基于RFID高速公路車輛測速定位方案

摘 要：針對現(xiàn)有高速公路管理系統(tǒng)無法對車輛進行實時管理的現(xiàn)狀，提出一種對高速公路上車輛進行實時測速及定位的方法。該方法基于射頻識別（RFID）技術，通過分析構(gòu)建移動車輛的定位模型，利用譜估計方法對其多普勒頻移進行測量，并針對模型求解中存在的非線性特性，采用牛頓迭代法計算車輛的實時速度及相對坐標以達到測量車速及確定車輛實時位置的目的。仿真實驗結(jié)果表明，該方法具有運算量小、精度高、實施簡單的特點。

　　1 概述

　　射頻識別（Radio Frequency Identification， RFID）是一項非接觸式自動識別技術，具有信息量大、抗干擾強、操作快捷等許多優(yōu)點。特別是RFID 技術在高速運動物體識別、多目標識別和非接觸識別等方面的優(yōu)勢，使其在很多領域都具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應用前景。

　　高速公路作為國家的重要戰(zhàn)略資源，不僅提高運輸效率，而且還能減少車輛損耗，其優(yōu)越性十分突出。但在安全方面，我國的高速公路卻表現(xiàn)出了較高的事故率和傷亡率。相關研究表明，通過合理控制機動車輛的車速及安全車距，可以有效保障高速公路的交通安全和暢通，預防和減少交通事故。

　　但我國高速公路管理系統(tǒng)中現(xiàn)有的一些交通檢測技術，其主要作用是檢測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)，無法對速度進行實時測量，且其定位精度有限，亦不能實時跟蹤車輛。因此，我國在高速公路安全管理及監(jiān)控這一領域還存在較大的空白。多普勒效應在近代科學中有著廣泛的應用。它可用于測量飛機時速、觀測人造衛(wèi)星運行情況、確定星體運行速度、測量視網(wǎng)膜血管內(nèi)血流速度等。最大多普勒頻移還是無線通信中用于優(yōu)化自適應接收機的重要參數(shù)，導頻信道測量、切換判決和功率控制等自適應優(yōu)化算法都依賴于對它的有效估計。

　　本文基于RFID 技術，通過對由車輛移動所產(chǎn)生的多普勒頻移進行實時估計，提出一種高速公路車輛實時測速及定位方法。

　　2 算法模型

　　結(jié)合高速公路的實際情況，本模型采用無源、只讀射頻卡，由于本身不需要電源和電池，解決了高速公路無電源問題。同時，無源射頻卡不需要維護，且使用壽命很長，節(jié)省了大量的人力資源。車載閱讀器通過發(fā)射激活信號并從無源應答器中接收射頻信息來確定當前位置。為取得較遠的感應距離，車載閱讀器應工作在UHF 頻段內(nèi)，其識別距離可以達到十幾米，足以滿足當前高速公路的設計要求。

　　2.1 射頻卡識別碼設置

　　將射頻卡等距設置在高速公路的隔離帶或左、右路肩處。每個無源射頻卡應具有唯一的射頻識別碼，該射頻識別碼包括高速公路的識別號碼、車道數(shù)目以及路帶標識（即表明所處位置為左右路肩或隔離帶），并依次設置順序號碼，以便能夠表征其地理位置及相應順序。此外，在ID 號碼中還可以包含高速公路的相應標號、高速公路的車道數(shù)目等編碼。具體設置如圖1 所示。

　　圖1 射頻標識碼設置

　　2.2 數(shù)學模型