公交車輛RFID定位跟蹤

產(chǎn)品詳情：

目錄
1 項目背景 3
1.1 公交定位應用現(xiàn)狀 3
1.2 RFID技術發(fā)展 3
2 解決方案 4
2.1 設計目標 4
2.2 系統(tǒng)組成 5
2.2.1 硬件部分 5
2.2.2 軟件部分 5
2.3 2.4G有源RFID技術 6
2.4 后臺分析系統(tǒng) 8
2.4.1 通信接口協(xié)議 8
2.4.2 閱讀器注冊協(xié)議 8
2.4.3 后臺數(shù)據(jù)庫規(guī)范 9
2.4.4 車輛位置信息識別方式 10

1 項目背景
1.1 公交定位應用現(xiàn)狀
城市公共交通系統(tǒng)作為重要的城市文明窗口，成為公眾衡量城市文明和信息化水平的直觀形象，體現(xiàn)了公交行業(yè)的服務水平。當前蘇州公交系統(tǒng)在公交智能化發(fā)展中已取得了一定的成果，智能公交系統(tǒng)以GPS技術為基礎，實現(xiàn)了車輛調(diào)度及到站信息發(fā)布的自動化、智能化。但由于GPS技術自身的不足，在高架環(huán)線以及高層建筑密集地區(qū)無法保證位置信息的準確性，對于公交運營造成了負面的影響，降低了智能公交系統(tǒng)的可靠性。針對此情況，上海奔騮采用業(yè)內(nèi)領先RFID技術，設計了RFID定位跟蹤系統(tǒng)，彌補智能公交GPS定位功能的不足之處。
1.2 RFID技術發(fā)展
RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。
RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，只有兩個基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器（或閱讀器）和很多應答器（或標簽）組成。RFID按能源的供給方式分為無源RFID、有源RFID以及半有源RFID。無源RFID讀寫距離近，價格低；有源RFID可以提供更遠的讀寫距離，但是需要電池供電，成本要更高一些，適用于遠距離讀寫的應用場合。以RFID為基礎的無線傳感器網(wǎng)絡在軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通、生物、氣象、醫(yī)療、安全、家庭等各個領域都有廣泛的應用，特別是在一些人類無法到達或無法工作的環(huán)境下，可以代替人類收集、處理需要的信息。
2 解決方案
2.1 設計目標
以RFID技術為基礎的、建立一套能滿足城市公交系統(tǒng)位置識別需求的系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠同時收集大量的車輛位置數(shù)數(shù)據(jù)；可根據(jù)用戶需要查詢、輸出車輛位置信息。具體原則如下：
1）通信方式：車輛位置信息需通過移動GPRS/TD網(wǎng)絡傳送至系統(tǒng)后臺；
2）識別速度：公交車運行時，車速最高為80 公里/小時。該技術必須滿足車輛移動時識別成功率等問題；
3）識別成功率：指對公交車輛識別的成功率，識別率要求大于 99.9 ％，要求站臺同時可以識別多個同時進站的車輛，并能克服車輛互遮擋信號等問題；
? 4）識別距離：指公交車輛被識別時，車輛與站臺的距離。最大識別距離應控制在5-10米范圍內(nèi)，并可根據(jù)實際情況調(diào)整；
5）識別方向：系統(tǒng)應能準確識別和區(qū)分不同方向的公交車輛；
6）可擴展性：有良好的擴展性，采集系統(tǒng)可根據(jù)實際需求擴展或收斂；
? 7）工作環(huán)境：該設備需要滿足室外 7×24 小時工作，克服風、霜、雨、雪等天氣環(huán)境；系統(tǒng)設備需采用IP67安全標準，可以滿足室外惡劣環(huán)境工作和7×24 工作；
8）維護與擴展：系統(tǒng)需要低成本易于維護，且具有可擴展性。
2.2 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)主要有硬、軟件兩部分組成。硬件部分主要由RFID設備組成；軟件部分主要用于對硬件部分反饋的數(shù)據(jù)進行處理分析，計算出車輛位置信息。
2.2.1 硬件部分
1）公交車輛RFID電子標簽：標簽內(nèi)含有唯一的ID信息，作為公交車的身份識別設備；
2）公交站點電子標簽閱讀器：閱讀器包含唯一的ID信息，作為站臺的身份標識設備。通過電子標簽閱讀器讀取其信號覆蓋范圍內(nèi)的RFID電子標簽信息，并通過GPRS/TD網(wǎng)絡將標簽數(shù)據(jù)及閱讀器自身的身份信息發(fā)送至后臺分析系統(tǒng)。
2.2.2 軟件部分
后臺分析系統(tǒng)根據(jù)閱讀器返回的信息分析、輸出車輛的位置信息及行駛方向。
假設道路上有三個站點，分別為A站、B站、C站。每輛公交車上安裝一個RFID標簽，稱為Tag；每一個站點安裝一個閱讀器，假定為下圖分布，分別稱為ReaderA、ReaderB、ReaderC。

假定公交車路線為：……A站—B站—C站……雙向。定義A到B再到C方向為ABC，C到B再到A方向為CBA。
公交車標簽被站臺閱讀器讀取后，閱讀將標簽ID以及閱讀器ID傳至服務器，軟件分析系統(tǒng)根據(jù)標簽ID、車牌對應關系確定車輛，然后根據(jù)站臺閱讀器ID確定站臺，計算出車輛的實時位置信息。
設定公交車行駛方向為ABC，當公交車到達A站時，ReaderA獲取了公交車RFID標簽的信息，然后上傳至后臺分析軟件，記錄此時公交車在A站，當公交車行駛到下一個站點，即B站，也可以獲取當前公交車的位置在B站。結合公交車在AB站臺軌跡的先后信息判斷公交車的行駛方向為ABC。
2.3 2.4G有源RFID技術
主要特點如下：
1）沒有管制的無線工控頻段： 2.4G工控頻段無線通訊為公用開放頻段，無需無線電管制委員會批準，不需繳納頻譜占用費用；
2）高速移動識別能力：2.4G 有源通訊技術標準，在通訊中，可以滿足 80-100 公里/小時的高速移動車輛探測和識別通訊；
3）高識別率：標簽采用有源RFID 技術，具有信號穿透性好，穩(wěn)定性高等特點；經(jīng)測試，在車輛密集和不同方向車輛集中出現(xiàn)時，該系統(tǒng)可以正確的現(xiàn)實各進站車輛信息；
4）可調(diào)整的識別距離：2.4G有源RFID技術的通訊距離可以達到80米-100 米，可以根據(jù)客戶需求調(diào)整天線，實現(xiàn)對識別距離的調(diào)整；
5）精密、可靠：有源RFID技術的精確性、可靠性、穩(wěn)定性是傳統(tǒng)方式的百倍以上，同時，網(wǎng)絡的高冗余性保證了在個別節(jié)點故障不影響整個系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)；
6）設備體積?。簾o線傳感器網(wǎng)絡的基本單元是體積很小的智能計算傳感卡，大大降低了安裝和維護的環(huán)境要求與成本；
7）網(wǎng)絡容量大：單個閱讀器可同時采集180張左右的有源RFID標簽，整個系統(tǒng)理論上無容量限制；
8）可擴展性強：RFID閱讀器配合移動GRPS/TD網(wǎng)絡可快速實現(xiàn)網(wǎng)絡的擴展與收斂。
綜上所述，2.4G有源RFID技術完全符合公交車RFID定位跟蹤系統(tǒng)對于可靠性、穩(wěn)定性、可擴展性及易維護性的要求，具有較好的應用前景。
2.4 后臺分析系統(tǒng)
2.4.1 通信接口協(xié)議
RFID閱讀器通過GRPS/TD網(wǎng)絡以UDP協(xié)議實時發(fā)送采集數(shù)據(jù)。讀卡器一旦識別到某一標簽，即發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包格式如下：
*VERSION|RECORDTIME|READERID|TAGID#。
VERSION為版本標識，用十六進制表示，第一版表述為0x0001。RECORDTIME為標簽讀取時間，以UTC格式，例如1210562005 表示2008年05月12日11點13分25秒。READERID為閱讀器ID，TAGID為標簽ID，ID是以ASCII碼表示的十六進制，例如： READERID為1，2，3，15，18，用十六進制表示為0x0001，0x0002，0x0003，0x000E，0x0012，TAGID為1，2，3，4，5，十六進制表示為0x0001，0x0002，0x0003，0x0004，0x005。綜合上述范例，該數(shù)據(jù)報應表示為*0001|1210562005|00010020003000E0012|0001002000300040005#。
在傳遞數(shù)據(jù)過程中，如果由于后臺服務器故障、網(wǎng)絡不通或其他原因?qū)е聰?shù)據(jù)不能正常上傳，在傳輸通道正常后進行數(shù)據(jù)補傳。
2.4.2 閱讀器注冊協(xié)議
RFID閱讀器以5秒為周期，向服務器發(fā)送注冊信息，如后臺在規(guī)定周期內(nèi)未收到閱讀器的注冊數(shù)據(jù)包，則認為該閱讀器已下線。注冊數(shù)據(jù)包如下：
*VERSION|REGTIME|READERID#。
數(shù)據(jù)包示例：*0001|1210562005|00010020003000E0012#，表示編號為00010020003000E0012的閱讀器于2008年05月12日11點13分25秒向后臺注冊，協(xié)議版本為第一版。
2.4.3 后臺數(shù)據(jù)庫規(guī)范
車輛與標簽對應關系應至少包含以下要素：
名稱 類型 示例
車牌號碼 BString 蘇E-Y8888
標簽編號 Bstring 0001002000300040005
電池更換時間 UTC YYYYMMDDhhmmss轉(zhuǎn)化為UTC格式，例如1210562005 表示2008年05月12日11點13分25秒
備注 Bstring 無
站臺與閱讀器對應關系應至少包含以下要素：
名稱 類型 示例
站臺名稱 Bstring 樂橋站
閱讀器編號 Bstring 00010020003000E0012
GPS位置 Bstring 經(jīng)緯度
閱讀器在線情況 Int 1標示在線，0標示不在線
該部分屬于基礎數(shù)據(jù)庫，可通過WEB界面實現(xiàn)增、刪、改。
車輛位置信息表應至少包含以下要素：
名稱 類型 示例
車輛牌 Bstring 蘇E-Y8888
標簽編號 Bstring 0001002000300040005
站臺名稱 Bstring 樂橋站
閱讀器編號 Bstring 00010020003000E0012
站臺GPS位置 Bstring 經(jīng)緯度
時間 UTC YYYYMMDDhhmmss轉(zhuǎn)化為UTC格式，例如1210562005 表示2008年05月12日11點13分25秒

2.4.4 車輛位置信息識別方式
后臺服務器收到某一站點發(fā)送的數(shù)據(jù)包，解析出閱讀器ID及標簽ID，根據(jù)標簽ID從車輛與標簽對應關系表中取出車牌號碼，根據(jù)閱讀器ID從站臺與閱讀器對應關系表中取出站臺GPS位置、站臺名稱，將上述信息按車輛位置信息表字段格式保存入數(shù)據(jù)庫內(nèi)。