射頻識別技術(shù)的車輛主動定位方法

摘要：傳統(tǒng)的車輛定位方法只能獲得車輛的具體坐標信息，無法確定車輛位于道路的第幾車道。本文提出基于射頻識別技術(shù)對車輛進行主動定位的定位方法。該方法將RFID閱讀器的3組天線的閱讀距離設(shè)計為特定值，根據(jù)閱讀器3組天線是否讀到標簽的不同情況，判定車輛位于第幾車道，進而計算出車輛的位置。通過對該方法進行誤差分析，結(jié)果證明該方法能夠完成對車輛在具體車道上的主動定位。
關(guān)鍵詞：射頻識別技術(shù)；車輛主動定位；車道

引言
智能交通在執(zhí)行控制命令、完成預(yù)定任務(wù)時首先要解決定位問題。目前已經(jīng)有多種解決辦法，主要包括：
①航位推算法(DR)。它利用表征方向和速度的矢量，根據(jù)車輛在某一時刻的位置推算出另一時刻位置的導(dǎo)航方法。該方法有累積誤差，在估計車輛方向角時誤差會逐漸趨向無窮大。
②全球定位系統(tǒng)(GPS)。它容易因建筑物、樹木等阻擋，使得在不少街道、高架橋、立交橋等處的信號強度不夠甚至丟失，而導(dǎo)致定位誤差較大甚至錯誤定位，并且因其成本等原因限制了其在車輛定位中的應(yīng)用。
③地圖匹配它是一種基于軟件技術(shù)的定位誤差修正方法，其基本思想是將車輛定位信息與數(shù)字地圖中的道路網(wǎng)信息聯(lián)系起來，車輛在行駛過程中不斷比較，由此確定車輛在地圖中的位置。此方法要求建立高精度的數(shù)字地面模型。
本文提出了一種基于RFID技術(shù)的車輛定位方法。與其他傳統(tǒng)定位方法比較，用RFID技術(shù)定位的主要優(yōu)勢有：
①可以準確定位到車道，而傳統(tǒng)的各種定位方法都還無法實現(xiàn)具體車道的定位。
②傳統(tǒng)的定位方法在高架橋和橋梁上會存在定位層出錯的問題，例如行駛在橋上的車輛被定位到河里，高架橋第二層錯定位為第一層，RFID定位技術(shù)解決了這一問題。

1 車載RFID主動定位方法
1．1 RFID工作原理
RFID(Radio Frequency Identification，射頻識別)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，可識別高速運動物體，并可同時識別多個電子標簽。按工作頻率的不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(MW)。RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，該系統(tǒng)由閱讀器和標簽組成。
閱讀器是對RFID標簽進行讀／寫操作的設(shè)備，主要包括射頻模塊和數(shù)字信號處理單元曲部分。閱讀器是RFID系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，一方面，RFID標簽返回的微弱電磁信號通過天線進入閱讀器的射頻模塊中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再經(jīng)過閱讀器的數(shù)字信號處理單元對其進行必要的加工整形，最后從中解調(diào)出返回的信息，完成對RFID標簽的識別或讀／寫操作；另一方面，上層中間件及應(yīng)用軟件與閱讀器進行交互，實現(xiàn)操作指令的執(zhí)行和數(shù)據(jù)匯總上傳。電子標簽中存儲著需要被識別的位置信息，被安裝在路面，其存儲的信息可以被閱讀器通過非接觸方式讀／寫。

RFID的基本交互原理如圖1所示。工作流程如下：
①閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當標簽進入發(fā)射天線工作區(qū)域時會產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而獲得能量被激活；
②標簽將自身編碼等信息通過其內(nèi)置發(fā)射天線發(fā)送出去；
③系統(tǒng)接收天線接收到從標簽發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱瀆器，閱讀器對接收到的信號進行解調(diào)解碼然后送到后臺主系統(tǒng)進行相關(guān)處理；
④主系統(tǒng)進行邏輯運算判斷該卡的合法性，然后針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號，控制執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行相應(yīng)動作。
標簽與閱讀器之間的耦合方式采用遠距離系統(tǒng)，即利用輻射遠場區(qū)的電磁耦合(電磁波的發(fā)射與反射)構(gòu)成射頻通道。這種耦合方式的作用區(qū)域范同為1～10 m，適用于高速移動物體遠距離識別，此系統(tǒng)也是目前發(fā)展最快的RFID系統(tǒng)。
1．2 閱讀器及標簽的部署方法
國內(nèi)最寬的公路為2011年投入運營的深圳水官雙向10車道高速公路。本論文將針對雙向4、6、8、10車道的情況進行討論，介紹車載RFID主動定位的定位方法。
與電子不停車收費系統(tǒng)中閱讀器和標簽的安裝不同，在車載RFID主動定位方法中，閱讀器安裝在車輛上，標簽安裝在路邊和公路的中央隔離帶。閱讀器配有3組天線，1組全向天線，2組定向天線，通過3組天線讀取標簽中的信息。全向天線的閱讀距離設(shè)置保證了在不同車道數(shù)目的高速公路間轉(zhuǎn)換時都可以讀到兩側(cè)的標簽。標簽中或者數(shù)據(jù)庫中含有標簽的位置坐標信息和此段高速公路的車道數(shù)目N，當閱讀器讀取到標簽的信息后，會根據(jù)車道數(shù)目和讀到標簽的各種情況判斷車輛位于第幾車道。
1．3 定位車道方法
以雙向道路的一側(cè)為例，RFID標簽安裝示意圖如圖2所示。車輛自左向右行駛，標簽以一定間距安裝于路肩和中央隔離帶。從靠近路肩的一側(cè)定義車道依次為1～5車道。設(shè)車道寬度為W，令lO為全向天線的閱讀距離，lD1為車輛右側(cè)定向天線的閱讀距離，lD2為車輛左側(cè)定向天線的閱讀距離。其中l(wèi)D1=lD2=W，lO=2W。