基于RFID技術(shù)以及北斗定位技術(shù)對智慧公交系統(tǒng)方案的建設(shè)研究
——以張家界的公交系統(tǒng)為例

盧靈秀，向 想

(吉首大學 張家界學院，湖南 張家界 427000)

0 引言

伴隨著堵車以及環(huán)境污染等問題，城市公共交通逐漸成為流行的出行方式。張家界作為一個國際化旅游城市，發(fā)展智慧公交系統(tǒng)勢在必行。目前，張家界市的公交系統(tǒng)存在若干問題，比如公共交通的候車以及信息查詢方法等比較落后。因此，必須開發(fā)新的智慧公交系統(tǒng)，以滿足需求。目前，擬開發(fā)的智慧公交系統(tǒng)通過RFID技術(shù)、無線通信技術(shù)、北斗定位技術(shù)、軟件工程技術(shù)對實時的數(shù)據(jù)進行采集并分析，以便更好地實現(xiàn)公交站點查詢、智能公交換乘、智能換乘、路線推薦、智能導航等功能。該系統(tǒng)在極大程度上滿足了智慧公交系統(tǒng)功能的需求，為智慧公交系統(tǒng)的研究和應(yīng)用提供了理論和技術(shù)參考。

1 設(shè)計背景

張家界作為一個國際化旅游城市，其旅游景點主要為自然景觀，在1982年成為中國第一個國家森林公園。1988年，張家界武陵源風景區(qū)被聯(lián)合國教科文組織列入《世界自然遺產(chǎn)名錄》。2017年，張家界又先后被授予國家森林城市、湖南文明城市等榮譽稱號。張家界作為以“綠色森林”著稱的國際旅游城市，連續(xù)多年在空氣、水環(huán)境質(zhì)量排名中摘得全省“雙第一”。2021年，張家界市武陵源區(qū)和永定區(qū)分別建成了國家級生態(tài)文明建設(shè)示范區(qū)和省級生態(tài)文明建設(shè)示范區(qū)。慈利縣和桑植縣建成了省級生態(tài)文明建設(shè)示范縣。2022年，張家界市發(fā)改委工作規(guī)劃重點之一就是要突出生態(tài)優(yōu)先，邁上綠色發(fā)展新臺階。

為了配合張家界市的旅游發(fā)展大局，政府需要大力改善公共交通。這不僅可以降低污染，實現(xiàn)綠色發(fā)展，還可以緩解城市交通擁堵的問題，改善城市居民的居住環(huán)境。這對增強城市功能、統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展具有十分重要的作用。公共交通是與人民群眾切身利益相關(guān)的重要一環(huán)。改善公共交通系統(tǒng)是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段。張家界市作為國際化旅游城市，每年會迎接來自全世界各地的游客。但是由于張家界地處湖南湘西偏遠地區(qū)，公共交通系統(tǒng)的發(fā)展跟不上大城市節(jié)奏，各大平臺屢屢收到了關(guān)于公共交通的各種吐槽和投訴，導致張家界的旅游城市形象嚴重受損。相關(guān)部門必須重視該問題并加快建設(shè)智慧公交系統(tǒng)，不僅能解決張家界存在已久的本地交通問題，同時也為外來游客節(jié)省更多時間，讓游客能夠更好地享受旅游。

2 相關(guān)技術(shù)概況

2.1 RFID 射頻識別技術(shù)概況及應(yīng)用

RFID也叫射頻識別技術(shù)，是一種用來采集數(shù)據(jù)的非接觸式的技術(shù)，利用無線電射頻信號空間耦合度的傳輸特點來達到自動識別被標識對象的目的。RFID 射頻識別技術(shù)是自動識別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體(電子標簽或射頻卡)進行讀寫，從而達到識別目標和數(shù)據(jù)交換的目的[1]。無線射頻識別技術(shù)通過無線電波快速交換和存儲信息，通過無線通信結(jié)合數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，連接數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，實現(xiàn)非接觸式的雙向通信，從而達到了識別的目的。無線射頻識別技術(shù)用于數(shù)據(jù)交換，串聯(lián)一個極其復雜的系統(tǒng)。在識別系統(tǒng)中，無線射頻識別技術(shù)通過電磁波實現(xiàn)電子標簽的讀寫與通信。根據(jù)通信距離，可分為近場和遠場，為此讀/寫設(shè)備和電子標簽之間的數(shù)據(jù)交換方式也對應(yīng)地被分為負載調(diào)制和反向散射調(diào)制。

RFID應(yīng)用系統(tǒng)包括電子標簽、讀寫器以及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，通過射頻無線信號自動對物體進行識別，采集物體的信息以及相關(guān)數(shù)據(jù)。在射頻識別技術(shù)的使用以及運行過程中，人們主要是通過識別電子標簽對物體進行分辨，通過讀寫器對目標物體進行讀取以及信息的傳送[2]。同時，電子標簽與讀寫器進行無線交互?？刂浦行哪軌?qū)﹄娮訕撕炦M行管理以及維護。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)用于智慧公交系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理、智慧公交系統(tǒng)管理以及電子標簽的讀寫管理。電子標簽中的數(shù)據(jù)通常是在離線狀態(tài)下寫入的。

張家界是一個國際化的自然景觀旅游城市，在地理環(huán)境因素方面，多山且自然地勢復雜。RFID具有可以在惡劣的環(huán)境中工作的特點，可以很好地解決技術(shù)方面的問題。同時，RFID射頻識別技術(shù)的識別距離涵蓋面積很廣，從幾厘米到幾百米不等。RFID更加環(huán)保，在制造RFID石墨烯時不會產(chǎn)生重金屬、有害氣體及重酸等廢料物質(zhì)，更加符合可持續(xù)發(fā)展觀，也能夠更好地保護張家界的自然景觀，更符合張家界的城市定義[3]。

2.2 北斗定位技術(shù)概述及應(yīng)用

北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)(以下簡稱“北斗系統(tǒng)”)是中國著眼于國家安全和經(jīng)濟社會發(fā)展需要，自主建設(shè)運行的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，是為全球用戶提供全天候，全天時，高精度的定位、導航和授時服務(wù)的國家重要時空基礎(chǔ)設(shè)施。它具有以下3個特點：一是北斗系統(tǒng)空間段采用3種軌道衛(wèi)星組成的混合星座，與其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)相比，高軌衛(wèi)星更多，抗遮擋能力強。尤其在低緯度地區(qū)，其性能優(yōu)勢更為明顯。二是可提供多個頻點的導航信號，能夠通過多頻信號組合使用等方式提高服務(wù)精度。三是北斗系統(tǒng)創(chuàng)新融合了導航與通信能力，具備定位導航授時、星基增強、地基增強、精密單點定位、短報文通信和國際搜救等多種服務(wù)能力[4]。北斗系統(tǒng)創(chuàng)新融合了導航與通信能力，同時具備定位導航授時、星基增強、地基增強、精密單點定位、短報文通信和國際搜救等多種服務(wù)能力，而這些服務(wù)正是智慧公交系統(tǒng)所需要的。

張家界地處多山地區(qū)，如果在技術(shù)方面沒有足夠的技術(shù)支撐，張家界的智慧公交系統(tǒng)建設(shè)將面臨巨大阻力。北斗定位系統(tǒng)能夠為張家界智慧公交的建設(shè)提供強力的技術(shù)支撐。北斗定位技術(shù)能夠?qū)崟r采集在高海拔、遠距離運輸中的車輛信息，從而解決了多山帶來的自然阻力問題。北斗定位技術(shù)主要由空間段、地面段和用戶段3個部分組成。該技術(shù)可提供高精度和高可靠性的定位、導航等功能，具備通信能力。應(yīng)用北斗定位技術(shù)可以為智慧公交系統(tǒng)的建設(shè)提供高精度、高可靠性的定位，從而解決智慧公交系統(tǒng)的定位問題，給用戶提供精準的定位信息，實現(xiàn)智慧公交系統(tǒng)的建設(shè)。

3 張家界市智慧公交系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃

本次張家界市智慧公交系統(tǒng)建設(shè)，主要從智能公交停車場系統(tǒng)、智能公交收費系統(tǒng)、智能公交指示牌系統(tǒng)3個方面展開。具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能公交系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 智能公交停車場系統(tǒng)管理

利用無線電射頻信號空間耦合度的傳輸特點來達到自動識別被標識對象的目的。此技術(shù)進一步發(fā)展出雙向數(shù)據(jù)通信功能。RFID無線射頻識別技術(shù)主要用于實現(xiàn)智慧公交車輛的識別功能、智慧公交車輛的實時定位功能以及智慧公交在距離的雙向通信功能。如智慧公交什么時候進入停車場、什么時候發(fā)車、智慧公交的實時位置以及預計到達站點的時間等諸如此類的信息以及數(shù)據(jù)，都可以通過RFID無線射頻識別技術(shù)進行掌控。智慧公交停車場系統(tǒng)管理的主要組成部分有固定式RFID基站、遠距離RFID標簽以及非接觸式IC卡[5]。其中，RFID基站主要用于實現(xiàn)對RFID標簽識別以及數(shù)據(jù)的讀寫操作；RFID標簽作為公交車輛副證，具有車輛唯一身份信息；非接觸式IC卡則可以根 據(jù)應(yīng)用劃分為企業(yè)員工卡或者班次卡等。

3.2 智慧公交收費系統(tǒng)

隨著信息時代的發(fā)展，微信、支付寶以及云閃付等支付類軟件的發(fā)展越來越快，現(xiàn)金支付模式逐漸被電子貨幣支付所替代。傳統(tǒng)公交車收費系統(tǒng)所采取的現(xiàn)金投放方式已經(jīng)逐漸被淘汰，還有一部分公交收費系統(tǒng)是通過乘客刷公交卡進行收費，但是擁有公交卡的人大部分是本地居民，而張家界作為一個國際化旅游城市，外來旅客眾多，讓其辦理公交卡不現(xiàn)實。目前，我國在智慧公交收費系統(tǒng)的建設(shè)方面已經(jīng)取得了很大的成果。很多城市已經(jīng)擁有了一套較完備的智慧公交收費系統(tǒng)。此套收費系統(tǒng)的核心技術(shù)是RFID技術(shù)。智慧公交收費系統(tǒng)主要由遠卡模塊、近卡模式、數(shù)據(jù)處理模塊、扣費模塊以及功能輔助模塊組成。在公交車的前門安裝RFID射頻識別器用于識別手機二維碼，近卡模塊可以讀取二維碼的信息，同時結(jié)合北斗定位系統(tǒng)定位乘客的下車位置[6]。在公交車的后門安裝地標天線，這樣在乘客下車時就不再需要掃描二維碼，遠卡模塊會自動記錄乘客的信息，結(jié)合北斗定位技術(shù)確定下車位置。系統(tǒng)可以通過計算乘客的乘車距離進行扣費處理，這樣的收費方式將在更大程度上方便游客出行。

3.3 智能公交指示牌系統(tǒng)管理

智能公交指示牌的主要作用是可以給用戶提供清晰的公交運行信息讓用戶更加清楚地知道車輛的運行狀態(tài)以及計算車輛到站時間。智慧公交指示牌系統(tǒng)管理主要分為兩個組成部分：北斗定位系統(tǒng)以及RFID無線射頻顯示系統(tǒng)。智慧公交指示牌系統(tǒng)通過運用北斗定位系統(tǒng)，對車輛進行定位，對車輛的運行狀況進行判斷以及追蹤，同時可以及時了解車輛的運行情況。使用北斗定位系統(tǒng)了解車輛信息后，人們可以使用RFID無線射頻識別技術(shù)對車輛信息進行標識。這樣就可以使用RFID無線射頻識別技術(shù)識別出車輛信息，在使用RFID無線射頻識別技術(shù)中的讀寫功能時，將識別出來的信息反饋到RFID無線射頻顯示系統(tǒng)。智能公交指示牌將信息讀寫出來，從而實現(xiàn)智能公交指示牌的功能[7]。同時，RFID無線射頻識別技術(shù)是利用無線電射頻信號空間耦合度的傳輸特點來達到自動識別被標識對象的目的。

4 結(jié)語

RFID無線射頻識別技術(shù)是一種創(chuàng)新性的自動識別技術(shù)，已經(jīng)被應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，給人們的生活帶來了許多便利。將RFID無線射頻識別技術(shù)應(yīng)用在智能公交的建設(shè)上，是對RFID無線射頻識別技術(shù)的一次擴展，也為智能公交的發(fā)展創(chuàng)造了更多的可能性。

本文分析了通過RFID無線射頻識別技術(shù)與北斗定位技術(shù)的結(jié)合建設(shè)智能化公交系統(tǒng)的模式，以此為每一位出行者提供更加優(yōu)質(zhì)便捷的服務(wù)。張家界作為一個國際化旅游城市，需要迎接大量游客。而張家界多山的地貌特征使得游客需要借助公共交通工具才能往返于各景點，因此智能化的公交系統(tǒng)的建立不僅能夠提升城市魅力，還能為游客提供更多便利。