基于超高頻RFID技術的大型賽事車輛專道管控工程建設與應用

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技術的大型賽事車輛專道管控工程建設與應用

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技術的大型賽事車輛專道管控工程系統，應用超高頻RFID技術，結合交通信號控制系統、交通誘導發布系統、專道電子警察系統、高清視頻監控系統和北斗定位系統，形成多系統聯動技術來實現賽事車輛專道的優先管控，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

隨著城市建設的快速發展，交通需求也隨之不斷增長，由此帶來的城市交通系統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、交通環境和交通安全保障體系來配套服務，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境。

針對上述問題，本文提出一種基于超高頻RFID技術的大型賽事車輛專道管控工程系統的設計思路，給出多系統聯動技術實現對賽事車輛專道的管控方案。

2 超高頻 RFID技術的系統構成、工作原理和應用優勢

2.1超高頻RFID技術及系統構成

RFID（Radio Frequency Identification）也叫射頻識別，即日常所說的電子標簽，是一種非接觸式識別技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。超高頻 RFID是 RFID技術中的一種，工作頻率為 860MHz～960MHz，是目前國際上最先進的第四代自動識別技術。超高頻RFID具有識別距離遠、識別準確率高、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揮了顯著的作用。

RFID系統一般由讀寫器、標簽以及相應的數據應用管理系統組成（如圖 1所示）。標簽（也稱應答器、電子標簽或智能標簽），它是RFID系統的數據載體，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，由發送器，接收儀、控制模塊和收發器組成，是一種利用射頻技術讀取射頻標簽信息、或者將信息寫入射頻標簽的電子設備；閱讀器讀取信息并解碼后，傳遞至計算機系統進行有關數據處理。讀寫器和電子標簽都是通過天線來傳遞射頻信號。

圖1　RFID系統構成

RFID系統的標簽分為有源標簽（主動）和無源標簽（被動），超高頻RFID系統的結構與普通的通信系統結構一致，但其標簽是無源的，是典型的主從通信體系。以RFID卡片讀寫器及電子標簽之間的通訊及能量感應方式來看，大致上可分為感應耦合及后向散射耦合兩種，其中感應耦合一般適合于中、低頻工作的近距離（小于 1米）射頻識別系統；后向散射耦一般適合于高頻、微波等工作距離較遠的射頻識別系統。

讀寫器（閱讀器）根據使用的結構和技術不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統信息控制和處理中心。通常由耦合模塊、收發模塊、控制模塊和接口單元組成。讀寫器（閱讀器）和標簽（應答器）之間一般采用半雙工通信方式進行信息交換，同時讀寫器通過耦合給無源應答器提供能量和時序。在實際應用中，可進一步通過Ethernet或WLAN等實現對物體識別信息的采集、處理及遠程傳送等管理功能。應答器是 RFID系統的信息載體，目前應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（電磁信號輻射區域，即磁場），當安裝有電子標簽的識別目標進入讀寫器產生的磁場后，接收解讀器發出的射頻信號，憑借感應電流所獲得的能量，將存儲在芯片中的產品信息發送出去（無源標簽或被動標簽），或者由標簽主動發送某一頻率的信號（有源標簽或主動標簽），解讀器天線接收來自標簽的載波信息號，經讀取信息并解碼后，送至數據應用管理系統中進行存儲和并做相應的處理和控制，同時發出指令信號進行相應的應用操作。

圖2　RFID感應技術基本原理圖

數據應用管理系統可由本地網絡和互聯網組成，通過管理軟件來實現“實物互聯”，亦即“物聯網”。

2.3超高頻 RFID技術在大型賽事交通管控中的應用優勢

超高頻 RFID技術具有能一次性讀取多個標簽、穿透性強、可多次讀寫、數據的記憶容量大的特點，加上無源電子標簽成本低，體積小，使用方便，可靠性和壽命高、耐受戶外惡劣環境，可以在車輛或其他被標識的物體高速運動的情況下工作，因此廣泛應用在交通管理領域，尤其是車流量統計、速度統計和進入控制等方面的應用。

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

本文提出的基于超高頻 RFID技術的大型賽事交通保障系統方案，將超高頻RFID技術應用于智能交通領域，充分發揮其自動識別及快速動態采集信息的巨大優勢，為有效解決大型賽事帶來的交通問題，并結合RFID技術特點而設計。該系統能夠完善大型賽事車輛的有序管理，優化調度，保障合理的指揮體系；為交通服務車輛、駕駛員、調度員編制規范的行車計劃；并實時監控車輛運行及提供突發事件應急處理服務，實現大型賽事車輛保障調度的數字化、現代化管理。確保大型賽事期間交通系統的整體有序運行，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的主要組成部分

大型賽事車輛專道管控工程系統組成如圖3所示：

圖3　大型賽事車輛專道管控工程系統組成圖

3.1RFID系統

使用射頻識別技術，將車輛貼上電子標簽，控制中心的閱讀器發出磁場，給予電子標簽信號激活標簽，電子標簽依據收到的信號要求閱讀器發射反射信號，閱讀器收到電子標簽反射的信號后，對電子標簽進行無接觸的讀寫，達到識別目標和操作目標物體的目的，對所讀取的數據通過后臺服務器處理分析后達到對目標物體的信息采集、無線控制的功能。控制中心使用 RFID系統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

主要負責對所檢測的車輛頻率進行分析處理，進而對交通信號燈進行時間上的控制交通信號，實現對賽事專道路口交通信號的實時控制、進行區域協調控制、中心和本地的優化控制。

3.3交通誘導發布系統

為信息發布的關鍵組成部分。交通誘導系統，也稱為交通路線引導系統或車輛導航系統，是基于電子、計算機、網絡和通信等現代技術，根據出行者的起訖點向道路使用者提供最優路徑引導指令，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點到目的地的最優路徑。交通誘導發布系統是交通誘導系統的重要組成部分，主要是指通過車載終端、電臺及電視臺、Internet、外場誘導顯示設備（可變交通信息板和交通誘導顯示屏）把交通誘導信息發布出去。

3.4專道電子警察系統

電子警察系統通過先進的光電、計算機、圖像處理、模式識別、遠程數據訪問等技術，利用每一輛車對應唯一的車牌號的條件，對監控路面過往的每一輛機動車的車輛和車號牌圖像進行連續全天候實時記錄。以地感線圈與視頻檢測進行車輛檢測，當運動目標超過限速值時或路口信號在紅燈狀態下，（一體化）高清攝像機進行違章車輛抓拍，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、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。所有抓拍數據通過網絡傳回到交警數據中心進行處理。通過此信息與對應地區的車輛管理數據庫相連接，分析并獲取當前車輛信息，同時生成違法圖像和速度信息數據庫，該數據具備聯網查詢功能。

3.5高清視頻監控系統

為路況信息采集的關鍵組成部分。賽事車輛專道安裝高清視頻監控攝像機，通過控制主機，操作人員可發出指令，進行控制及對鏡頭進行調焦變倍的操作。利用特殊的錄像處理模式，可對圖像進行錄入、回放、處理等操作，使錄像效果達到最佳。高清視頻監控系統系統需要實現兩級監控架構，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，兼具分控功能。總控中心是系統的管理中心，兼具總控功能。系統實現移動偵測上傳到總控中心，借助高清攝像機實時采集現場圖像，高清攝像機接入監控專用網絡，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控中心。每個分控中心機房部署存儲設備，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；（若需要）可部署流媒體服務器，將實時數據流轉發給分控中心和總控中心的客戶端/解碼器。分控中心監控室設置客戶端，對管轄區域內的高清攝像機施行實時監控和遠程控制?？偪刂行臋C房部署管理服務器，對監控專網內的高清攝像機、存儲設備、解碼設備、流媒體轉發服務器實行集中管理，監測設備的運行狀態；當分控端報警時顯示報警信息。

3.6北斗定位系統

為車輛位置信息采集的關鍵組成部分。北斗定位系統具備定位與通信功能，無需其他通信系統支持，覆蓋中國地區，全天候服務，無通信盲區，無依托地區數據采集用戶數據傳輸應用，自主系統，高強度加密設計，安全、可靠、穩定。衛星導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星導航接收機和數據發射機，當車輛在道路行駛時，利用衛星導航精確定位與測速的優勢，可實時確定車輛的瞬時位置信息，并且實時轉發到中心站，這些位置信息可用于道路交通管理。通過將北斗衛星導航系統與RFID系統的有效結合，區域內的車輛位置信息能被控制中心發現，有效預測大型賽事帶來的交通擁堵，能夠及時避免交通進一步惡化，提高賽事車輛專道運營效率。

4 多系統聯動技術實現賽事車輛專道的優先管控

4.1RFID系統與交通信號控制系統聯動

基于 RFID檢測技術的交通信號燈實時控制系統聯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位置安裝天線和閱讀器，閱讀器通過發射天線發送一定頻率的射頻信號，當裝有 RFID 標簽的車輛進入天線工作區域時產生感應電流，RFID 標簽獲得能量被激活并發送出自身信息；接收天線接收到標簽發送來的信息，經天線調節器傳送到閱讀器，閱讀器讀取信號并對其進行處理，當檢測到有車輛通過時，內置計數器加1，周而復始下去讀寫器就會記錄下單位時間內所通過的車輛總數，進而得出單位時間內所通過的車輛頻率，再將這一頻率傳遞給中央控制處理系統，中央控制處理系統根據反饋的不同車輛頻率，做出不同的時間決策，并將這一指令發送給交通信號燈控制系統，改變交通信號燈的轉換周期，實現交通系統的實時智能化控制。系統原理的具體流程如圖4所示。

圖4　系統原理具體流程圖

射頻識別技術應用在交通中的交叉路口實時信號當中，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進行信號配時的重要參數，控制中心經分析計算得出信號配時方案，通過物聯網絡迅速反饋到相應路段的顯示終端。RFID系統聯動交通信號系統，實現路口交通信號燈自動優化配時方案，均衡交通流的分布，達到減少停車次數、延誤時間的交通疏導效果，大大提高了交通信號控制系統應對道路交通實時情況的應變處理能力。

4.2RFID系統與交通誘導發布系統聯動

交通誘發布導系統以RFID系統為核心，在相應外設和接口電路的基礎上組成硬件系統，通過RFID系統獲取和傳輸信息，控制中心再對車流量、車主身份、路況等數據進行儲存和分析，為實現賽事專道管理提供數據監控，同時為車主提供實時信息發布和交通查詢等服務。RFID系統與交通誘導發布系統聯動，給予實時路徑誘導，可以按照覆蓋范圍的不同分為不同層次，其硬件系統分布為數據庫服務器、控制中心主機、因特網、車輛標簽，可變交通信息板，車載導航系統，交通誘導屏等要素，其結構如圖5所示。

圖5　RFID系統與交通誘導發布系統聯動圖

通過RFID系統的控制中心，當RFID標簽車輛進RFID磁場區間時，可以經由交通誘導發布系統進行路線導航、交通信號燈控制、交通流量控制、超速警告、實時流量統計、故障通告、擁擠程度通告、交通狀況信息轉告等交通信息管理。

4.3電子警察系統與交通誘導發布系統聯動

將視頻技術應用于電子警察系統, 作為整個系統的網絡前端監控點，以其全天候、全天時、實時監控等特點在加強道路交通管理、彌補警力不足等方面發揮著重要作用。電子警察系統安裝在交通路口，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。

電子警察系統聯動交通誘導發布系統，是通過電子警察系統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測抓拍的同時，將采集到違章車輛信息發送給控制中心，通過交通誘導發布系統對車輛發出警告。電子警察系統與交通誘導發布系統聯動，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，而且可實現全天候無人值守自動監測，將違章信息通過交通誘導發布系統實時發布。

4.4北斗定位系統與視頻監控系統聯動

整合北斗定位監控和視頻監控兩大系統，實現對車輛進行實時監控調度，防止超速/超載/疲勞駕駛，確保車輛與司乘人員的安全，提高交通處理突發事件的能力，能夠保證車輛移動過程的數據和音視頻的正常通信，為交通事故分析提供科學的參考依據，保障駕駛員的合法權益。北斗定位系統聯動視頻監控系統，可以實時定位車輛的位置，是全數字化、智能化、網絡化、系統化無線監控系統的典型代表；視頻監控系統可實時或定時地傳輸車載設備內的視頻數據。

5 結束語

隨著超高頻RFID技術在近年來的蓬勃發展，在智能交通領域，該技術也有了很多應用。本文所提出的超高頻RFID技術與北斗定位系統、電子警察系統、高清視頻系統交通誘導發布系統的多系統聯動工程設計思想，為大型賽事實現了多渠道監控、個體識別、實時定位、交通信息服務、數據通訊、處理、發布及交通“車聯網”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、智能交通系統工作。