基于RFID技術的智能公交站牌設計
——以張家界為例

李良宏，向 想

(吉首大學 張家界學院，湖南 張家界 427000)

0 引言

隨著新時代的不斷發展，百姓生活水平不斷提高，人們的出行需求日益增加，人們對日常生活交通出行的方便性有了更高的要求，但隨之而來的是“交通出行難”的問題。智能公交站牌的應用能在一定程度上帶來便捷。

1 張家界公交車站站牌概況

不同于傳統的公交站牌，智能公交站牌可借助LED顯示器顯示公交到站時間、車輛精確位置，具有智能照明、廣告、新聞投放等功能，解決了現有公交站牌功能單一、運行效率低下等問題。

1.1 張家界市公交車站站牌現狀

張家界市目前仍采用傳統的公交站牌，即把信息圖直接鑲嵌在展示欄內，形式單一，不夠新穎。張家界作為國內著名旅游城市，旅游業是張家界的支柱產業，每年有大量的外地游客來到張家界旅游，公交車站是人流量密集的地方，傳統的公交車站宣傳海報無法以動態形式向游客介紹張家界的風景名勝和特產。除此之外，現有的公交站牌沒有燈光系統，夜間漆黑一片，看不清車輛線路信息，這對于夜間乘坐公交車查詢信息的市民來說極不便利。

1.2 智能公交站牌的介紹

智能公交站牌作為安裝在公交站臺上的標志性站標，其主要功能就是為乘客提供公交車輛線路圖和方便乘客候車。智能公交站牌與傳統站牌不同，傳統的公交站牌展示信息多為固態形式，信息固定化，所展示的信息僅限于車輛信息與站次信息，內容十分有限。智能公交站牌是一種配備LED屏幕的電子站牌，夜間也能看清車輛路線信息。不僅如此，智能公交站牌的LED顯示屏還可以豐富商業展示效果，改變站臺廣告以往只能是固態圖樣傳播的局限，讓城市商業信息更加豐富多彩，得到更有效的傳播，促進城市商業發展。同時，智能電子公交站牌屏幕還可以投放新聞、天氣、公益廣告等內容，讓乘客可以對車站周邊的相關信息進行搜索，準確找到目的地，使等車充滿樂趣，提高出行體驗滿意度[1]。除此之外，智能公交站牌運用RFID技術，與車載終端搭載的GPS定位系統相結合，能夠實時顯示車輛運行狀態，避免市民盲目地等待車輛。在公交車輛快要進站時，智能公交站牌會提前進行提醒，以避免乘客錯過要乘坐的車輛。

2 RFID技術介紹及組件

射頻識別技術(Radio Frequency Identification，RFID)是一種自動識別技術。RFID技術起源于英國，是由雷達技術的發展和進步衍生出來的，最早被運用在第二次世界大戰中，英國空軍用它識別敵機。進入21世紀后，人們普遍認識到RFID標準化問題的重要性，RFID技術不斷更新，產品的種類也更加豐富，應用領域逐漸擴大。如今，RFID的技術得到了進一步的提升，單芯片電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、適應高速移動的RFID技術不斷發展，相關產品也走入人們的日常生活，RFID技術得到了廣泛應用。

2.1 RFID的工作原理

RFID技術的基本原理為：電子標簽進入閱讀器后，接收閱讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量發送存儲在芯片中的產品信息(此類標簽為無源標簽或被動標簽)。另外，也可以由標簽主動發送信號，閱讀器讀取信息并解碼后，送至應用軟件解碼(此類標簽為有源標簽或主動標簽)[2]。

RFID工作時，閱讀器天線發射一定頻率的射頻信號，電子標簽進入讀寫器天線工作區域時產生電子標簽，內部產生感應電流，感應電流再將電子標簽中的能量激活，并返回一個應答信號，該應答信號為電子標簽的ID信息。讀寫器天線接收到RFID電子標簽發送來的應答信號后轉送到讀寫器控制處理模塊，讀寫器控制處理模塊對傳來的信號進行解調和過濾后將RFID標簽的ID信息返回給中間件[3]。中間件將不同的信息格式轉化成統一格式，存入內存中，同時將讀寫器事件轉化為滿足用戶請求的信息，發送給應用軟件端，最后將RFID標簽列表信息展現給使用者。

2.2 電子標簽

電子標簽又稱為射頻標簽、應答器，是射頻識別系統中存儲可識別數據的電子裝置，通常附著在物體上，用來標識物體。每個標簽都具有電子編碼，且標簽的電子編碼是唯一的。電子編碼類似身份證號，存儲著物體的相關信息。電子標簽與讀寫器之間通過耦合元器件實現射頻信號的空間耦合。在耦合通道內可以實現能量的傳遞和數據交換。標簽存儲器中的信息可由讀寫器進行非接觸式讀寫。

2.3 讀寫器

讀寫器又稱閱讀器，是讀取和寫入電子標簽內存信息的設備。讀寫器基本由射頻模塊、控制處理模塊和天線組成。讀寫器的射頻模塊用于基帶信號與射頻信號的相互轉換，并與天線相連。射頻模塊既可以將頻率很低的基帶信號轉換為射頻信號，傳輸至天線；又可以將天線接收的射頻信號轉換為頻率很低的基帶信號。讀寫器的控制模塊是讀寫器的核心。控制模塊的主要作用包括對發射信號進行編碼、調制等，對接收信號進行解調、解碼等各種處理以及實現與后端應用程序的規范接口。

2.4 天線

天線是RFID電子標簽和讀寫器之間實現射頻信號空間傳播和建立無線通信連接的設備。RFID系統包括兩類天線，一類是RFID標簽上的天線，與RFID電子標簽集成為一體，另一類是讀寫器天線，既可以與讀寫器集成為一體，又可以與讀寫器的射頻端輸出端口相連。在RFID系統中，天線的參數與RFID系統識別的范圍相關，設計天線時需要根據應用環境的特點、作用范圍來設計天線[5]。

2.5 中間件

復雜的RFID系統有多個讀寫器，每個讀寫器要同時對多個電子標簽進行操作，實時處理傳送過來的信息，這就需要中間件進行處理。中間件是讀寫器硬件模塊和RFID電子標簽之間信息傳遞的重要環節，是RFID系統運的中樞，也是RFID產業鏈的高端領域。

2.6 應用軟件

應用軟件通常指安裝在計算機上的軟件，包括標簽和讀寫器上運行的軟件、后臺系統軟件。應用軟件根據邏輯運算判斷電子標簽的合法性，其主要任務就是對讀寫器讀取的電子標簽數據進行過濾、計算、匯集，協調使用者完成對讀寫器的指令操作以及對中間件的邏輯設置，逐級將RFID原始數據轉化為使用者可以理解的業務事件，并使用可視化界面進行展示。

3 RFID技術在智能公交站牌中的應用

智慧公交就是利用現代信息手段，向市民提供及時、準確、全面的公共交通信息，有利于提高城市公共交通服務質量，緩解城市交通擁堵壓力，促進市民便利綠色出行。基于RFID技術設計的智能公交站牌可以向市民提供車輛預報站、車輛到站提醒、實時線路查詢等服務。

3.1 智能公交站牌系統的結構

智能公交站牌系統的結構大致分為3個部分，分別為車載終端、智能公交站牌、后臺服務端。

車載終端的硬件主要包括：單片機、GPRS通信模塊、GPS模塊、RFID模塊。車載終端的GPS模塊負責實時讀取GPS數據進行定位，并將數據發送到服務端。GPRS模塊主要負責車載終端與服務器之間的信息傳遞。RFID模塊負責車載終端與智能站牌之間的信息傳遞。車載終端的被動RFID讀寫模塊相當于電子標簽，可將后臺服務端發送的天氣預報、廣告信息等公共信息寫入RFID卡。在公交車進入站點時，智能公交站牌中的主動RFID讀寫模塊會讀寫車載終端上的被動RFID模塊信息，并將這些信息顯示在LED屏幕上。

電子站牌由RFID模塊、單片機、LED模塊組成。RFID模塊主要負責讀取車載終端的RFID卡中的信息，并將讀取的信息存入智能公交站牌的存儲器中。單片機負責處理存儲器中的信息，并將這些信息顯示在LED顯示屏上。

服務端相當于智能公交站牌系統的“大腦”，通過車載終端間接與智能公交站牌進行信息傳遞。負責計算、分析和存儲車載終端傳回的數據，以保證智能公交站牌的正常運行。

3.2 智能公交站牌的工作方式

智能公交站牌的主要工作方式為：車載終端上的GPS模塊實時采集車輛的位置坐標信息，這些信息經單片機處理后，借助GPRS網絡以TCP/IP方式向后臺的服務端發送GPS數據，后臺的服務端經過數據分析和處理，計算到站時間和到站距離，再將這些數據通過無線網絡發送給車載終端，車載終端收到信息后由單片機將該信息存儲在RFID讀寫器上[6]。在車載終端到達電子站牌的一定范圍時，車載終端與智能公交站牌通過RFID模塊進行信息交流，車載終端接收站點的信息進行數據優化，同時把服務器發送的數據信息傳遞給智能公交站牌，智能公交站牌顯示車輛的到站時間和到站距離。

4 張家界市智能公交站牌的設計

2020年8月，張家界市委市政府決定改革現有公交運營體制。購入新能源公交車260臺，公交線路里程由146 km增加到208 km，設立公交線路21條。智能公交站牌的投入使用，未來將為上百萬張家界市民提供便利。

經對比研究確定張家界市智能公交站牌主要由GPRS模塊、單片機、RFID模塊、LED顯示模塊組成。

GPRS模塊主要是負責智能公交站牌與后臺服務系統的信息交流。GPRS可將智能站牌收集到的公交車輛信息發送給后臺服務系統，方便監控車輛位置信息和計算車輛到站時間。GPRS接收到后端服務系統發送的車輛位置信息、通知通告、公益廣告、天氣預報等信息后，發送到LED顯示屏進行顯示。

單片機是一種集成電路芯片，其在該系統中的應用主要是將RFID模塊接收的車輛位置信息進行加工、處理，通過GPRS模塊發送至服務后臺，同時將信息顯示到LED顯示屏上。除此之外，單片機可將GPRS接收到的視頻、圖片、文字等信息存放在存儲器中，并提取相關數據處理發送至LED屏幕進行顯示。

RFID模塊主要是接收公交車輛射頻卡發出的高頻無線電波，該電波搭載了公交車輛行駛的數據，經過單片機的處理后，可以準確獲得車輛的車牌號、路線號等信息，并顯示到LED屏幕上，讓乘客及時了解公交車輛到站信息。RFID模塊還可以將車輛到站信息通過GPRS模塊發送給后臺服務系統，后臺服務系統再根據這些信息合理安排車輛運行。

LED顯示模塊采用的顯示板運用1/16掃描方式，可以減少驅動電路，降低成本，該模塊采用16×80點陣，可以顯示5個16×16點陣的漢字。廣告信息屏幕主要采用LCD顯示屏幕對視頻信息進行循環播放[7]。張家界作為著名的旅游城市，通過公交站臺LED顯示屏幕以動態的形式能夠更好地展示張家界市城市歷史文化、景區介紹、城市特色等。

5 結語

公交站牌作為站臺的明顯標志，是一個公交車站必不可缺的重要設施。目前，由于智慧城市建設的需求，張家界公交站牌的樣式也需要從最初的老式公交車站桿變為時下流行的智能公交站牌。智能站牌的出現將為市民帶來更好的視覺感官體驗，也會給市民的出行帶來便利。張家界市一定會打造屬于這座城市特有的智能公交站牌，它也必將成為一道亮麗的風景線。