1、本科毕业论文（20 届）基于 RFID 技术的城市道路交通信息采集系统究Urban tranasportation information collection system research based on RFID technology所在学院 专业班级 交通工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要城市交通的信息采集与处理是交通控制和优化的基础,也是城市交通控制系统的控制作用得以实现的保证。交通信息的实时准确采集,是解决道路交通拥挤、道路阻塞问题的核心，并且一直受到各方面的密切关注。随着 RFID 技术的不断提升和使用领域的不断增加，RFID 技术也日益受到各领域研
2、究的重视。本文首先分析目前各类交通信息采集器的优缺点，通过 RFID 技术的原理、构成，介绍了目前应用在各领域中的应用。然后通过目前的需求和 RFID 在我国发展的实际状况，提出了 RFID 的一个实际应用领域，即将 RFDI 产品安装在车辆上，实现道路交通信息采集。通过利用 RFID 技术的特性对车辆信息采集及智能化的管理，让其在交通部门的交通管理、商用管理等方面会发挥其显著的成效。并利用 RFID 技术实现城市道路交通信息中最为关键的交通参数的采集，将采集道德交通参数与车辆信息相结合，从而为交通疏导提供实时数据。关键词：交通信息采集；RFID 技术；智能化管理AbstractThe urb
3、an traffic information acquisition and processing is traffic control and optimization, is fundamental to the urban traffic control system to the realization of the control function of guarantee. The real-time accurate traffic information collection, is to solve the traffic congestion, road block roa
4、d the heart of the problem, and has been closely watched by every aspect. With the improving of the RFID technology and use the fields unceasing increase, RFID technology is also increasingly by the fields attention.This paper first analyzes the current traffic information collector s advantages and
5、 disadvantages, through RFID technology principle, composition, introduces the current application in various fields of application. Then through the current demand and RFID development in our country s actual situation, proposed the RFID a practical application, the upcoming RFID products installed
6、 in vehicles, road traffic information collection. Through the use of RFID technology characteristics on vehicle information acquisition and intelligent management, the Department of Transportation traffic management, business management, will play its distinct effect,. And the use of RFID technolog
7、y to achieve the city road traffic information is the key to the traffic parameters of the acquisition, the acquisition of moral traffic parameters and vehicle information combination, so as to provide real-time traffic data.Keywords：traffic information collection；RFID technology；intelligent managem
8、entI目 录1 绪论 .11.1 组成 .11.2 工作原理 .21.3 特点 .22 国内外发展及应用现状 .32.1 发展历史 .32.2 在交通中的应用 .32.2.1 国外应用 .42.2.2 国内应用 .42.3 在其他领域的应用 .53 RFID 技术在车辆识别方面的应用 .53.1 系统的构成 .53.2 车辆识别的管理性应用 .63.2.1 交通管理 .73.2.2 商用管理 .73.3 RFID 技术的独特性 .74 RFID 技术在交通信息采集方面应用 .84.1 交通信息的分类 .84.2 已有交通信息检测的方式 .84.3 RFID 技术用于交通信息采集的优势 .94
9、.4 RFID 技术用于交通信息采集的技术原理 .104.4.1 交通流量计算 .104.4.2 车速计算 .104.4.3 道路占有率计算 .114.4.4 交通密度计算 .114.5 在城市道路交通信息采集中应用前景 .125 结论 .12参考文献 .14致 谢 .1511 绪论射频识别技术简称 RFID（Radio Frequency Identification） ，是一项利用射频信号通过空间耦合从而实现无接触信息的传递，并通过所传递的信息达到识别物体的技术。是一种非接触式的自动识别技术，它可通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。并且
10、RFID 技术可识别高速运动物体并同时识别多个标签，操作即快捷又方便。但是 RFID 技术由于技术和成本原因，一直没有得到广泛应用。近年来，随着大规模集成电路、网络通信、信息安全等技术的发展，RFID 无线射频识别系统被视为本世纪最重要的前十大技术，美国市场研究机构也预测 RFID 在 2013 年产值可达 210 亿美元，年成长率约 44.2%，商机十分庞大 1。因此有人以二次 IT 革命来形容此技术的潜能及发展性。1.1 组成完整的 RFID 系统由电子标签(也叫应答器)、阅读器和数据管理系统三个部分组成。（1）电子标签电子标签是 RFID 系统真正的载体，每一个标签具有唯一的电子编码，附
11、着在物体上标识目标对象。它由芯片及耦合元件组成，芯片相当于条形码技术中的条形码符号，用来存储需要传输和识别的信息。当受无线电射频信号照射时，能反射回带有数字字母编码信息的信号，供阅读器进行识别处理 2。（2）阅读器被称为查询器或读写器，是负责读取或写入信息的设备。它可以单独完成数据的显示、读写和处理等功能，也可以与计算机或其它系统联合，完成对电子标签的操作。典型的读写器包含有射频模块、接口模块、控制模块以及读写器天线。此外，有的读写器还有附加有接口，以便从应用系统接收命令或将获得的数据传给数据管理系统 2。（3）计算机通信网络计算机通信网络主要完成数据信息的管理，完成通信传输功能，阅读器可以通
12、过标准接口与计算机通信网络连接，以便实现通信和数据传输功能 2。1.2 工作原理阅读器通过发射天线将无线载波信号向外发射，电子标签一旦进入到发射天线的工作区时，即被激活，其通过天线将自身携带的信息发射出去，接收天线接收电子标签发出的信号后，经天线的调节器传输给阅读器，阅读器对接收2到的信号进行解调解码，输送到后台电脑控制器，根据逻辑运算和通信协议来判断该标签的合法性，针对不同的协议设定做出相应的处理和控制，并发出指令信号控制来执行机构的动作。执行机构按照电脑的指令来完成相应的动作，借助计算机通信网络将各个检测点之间连接起来，构成总的控制平台。通过将各个车辆信息采集点采集到的车辆信息借助计算机网
13、络传输到交通指挥中心，通过交通指挥中心的后台数据库和应用软件，记录采集的静态交通信息和动态交通信息等。无源电子标签需要能量来将自身的信号传输给阅读器，这个能量是通过电磁感应产生的电流来完成:阅读器通过发射天线发送射频信号，当附着标签的目标对象进入发射天线工作区域时会产生感应电流，无源电子标签凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的车辆信息 8 9。1.3 特点（1）多目标识别在阅读器阅读范围以内，多个目标可同时识别，这极大的提高了工作效率。（2）成本廉价且应用范围广泛RFID 与其他信息采集器相比，阅读器更加小型、便携，造价成本更低廉。由于阅读性能好、能够识别高速移动的物体且识别速度快，且
14、快速阅读多个标签，因此应用范围将会更加广泛。（3）穿透力强电子标签即使被木材、纸张等非透明非金属的材料包裹，也可以正确识别。（4）不易受污染、耐环境RFID 系统不受潮湿、油污、灰尘、高温、有害气体以及在恶略环境的影响。玻璃或塑料材质的电子标签是完全防尘和防水的。即使在特别脏、尘土特别多的条件下，条形码扫描器的光学镜头很快会被被污染而无法使用，但 RFID 系统却不受其影响可以继续使用。（5）重复使用RFID 是电子数据，可被反复覆写，因此可回收电子标签进行重复使用，或反复覆盖原电子数据的信息。2 国内外发展及应用现状 2.1 发展历史RFID 技术的发展按十年期划分如下 3:31940 一
15、1950 年:雷达的改进和应用催生了 RFID 技术，1948 年奠定了 RFID技术的理论基础。1950 一 1960 年:早期的探索阶段，主要处于实验室实验研究。1960 一 1970 年: RFID 技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。1970-1980 年: RFID 技术与产品研发处于一个大发展时期，各种 RFID 技术测试得到加速。出现了一些最早的应用。1980-1990 年: RFID 技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现。1990 一 2000 年: RFID 技术标准化问题日趋得到重视，RFID 得到广泛采用，并逐渐成为人们生活中的一部分。2000 年后:标
16、准化问题日趋为人们所重视，RFID 产品种类更加丰富，有源电子标签、半无源电子标签及无源电子标签均得到发展，成本不断降低，规模、应用行业扩大。至今，单芯片电子标签、无线可读可写、多电子标签识读、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的 RFID 技术与产品正在成为现实并走向应用。RFID 技术的发展，一方面受到市场需求的影响，一方面 RFID 技术的成功应用又反过来影响市场需求的扩大。从应用角度来说，RFID 技术的发展不断满足日益增涨的应用需求，而 RFID 技术的发展需要多项技术的综合发展被带动。从技术方面说，射频识别技术的发展也表现在若干关键技术的突破。所涉及的关键技术大致包括:芯片
17、技术、天线技术、无线收发技术、电磁传播特性。RFID 技术未来的发展中，由单一识别向多功能识别方向发展的同时，在结合其它高新技术，比如 GPS、GPS、生物识别等技术，同时也将结合计算机技术及现代通信，实现跨行业的广泛应用。2.2 在交通中的应用RFID 技术在交通监管领域有多种应用，例如高速公路的收费系统、车辆证照信息管理和移动式/固定式稽查系统等，可记录车辆相关详细信息和行驶路线以及是否超出营运范围。而车载 RFID 系统有识别率高、可靠性高、安装维护简便等特点，可以广泛的应用于包括不停车自动收费与管理(TEC)、停车场自动收费管理、政府(商业、私营)专用运输车队管理、大型集装箱联营管理、
18、安全门禁系统、机场地面运输与物流管理、海关通关车辆自动验放系统等领域 4。高速公路联网不停车收费系统该系统采用 RFID 的产品，该系统最大的特点是整合了电子标签和非接触 IC 卡两大资源，使用 IC 卡进行费用结算。中小城市局域性年费车辆识别与监控系统一些实施了用 RFID 系统实施年费收费方式，使无源被动式电子标签成为车辆唯一的 身份标志。实现“年费车”一车一卡，4从而彻底堵住用“套牌”的办法偷漏年费的漏洞能 5，保证既能保证严格监管，又能确保交通的通畅。在此基础上，管理部门还能获得费用增收。2.2.1 国外应用早在上世纪九十年代北美铁路系统就采用了早期的射频识别技术的车号自动识别标准，在
19、北美 150 万辆货车、1400 个地点安装了射频识别装置。20 世纪 80 年代，由于大规模集成电路技术日趋成熟，射频识别系统的体积大大缩小，使得欧洲、美国以及日本等许多国家都开始在不同程度、不同领域安装使用了 RFID 系统，第一个 RFID 电子收费系统于 1987 年在挪威正式使用，1989 年在美国达拉斯南部高速公路也开始使用不停车收费系统。20 世纪 80 年代可以说是 RFID 技术在电子收费系统中应用的年代 10。到了 20 世纪 90 年代后，RFID 技术得到了欣荣和发展，在交通领域的主要表现有美国配置了大量电子收费系统。韩国首尔将 RFID 被成功的用在市内公交系统上，在
20、 600 辆公交车上安装了 RFID 系统用于电子月票，它是迄今为止最早大规模的使用非接触卡的电子车票系统（AFC） 。丰田汽车、福特汽车、三菱汽车、现代汽车等将 RFID 技术用于汽车防盗。欧洲列车安全与列车控制系统（ETCS） ，解决了欧洲铁路跨国交通问题，即各种不同的信号安全系统是的铁路对于机车机头和牵引设备进行了耗费巨大的重复配置 10。2.2.2 国内应用相比国外应用情况，现今国内使用 RFID 在交通信息的采集应用上才刚在萌芽阶段，但 RFID 是二十一世纪最具发展前景和变革力的高新技术，政府高度重视其发展。2004 年国家金卡工程将 RFID 应用试点列为重点工作，积极而又稳妥地
21、推动其发展 2006 年国务院 15 个相关部门达成共识並联合颁布了中国射频识别（RFID）技术政策白皮书 。在高速公路收费及智能交通方面，香港建立了“驾易通”车辆自动识别系统。装有射频标签的汽车能被自动识别，无须停车缴费，大大提高了行车速度和效率。虽然我国很多地区高速公路都采用了电子标签，但是大部分还是应用人工停车收费的方式。最近，锦山的一条高速公路上应用了电子标签自动收费，但是与香港“驾易通”相比，差距显而易见。利用射频识别技术的不停车高速公路自动收费系统是将来的发展方向，人工收费包括 CI 卡的停车收费方式也终将被淘汰 9。这些具体事例为我们提供了宝贵的经验。2.3 在其他领域的应用（1
22、）在零售环节在零售环节 RFID 可以用来防盗，另一方面，该技术还可以改进零售商的库存管理，实现适时补货，有效跟踪运输与库存。在仓库里，射频技术最广泛的5使用是存取货物与库存盘点，它能用来实现自动化的存货和取货等操作。RFID解决方案可提供有关库存情况的准确信息，管理人员可由此快速识别并纠正低效率运作情况。在 2003 年的下半年，美国的商业零售巨头沃尔玛选中了该项技术，并要求到 2005 年 1 月自己 100 个顶级供应商必须在托盘和外箱上贴上无线射频识别标签 11。（2）在图书管理方面具有防窃功能的智能图书馆管理系统，仅需一个阅读器和低成本的射频标签就能容易对将馆藏的信息进行读取读取，方
23、便读者寻找书籍和防止图书丢失。该系统为图书馆用户提供了一个安全、有效、低成本的保护措施，降低失窃率。3 RFID 技术在车辆识别方面的应用基于 RFID 技术的城市道路交通信息采集主要是对城市道路上交通参数、车辆信息等进行采集。而该系统可对车辆进行自动识别，即自动采集车辆基本信息，将其用于交通部门的交通管理、治安侦防等方面会有显著的成效。3.1 系统的构成 1.车辆电子标签电子标签要采用防拆防伪技术，将其固定在汽车的挡风玻璃上，按照“一车一卡”的原则，电子标签里存有车辆的基本信息，其基本信息和车辆行驶证上的车号、车型、发动机号码相一致。汽车使用者也可按照的需求扩展其功能。2.车外阅读设备利用悬
24、挂在车道上方的阅读设备，可在几米甚至更远的距离与正在行驶或停下来车子进行无线通信，采集车载电子标签中所储存的信息进行无接触识别。3.交通信息中心将 RFID 阅读器采集到的车辆信息传回到交通信息中心，交通信息中心将此车信息连同采集时刻一起记录，经过统计、分析这些数据可以实时掌握路段上的交通流量、行车速度、行程时间、占有率、交通密度等实时交通数据。从获取的实时交通数据可以用于判断路段上的交通现况，经过统计、对比、分析等方法可以判断路段的拥挤现况，以及判断出是否发生交通事故，从而为路面交通流控制诱导、交通事故检测、交通事故后及时救援等提供及时的数据。63.2 车辆识别的管理性应用车辆识别的自动化带
25、动车辆管理智能化、信息数字化，车载 RFID 将识别技术、通信技术、计算机技术融为一体，车辆自动识别带动查询统计、查控报警、实时处理等功能。该车辆识别系统的应用框图如图 3-1 所示。停车场收费不停车过路收费门禁管理交通电子商务车辆区域防盗交通调查统计动态管控车辆年审养路费查询事故记录查询商用管理车辆识别交通管理图 3-1 设计车辆识别的应用示意图3.2.1 交通管理1.日常管理交通部门可通过 RFID 技术实施对车辆的管理，在车辆动态和静态下完成对车型的鉴别和车辆身份的真实性辨别，完成对事故记录、车辆养路费上交、车辆年审的例行检查。完成对车辆的定点实时流量统计和通行记载。2.治安侦防 交警在查询路上正常行驶的车辆是否是被盗车、非法走私车、非法改装车、肇事逃逸、未年审的车时，只能通过警车实时拦截才能进行确认，这样不但费时费力，还容易在高峰时间、拥堵地点，造成更为严重的拥堵。用 RFID 技术进行车辆自动识别，根据读出的信息如发动机号、车牌号判断是否为被盗车。如果信息与该车不符，则被认为是嫌疑车。如失主已报案该车被列入“黑名单”并存入指挥中心，并下发到各个采集点，当其路过采集点时，阅读器对其车载电子标签进行自动识别，即可被查获。即使被盗车辆被更换了车牌，也会因从
