公交车辆RFID定位跟踪

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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。