RFID技術在交通信息采集處理中的應用

朱晟億

（重慶市交通委員會基本建設工程質量和安全監(jiān)督站，重慶400060）

1、RFID技術及其在交通領域中的應用

20 世紀80年代，由于大規(guī)模集成電路技術的成熟，射頻識別系統(tǒng)的體積大大縮小。使得射頻識別技術進人實用化的階段，成為一種成熟的自動識別技術。該技術是利用射頻方式進行非接觸式雙向通信。以達到識別并交換數(shù)據(jù)的目的。最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：射頻卡(T醒)、閱讀器(Reader)、天線(Antenna)。其工作原理是：閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的載有加密數(shù)據(jù)的載波信號。當射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產生感應電流.射頻卡獲得能量被激活。同時將加密的載有目標識別碼的高頻加密載波信號采用某種調制方式經卡內高頻發(fā)射模塊發(fā)射出去；系統(tǒng)接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經天線調節(jié)器傳送給閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調和解碼，然后再送到后臺主系統(tǒng)進行相關處理，如圖1所示。

圖1 RFID工作原理

目前，RFID技術已經被廣泛地應用到道路交通運輸方面，可以收集到車輛流量、平均車速、車輛種類、車輛停止偵測及轉向比等重要信息。此外還在門禁管制、隧道監(jiān)測、火車管理、交通信號優(yōu)先權、乘客信息系統(tǒng)、公車站管理和火車定位等方面有著廣泛的應用。

RFID技術具體應用到車輛中時，把射頻標簽安裝在車輛擋風板上，由于需要頻繁讀寫，所以采用微波無源標簽；為了保證每個標簽和車輛是一一對應關系。把卡號和車輛的相關信息都存人到卡的存儲器中；閱讀器采用防沖突技術，用一個閱讀器和天線覆蓋多個車道，實現(xiàn)多卡同時閱讀。同時對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密，防止不法分子盜取數(shù)據(jù)以作它用。(具體參見圖2)。

圖2 RFID車輛識別設計

2、基于RFID技術的實時交通信息采集處理技術的整體框架

基于射頻卡的交通信息采集處理技術應由以下三部分組成：RFID讀寫器優(yōu)化分布網絡、信息采集車輛、交通信息中心。系統(tǒng)將安裝了射頻卡的出租車、公交車等車輛作為交通信息檢測單元。利用光纖或者同軸電纜構建一個通信網絡。在交通信息控制中心，實時采集RFID讀寫器傳回的信息，實現(xiàn)這些車輛信息的實時定點采集，以監(jiān)測信息車輛經過路段的行駛狀況和路段的行程時間，然后運用信息融合技術得到整個交通網狀況的分析和預測，進而為有效地進行城市交通誘導提供決策依據(jù)。具體分為三個環(huán)節(jié)。

2.1 優(yōu)化分布RFID讀寫器

首先根據(jù)所在城市的拓撲網絡結構，對各個主要路段的交通流信息進行調查，綜合各種因素在該城市路網中安裝RFID讀寫器。

2.2 實時采集數(shù)據(jù)

將RFID讀寫器獲得的定點瞬時速度、時間、車型、車牌、流量，通過數(shù)據(jù)檢驗、挖掘和參數(shù)估計算法轉換為信息采集單元所在路段的區(qū)間平均速度、交通流量、行程時問。

2.3 處理數(shù)據(jù)，分析預測

利用信息融合技術。根據(jù)已有參數(shù)得出本路段當前時段的交通狀態(tài)，并分析預測下一時段的交通流量和行程時間，再通過交通誘導系統(tǒng)，擴展到整個路網。

由于信息車輛運動的隨機性。利用RFlD技術檢測網絡可以實現(xiàn)對整個路網內主要路段交通狀況較全面、同步、動態(tài)的了解。該方法對駕駛者的駕駛行為不做任何特殊的要求，信息的傳遞可自動完成。該方法可以實現(xiàn)整個路網數(shù)據(jù)全天候、實時采集處理；可以集定位、通信、交通誘導、信息服務等多種功能為一體。

3、關鍵技術

將RFID技術應用到交通信息采集中，需要解決的關鍵技術有以下幾個方面。

3.1 RFID讀寫器優(yōu)化分布網絡的建立

圖3 RFID檢測器優(yōu)化分布設計

RFID讀寫器采集到的交通數(shù)據(jù)能否如實反映該路段的交通運行狀態(tài)，與讀寫器在整個路網上的分布有著很大的關系。如果每一條路段都安裝讀寫器，所需費用是十分昂貴的。在期望采集到完整的路網交通信息的基礎上。盡可能地減少讀寫器的數(shù)目。這就是讀寫器優(yōu)化分布的宗旨。優(yōu)化分布的思路如下：由于出租車和公交車的運行線路大部分都在車流量比較大的城市主干道和快速路上。因此在行程時間調查的前提下，可結合主干道和快速路的行程時間參數(shù)，以及整個城市路網交通流量的參數(shù).提出主干道或快速路上RFID自動識別系統(tǒng)的布設個數(shù)和基于圖論的讀寫器布點方案。其流程圖如上圖3所示。

3.2 信息車輛的數(shù)目與整個交通流信息之間的聯(lián)系選取多少個信息檢測單元才可以達到對該檢測點整體交通流信息的準確估計是該技術可行性的基石。參照蜂窩定位下的方法，在網絡交通流平均密度為p、平均路段長度為￡、車輛漏測率為p的情況下，若需要達到對路網E的測量結果，則需要的交通信息采集單元占整個交通流的百分比為：

3.3 數(shù)據(jù)處理

對采集所得數(shù)據(jù)應該及時處理，過濾"病態(tài)數(shù)據(jù)"，并根據(jù)有效數(shù)據(jù)，采用合適的算法。得到各項參數(shù),為交通預測和誘導提供依據(jù)。

3.3.1 數(shù)據(jù)過濾

由于各種原因會導致測量數(shù)據(jù)不同程度地失效,如不同類型檢測單元的行為特性不同、不合理的駕駛行為、RFID檢測器檢測范圍有限、裝有RFID卡車輛之間的干擾、通訊故障導致的數(shù)據(jù)丟失等,這些客觀原因都會導致大量的"病態(tài)"或丟失數(shù)據(jù)仍存儲于原始測量數(shù)據(jù)中。數(shù)據(jù)過濾包括對錯誤數(shù)據(jù)的剔除和丟失數(shù)據(jù)的補償,其中數(shù)據(jù)剔除通常采用閾值法和交通流機理法；丟失數(shù)據(jù)的補償通常采用歷史均值法、時間序列法、車道比值法和自相關分析法等同。

3.3.2 單一路段基本交通流參數(shù)的估計

路段平均速度是極為重要的交通流參數(shù)之一,通常可以根據(jù)經典的流量-速度-密度關系曲線求出路段的流量、密度等參數(shù)。由于在同一路段不同的檢測位置上,信息采集車輛的速度特性具有一定的差異性，因此選用區(qū)間平均速度。考慮離散時間的第k個采樣間隔。假設路段i上的交通流平均速度為ui(k)，且該路段有nd(k)瞬時速度測量值，則可根據(jù)公式(2)對路段平均速度進行實時估計。

選擇適當?shù)钠交禂?shù)λ[nd]，使得速度估計的方差達到最小，即min[E(u^[k]-ui[k])2]。在得到車輛的平均速度之后，可以推算出交通流量、交通密度、旅行時間等重要參數(shù),且旅行時間可以利用BP網絡和Kalman濾波方法、相關路段的邏輯關系以降低計算誤差。

3.3.3 區(qū)域內相關臨近路段上檢測數(shù)據(jù)的融合處理為了準確地得到交通流參數(shù)，僅僅依靠單一的檢測數(shù)據(jù)是不行的,必須對區(qū)域內相關臨近路段上的檢測數(shù)據(jù)進行融合處理，包括事件檢測和流量、行程時間兩個方面。在交通流特性已知時，可對相鄰路段或交叉口周圍路段上的多個數(shù)據(jù)進行時間對準和空間對準，在關聯(lián)分析的基礎上判定區(qū)域交通流的特性和交叉口的控制狀態(tài)。若路段的某處有偶發(fā)事件時，本路段和臨近路段的交通流參數(shù)會發(fā)生突變。通過參數(shù)突變點的融合判斷可以檢測出交通偶發(fā)事件的發(fā)生。另外,可通過BP網絡、Kalman濾波、時間序列分析等方法，給出下一時段的交通流量和旅行時間預測值。從而實現(xiàn)對路網交通流的誘導、疏通、減少交通擁塞。

結語：本文提出基于RFID技術的實時交通流信息采集技術的新方法，同時給出該技術實現(xiàn)的框架結構和需要的主要技術,對讀寫器的優(yōu)化分布、信息采集單元的數(shù)目需求、數(shù)據(jù)的處理都進行了可行性的設計構想，相信隨著RFID技術的日漸成熟和日趨完善，RFID技術將在交通領域中發(fā)揮更大的作用。

[1]李彥林，董德發(fā).射頻識別技術在智能交通信息采集中的設計與應用.《電子技術應用》-2007年5期.

[2]鄭威林.RFID技術在智能交通系統(tǒng)中的應用仿真研究.2009-大連理工大學：電子與通信工程.