讀取/設置，時鐘模塊的計時晶震，提供給CPU(數據處理器)計算車速所必須的時間變化量；CPU和內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據，CPU可以用預先編制的計算邏輯計算車輛長度、大小、速度等信息。內存模塊提供的儲存空間提供了在不能同步數據時（信號接收天線損壞等）暫時儲存車流量數據的可能；電池模塊提供的長久的電力供應，配合整體的低功耗技術，持續工作時間可以長達6年。整體工作溫度-30℃～70℃。

（2）車輛感應標簽工作原理

當汽車接近時，通過傳感器探測到經過車輛的信息，并將該信息傳回到CPU內存模塊，該模塊將參照時鐘模塊把數據傳遞到通信模塊同時存儲車流信息，通信模塊向外發送接收到的信息，電池模塊保證了傳感探測器10年的持續供電。

（3）車輛感應標簽的樣式

TYPE1：

圖1 車輛感應標簽構造原理圖

在路面鉆小洞，植入標簽即可。

TYPE2：

圖2 車輛感應標簽樣式示意圖

放在路面以膨脹螺釘固定(同路面反光導向標志)

2.2 數據的讀取和發送

方式1：手持式讀寫器

CF卡式讀寫器可用于移動終端的數據采集，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行數據采集，然后向服務器傳送讀取到的數據流量。

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據，通過無線互聯網向服務器傳送讀取到的流量數據。低功耗技術可在黑暗環境下工作1周。

其中接收裝置和數據中心的連接方式分為三種：分別為GPRS(無線)、光纜等網絡、485網絡等三種方式傳送到數據處理中心。在傳輸過程中采用以下技術保證數據的及時傳輸和網絡的穩定性。

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

（2）天線先發言方式（ATF方式）

時常狀態下，標簽不發出任何無線電信號，并處于待機狀態，以保證低能耗以及信道的暢通。需要讀取信息時，先由天線發出廣播信號，要求讀寫范圍內的標簽返回自己的唯一ID識別編號。處于待機狀態的標簽在接收到天線的廣播信號后，發射瞬時信號，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，并發射信號要求指定標簽(Tag1)建立數據連接。當天線和Tag1的通信結束后，天線依照先前安排的次序，要求Tag2建立數據連接，并同步數據。每次連接都會同步標簽時鐘。

（3）多天線對多標簽的分時控制機制

在多天線和多標簽的環境下，使用天線群的分時讀取控制機制，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

提供友好的管理界面系統，使得設備管理方便簡單。系統收集從設備層到應用層的各種Log。Log自動管理、分析、檢索、過濾等功能。迅速排查故障，對設備狀態監視。系統定期刪除Log、自動壓縮Log、按日期/按大小分配Log文件，能夠節省系統資源，使系統穩定運行，管理工作更加輕松。

3 本技術的優勢分析

3.1 無線傳感技術的優勢

（1）施工方便

傳統的方法需在地面開槽、安放地感線圈，非常不方便。采用無線網絡技術無需地面配線、快速施工安裝RFID車輛感應標簽。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。每個探測傳感器設備的鋪設只需幾分鐘就可以完成而且不受使用現場環境的影響。

（2）外觀精巧，維護簡單

小巧美觀，幾乎不需要平時的維護。不影響道路其他設施的施工。經久耐用，內置電池可以使用5～8年時間。

（3）全天候把握交通流量

設備不受天氣等情況的影響，24小時不間斷統計車輛信息。不受施工環境的限制，不需電源供應，通過GPRS傳送數據，不需任何布線。-45℃～85℃的工作溫度，在惡劣環境下也可使用。

（4）多維的數據收集為實施監控提供依據

可以同時獲取：車速，車輛長度，單位時間車流量等數據，并實時上傳，為上位程序提供最及時有效的數據。

（5）最小化的網絡負荷

所有車流量信息已在標簽端計算完成，上傳的是具體數值，對網絡負荷極小，即使是GPRS也可輕松搞定數據傳送任務。

3.2 使用RFID集約訪問中間件的優勢

（1）快速部署

使用RFID集約訪問中間件可以實現快速的部署設置，通過簡單調試就可以和上層應用程序完美結合，規避開發接口的風險。

（2）集約的硬件管理

集約化的硬件管理。及時發現故障設備，實時監控設備狀態，防止天線間的互相干擾。

（3）高效的數據讀取

中間件可以優化讀取，傳送數據的能力，過濾不必要的數據，使數據傳送最優化，提高設備網絡的整體處理能力。

（4）支持設備投入和維護的工作

可視化的操作界面，使設備初始化和維護工作簡單高效。

4 結語

通過以上論述，本系統實時的流量收集，結合信號燈控制系統，為動態交通流量調節提供了可能性。交通路口系統通過建立覆蓋城市主要干道及路口的傳感器網絡，配備相應的設備和軟件，可將交通路口車輛運行狀況實時傳送到調度中心，對道路車輛運行狀況進行監控。同時，公安交通管理部門可以根據現場實際情況對道路車流量進行控制，將車輛安排到暢通的路段減少阻塞，保證道路交通暢通，實現城市交通管理的智能化。

[1]Klaus Finkenzeller(德國). 射頻識別技術(第3版)[M]. 電子工業出版社,2006, 10.

[2]王愛英. 智能卡技術(第三版)——IC卡與RFID標簽[M]. 清華大學出版社,2009, 11.

[3]劉勃. 交通流量的視頻檢測方法研究[M]. 中國科學技術大學, 2008, 1.

[4]吳兵, 李曄. 交通管理與控制人民[Z]. 交通出版社, 2010, 1.