基于超高頻RFID技術(shù)的大型賽事車輛專道管控工程建設(shè)與應(yīng)用

蘇紅帆

（南寧市公安局交通警察支隊，廣西 南寧 530028）

基于超高頻RFID技術(shù)的大型賽事車輛專道管控工程建設(shè)與應(yīng)用

蘇紅帆

（南寧市公安局交通警察支隊，廣西 南寧 530028）

文章介紹了一種基于超高頻RFID技術(shù)的大型賽事車輛專道管控工程系統(tǒng)，應(yīng)用超高頻RFID技術(shù)，結(jié)合交通信號控制系統(tǒng)、交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)、專道電子警察系統(tǒng)、高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)和北斗定位系統(tǒng)，形成多系統(tǒng)聯(lián)動技術(shù)來實現(xiàn)賽事車輛專道的優(yōu)先管控，從而解決因大型賽事所帶來交通問題，降低車輛管理成本，提升賽事交通管理的專業(yè)化水平。

超高頻RFID；射頻識別；車輛專道管控；大型賽事

1 前言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，交通需求也隨之不斷增長，由此帶來的城市交通系統(tǒng)因交通擁堵問題而面臨著前所未有的壓力，加上城市舉辦各種大型賽事活動，尤其是國際性的賽事活動，如果沒有一流的交通管理水平、交通環(huán)境和交通安全保障體系來配套服務(wù)，將會給城市的形象大打折扣，因此，交通管理部門在賽事期間大力開展道路交通秩序整頓，制定交通安全保衛(wèi)工作系列方案的同時，更要利用科技手段來對賽事專用車道進(jìn)行管控，加強道路交通管理，為大型賽事的成功舉辦營造良好的交通環(huán)境。

針對上述問題，本文提出一種基于超高頻RFID技術(shù)的大型賽事車輛專道管控工程系統(tǒng)的設(shè)計思路，給出多系統(tǒng)聯(lián)動技術(shù)實現(xiàn)對賽事車輛專道的管控方案。

2 超高頻 RFID技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成、工作原理和應(yīng)用優(yōu)勢

2.1超高頻RFID技術(shù)及系統(tǒng)構(gòu)成

RFID（Radio Frequency Identification）也叫射頻識別，即日常所說的電子標(biāo)簽，是一種非接觸式識別技術(shù)，可以通過無線電訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機械或者光學(xué)接觸。超高頻 RFID是 RFID技術(shù)中的一種，工作頻率為 860MHz～960MHz，是目前國際上最先進(jìn)的第四代自動識別技術(shù)。超高頻RFID具有識別距離遠(yuǎn)、識別準(zhǔn)確率高、識別速度快、抗干擾能力強、使用壽命長、可穿透非金屬材料等特點，運用范圍廣等特點，在交通智慧化管理中發(fā)揮了顯著的作用。

RFID系統(tǒng)一般由讀寫器、標(biāo)簽以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)應(yīng)用管理系統(tǒng)組成（如圖 1所示）。標(biāo)簽（也稱應(yīng)答器、電子標(biāo)簽或智能標(biāo)簽），它是RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，安裝在被識別對象上，且存儲該對象的信息；讀寫器也稱為閱讀器，分為手持式和固定式兩種，由發(fā)送器，接收儀、控制模塊和收發(fā)器組成，是一種利用射頻技術(shù)讀取射頻標(biāo)簽信息、或者將信息寫入射頻標(biāo)簽的電子設(shè)備；閱讀器讀取信息并解碼后，傳遞至計算機系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。讀寫器和電子標(biāo)簽都是通過天線來傳遞射頻信號。

圖1　RFID系統(tǒng)構(gòu)成

RFID系統(tǒng)的標(biāo)簽分為有源標(biāo)簽（主動）和無源標(biāo)簽（被動），超高頻RFID系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與普通的通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一致，但其標(biāo)簽是無源的，是典型的主從通信體系。以RFID卡片讀寫器及電子標(biāo)簽之間的通訊及能量感應(yīng)方式來看，大致上可分為感應(yīng)耦合及后向散射耦合兩種，其中感應(yīng)耦合一般適合于中、低頻工作的近距離（小于 1米）射頻識別系統(tǒng)；后向散射耦一般適合于高頻、微波等工作距離較遠(yuǎn)的射頻識別系統(tǒng)。

讀寫器（閱讀器）根據(jù)使用的結(jié)構(gòu)和技術(shù)不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統(tǒng)信息控制和處理中心。通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。讀寫器（閱讀器）和標(biāo)簽（應(yīng)答器）之間一般采用半雙工通信方式進(jìn)行信息交換，同時讀寫器通過耦合給無源應(yīng)答器提供能量和時序。在實際應(yīng)用中，可進(jìn)一步通過Ethernet或WLAN等實現(xiàn)對物體識別信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。應(yīng)答器是 RFID系統(tǒng)的信息載體，目前應(yīng)答器大多是由耦合元件（線圈、微帶天線等）和微芯片組成無源單元。

2.2工作原理

讀寫器通過天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，形成讀寫器的一個有效范圍（電磁信號輻射區(qū)域，即磁場），當(dāng)安裝有電子標(biāo)簽的識別目標(biāo)進(jìn)入讀寫器產(chǎn)生的磁場后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量，將存儲在芯片中的產(chǎn)品信息發(fā)送出去（無源標(biāo)簽或被動標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動發(fā)送某一頻率的信號（有源標(biāo)簽或主動標(biāo)簽），解讀器天線接收來自標(biāo)簽的載波信息號，經(jīng)讀取信息并解碼后，送至數(shù)據(jù)應(yīng)用管理系統(tǒng)中進(jìn)行存儲和并做相應(yīng)的處理和控制，同時發(fā)出指令信號進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)用操作。

圖2　RFID感應(yīng)技術(shù)基本原理圖

數(shù)據(jù)應(yīng)用管理系統(tǒng)可由本地網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)組成，通過管理軟件來實現(xiàn)“實物互聯(lián)”，亦即“物聯(lián)網(wǎng)”。

2.3超高頻 RFID技術(shù)在大型賽事交通管控中的應(yīng)用優(yōu)勢

超高頻 RFID技術(shù)具有能一次性讀取多個標(biāo)簽、穿透性強、可多次讀寫、數(shù)據(jù)的記憶容量大的特點，加上無源電子標(biāo)簽成本低，體積小，使用方便，可靠性和壽命高、耐受戶外惡劣環(huán)境，可以在車輛或其他被標(biāo)識的物體高速運動的情況下工作，因此廣泛應(yīng)用在交通管理領(lǐng)域，尤其是車流量統(tǒng)計、速度統(tǒng)計和進(jìn)入控制等方面的應(yīng)用。

在大型賽事中（尤其是國際性的賽事活動），由于參與人數(shù)眾多，對城市交通或區(qū)域交通的影響很大，賽事期間實行的交通管制措施會占用或封閉周邊交通設(shè)施（部分道路、車道和停車場），使現(xiàn)有交通系統(tǒng)的容量供給減少，交通管理部門為了緩解交通壓力，通常對賽事專用車道進(jìn)行管控，其中涉及機動車信息采集及監(jiān)控、電子警察、車牌識別、區(qū)間測速等，但傳統(tǒng)的車輛監(jiān)測識別技術(shù)如攝像監(jiān)測技術(shù)存在識別速度慢、垃圾數(shù)據(jù)多、可靠性相對較低等問題，根本滿足不了快速、實時、動態(tài)的信息采集的需求。

本文提出的基于超高頻 RFID技術(shù)的大型賽事交通保障系統(tǒng)方案，將超高頻RFID技術(shù)應(yīng)用于智能交通領(lǐng)域，充分發(fā)揮其自動識別及快速動態(tài)采集信息的巨大優(yōu)勢，為有效解決大型賽事帶來的交通問題，并結(jié)合RFID技術(shù)特點而設(shè)計。該系統(tǒng)能夠完善大型賽事車輛的有序管理，優(yōu)化調(diào)度，保障合理的指揮體系；為交通服務(wù)車輛、駕駛員、調(diào)度員編制規(guī)范的行車計劃；并實時監(jiān)控車輛運行及提供突發(fā)事件應(yīng)急處理服務(wù)，實現(xiàn)大型賽事車輛保障調(diào)度的數(shù)字化、現(xiàn)代化管理。確保大型賽事期間交通系統(tǒng)的整體有序運行，同時提升城市的管理、運營和保障能力。

3 大型賽事車輛專道管控工程系統(tǒng)的主要組成部分

大型賽事車輛專道管控工程系統(tǒng)組成如圖3所示：

圖3　大型賽事車輛專道管控工程系統(tǒng)組成圖

3.1RFID系統(tǒng)

使用射頻識別技術(shù)，將車輛貼上電子標(biāo)簽，控制中心的閱讀器發(fā)出磁場，給予電子標(biāo)簽信號激活標(biāo)簽，電子標(biāo)簽依據(jù)收到的信號要求閱讀器發(fā)射反射信號，閱讀器收到電子標(biāo)簽反射的信號后，對電子標(biāo)簽進(jìn)行無接觸的讀寫，達(dá)到識別目標(biāo)和操作目標(biāo)物體的目的，對所讀取的數(shù)據(jù)通過后臺服務(wù)器處理分析后達(dá)到對目標(biāo)物體的信息采集、無線控制的功能。控制中心使用 RFID系統(tǒng)即可實時管理和控制賽事車輛專道的車輛和交通信號燈。

3.2交通信號控制系統(tǒng)

主要負(fù)責(zé)對所檢測的車輛頻率進(jìn)行分析處理，進(jìn)而對交通信號燈進(jìn)行時間上的控制交通信號，實現(xiàn)對賽事專道路口交通信號的實時控制、進(jìn)行區(qū)域協(xié)調(diào)控制、中心和本地的優(yōu)化控制。

3.3交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)

為信息發(fā)布的關(guān)鍵組成部分。交通誘導(dǎo)系統(tǒng)，也稱為交通路線引導(dǎo)系統(tǒng)或車輛導(dǎo)航系統(tǒng)，是基于電子、計算機、網(wǎng)絡(luò)和通信等現(xiàn)代技術(shù)，根據(jù)出行者的起訖點向道路使用者提供最優(yōu)路徑引導(dǎo)指令，或者通過獲得實時交通信息幫助道路使用者找到一條從出發(fā)點到目的地的最優(yōu)路徑。交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)是交通誘導(dǎo)系統(tǒng)的重要組成部分，主要是指通過車載終端、電臺及電視臺、Internet、外場誘導(dǎo)顯示設(shè)備（可變交通信息板和交通誘導(dǎo)顯示屏）把交通誘導(dǎo)信息發(fā)布出去。

3.4專道電子警察系統(tǒng)

電子警察系統(tǒng)通過先進(jìn)的光電、計算機、圖像處理、模式識別、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)訪問等技術(shù)，利用每一輛車對應(yīng)唯一的車牌號的條件，對監(jiān)控路面過往的每一輛機動車的車輛和車號牌圖像進(jìn)行連續(xù)全天候?qū)崟r記錄。以地感線圈與視頻檢測進(jìn)行車輛檢測，當(dāng)運動目標(biāo)超過限速值時或路口信號在紅燈狀態(tài)下，（一體化）高清攝像機進(jìn)行違章車輛抓拍，完整抓拍車輛違章過程的多張圖片。圖片清晰顯示信號燈狀態(tài)、停車線位置、違法車道、違法車輛的車牌號碼、車牌顏色、車身顏色、車輛類型、違法時間、地點、車速和行駛方向等信息。所有抓拍數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳回到交警數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理。通過此信息與對應(yīng)地區(qū)的車輛管理數(shù)據(jù)庫相連接，分析并獲取當(dāng)前車輛信息，同時生成違法圖像和速度信息數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)具備聯(lián)網(wǎng)查詢功能。

3.5高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)

為路況信息采集的關(guān)鍵組成部分。賽事車輛專道安裝高清視頻監(jiān)控攝像機，通過控制主機，操作人員可發(fā)出指令，進(jìn)行控制及對鏡頭進(jìn)行調(diào)焦變倍的操作。利用特殊的錄像處理模式，可對圖像進(jìn)行錄入、回放、處理等操作，使錄像效果達(dá)到最佳。高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)需要實現(xiàn)兩級監(jiān)控架構(gòu)，前端高清信息采集點分別匯聚到2個分控中心，并由1個總控中心進(jìn)行管理。分控中心作為前端信息點的匯聚地，主要為信息點提供存儲服務(wù)，兼具分控功能?？偪刂行氖窍到y(tǒng)的管理中心，兼具總控功能。系統(tǒng)實現(xiàn)移動偵測上傳到總控中心，借助高清攝像機實時采集現(xiàn)場圖像，高清攝像機接入監(jiān)控專用網(wǎng)絡(luò)，若附近有報警信息點，可借助高清攝像機將報警信號傳回監(jiān)控中心。每個分控中心機房部署存儲設(shè)備，可為大容量磁盤陣列或嵌入式 NVR，為高清攝像機提供存儲服務(wù)；（若需要）可部署流媒體服務(wù)器，將實時數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)給分控中心和總控中心的客戶端/解碼器。分控中心監(jiān)控室設(shè)置客戶端，對管轄區(qū)域內(nèi)的高清攝像機施行實時監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制?？偪刂行臋C房部署管理服務(wù)器，對監(jiān)控專網(wǎng)內(nèi)的高清攝像機、存儲設(shè)備、解碼設(shè)備、流媒體轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器實行集中管理，監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)；當(dāng)分控端報警時顯示報警信息。

3.6北斗定位系統(tǒng)

為車輛位置信息采集的關(guān)鍵組成部分。北斗定位系統(tǒng)具備定位與通信功能，無需其他通信系統(tǒng)支持，覆蓋中國地區(qū)，全天候服務(wù)，無通信盲區(qū)，無依托地區(qū)數(shù)據(jù)采集用戶數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用，自主系統(tǒng)，高強度加密設(shè)計，安全、可靠、穩(wěn)定。衛(wèi)星導(dǎo)航將有利于減緩交通阻塞，提升道路交通管理水平。通過在車輛上安裝衛(wèi)星導(dǎo)航接收機和數(shù)據(jù)發(fā)射機，當(dāng)車輛在道路行駛時，利用衛(wèi)星導(dǎo)航精確定位與測速的優(yōu)勢，可實時確定車輛的瞬時位置信息，并且實時轉(zhuǎn)發(fā)到中心站，這些位置信息可用于道路交通管理。通過將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與RFID系統(tǒng)的有效結(jié)合，區(qū)域內(nèi)的車輛位置信息能被控制中心發(fā)現(xiàn)，有效預(yù)測大型賽事帶來的交通擁堵，能夠及時避免交通進(jìn)一步惡化，提高賽事車輛專道運營效率。

4 多系統(tǒng)聯(lián)動技術(shù)實現(xiàn)賽事車輛專道的優(yōu)先管控

4.1RFID系統(tǒng)與交通信號控制系統(tǒng)聯(lián)動

基于 RFID檢測技術(shù)的交通信號燈實時控制系統(tǒng)聯(lián)動的主要工作原理如下：在交叉路口交通信號燈上游的適當(dāng)位置安裝天線和閱讀器，閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當(dāng)裝有 RFID 標(biāo)簽的車輛進(jìn)入天線工作區(qū)域時產(chǎn)生感應(yīng)電流，RFID 標(biāo)簽獲得能量被激活并發(fā)送出自身信息；接收天線接收到標(biāo)簽發(fā)送來的信息，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器讀取信號并對其進(jìn)行處理，當(dāng)檢測到有車輛通過時，內(nèi)置計數(shù)器加1，周而復(fù)始下去讀寫器就會記錄下單位時間內(nèi)所通過的車輛總數(shù)，進(jìn)而得出單位時間內(nèi)所通過的車輛頻率，再將這一頻率傳遞給中央控制處理系統(tǒng)，中央控制處理系統(tǒng)根據(jù)反饋的不同車輛頻率，做出不同的時間決策，并將這一指令發(fā)送給交通信號燈控制系統(tǒng)，改變交通信號燈的轉(zhuǎn)換周期，實現(xiàn)交通系統(tǒng)的實時智能化控制。系統(tǒng)原理的具體流程如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)原理具體流程圖

射頻識別技術(shù)應(yīng)用在交通中的交叉路口實時信號當(dāng)中，可以智能高效地讀取通過車輛的基本信息，并檢測出該路段的交通量，這一信息將作為信號管理與控制系統(tǒng)進(jìn)行信號配時的重要參數(shù)，控制中心經(jīng)分析計算得出信號配時方案，通過物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)迅速反饋到相應(yīng)路段的顯示終端。RFID系統(tǒng)聯(lián)動交通信號系統(tǒng)，實現(xiàn)路口交通信號燈自動優(yōu)化配時方案，均衡交通流的分布，達(dá)到減少停車次數(shù)、延誤時間的交通疏導(dǎo)效果，大大提高了交通信號控制系統(tǒng)應(yīng)對道路交通實時情況的應(yīng)變處理能力。

4.2RFID系統(tǒng)與交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)聯(lián)動

交通誘發(fā)布導(dǎo)系統(tǒng)以RFID系統(tǒng)為核心，在相應(yīng)外設(shè)和接口電路的基礎(chǔ)上組成硬件系統(tǒng)，通過RFID系統(tǒng)獲取和傳輸信息，控制中心再對車流量、車主身份、路況等數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存和分析，為實現(xiàn)賽事專道管理提供數(shù)據(jù)監(jiān)控，同時為車主提供實時信息發(fā)布和交通查詢等服務(wù)。RFID系統(tǒng)與交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)聯(lián)動，給予實時路徑誘導(dǎo)，可以按照覆蓋范圍的不同分為不同層次，其硬件系統(tǒng)分布為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、控制中心主機、因特網(wǎng)、車輛標(biāo)簽，可變交通信息板，車載導(dǎo)航系統(tǒng)，交通誘導(dǎo)屏等要素，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5　RFID系統(tǒng)與交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)聯(lián)動圖

通過RFID系統(tǒng)的控制中心，當(dāng)RFID標(biāo)簽車輛進(jìn)RFID磁場區(qū)間時，可以經(jīng)由交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)進(jìn)行路線導(dǎo)航、交通信號燈控制、交通流量控制、超速警告、實時流量統(tǒng)計、故障通告、擁擠程度通告、交通狀況信息轉(zhuǎn)告等交通信息管理。

4.3電子警察系統(tǒng)與交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)聯(lián)動

將視頻技術(shù)應(yīng)用于電子警察系統(tǒng), 作為整個系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)前端監(jiān)控點，以其全天候、全天時、實時監(jiān)控等特點在加強道路交通管理、彌補警力不足等方面發(fā)揮著重要作用。電子警察系統(tǒng)安裝在交通路口，對路口視頻圖像的捕獲、存儲和處理。電子警察可攝取近景和全景圖片，近景圖片用于讀取車牌號碼，全景圖片則反映路口情況，包括紅燈、違章車輛位置等。

電子警察系統(tǒng)聯(lián)動交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)，是通過電子警察系統(tǒng)對交通車輛出行超速、逆行、變道、壓線、不按車道行駛等違章行為監(jiān)測抓拍的同時，將采集到違章車輛信息發(fā)送給控制中心，通過交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)對車輛發(fā)出警告。電子警察系統(tǒng)與交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)聯(lián)動，可記錄全面的交通流量信息，不但支持車輛布控、黑名單車輛報警功能，而且可實現(xiàn)全天候無人值守自動監(jiān)測，將違章信息通過交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)實時發(fā)布。

4.4北斗定位系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動

整合北斗定位監(jiān)控和視頻監(jiān)控兩大系統(tǒng)，實現(xiàn)對車輛進(jìn)行實時監(jiān)控調(diào)度，防止超速/超載/疲勞駕駛，確保車輛與司乘人員的安全，提高交通處理突發(fā)事件的能力，能夠保證車輛移動過程的數(shù)據(jù)和音視頻的正常通信，為交通事故分析提供科學(xué)的參考依據(jù)，保障駕駛員的合法權(quán)益。北斗定位系統(tǒng)聯(lián)動視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時定位車輛的位置，是全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化無線監(jiān)控系統(tǒng)的典型代表；視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實時或定時地傳輸車載設(shè)備內(nèi)的視頻數(shù)據(jù)。

5 結(jié)束語

隨著超高頻RFID技術(shù)在近年來的蓬勃發(fā)展，在智能交通領(lǐng)域，該技術(shù)也有了很多應(yīng)用。本文所提出的超高頻RFID技術(shù)與北斗定位系統(tǒng)、電子警察系統(tǒng)、高清視頻系統(tǒng)交通誘導(dǎo)發(fā)布系統(tǒng)的多系統(tǒng)聯(lián)動工程設(shè)計思想，為大型賽事實現(xiàn)了多渠道監(jiān)控、個體識別、實時定位、交通信息服務(wù)、數(shù)據(jù)通訊、處理、發(fā)布及交通“車聯(lián)網(wǎng)”的智能控制。

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Special vehicles control construction & application of great events on ultra-high frequency technology

An engineer system of special vehicles control in great events based on the uhf RFID technology is introduced in this paper, which applies uhf FRID technique, combining with the traffic signal control system, traffic induced publishing system, traffic designed electronic police system, HD video monitoring system and Beidou navigation system, to form Multiple system linkage technique to realize Priority control of event special vehicles so as to solve traffic problems because of great events, reduce the cost of vehicle management, promote professional standard of event traffic management.

UHF RFID; RFID; special vehicles control; great events

U12

A

1008-1151(2015)11-0008-04

2015-10-12

蘇紅帆（1971－），男，廣西南寧人，供職于南寧市公安局交警支隊，碩士，從事交通管理信息化和軟件工程、智能交通系統(tǒng)工作。