基于RFID的霧天高速公路實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

【摘要】為應(yīng)對當(dāng)前高速公路大霧天氣時(shí)預(yù)警信息存在的不足，設(shè)計(jì)了車載實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)用射頻識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)對高速公路前方霧況信息的實(shí)時(shí)預(yù)警，設(shè)置能見度檢測儀與閱讀器同步，通過后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心對檢測數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)了對前方霧區(qū)距離的準(zhǔn)確測量和霧區(qū)行車速度的計(jì)算，通過車載警示裝置提醒駕駛員，提高了高速公路霧區(qū)行車的安全性。

【關(guān)鍵詞】射頻識(shí)別;預(yù)警信息;實(shí)時(shí)性;霧區(qū)能見度

Abstract：In response to the current lack of highway fog weather warning information exists， the design of real-time vehicle warning system that the application of radio frequency identification technology to achieve the status of the highway in front of the fog warning information in real time， set the visibility and reader synchronization detector by background data processing center for testing data processing to achieve accurate measurements to calculate the distance to the front of the mist and fog zone area traffic speed warning device to alert the driver through the car to improve highway traffic safety fog area.

Keywords：RFID;early warning information;timeliness;fog visibility area

0.引言

隨著公路建設(shè)的快速發(fā)展和汽車保有量的增長，高速公路交通事故率隨之增加，其中霧天是造成我國高速公路交通事故中最嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣之一，據(jù)資料顯示[1]，因?yàn)槭軡忪F等惡劣天氣影響而造成的交通事故約占事故總數(shù)的1/4多。在一些霧多發(fā)地區(qū)的高速公路路段，因大霧導(dǎo)致的交通事故的死亡率占到40%以上，而且時(shí)常發(fā)生重特大、惡性交通追尾事故，是高速公路交通事故的“第一大殺手”，給國家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成重大損失。造成高速公路交通事故的原因主要是霧區(qū)低能見度，駕駛員無法對前車車速和與前車的距離進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷;其次因?yàn)榇箪F天氣突變性強(qiáng)，而現(xiàn)有預(yù)警裝置所用技術(shù)實(shí)時(shí)性差，駕駛員在進(jìn)入霧區(qū)之前無法及時(shí)獲得前方突變的天氣狀況及霧區(qū)距離[2]。本文試圖利用射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)[3]對高速公路上的大霧天氣進(jìn)行預(yù)警，實(shí)現(xiàn)對行駛車輛的實(shí)時(shí)預(yù)警。

1.霧對高速公路交通安全的影響

（1）使行車能見度下降。霧天時(shí)，由于能見度距離的減小，阻擋了駕駛員的行車視線，當(dāng)能見距離降低到一定的程度時(shí)，駕駛員看不清前方和周圍的情況，便很難調(diào)整自己的車速和車間距，致使估計(jì)車距、車速不準(zhǔn)確，對交通標(biāo)志、路面設(shè)施識(shí)別產(chǎn)生困難，容易引發(fā)交通事故。

（2）使路面附著系數(shù)下降。由于霧天的影響，在高速公路上，霧中水滴與高速公路路面粉塵混合，使路面附著系數(shù)降低，特別是在一些北方地區(qū)，冬季的時(shí)候霧會(huì)在道路表面形成一層薄冰，這時(shí)路面的附著系數(shù)降低的更加明顯，從而影響了駕駛員的操作，導(dǎo)致交通事故的發(fā)生[4]。

2.基于RFID技術(shù)的霧區(qū)車輛預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)工作原理是：利用超高頻遠(yuǎn)距離RFID技術(shù)，在高速公路兩旁設(shè)立閱讀器和基站，電子標(biāo)簽置入車輛擋風(fēng)玻璃。在霧天頻發(fā)的區(qū)域與閱讀器同步設(shè)立能見度檢測儀[5]，能見度檢測儀將檢測到的霧天能見度參數(shù)傳送到后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心。通過分析數(shù)據(jù)，劃定出預(yù)警級別，并給出建議性的行車速度等。當(dāng)檢測到有車輛經(jīng)過時(shí)，啟動(dòng)閱讀器，閱讀器將此電子標(biāo)簽信息讀入后臺(tái)，后臺(tái)根據(jù)標(biāo)簽信息，提取數(shù)據(jù)中心相應(yīng)的預(yù)警信息，然后通過局域網(wǎng)將預(yù)警信息發(fā)送給指定車輛的車載警示裝置[6]，給駕駛?cè)藛T及時(shí)提示減速或剎車。工作原理如圖1所示。

2.1 霧區(qū)能見度檢測裝置設(shè)計(jì)

霧區(qū)檢測裝置位置布局圖如圖2所示。

由于霧區(qū)覆蓋的區(qū)域一般不是很大，所以可以選擇在高速公路霧多發(fā)區(qū)安裝能見度檢測儀。檢測儀的安裝要求是與道路兩旁的RFID閱讀器同步安裝，即在霧多發(fā)區(qū)與閱讀器以同樣的間隔距離和位置安裝，閱讀器與檢測儀均有特定的序列號，閱讀器與檢測儀序列號以行車方向升序排列。當(dāng)某個(gè)序列號的檢測儀檢測到一定濃度的大霧時(shí)，就可以知道與其同步的閱讀器的序列號，如上圖所示，以路段4km為例，在霧區(qū)安裝5個(gè)與閱讀器同步的霧能見度檢測儀，其間隔距離為500m，序列號分別為M，M+1，M+2，M+3，M+4的檢測儀所對應(yīng)的閱讀器的序列號為N，N+1，N+2，N+3，N+4。當(dāng)序列號為M的檢測儀檢測到霧能見度小于某一閾值時(shí)，則可以知道與其同步位置的閱讀器序列號為N。

2.2 車載報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

車載報(bào)警系統(tǒng)是與車輛一起移動(dòng)的裝置，主要包括以下幾部分：數(shù)字設(shè)備碼無線發(fā)射和接收器、設(shè)備碼譯碼器、聲光報(bào)警裝置。其中光報(bào)警又包括2個(gè)部分：一是閃光報(bào)警，一是用LED顯示屏幕顯示前方霧區(qū)的能見度級別、距離和建議車速。電子標(biāo)簽ID號在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中是關(guān)鍵字，其他信息是相關(guān)數(shù)據(jù)。車載報(bào)警系統(tǒng)將信息發(fā)布給指定車輛是利用無線電發(fā)射器，后臺(tái)處理中心將警示信息發(fā)給無線發(fā)射器，該發(fā)射器可將信息（此處指電子標(biāo)簽ID號）發(fā)給指定車輛。而車上的車載警示器有無線電接收功能，能隨時(shí)接到由發(fā)射裝置發(fā)來的警示信號，且只有該車輛能接到這個(gè)信號，這是因?yàn)檐囕d警示器里有本車電子標(biāo)簽ID號譯碼器，而電子標(biāo)簽的ID號全球惟一，因此只有在正確ID號發(fā)送到該車的車載警示器后，通過警示器內(nèi)譯碼器譯碼，才能經(jīng)過驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)開始工作。車載警示器通過聲光等形式輸出報(bào)警信號，以提示司乘人員注意。無線傳輸部分的功能是將來自數(shù)據(jù)庫的電子標(biāo)簽ID號發(fā)送給指定車輛，激活該車輛的車載警示器。車載警示器接收裝置的功能是將接收來的信號譯碼，經(jīng)驅(qū)動(dòng)激勵(lì)聲光報(bào)警器，產(chǎn)生警示信號，顯示前方路況信息。

2.3 數(shù)據(jù)處理中心

數(shù)據(jù)處理中心根據(jù)能見度數(shù)據(jù)利用算法得出結(jié)論：當(dāng)N-4，N-3，N-2，N-1個(gè)閱讀器有車輛經(jīng)過時(shí)，擋風(fēng)玻璃的電子標(biāo)簽信息會(huì)被閱讀器讀取，傳入到后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心，后臺(tái)處理中心負(fù)責(zé)將預(yù)警信息發(fā)布給經(jīng)過該閱讀器的指定的車輛，其中預(yù)警信息中的距霧區(qū)的距離是根據(jù)讀取電子標(biāo)簽的閱讀器序列號來確定。N-4號閱讀器讀取時(shí)，距霧區(qū)為2km，N-3號閱讀器讀取時(shí)，距霧區(qū)為1.5km，依次類推……，當(dāng)車輛經(jīng)過第N個(gè)閱讀器即所使用的檢測儀對應(yīng)的閱讀器時(shí)，則警示信息提示為類似“進(jìn)入霧區(qū)”的預(yù)警信息。

2.4 預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)設(shè)計(jì)

后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心發(fā)布預(yù)警信息的原則是：閱讀器的序列號與檢測儀序列號以行車方向升序排列。當(dāng)某個(gè)能見度檢測儀檢測到的能見度值低于某一閾值時(shí)，就可以獲取相應(yīng)閱讀器的序列號，假定是N號。選擇閱讀器安裝的間隔距離是500m，警示信息提前（下轉(zhuǎn)第138頁）（上接第135頁）2km對車載警示裝置進(jìn)行警示，如上圖2所示。當(dāng)有車經(jīng)過第N-4，N-3，N-2，N-1個(gè)閱讀器時(shí)，則后臺(tái)中心通過無線發(fā)射裝置將預(yù)警信息發(fā)布給相應(yīng)車輛的車載預(yù)警裝置。當(dāng)有多個(gè)檢測儀同時(shí)檢測到霧的能見度低于某一閾值時(shí)，后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心將選擇序列號小的檢測儀的檢測數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)警信息包括能見度等級、距前方霧區(qū)的距離和建議霧區(qū)行車速度。預(yù)警等級是根據(jù)霧區(qū)檢測儀檢測到的數(shù)據(jù)和高速公路行車安全對預(yù)警信息進(jìn)行分級的。根據(jù)規(guī)定：機(jī)動(dòng)車在高速公路上行駛，車速超過100km/h時(shí)，應(yīng)當(dāng)與同車道前車保持100m以上的距離，車速低于100km/h時(shí)，與同車道前車距離可以適 當(dāng)縮短，但最小距離不得少于50m。當(dāng)有霧況時(shí)，霧區(qū)行駛的車速可以低于60km/h，所以在能見度低于50m 時(shí)也會(huì)出現(xiàn)車距小于50m的情況，而不影響其安全性。當(dāng)能見度低于25m時(shí)，則必須關(guān)閉道路。目前氣象部門在大霧能見度低于500m時(shí)才進(jìn)行預(yù)警，所以本系統(tǒng)將能見度檢測儀的檢測閾值設(shè)為500，只有當(dāng)數(shù)據(jù)低于500時(shí)，后臺(tái)中心才對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.結(jié)束語

本文針對霧天氣候，應(yīng)用能見度檢測儀對高速公路的霧況進(jìn)行監(jiān)測，并采用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對車載警示裝置進(jìn)行霧區(qū)能見度、距霧區(qū)距離和建議霧區(qū)車速的實(shí)時(shí)預(yù)警，有效彌補(bǔ)了當(dāng)前所用技術(shù)的不足，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展前景。隨著RFID技術(shù)的日益成熟和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的逐漸形成，RFID在交通領(lǐng)域?qū)?huì)發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014SK3225）;湖南省教育廳科研項(xiàng)目（13C790）;婁底職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題項(xiàng)目（2013ZK006、2013ZK022）。

作者簡介：劉羅仁（1966—），男，湖南婁底人，碩士研究生，副教授，主要研究方向：自動(dòng)控制。