基于RFID的霧天高速公路實時預警系統設計

【摘要】為應對當前高速公路大霧天氣時預警信息存在的不足，設計了車載實時預警系統，該系統應用射頻識別技術實現對高速公路前方霧況信息的實時預警，設置能見度檢測儀與閱讀器同步，通過后臺數據處理中心對檢測數據的處理，實現了對前方霧區距離的準確測量和霧區行車速度的計算，通過車載警示裝置提醒駕駛員，提高了高速公路霧區行車的安全性。

【關鍵詞】射頻識別;預警信息;實時性;霧區能見度

Abstract：In response to the current lack of highway fog weather warning information exists， the design of real-time vehicle warning system that the application of radio frequency identification technology to achieve the status of the highway in front of the fog warning information in real time， set the visibility and reader synchronization detector by background data processing center for testing data processing to achieve accurate measurements to calculate the distance to the front of the mist and fog zone area traffic speed warning device to alert the driver through the car to improve highway traffic safety fog area.

Keywords：RFID;early warning information;timeliness;fog visibility area

0.引言

隨著公路建設的快速發展和汽車保有量的增長，高速公路交通事故率隨之增加，其中霧天是造成我國高速公路交通事故中最嚴重的災害性天氣之一，據資料顯示[1]，因為受濃霧等惡劣天氣影響而造成的交通事故約占事故總數的1/4多。在一些霧多發地區的高速公路路段，因大霧導致的交通事故的死亡率占到40%以上，而且時常發生重特大、惡性交通追尾事故，是高速公路交通事故的“第一大殺手”，給國家和人民生命財產造成重大損失。造成高速公路交通事故的原因主要是霧區低能見度，駕駛員無法對前車車速和與前車的距離進行準確的判斷;其次因為大霧天氣突變性強，而現有預警裝置所用技術實時性差，駕駛員在進入霧區之前無法及時獲得前方突變的天氣狀況及霧區距離[2]。本文試圖利用射頻識別（RFID）技術[3]對高速公路上的大霧天氣進行預警，實現對行駛車輛的實時預警。

1.霧對高速公路交通安全的影響

（1）使行車能見度下降。霧天時，由于能見度距離的減小，阻擋了駕駛員的行車視線，當能見距離降低到一定的程度時，駕駛員看不清前方和周圍的情況，便很難調整自己的車速和車間距，致使估計車距、車速不準確，對交通標志、路面設施識別產生困難，容易引發交通事故。

（2）使路面附著系數下降。由于霧天的影響，在高速公路上，霧中水滴與高速公路路面粉塵混合，使路面附著系數降低，特別是在一些北方地區，冬季的時候霧會在道路表面形成一層薄冰，這時路面的附著系數降低的更加明顯，從而影響了駕駛員的操作，導致交通事故的發生[4]。

2.基于RFID技術的霧區車輛預警系統設計

系統工作原理是：利用超高頻遠距離RFID技術，在高速公路兩旁設立閱讀器和基站，電子標簽置入車輛擋風玻璃。在霧天頻發的區域與閱讀器同步設立能見度檢測儀[5]，能見度檢測儀將檢測到的霧天能見度參數傳送到后臺數據處理中心。通過分析數據，劃定出預警級別，并給出建議性的行車速度等。當檢測到有車輛經過時，啟動閱讀器，閱讀器將此電子標簽信息讀入后臺，后臺根據標簽信息，提取數據中心相應的預警信息，然后通過局域網將預警信息發送給指定車輛的車載警示裝置[6]，給駕駛人員及時提示減速或剎車。工作原理如圖1所示。

2.1 霧區能見度檢測裝置設計

霧區檢測裝置位置布局圖如圖2所示。

由于霧區覆蓋的區域一般不是很大，所以可以選擇在高速公路霧多發區安裝能見度檢測儀。檢測儀的安裝要求是與道路兩旁的RFID閱讀器同步安裝，即在霧多發區與閱讀器以同樣的間隔距離和位置安裝，閱讀器與檢測儀均有特定的序列號，閱讀器與檢測儀序列號以行車方向升序排列。當某個序列號的檢測儀檢測到一定濃度的大霧時，就可以知道與其同步的閱讀器的序列號，如上圖所示，以路段4km為例，在霧區安裝5個與閱讀器同步的霧能見度檢測儀，其間隔距離為500m，序列號分別為M，M+1，M+2，M+3，M+4的檢測儀所對應的閱讀器的序列號為N，N+1，N+2，N+3，N+4。當序列號為M的檢測儀檢測到霧能見度小于某一閾值時，則可以知道與其同步位置的閱讀器序列號為N。

2.2 車載報警系統設計

車載報警系統是與車輛一起移動的裝置，主要包括以下幾部分：數字設備碼無線發射和接收器、設備碼譯碼器、聲光報警裝置。其中光報警又包括2個部分：一是閃光報警，一是用LED顯示屏幕顯示前方霧區的能見度級別、距離和建議車速。電子標簽ID號在后臺數據庫中是關鍵字，其他信息是相關數據。車載報警系統將信息發布給指定車輛是利用無線電發射器，后臺處理中心將警示信息發給無線發射器，該發射器可將信息（此處指電子標簽ID號）發給指定車輛。而車上的車載警示器有無線電接收功能，能隨時接到由發射裝置發來的警示信號，且只有該車輛能接到這個信號，這是因為車載警示器里有本車電子標簽ID號譯碼器，而電子標簽的ID號全球惟一，因此只有在正確ID號發送到該車的車載警示器后，通過警示器內譯碼器譯碼，才能經過驅動器驅動開始工作。車載警示器通過聲光等形式輸出報警信號，以提示司乘人員注意。無線傳輸部分的功能是將來自數據庫的電子標簽ID號發送給指定車輛，激活該車輛的車載警示器。車載警示器接收裝置的功能是將接收來的信號譯碼，經驅動激勵聲光報警器，產生警示信號，顯示前方路況信息。

2.3 數據處理中心

數據處理中心根據能見度數據利用算法得出結論：當N-4，N-3，N-2，N-1個閱讀器有車輛經過時，擋風玻璃的電子標簽信息會被閱讀器讀取，傳入到后臺數據處理中心，后臺處理中心負責將預警信息發布給經過該閱讀器的指定的車輛，其中預警信息中的距霧區的距離是根據讀取電子標簽的閱讀器序列號來確定。N-4號閱讀器讀取時，距霧區為2km，N-3號閱讀器讀取時，距霧區為1.5km，依次類推……，當車輛經過第N個閱讀器即所使用的檢測儀對應的閱讀器時，則警示信息提示為類似“進入霧區”的預警信息。

2.4 預警信息發布系統設計

后臺數據處理中心發布預警信息的原則是：閱讀器的序列號與檢測儀序列號以行車方向升序排列。當某個能見度檢測儀檢測到的能見度值低于某一閾值時，就可以獲取相應閱讀器的序列號，假定是N號。選擇閱讀器安裝的間隔距離是500m，警示信息提前（下轉第138頁）（上接第135頁）2km對車載警示裝置進行警示，如上圖2所示。當有車經過第N-4，N-3，N-2，N-1個閱讀器時，則后臺中心通過無線發射裝置將預警信息發布給相應車輛的車載預警裝置。當有多個檢測儀同時檢測到霧的能見度低于某一閾值時，后臺數據處理中心將選擇序列號小的檢測儀的檢測數據為標準。預警信息包括能見度等級、距前方霧區的距離和建議霧區行車速度。預警等級是根據霧區檢測儀檢測到的數據和高速公路行車安全對預警信息進行分級的。根據規定：機動車在高速公路上行駛，車速超過100km/h時，應當與同車道前車保持100m以上的距離，車速低于100km/h時，與同車道前車距離可以適 當縮短，但最小距離不得少于50m。當有霧況時，霧區行駛的車速可以低于60km/h，所以在能見度低于50m 時也會出現車距小于50m的情況，而不影響其安全性。當能見度低于25m時，則必須關閉道路。目前氣象部門在大霧能見度低于500m時才進行預警，所以本系統將能見度檢測儀的檢測閾值設為500，只有當數據低于500時，后臺中心才對數據進行處理。

3.結束語

本文針對霧天氣候，應用能見度檢測儀對高速公路的霧況進行監測，并采用RFID技術實現了對車載警示裝置進行霧區能見度、距霧區距離和建議霧區車速的實時預警，有效彌補了當前所用技術的不足，具有較高的應用價值和發展前景。隨著RFID技術的日益成熟和行業標準的逐漸形成，RFID在交通領域將會發揮更大的作用。

參考文獻

[1]中華人民共和國公安部網[OL].http：//www.mps.gov.cn/n16/n1252/n1837/index_22.html.

[2]李學軍，呂贛舍.鑒于RFID的霧天高速公路車輛安全系行駛統的分析與設計[J].安防科技，2010，14.

[3]Klaus Finkenzeller著.陳大才編譯.射頻識別（RFID技術）[M].電子工業出報社，2009：118-167.

[4]黃冰娥.惡劣天氣下高速公路行車風險分析與預警管理研究[D].上海交通大學，2012.

[5]陳伏華.一種基于RFID的車輛預警系統的設計[J].科技資訊，2010，9.

基金項目：湖南省科技計劃項目（2014SK3225）;湖南省教育廳科研項目（13C790）;婁底職業技術學院課題項目（2013ZK006、2013ZK022）。

作者簡介：劉羅仁（1966—），男，湖南婁底人，碩士研究生，副教授，主要研究方向：自動控制。