基于RFID高速公路車(chē)輛測(cè)速定位方案

摘 要：針對(duì)現(xiàn)有高速公路管理系統(tǒng)無(wú)法對(duì)車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)管理的現(xiàn)狀，提出一種對(duì)高速公路上車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)速及定位的方法。該方法基于射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，通過(guò)分析構(gòu)建移動(dòng)車(chē)輛的定位模型，利用譜估計(jì)方法對(duì)其多普勒頻移進(jìn)行測(cè)量，并針對(duì)模型求解中存在的非線性特性，采用牛頓迭代法計(jì)算車(chē)輛的實(shí)時(shí)速度及相對(duì)坐標(biāo)以達(dá)到測(cè)量車(chē)速及確定車(chē)輛實(shí)時(shí)位置的目的。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法具有運(yùn)算量小、精度高、實(shí)施簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。

　　1 概述

　　射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification， RFID）是一項(xiàng)非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，具有信息量大、抗干擾強(qiáng)、操作快捷等許多優(yōu)點(diǎn)。特別是RFID 技術(shù)在高速運(yùn)動(dòng)物體識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別和非接觸識(shí)別等方面的優(yōu)勢(shì)，使其在很多領(lǐng)域都具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應(yīng)用前景。

　　高速公路作為國(guó)家的重要戰(zhàn)略資源，不僅提高運(yùn)輸效率，而且還能減少車(chē)輛損耗，其優(yōu)越性十分突出。但在安全方面，我國(guó)的高速公路卻表現(xiàn)出了較高的事故率和傷亡率。相關(guān)研究表明，通過(guò)合理控制機(jī)動(dòng)車(chē)輛的車(chē)速及安全車(chē)距，可以有效保障高速公路的交通安全和暢通，預(yù)防和減少交通事故。

　　但我國(guó)高速公路管理系統(tǒng)中現(xiàn)有的一些交通檢測(cè)技術(shù)，其主要作用是檢測(cè)道路流量以及為超速罰款提供參考依據(jù)，而目前被推廣的GPS 定位系統(tǒng)，無(wú)法對(duì)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，且其定位精度有限，亦不能實(shí)時(shí)跟蹤車(chē)輛。因此，我國(guó)在高速公路安全管理及監(jiān)控這一領(lǐng)域還存在較大的空白。多普勒效應(yīng)在近代科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。它可用于測(cè)量飛機(jī)時(shí)速、觀測(cè)人造衛(wèi)星運(yùn)行情況、確定星體運(yùn)行速度、測(cè)量視網(wǎng)膜血管內(nèi)血流速度等。最大多普勒頻移還是無(wú)線通信中用于優(yōu)化自適應(yīng)接收機(jī)的重要參數(shù)，導(dǎo)頻信道測(cè)量、切換判決和功率控制等自適應(yīng)優(yōu)化算法都依賴(lài)于對(duì)它的有效估計(jì)。

　　本文基于RFID 技術(shù)，通過(guò)對(duì)由車(chē)輛移動(dòng)所產(chǎn)生的多普勒頻移進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，提出一種高速公路車(chē)輛實(shí)時(shí)測(cè)速及定位方法。

　　2 算法模型

　　結(jié)合高速公路的實(shí)際情況，本模型采用無(wú)源、只讀射頻卡，由于本身不需要電源和電池，解決了高速公路無(wú)電源問(wèn)題。同時(shí)，無(wú)源射頻卡不需要維護(hù)，且使用壽命很長(zhǎng)，節(jié)省了大量的人力資源。車(chē)載閱讀器通過(guò)發(fā)射激活信號(hào)并從無(wú)源應(yīng)答器中接收射頻信息來(lái)確定當(dāng)前位置。為取得較遠(yuǎn)的感應(yīng)距離，車(chē)載閱讀器應(yīng)工作在UHF 頻段內(nèi)，其識(shí)別距離可以達(dá)到十幾米，足以滿足當(dāng)前高速公路的設(shè)計(jì)要求。

　　2.1 射頻卡識(shí)別碼設(shè)置

　　將射頻卡等距設(shè)置在高速公路的隔離帶或左、右路肩處。每個(gè)無(wú)源射頻卡應(yīng)具有唯一的射頻識(shí)別碼，該射頻識(shí)別碼包括高速公路的識(shí)別號(hào)碼、車(chē)道數(shù)目以及路帶標(biāo)識(shí)（即表明所處位置為左右路肩或隔離帶），并依次設(shè)置順序號(hào)碼，以便能夠表征其地理位置及相應(yīng)順序。此外，在ID 號(hào)碼中還可以包含高速公路的相應(yīng)標(biāo)號(hào)、高速公路的車(chē)道數(shù)目等編碼。具體設(shè)置如圖1 所示。

　　圖1 射頻標(biāo)識(shí)碼設(shè)置

　　2.2 數(shù)學(xué)模型