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上海奔骝电子科技有限公司

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公交车辆RFID定位跟踪

公交车辆RFID定位跟踪
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发布时间:2014-11-10

      
联系人:洪波
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目录
1 项目背景 3
1.1 公交定位应用现状 3
1.2 RFID技术发展 3
2 解决方案 4
2.1 设计目标 4
2.2 系统组成 5
2.2.1 硬件部分 5
2.2.2 软件部分 5
2.3 2.4G有源RFID技术 6
2.4 后台分析系统 8
2.4.1 通信接口协议 8
2.4.2 阅读器注册协议 8
2.4.3 后台数据库规范 9
2.4.4 车辆位置信息识别方式 10

1 项目背景
1.1 公交定位应用现状
城市公共交通系统作为重要的城市文明窗口,成为公众衡量城市文明和信息化水平的直观形象,体现了公交行业的服务水平。当前苏州公交系统在公交智能化发展中已取得了一定的成果,智能公交系统以GPS技术为基础,实现了车辆调度及到站信息发布的自动化、智能化。但由于GPS技术自身的不足,在高架环线以及高层建筑密集地区无法保证位置信息的准确性,对于公交运营造成了负面的影响,降低了智能公交系统的可靠性。针对此情况,上海奔骝采用业内领先RFID技术,设计了RFID定位跟踪系统,弥补智能公交GPS定位功能的不足之处。
1.2 RFID技术发展
RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术,它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据,识别工作无须人工干预,可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签,操作快捷方便。
RFID是一种简单的无线系统,只有两个基本器件,该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器(或阅读器)和很多应答器(或标签)组成。RFID按能源的供给方式分为无源RFID、有源RFID以及半有源RFID。无源RFID读写距离近,价格低;有源RFID可以提供更远的读写距离,但是需要电池供电,成本要更高一些,适用于远距离读写的应用场合。以RFID为基础的无线传感器网络在军事、工农业生产、交通、生物、气象、医疗、安全、家庭等各个领域都有广泛的应用,特别是在一些人类无法到达或无法工作的环境下,可以代替人类收集、处理需要的信息。
2 解决方案
2.1 设计目标
以RFID技术为基础的、建立一套能满足城市公交系统位置识别需求的系统。该系统能够同时收集大量的车辆位置数数据;可根据用户需要查询、输出车辆位置信息。具体原则如下:
1)通信方式:车辆位置信息需通过移动GPRS/TD网络传送至系统后台;
2)识别速度:公交车运行时,车速最高为80 公里/小时。该技术必须满足车辆移动时识别成功率等问题;
3)识别成功率:指对公交车辆识别的成功率,识别率要求大于 99.9 %,要求站台同时可以识别多个同时进站的车辆,并能克服车辆互遮挡信号等问题;
? 4)识别距离:指公交车辆被识别时,车辆与站台的距离。最大识别距离应控制在5-10米范围内,并可根据实际情况调整;
5)识别方向:系统应能准确识别和区分不同方向的公交车辆;
6)可扩展性:有良好的扩展性,采集系统可根据实际需求扩展或收敛;
? 7)工作环境:该设备需要满足室外 7×24 小时工作,克服风、霜、雨、雪等天气环境;系统设备需采用IP67安全标准,可以满足室外恶劣环境工作和7×24 工作;
8)维护与扩展:系统需要低成本易于维护,且具有可扩展性。
2.2 系统组成
系统主要有硬、软件两部分组成。硬件部分主要由RFID设备组成;软件部分主要用于对硬件部分反馈的数据进行处理分析,计算出车辆位置信息。
2.2.1 硬件部分
1)公交车辆RFID电子标签:标签内含有唯一的ID信息,作为公交车的身份识别设备;
2)公交站点电子标签阅读器:阅读器包含唯一的ID信息,作为站台的身份标识设备。通过电子标签阅读器读取其信号覆盖范围内的RFID电子标签信息,并通过GPRS/TD网络将标签数据及阅读器自身的身份信息发送至后台分析系统。
2.2.2 软件部分
后台分析系统根据阅读器返回的信息分析、输出车辆的位置信息及行驶方向。
假设道路上有三个站点,分别为A站、B站、C站。每辆公交车上安装一个RFID标签,称为Tag;每一个站点安装一个阅读器,假定为下图分布,分别称为ReaderA、ReaderB、ReaderC。

假定公交车路线为:……A站—B站—C站……双向。定义A到B再到C方向为ABC,C到B再到A方向为CBA。
公交车标签被站台阅读器读取后,阅读将标签ID以及阅读器ID传至服务器,软件分析系统根据标签ID、车牌对应关系确定车辆,然后根据站台阅读器ID确定站台,计算出车辆的实时位置信息。
设定公交车行驶方向为ABC,当公交车到达A站时,ReaderA获取了公交车RFID标签的信息,然后上传至后台分析软件,记录此时公交车在A站,当公交车行驶到下一个站点,即B站,也可以获取当前公交车的位置在B站。结合公交车在AB站台轨迹的先后信息判断公交车的行驶方向为ABC。
2.3 2.4G有源RFID技术
主要特点如下:
1)没有管制的无线工控频段: 2.4G工控频段无线通讯为公用开放频段,无需无线电管制委员会批准,不需缴纳频谱占用费用;
2)高速移动识别能力:2.4G 有源通讯技术标准,在通讯中,可以满足 80-100 公里/小时的高速移动车辆探测和识别通讯;
3)高识别率:标签采用有源RFID 技术,具有信号穿透性好,稳定性高等特点;经测试,在车辆密集和不同方向车辆集中出现时,该系统可以正确的现实各进站车辆信息;
4)可调整的识别距离:2.4G有源RFID技术的通讯距离可以达到80米-100 米,可以根据客户需求调整天线,实现对识别距离的调整;
5)精密、可靠:有源RFID技术的精确性、可靠性、稳定性是传统方式的百倍以上,同时,网络的高冗余性保证了在个别节点故障不影响整个系统的正常运转;
6)设备体积小:无线传感器网络的基本单元是体积很小的智能计算传感卡,大大降低了安装和维护的环境要求与成本;
7)网络容量大:单个阅读器可同时采集180张左右的有源RFID标签,整个系统理论上无容量限制;
8)可扩展性强:RFID阅读器配合移动GRPS/TD网络可快速实现网络的扩展与收敛。
综上所述,2.4G有源RFID技术完全符合公交车RFID定位跟踪系统对于可靠性、稳定性、可扩展性及易维护性的要求,具有较好的应用前景。
2.4 后台分析系统
2.4.1 通信接口协议
RFID阅读器通过GRPS/TD网络以UDP协议实时发送采集数据。读卡器一旦识别到某一标签,即发送数据。数据包格式如下:
*VERSION|RECORDTIME|READERID|TAGID#。
VERSION为版本标识,用十六进制表示,第一版表述为0x0001。RECORDTIME为标签读取时间,以UTC格式,例如1210562005 表示2008年05月12日11点13分25秒。READERID为阅读器ID,TAGID为标签ID,ID是以ASCII码表示的十六进制,例如: READERID为1,2,3,15,18,用十六进制表示为0x0001,0x0002,0x0003,0x000E,0x0012,TAGID为1,2,3,4,5,十六进制表示为0x0001,0x0002,0x0003,0x0004,0x005。综合上述范例,该数据报应表示为*0001|1210562005|00010020003000E0012|0001002000300040005#。
在传递数据过程中,如果由于后台服务器故障、网络不通或其他原因导致数据不能正常上传,在传输通道正常后进行数据补传。
2.4.2 阅读器注册协议
RFID阅读器以5秒为周期,向服务器发送注册信息,如后台在规定周期内未收到阅读器的注册数据包,则认为该阅读器已下线。注册数据包如下:
*VERSION|REGTIME|READERID#。
数据包示例:*0001|1210562005|00010020003000E0012#,表示编号为00010020003000E0012的阅读器于2008年05月12日11点13分25秒向后台注册,协议版本为第一版。
2.4.3 后台数据库规范
车辆与标签对应关系应至少包含以下要素:
名称 类型 示例
车牌号码 BString 苏E-Y8888
标签编号 Bstring 0001002000300040005
电池更换时间 UTC YYYYMMDDhhmmss转化为UTC格式,例如1210562005 表示2008年05月12日11点13分25秒
备注 Bstring 无
站台与阅读器对应关系应至少包含以下要素:
名称 类型 示例
站台名称 Bstring 乐桥站
阅读器编号 Bstring 00010020003000E0012
GPS位置 Bstring 经纬度
阅读器在线情况 Int 1标示在线,0标示不在线
该部分属于基础数据库,可通过WEB界面实现增、删、改。
车辆位置信息表应至少包含以下要素:
名称 类型 示例
车辆牌 Bstring 苏E-Y8888
标签编号 Bstring 0001002000300040005
站台名称 Bstring 乐桥站
阅读器编号 Bstring 00010020003000E0012
站台GPS位置 Bstring 经纬度
时间 UTC YYYYMMDDhhmmss转化为UTC格式,例如1210562005 表示2008年05月12日11点13分25秒

2.4.4 车辆位置信息识别方式
后台服务器收到某一站点发送的数据包,解析出阅读器ID及标签ID,根据标签ID从车辆与标签对应关系表中取出车牌号码,根据阅读器ID从站台与阅读器对应关系表中取出站台GPS位置、站台名称,将上述信息按车辆位置信息表字段格式保存入数据库内。

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