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GPS和RFID在智能公交管理中的结合
作者：蔡振辉
来源：来源网络(侵权删)
日期：2011-03-04 08:47:32
摘要：通过对GPS、射频识别两种技术在公交领域的应用进行分析，并讨论两种技术结合使用，从而试想提高公交智能化管理的可能性。
一、概述
随着我国国民经济的高速发展，城市建设规模与日俱进，城市交通问题日益凸显，已成为严重制约许多大中城市发展的重点问题之一。大力、优先发展公共交通.实现数字化、智能化城市交通管理，提高公共交通运营管理效率和社会服务水平，符合目前中国国情下的现代化大城市发展趋势。
目前，国内大多数大城市的公交车智能管理调度模式单一采用车载GPS卫星定位技术，也有少部分城市单一采用了射频识别技术。这两种技术的采用都是由静态监管向动态监管，人工管理向自动管理的转变，是公共交通管理进步的表现，但是这两种技术的采用都存在各自鲜明的优势与不足之处，应用效果并不十分理想。
下面分别通过对GPS、射频识别两种技术在公交领域的应用进行分析，并讨论两种技术结合使用，从而试想提高公交智能化管理的可能性。
二、GPS技术及其在公交领域引用的优缺点
GPS又称为全球定位系统(Global Positioning System，GPS)，由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成，其基本定位原理是：卫星不问断地发送自身的星历参数和时间，信息用户接收到这些信息后经过计算机辅助，求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。GPS系统具有以下主要特点：全天候、多功能、操作简便和应用范围广泛等。
(一)在公交领域应用的优点
GPS技术目前在车载方面的应用已经比较成熟，已具备了快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标，且具有全天候、高精度、自动化、效益高等优点。公交智能化管理对GPS技术的运用主要体现在车辆自动定位、行驶信息引导和电子站牌等子系统上面，前面阐述的GPS主要特点正符合公交智能化管理技术运用的需求。对于新发展起来的大中城市，公共交通基础设施比较完善，城市道路、楼距比较宽，高架桥和隧道相应也就比较少，GPS系统调度灵活，知情能力和应变能力强的优势就充分地体现了出来，完全可以达到实时掌握车辆行为状态的管理要求。
(二)在公交领域应用的缺点
我国目前历史比较悠久而且经济水平比较高的大城市，例如北京、上海、广州等，经过三十多年来的城市建设后，市区高层建筑林立，高架路桥密集，隧道也越来越多，公交车作为城市公共交通主力军，穿梭于这些地方是必须的，而GPS卫星定位在碰到高层建筑比较多和密集的路段时信号衰弱严重，在有高架路桥或者隧道遮挡时没信号，都会导致GPS系统信号不稳定甚至无法正常工作。举个例子来说，广州市是建筑密度大、楼层高，高架路桥和隧道非常多的典型大城市，目前广州市部分公交公司建设使用的公交GPS智能调度管理系统，一旦行使经过高架路桥底层、隧道，或者停靠在高架路桥附近公交站点上客，进入分层人车分流枢纽公交站场的公交车辆，就碰到过这种信号不稳定或者没信号的问题，也就使得调度中心无法得知公交车此时的行为状态了。
三、射频识别技术及其在公交领域应用的优缺点
射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，由射频卡、读卡器和信号发射天线三个基本部分组成。其工作原理是：当射频卡进入收发天线区域后，发出的加密载波信号被天线接收，经RFID射频读卡器装置接收处理后，向通信模块发送获取的卡信息。
(一)在公交领域应用的优点
采用射频识别技术主要目的在于实现不停车远距离自动识别，实时定点采集公交车辆进出站和通过信息采集点，快速确定公交车辆所处位置。其主要优点有：车载射频卡与读卡器基本都采用了双向交互的无线数据通信方式，通信技术稳定、可靠，误码率极低。载波信号穿透力、绕射力极强和信息防冲撞功能非常好，车载射频卡可固定安装在车辆的金属、非金属、玻璃等物体表面，安装位置基本不受限制，读卡器可同时识别多辆并排、串道、跨线、爬头等不按规定行走的车载卡。车载射频卡和读卡设备的感应范围和通过速度也可根据管理需要进行灵活调整。
(二)在公交领域应用的缺点
射频识别技术在公交领域应用的缺点主要体现于只能在固定点进行数据采集，其技术的“点式定位”方式具有较强的局限性，相对于采用GPS技术来说，在灵活性方面就落后了。如果密集安装数据采集设备，资金投入将相当大，建成后的维护成本也非常昂贵；如果数据采集设备太少，感应范围没有全面覆盖，也就无法实现感知车辆在道路上行驶的实时状态信息。
四、通过GPS和RFID两种技术的结合来提高公交智能调度管理系统的可靠程度
公交智能调度管理系统可以采用GPS技术和射频识别技术相结合的设计方案。因为目前GPS信号的覆盖范围已经比较广，所以可采用以GPS卫星定位系统为主，射频识别技术为辅的方式。根据上面这两种技术在公交领域应用优缺点的分析，可以利用射频识别技术的优点来弥补GPS技术运用的缺点。调度指挥中心后台管理子系统第一采用数据信息来自于GPS子系统，第二采用数据信息则来自于射频识别子系统。在有充分数据信息来源的前提下，公交智能调度管理系统的可靠性也将得到较好的提高。系统主要框架构成设想大致如下：
(一)公交车载设备
公交车上面同时安装一套GPS设备和一张射频卡，目前市场上一张射频卡的价格大概在50～80元不等，相对于车载GPS设备的价格，是非常低廉的，对于提高系统可靠性来说，这笔投资是非常值得的。
(二)射频信息采集传输设备
主要安装在GPS信号无法覆盖或者比较弱区域的适当位置，设备由射频收发天线、读卡器和通信模块构成。其工作原理是：当车载射频卡进入收发天线区域后，车载射频卡发出的加密载波信号被天线接收，经RFID射频读卡器装置接收处理后，向通信模块发送获取的车载射频卡信息。通信模块通过GSM/GPRS/CDMA无线网络方式与远端的读卡服务器建立通信连接，将接收到的卡号、时间、地址信息传送到调度中心。
通信模块主要依托GSM/GPRS/CDMA等数字公众网通信，具有IP地址设置、读卡数据缓存/比对 E本地卡号限制过滤、远程通信超时/异常告警、时钟/卡号集/异常告警短信远程设置等功能。鉴于数据通信的重要性，为确保无线通信的稳定性和可靠性，这里的通信模块要求提供热备份的GSM/GPRS/CDMA工作模块为第二信道。
(三)调度指挥中心系统
调度指挥中心系统由网络通讯设备、数据接收、存储、分析、管理、发布服务器、大屏幕电视墙、客户端管理计算机等设备组成。后台管理子系统根据实时收到的各线路公交车辆运行的定位数据及状态信息加以甄别和分析之后呈现出来，调度指挥中心管理人员可即时作出快速、合理的调度指令，同时往信息发布等子系统发布及时服务信息。对采集到的数据，后台管理子系统自动进行汇总、统计，生成各种营运报表等。
五、总结
针对我国目前一些大城市的公交车智能管理调度模式，在这里提出的通过GPS和RFID两种技术的结合来提高公交智能调度管理系统的可靠程度，是尝试将高科技手段更好地服务于城市公共交通数字化的一种设想。针对目前一些城市已经建设的GPS公交智能调度管理系统。采用基于射频识别技术的“点式定位”系统作为补充，既能提高车辆定位精度，提升公交系统企业的运营效率和服务水平。又能克服GPS卫星定位系统在公交应用中的不足.减少资金投入。
交通是经济的动脉，要用现代化科学技术改造传统的公交产业，以信息化带动现代化。建设新型智能化。自动化的公交调度管理系统，“公交优先”政策符合我国目前国情，代表着大多数人民群众的利益，能最大限度地挖掘现有城市道路潜力，是政府交通管理部门解决城市交通问题的重要途径。把公交系统的管理和服务工作提高到新的水平，同时也就能够协助政府职能部门实现对公交系统整体运行状况进行有效管理和总体规划。
随着我国国民经济的高速发展，城市建设规模与日俱进，城市交通问题日益凸显，已成为严重制约许多大中城市发展的重点问题之一。大力、优先发展公共交通.实现数字化、智能化城市交通管理，提高公共交通运营管理效率和社会服务水平，符合目前中国国情下的现代化大城市发展趋势。
目前，国内大多数大城市的公交车智能管理调度模式单一采用车载GPS卫星定位技术，也有少部分城市单一采用了射频识别技术。这两种技术的采用都是由静态监管向动态监管，人工管理向自动管理的转变，是公共交通管理进步的表现，但是这两种技术的采用都存在各自鲜明的优势与不足之处，应用效果并不十分理想。
下面分别通过对GPS、射频识别两种技术在公交领域的应用进行分析，并讨论两种技术结合使用，从而试想提高公交智能化管理的可能性。
二、GPS技术及其在公交领域引用的优缺点
GPS又称为全球定位系统(Global Positioning System，GPS)，由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成，其基本定位原理是：卫星不问断地发送自身的星历参数和时间，信息用户接收到这些信息后经过计算机辅助，求出接收机的三维位置、三维方向以及运动速度和时间信息。GPS系统具有以下主要特点：全天候、多功能、操作简便和应用范围广泛等。
(一)在公交领域应用的优点
GPS技术目前在车载方面的应用已经比较成熟，已具备了快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标，且具有全天候、高精度、自动化、效益高等优点。公交智能化管理对GPS技术的运用主要体现在车辆自动定位、行驶信息引导和电子站牌等子系统上面，前面阐述的GPS主要特点正符合公交智能化管理技术运用的需求。对于新发展起来的大中城市，公共交通基础设施比较完善，城市道路、楼距比较宽，高架桥和隧道相应也就比较少，GPS系统调度灵活，知情能力和应变能力强的优势就充分地体现了出来，完全可以达到实时掌握车辆行为状态的管理要求。
(二)在公交领域应用的缺点
我国目前历史比较悠久而且经济水平比较高的大城市，例如北京、上海、广州等，经过三十多年来的城市建设后，市区高层建筑林立，高架路桥密集，隧道也越来越多，公交车作为城市公共交通主力军，穿梭于这些地方是必须的，而GPS卫星定位在碰到高层建筑比较多和密集的路段时信号衰弱严重，在有高架路桥或者隧道遮挡时没信号，都会导致GPS系统信号不稳定甚至无法正常工作。举个例子来说，广州市是建筑密度大、楼层高，高架路桥和隧道非常多的典型大城市，目前广州市部分公交公司建设使用的公交GPS智能调度管理系统，一旦行使经过高架路桥底层、隧道，或者停靠在高架路桥附近公交站点上客，进入分层人车分流枢纽公交站场的公交车辆，就碰到过这种信号不稳定或者没信号的问题，也就使得调度中心无法得知公交车此时的行为状态了。
三、射频识别技术及其在公交领域应用的优缺点
射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)是通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，由射频卡、读卡器和信号发射天线三个基本部分组成。其工作原理是：当射频卡进入收发天线区域后，发出的加密载波信号被天线接收，经RFID射频读卡器装置接收处理后，向通信模块发送获取的卡信息。
(一)在公交领域应用的优点
采用射频识别技术主要目的在于实现不停车远距离自动识别，实时定点采集公交车辆进出站和通过信息采集点，快速确定公交车辆所处位置。其主要优点有：车载射频卡与读卡器基本都采用了双向交互的无线数据通信方式，通信技术稳定、可靠，误码率极低。载波信号穿透力、绕射力极强和信息防冲撞功能非常好，车载射频卡可固定安装在车辆的金属、非金属、玻璃等物体表面，安装位置基本不受限制，读卡器可同时识别多辆并排、串道、跨线、爬头等不按规定行走的车载卡。车载射频卡和读卡设备的感应范围和通过速度也可根据管理需要进行灵活调整。
(二)在公交领域应用的缺点
射频识别技术在公交领域应用的缺点主要体现于只能在固定点进行数据采集，其技术的“点式定位”方式具有较强的局限性，相对于采用GPS技术来说，在灵活性方面就落后了。如果密集安装数据采集设备，资金投入将相当大，建成后的维护成本也非常昂贵；如果数据采集设备太少，感应范围没有全面覆盖，也就无法实现感知车辆在道路上行驶的实时状态信息。
四、通过GPS和RFID两种技术的结合来提高公交智能调度管理系统的可靠程度
公交智能调度管理系统可以采用GPS技术和射频识别技术相结合的设计方案。因为目前GPS信号的覆盖范围已经比较广，所以可采用以GPS卫星定位系统为主，射频识别技术为辅的方式。根据上面这两种技术在公交领域应用优缺点的分析，可以利用射频识别技术的优点来弥补GPS技术运用的缺点。调度指挥中心后台管理子系统第一采用数据信息来自于GPS子系统，第二采用数据信息则来自于射频识别子系统。在有充分数据信息来源的前提下，公交智能调度管理系统的可靠性也将得到较好的提高。系统主要框架构成设想大致如下：
(一)公交车载设备
公交车上面同时安装一套GPS设备和一张射频卡，目前市场上一张射频卡的价格大概在50～80元不等，相对于车载GPS设备的价格，是非常低廉的，对于提高系统可靠性来说，这笔投资是非常值得的。
(二)射频信息采集传输设备
主要安装在GPS信号无法覆盖或者比较弱区域的适当位置，设备由射频收发天线、读卡器和通信模块构成。其工作原理是：当车载射频卡进入收发天线区域后，车载射频卡发出的加密载波信号被天线接收，经RFID射频读卡器装置接收处理后，向通信模块发送获取的车载射频卡信息。通信模块通过GSM/GPRS/CDMA无线网络方式与远端的读卡服务器建立通信连接，将接收到的卡号、时间、地址信息传送到调度中心。
通信模块主要依托GSM/GPRS/CDMA等数字公众网通信，具有IP地址设置、读卡数据缓存/比对 E本地卡号限制过滤、远程通信超时/异常告警、时钟/卡号集/异常告警短信远程设置等功能。鉴于数据通信的重要性，为确保无线通信的稳定性和可靠性，这里的通信模块要求提供热备份的GSM/GPRS/CDMA工作模块为第二信道。
(三)调度指挥中心系统
调度指挥中心系统由网络通讯设备、数据接收、存储、分析、管理、发布服务器、大屏幕电视墙、客户端管理计算机等设备组成。后台管理子系统根据实时收到的各线路公交车辆运行的定位数据及状态信息加以甄别和分析之后呈现出来，调度指挥中心管理人员可即时作出快速、合理的调度指令，同时往信息发布等子系统发布及时服务信息。对采集到的数据，后台管理子系统自动进行汇总、统计，生成各种营运报表等。
五、总结
针对我国目前一些大城市的公交车智能管理调度模式，在这里提出的通过GPS和RFID两种技术的结合来提高公交智能调度管理系统的可靠程度，是尝试将高科技手段更好地服务于城市公共交通数字化的一种设想。针对目前一些城市已经建设的GPS公交智能调度管理系统。采用基于射频识别技术的“点式定位”系统作为补充，既能提高车辆定位精度，提升公交系统企业的运营效率和服务水平。又能克服GPS卫星定位系统在公交应用中的不足.减少资金投入。
交通是经济的动脉，要用现代化科学技术改造传统的公交产业，以信息化带动现代化。建设新型智能化。自动化的公交调度管理系统，“公交优先”政策符合我国目前国情，代表着大多数人民群众的利益，能最大限度地挖掘现有城市道路潜力，是政府交通管理部门解决城市交通问题的重要途径。把公交系统的管理和服务工作提高到新的水平，同时也就能够协助政府职能部门实现对公交系统整体运行状况进行有效管理和总体规划。
