射頻識別技術(shù)的車(chē)輛主動(dòng)定位方法

摘要：傳統的車(chē)輛定位方法只能獲得車(chē)輛的具體坐標信息，無(wú)法確定車(chē)輛位于道路的第幾車(chē)道。本文提出基于射頻識別技術(shù)對車(chē)輛進(jìn)行主動(dòng)定位的定位方法。該方法將RFID閱讀器的3組天線(xiàn)的閱讀距離設計為特定值，根據閱讀器3組天線(xiàn)是否讀到標簽的不同情況，判定車(chē)輛位于第幾車(chē)道，進(jìn)而計算出車(chē)輛的位置。通過(guò)對該方法進(jìn)行誤差分析，結果證明該方法能夠完成對車(chē)輛在具體車(chē)道上的主動(dòng)定位。
關(guān)鍵詞：射頻識別技術(shù)；車(chē)輛主動(dòng)定位；車(chē)道

引言
智能交通在執行控制命令、完成預定任務(wù)時(shí)首先要解決定位問(wèn)題。目前已經(jīng)有多種解決辦法，主要包括：
①航位推算法(DR)。它利用表征方向和速度的矢量，根據車(chē)輛在某一時(shí)刻的位置推算出另一時(shí)刻位置的導航方法。該方法有累積誤差，在估計車(chē)輛方向角時(shí)誤差會(huì )逐漸趨向無(wú)窮大。
②全球定位系統(GPS)。它容易因建筑物、樹(shù)木等阻擋，使得在不少街道、高架橋、立交橋等處的信號強度不夠甚至丟失，而導致定位誤差較大甚至錯誤定位，并且因其成本等原因限制了其在車(chē)輛定位中的應用。
③地圖匹配它是一種基于軟件技術(shù)的定位誤差修正方法，其基本思想是將車(chē)輛定位信息與數字地圖中的道路網(wǎng)信息聯(lián)系起來(lái)，車(chē)輛在行駛過(guò)程中不斷比較，由此確定車(chē)輛在地圖中的位置。此方法要求建立高精度的數字地面模型。
本文提出了一種基于RFID技術(shù)的車(chē)輛定位方法。與其他傳統定位方法比較，用RFID技術(shù)定位的主要優(yōu)勢有：
①可以準確定位到車(chē)道，而傳統的各種定位方法都還無(wú)法實(shí)現具體車(chē)道的定位。
②傳統的定位方法在高架橋和橋梁上會(huì )存在定位層出錯的問(wèn)題，例如行駛在橋上的車(chē)輛被定位到河里，高架橋第二層錯定位為第一層，RFID定位技術(shù)解決了這一問(wèn)題。

1 車(chē)載RFID主動(dòng)定位方法
1．1 RFID工作原理
RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，可識別高速運動(dòng)物體，并可同時(shí)識別多個(gè)電子標簽。按工作頻率的不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(MW)。RFID是一種簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)系統，該系統由閱讀器和標簽組成。
閱讀器是對RFID標簽進(jìn)行讀／寫(xiě)操作的設備，主要包括射頻模塊和數字信號處理單元曲部分。閱讀器是RFID系統中最重要的基礎設施，一方面，RFID標簽返回的微弱電磁信號通過(guò)天線(xiàn)進(jìn)入閱讀器的射頻模塊中轉換為數字信號，再經(jīng)過(guò)閱讀器的數字信號處理單元對其進(jìn)行必要的加工整形，最后從中解調出返回的信息，完成對RFID標簽的識別或讀／寫(xiě)操作；另一方面，上層中間件及應用軟件與閱讀器進(jìn)行交互，實(shí)現操作指令的執行和數據匯總上傳。電子標簽中存儲著(zhù)需要被識別的位置信息，被安裝在路面，其存儲的信息可以被閱讀器通過(guò)非接觸方式讀／寫(xiě)。

RFID的基本交互原理如圖1所示。工作流程如下：
①閱讀器通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送一定頻率的射頻信號，當標簽進(jìn)入發(fā)射天線(xiàn)工作區域時(shí)會(huì )產(chǎn)生感應電流，從而獲得能量被激活；
②標簽將自身編碼等信息通過(guò)其內置發(fā)射天線(xiàn)發(fā)送出去；
③系統接收天線(xiàn)接收到從標簽發(fā)送來(lái)的載波信號，經(jīng)天線(xiàn)調節器傳送到閱瀆器，閱讀器對接收到的信號進(jìn)行解調解碼然后送到后臺主系統進(jìn)行相關(guān)處理；
④主系統進(jìn)行邏輯運算判斷該卡的合法性，然后針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號，控制執行機構執行相應動(dòng)作。
標簽與閱讀器之間的耦合方式采用遠距離系統，即利用輻射遠場(chǎng)區的電磁耦合(電磁波的發(fā)射與反射)構成射頻通道。這種耦合方式的作用區域范同為1～10 m，適用于高速移動(dòng)物體遠距離識別，此系統也是目前發(fā)展最快的RFID系統。
1．2 閱讀器及標簽的部署方法
國內最寬的公路為2011年投入運營(yíng)的深圳水官雙向10車(chē)道高速公路。本論文將針對雙向4、6、8、10車(chē)道的情況進(jìn)行討論，介紹車(chē)載RFID主動(dòng)定位的定位方法。
與電子不停車(chē)收費系統中閱讀器和標簽的安裝不同，在車(chē)載RFID主動(dòng)定位方法中，閱讀器安裝在車(chē)輛上，標簽安裝在路邊和公路的中央隔離帶。閱讀器配有3組天線(xiàn)，1組全向天線(xiàn)，2組定向天線(xiàn)，通過(guò)3組天線(xiàn)讀取標簽中的信息。全向天線(xiàn)的閱讀距離設置保證了在不同車(chē)道數目的高速公路間轉換時(shí)都可以讀到兩側的標簽。標簽中或者數據庫中含有標簽的位置坐標信息和此段高速公路的車(chē)道數目N，當閱讀器讀取到標簽的信息后，會(huì )根據車(chē)道數目和讀到標簽的各種情況判斷車(chē)輛位于第幾車(chē)道。
1．3 定位車(chē)道方法
以雙向道路的一側為例，RFID標簽安裝示意圖如圖2所示。車(chē)輛自左向右行駛，標簽以一定間距安裝于路肩和中央隔離帶。從靠近路肩的一側定義車(chē)道依次為1～5車(chē)道。設車(chē)道寬度為W，令lO為全向天線(xiàn)的閱讀距離，lD1為車(chē)輛右側定向天線(xiàn)的閱讀距離，lD2為車(chē)輛左側定向天線(xiàn)的閱讀距離。其中lD1=lD2=W，lO=2W。