基于射頻識別技術的地鐵車廂人數(shù)檢測方法研究

摘 要：地鐵車廂人數(shù)預報裝置可以在地鐵即將抵達地鐵站時將各節(jié)車廂的具體人數(shù)顯示在地鐵站內，供乘客參考，使乘客能夠合理選擇車廂排隊等候，以減緩地鐵車廂空間資源利用不均的問題。本文粗略介紹射頻識別技術，并在此基礎上研究基于射頻識別技術的人數(shù)檢測方法的可行性和具體應用。

關鍵詞：地鐵；射頻識別技術

隨著社會的城鎮(zhèn)化交通系統(tǒng)的快速發(fā)展，大城市道路擁堵的問題日益顯現(xiàn)，因此，地鐵作為一種準時，快捷的交通出行工具已逐漸成為大多數(shù)市民出行的首選，因此越來越多的城市開始大規(guī)模修建地鐵；然而，在長期的使用過程中發(fā)現(xiàn)，由于每輛地鐵的車廂比較多，其站臺也比較長，乘客上下車廂的門位又比較隨機，而且乘客事先也不知道各節(jié)車廂的具體人數(shù)，因此經常會發(fā)生部分車廂乘客比較擁擠，而部分車廂則存有空位，致使各節(jié)車廂人數(shù)分布不均，沒有合理的利用車廂空間資源。解決這一問題可以采用地鐵車廂人數(shù)預報裝置，而實現(xiàn)人數(shù)預報功能的關鍵就在于能否準確檢測各節(jié)車廂的人數(shù)。

無線射頻識別（RFID）技術采取非接觸式的檢測方法，廣泛應用于物流、生產、企業(yè)管理等各領域，具有極大的開發(fā)應用潛力，已成為新世紀最主要的自動識別技術。本文基于無線射頻識別（RFID）技術的原理，對其應用于地鐵車廂人數(shù)預報裝置，實現(xiàn)車廂人數(shù)檢測的可行性進行分析研究。

一、RFID系統(tǒng)簡要介紹

（一）系統(tǒng)組成

RFID（Redio Frequency IDentification）是一種非接觸式的自動識別技術，它利用射頻信號通過無線傳輸?shù)姆绞絹磉M行數(shù)據(jù)交換和目標識別。具有穿透能力強、識別距離遠、環(huán)境適應性強、數(shù)據(jù)存儲量大、可同時識別多個物體、且無須人工干預等諸多優(yōu)勢。最基本的 RFID 系統(tǒng)如圖1所示，由三部分組成：1）電子標簽（Tag，即射頻卡）：由耦合元件及具有模擬、數(shù)字記憶功能的芯片組成，負責存儲被識別對象的數(shù)據(jù)信息，電子標簽含有依不同頻率、應用環(huán)境而設計的內置天線，用于和射頻天線間進行通信；2）閱讀器：可以讀?。ㄔ谧x寫卡中還可以寫入）電子標簽信息的設備；3）天線：包括發(fā)射天線和接收天線，在電子標簽和閱讀器間傳遞射頻信號。有些系統(tǒng)的閱讀器還置有 RS232 接口，通過通訊線和上位機系統(tǒng)相連，進行數(shù)據(jù)交流共享，從而實現(xiàn)后臺控制功能。

（二）系統(tǒng)實現(xiàn)過程

如圖1所示，RFID 系統(tǒng)在實際應用中的大致實現(xiàn)過程是： 在待識別檢測物體的表面或內部綁定電子標簽，電子標簽中存儲有被標識對象的相關數(shù)據(jù)信息；閱讀器和電子標簽之間通過電磁感應進行無線通信，從而使得閱讀器獲取電子標簽的標識信息，并辨別數(shù)據(jù)的有效性，從而達到對物體自動識別的目的。具體實現(xiàn)過程是閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送出具有一定頻率的射頻信號，當電子標簽進入到發(fā)射天線的工作空間時，通過產生電磁感應的耦合電流來獲取能量以激活電子標簽內部電路，并為其持續(xù)供電，而后由電子標簽的內置天線發(fā)送出自身存儲的標識對象的相關數(shù)據(jù)信息，接收天線接收到這些數(shù)據(jù)信息后發(fā)送給閱讀器，最后閱讀器將所獲信息傳送至上位系統(tǒng)的PC 機進行后臺數(shù)據(jù)處理。

（三）電子標簽的標準及分類

1）按照能量供給方式的不同，電子標簽可以分為有源、無源和半有源三種：有源標簽是指配有內置電池的標簽，由內置電池給電路供電，有源標簽主動向閱讀器發(fā)送射頻信號，因此又被稱為主動式標簽；無源標簽是指內部沒有電池的標簽，工作時由閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)射信號激活標簽，間接向標簽供電，因此該標簽又稱為被動式標簽；半有源標簽是標簽內部有電源，但這個電源只能維持標簽內部電路的運作，標簽不能向閱讀器發(fā)送信息，只有閱讀器向標簽發(fā)送信號時，該標簽才能被激活，同閱讀器進行數(shù)據(jù)的交換。2）按照工作頻率的不同，電子標簽可以分為低頻標簽（30～300KHz）、高頻段標簽（3～30MHz）、超高頻標簽（300MHz～2.45GHz）和微波標簽（2.45GHz以上）。電子標簽的工作距離范圍和工作頻率有關，工作頻率越高，工作距離越遠。

二、RFID技術應用于地鐵車廂人數(shù)檢測的可行性

地鐵車廂及乘客具有以下顯著特征：車廂封閉性極好，檢測范圍固定不變；每位乘客必然攜帶地鐵卡進站乘車，則標識對象唯一確定，且對象信息易獲??；地鐵在兩站之間的運行時間足以完成數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。充分利用以上特征，在乘客的地鐵卡中內嵌含有相關數(shù)據(jù)信息的電子標簽，并在車廂內部安裝閱讀器識別檢測地鐵卡的信息，再交由數(shù)據(jù)處理器進行數(shù)據(jù)處理便可獲得車廂內的地鐵卡數(shù)量，從而獲得車廂內的具體人數(shù)。綜上所述，將RFID技術應用于地鐵車廂人數(shù)檢測具有良好的條件，可以精確、快速的獲取終端信息，有利于緩解地鐵車廂空間資源利用不均的問題，為乘客提供更好的乘車體驗，極具社會效益和經濟效益。

三、基于RFID技術的地鐵車廂人數(shù)檢測方法的應用

（一）地鐵車廂人數(shù)預報裝置介紹

地鐵車廂人數(shù)預報裝置的結構如圖2所示，由射頻識別檢測模塊、處理器模塊、和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成，射頻識別檢測模塊識別檢測車廂內的乘客，并將原始數(shù)據(jù)傳輸給處理器模塊進行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)會由數(shù)據(jù)傳輸模塊進行無線移動通信，使得車廂內乘客數(shù)量的信息提前顯示在下一站的電視機屏幕上。

（二）車廂人數(shù)預報功能的實現(xiàn)

選擇作用距離為3米、工作頻率為915MHz的無源電子標簽，電子標簽的定位識別信息采用地鐵卡的編號，一張地鐵卡對應一個編號，這樣便保證了檢測結果的唯一性。為了滿足數(shù)據(jù)的完整性，使得檢測范圍覆蓋整節(jié)車廂，如圖2所示，在車廂頂部等間距得安裝三組天線和閱讀器，三個閱讀器（為了方便展示，圖中只畫一個閱讀器）均和處理器相連，處理器和信號發(fā)射器相連。步驟一：閱讀器經發(fā)射天線發(fā)射一定頻率的射頻信號，當有乘客持地鐵卡進站乘車并走進具有射頻信號的車廂時，地鐵卡電子標簽便會感應接受射頻信號，并獲得能量而工作，電子標簽將所在地鐵卡的編號信息通過內置的發(fā)送天線以載波信號的形式發(fā)送出去，接收天線便會接收到這個信號并經天線調節(jié)器傳輸給閱讀器，閱讀器對接收到的信號進行解調和解碼便獲得乘客地鐵卡編號的原始數(shù)據(jù)，然后將其送到處理器進行數(shù)據(jù)處理。步驟二：處理器接收到乘客地鐵卡編號的原始數(shù)據(jù)后，開始對這些編號進行逐一計數(shù)，并剔除重復出現(xiàn)的編號，直到最后一個編號出現(xiàn)為止，這便獲得計數(shù)結果。最后處理器把計數(shù)結果即車廂內的人數(shù)信息通過通訊線發(fā)送給信號發(fā)射器。步驟三：無線移動通信發(fā)射器采用模擬微波傳輸方法，經過微波發(fā)射機把接收到的信號直接調制在微波的信道上，再通過微型天線將微波信號發(fā)射出去。微波信號可以隨著地鐵的運行而傳輸。步驟四：無線移動通信接收器的結構和發(fā)射器類似。信號接收器安裝在車站內，其微型天線接收到微波信號后，通過微波接收機解調出原來的電信號并轉換，最后把視頻信號傳輸?shù)秸緝入娨暀C屏幕上，顯示數(shù)據(jù)結果。

四、結語

通過上述研究表明，RFID技術在人體識別檢測及統(tǒng)計領域具有極大的發(fā)展?jié)摿Α；谏漕l識別技術的地鐵車廂人數(shù)預報裝置具有準確性高、響應迅速、成本低廉、硬件結構簡單等優(yōu)點，極具市場開發(fā)潛力。

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作者簡介：張超宇（1995-），男，漢族，山西孝義人，本科，新能源科學與工程專業(yè)，風電方向。