基于RFID高速公路車(chē)輛測速定位方案

摘 要：針對現有高速公路管理系統無(wú)法對車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)管理的現狀，提出一種對高速公路上車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)測速及定位的方法。該方法基于射頻識別（RFID）技術(shù)，通過(guò)分析構建移動(dòng)車(chē)輛的定位模型，利用譜估計方法對其多普勒頻移進(jìn)行測量，并針對模型求解中存在的非線(xiàn)性特性，采用牛頓迭代法計算車(chē)輛的實(shí)時(shí)速度及相對坐標以達到測量車(chē)速及確定車(chē)輛實(shí)時(shí)位置的目的。仿真實(shí)驗結果表明，該方法具有運算量小、精度高、實(shí)施簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

　　1 概述

　　射頻識別（Radio Frequency Identification， RFID）是一項非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)，具有信息量大、抗干擾強、操作快捷等許多優(yōu)點(diǎn)。特別是RFID 技術(shù)在高速運動(dòng)物體識別、多目標識別和非接觸識別等方面的優(yōu)勢，使其在很多領(lǐng)域都具有巨大的發(fā)展潛力和廣泛的應用前景。

　　高速公路作為國家的重要戰略資源，不僅提高運輸效率，而且還能減少車(chē)輛損耗，其優(yōu)越性十分突出。但在安全方面，我國的高速公路卻表現出了較高的事故率和傷亡率。相關(guān)研究表明，通過(guò)合理控制機動(dòng)車(chē)輛的車(chē)速及安全車(chē)距，可以有效保障高速公路的交通安全和暢通，預防和減少交通事故。

　　但我國高速公路管理系統中現有的一些交通檢測技術(shù)，其主要作用是檢測道路流量以及為超速罰款提供參考依據，而目前被推廣的GPS 定位系統，無(wú)法對速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，且其定位精度有限，亦不能實(shí)時(shí)跟蹤車(chē)輛。因此，我國在高速公路安全管理及監控這一領(lǐng)域還存在較大的空白。多普勒效應在近代科學(xué)中有著(zhù)廣泛的應用。它可用于測量飛機時(shí)速、觀(guān)測人造衛星運行情況、確定星體運行速度、測量視網(wǎng)膜血管內血流速度等。最大多普勒頻移還是無(wú)線(xiàn)通信中用于優(yōu)化自適應接收機的重要參數，導頻信道測量、切換判決和功率控制等自適應優(yōu)化算法都依賴(lài)于對它的有效估計。

　　本文基于RFID 技術(shù)，通過(guò)對由車(chē)輛移動(dòng)所產(chǎn)生的多普勒頻移進(jìn)行實(shí)時(shí)估計，提出一種高速公路車(chē)輛實(shí)時(shí)測速及定位方法。

　　2 算法模型

　　結合高速公路的實(shí)際情況，本模型采用無(wú)源、只讀射頻卡，由于本身不需要電源和電池，解決了高速公路無(wú)電源問(wèn)題。同時(shí)，無(wú)源射頻卡不需要維護，且使用壽命很長(cháng)，節省了大量的人力資源。車(chē)載閱讀器通過(guò)發(fā)射激活信號并從無(wú)源應答器中接收射頻信息來(lái)確定當前位置。為取得較遠的感應距離，車(chē)載閱讀器應工作在UHF 頻段內，其識別距離可以達到十幾米，足以滿(mǎn)足當前高速公路的設計要求。

　　2.1 射頻卡識別碼設置

　　將射頻卡等距設置在高速公路的隔離帶或左、右路肩處。每個(gè)無(wú)源射頻卡應具有唯一的射頻識別碼，該射頻識別碼包括高速公路的識別號碼、車(chē)道數目以及路帶標識（即表明所處位置為左右路肩或隔離帶），并依次設置順序號碼，以便能夠表征其地理位置及相應順序。此外，在ID 號碼中還可以包含高速公路的相應標號、高速公路的車(chē)道數目等編碼。具體設置如圖1 所示。

　　圖1 射頻標識碼設置

　　2.2 數學(xué)模型