[ 導讀 ] 傳統的車輛定位方法只能獲得車輛的具體坐標信息，無法確定車輛位于道路的第幾車道。本文提出基于射頻識別技術對車輛進行主動定位的定位方法。

　　引言
　　智能交通在執行控制命令、完成預定任務時首先要解決定位問題。目前已經有多種解決辦法，主要包括：
　　①航位推算法(DR)。它利用表征方向和速度的矢量，根據車輛在某一時刻的位置推算出另一時刻位置的導航方法。該方法有累積誤差，在估計車輛方向角時誤差會逐漸趨向無窮大。
　　②全球定位系統(GPS)。它容易因建筑物、樹木等阻擋，使得在不少街道、高架橋、立交橋等處的信號強度不夠甚至丟失，而導致定位誤差較大甚至錯誤定位，并且因其成本等原因限制了其在車輛定位中的應用。
　　③地圖匹配它是一種基于軟件技術的定位誤差修正方法，其基本思想是將車輛定位信息與數字地圖中的道路網信息聯系起來，車輛在行駛過程中不斷比較，由此確定車輛在地圖中的位置。此方法要求建立高精度的數字地面模型。
　　本文提出了一種基于RFID技術的車輛定位方法。與其他傳統定位方法比較，用RFID技術定位的主要優勢有：
　　①可以準確定位到車道，而傳統的各種定位方法都還無法實現具體車道的定位。
　　②傳統的定位方法在高架橋和橋梁上會存在定位層出錯的問題，例如行駛在橋上的車輛被定位到河里，高架橋第二層錯定位為第一層，RFID定位技術解決了這一問題。
　　1 車載RFID主動定位方法
　　1.1 RFID工作原理
　　RFID(Radio Frequency IdentifICation，射頻識別)是一種非接觸式的自動識別技術，可識別高速運動物體，并可同時識別多個電子標簽。按工作頻率的不同分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)、微波(MW)。RFID是一種簡單的無線系統，該系統由閱讀器和標簽組成。
　　閱讀(du)(du)器(qi)是(shi)(shi)對RFID標(biao)簽進行讀(du)(du)/寫操(cao)作的(de)(de)(de)設備，主(zhu)要包括(kuo)射頻模塊和數字(zi)信號處理單元(yuan)(yuan)曲(qu)部分。閱讀(du)(du)器(qi)是(shi)(shi)RFID系統中(zhong)最重要的(de)(de)(de)基礎設施，一方面(mian)，RFID標(biao)簽返回的(de)(de)(de)微(wei)弱電磁信號通(tong)過(guo)天線進入閱讀(du)(du)器(qi)的(de)(de)(de)射頻模塊中(zhong)轉換為數字(zi)信號，再(zai)經過(guo)閱讀(du)(du)器(qi)的(de)(de)(de)數字(zi)信號處理單元(yuan)(yuan)對其(qi)(qi)進行必要的(de)(de)(de)加工整形，最后從中(zhong)解(jie)調出返回的(de)(de)(de)信息，完成對RFID標(biao)簽的(de)(de)(de)識別或讀(du)(du)/寫操(cao)作;另一方面(mian)，上層(ceng)中(zhong)間(jian)件及應用(yong)軟件與閱讀(du)(du)器(qi)進行交(jiao)互，實現操(cao)作指令的(de)(de)(de)執(zhi)行和數據(ju)匯總(zong)上傳。電子標(biao)簽中(zhong)存(cun)儲(chu)(chu)著(zhu)需要被(bei)識別的(de)(de)(de)位置信息，被(bei)安(an)裝在路面(mian)，其(qi)(qi)存(cun)儲(chu)(chu)的(de)(de)(de)信息可以被(bei)閱讀(du)(du)器(qi)通(tong)過(guo)非接觸(chu)方式讀(du)(du)/寫。

　　RFID的基本交互原理如圖1所示。工作流程如下：
　　①閱讀器通過發射天線發送一定頻率的射頻信號，當標簽進入發射天線工作區域時會產生感應電流，從而獲得能量被激活;
　　②標簽將自身編碼等信息通過其內置發射天線發送出去;
　　③系統接收天線接收到從標簽發送來的載波信號，經天線調節器傳送到閱瀆器，閱讀器對接收到的信號進行解調解碼然后送到后臺主系統進行相關處理;
　　④主系統進行邏輯運算判斷該卡的合法性，然后針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號，控制執行機構執行相應動作。
　　標簽與閱讀器之間的耦合方式采用遠距離系統，即利用輻射遠場區的電磁耦合(電磁波的發射與反射)構成射頻通道。這種耦合方式的作用區域范同為1～10 m，適用于高速移動物體遠距離識別，此系統也是目前發展最快的RFID系統。
　　1.2 閱讀器及標簽的部署方法
　　國內最寬的公路為2011年投入運營的深圳水官雙向10車道高速公路。本論文將針對雙向4、6、8、10車道的情況進行討論，介紹車載RFID主動定位的定位方法。
　　與電子不停車收費系統中閱讀器和標簽的安裝不同，在車載RFID主動定位方法中，閱讀器安裝在車輛上，標簽安裝在路邊和公路的中央隔離帶。閱讀器配有3組天線，1組全向天線，2組定向天線，通過3組天線讀取標簽中的信息。全向天線的閱讀距離設置保證了在不同車道數目的高速公路間轉換時都可以讀到兩側的標簽。標簽中或者數據庫中含有標簽的位置坐標信息和此段高速公路的車道數目N，當閱讀器讀取到標簽的信息后，會根據車道數目和讀到標簽的各種情況判斷車輛位于第幾車道。
　　1.3 定位車道方法
　　以雙向(xiang)道路(lu)的(de)(de)一(yi)側為例(li)，RFID標簽安(an)裝示意圖(tu)如圖(tu)2所示。車(che)(che)輛(liang)自(zi)左(zuo)向(xiang)右行駛，標簽以一(yi)定(ding)間距安(an)裝于(yu)路(lu)肩和中央隔離(li)帶。從靠近路(lu)肩的(de)(de)一(yi)側定(ding)義(yi)車(che)(che)道依(yi)次為1～5車(che)(che)道。設車(che)(che)道寬度為W，令lO為全向(xiang)天(tian)(tian)(tian)線(xian)的(de)(de)閱讀(du)距離(li)，lD1為車(che)(che)輛(liang)右側定(ding)向(xiang)天(tian)(tian)(tian)線(xian)的(de)(de)閱讀(du)距離(li)，lD2為車(che)(che)輛(liang)左(zuo)側定(ding)向(xiang)天(tian)(tian)(tian)線(xian)的(de)(de)閱讀(du)距離(li)。其(qi)中lD1=lD2=W，lO=2W。

　　根據道路的總車道數目N的不同，定位車道的判定方法分別為：
　　N=4：當右側定向天線和全向天線讀到標簽信息后，判定車輛位于1車道(lane=1);當左側定向天線和全向天線讀到標簽信息后.判定車輛位于2車道(lane=2)。
　　N=6：當右側定向天線和全向天線讀到標簽信息，判定lane=1;當左側定向天線和全向天線讀到標簽信息，判定lane=3;當只有全向天線讀到標簽信息，判定lane=2。
　　N=8：如果閱讀器有側天線和全向天線讀到標簽信息，判斷lane=1;如果閱讀器左側天線和全向天線讀到標簽信息，判定lane=4;如果只有全向天線讀到路邊一側的標簽信息，判定lane=2;如果只有全向天線讀到中央隔離帶一側的標簽信息，判定lane=3。
　　N=10：車輛進入高速公路，此時lO為2W，在1、2、4、5車道時，可以讀到標簽信息，確定是雙向10車道，立即將lO調整為3W。當車輛位于3車道時，無法讀到任何標簽信息，等待一定時間，如果仍然讀不到任何標簽，控制單元立即將lO調整為3W。此時的判斷方法是：如果閱讀器右側天線和全向天線都讀到路邊一側的標簽信息，判定lane=1;如果閱讀器左側天線和全向天線讀到中央隔離帶一側的標簽信息，判定lane=5;如果只有全向天線讀到路邊一側的標簽信息，判定lane=2;如果只有全向天線讀到中央隔離帶一側的標簽信息，判定lane=4;如果全向天線讀到路兩側的標簽，判定lane=3。當某一時刻天線讀到標簽的信息N≠10，將lO重新調整為2W。
　　1.4 車輛位置的確定方法
　　定位(wei)到車(che)道之后，可以(yi)根據下述方法(fa)計算出車(che)輛的(de)位(wei)置坐標。全向天線讀到右側標簽、讀到左側標簽如(ru)圖(tu)3和圖(tu)4所示(shi)。

　　P為(wei)車輛(liang)的(de)位置(zhi)，v代表車輛(liang)的(de)運動方向(xiang)，兩個標簽所在的(de)直線(xian)與X軸(zhou)的(de)夾(jia)角(jiao)記為(wei)θ，(x1，y1)為(wei)tag1的(de)坐標。

　　當(dang)車(che)載閱讀器全向天線能夠讀到路肩的(de)標簽時的(de)位(wei)(wei)置(zhi)計算方法(fa)為公(gong)式(1)、(2);當(dang)車(che)載閱讀器全向天線只能讀到中央(yang)隔離帶一側(ce)的(de)標簽時的(de)位(wei)(wei)置(zhi)計算方法(fa)為公(gong)式(3)、(4)。

　　2 定位誤差分析
　　以(yi)雙向4車(che)(che)道(dao)道(dao)路的(de)第一(yi)車(che)(che)道(dao)為(wei)例。圖5表示車(che)(che)輛(liang)位于(yu)第一(yi)車(che)(che)道(dao)時(shi)與(yu)標(biao)簽T1的(de)位置關系，R為(wei)閱讀器全向天線的(de)閱讀半(ban)徑，V(x，y)為(wei)車(che)(che)輛(liang)定位坐標(biao)，distance為(wei)車(che)(che)輛(liang)與(yu)標(biao)簽的(de)距離(li)，α為(wei)車(che)(che)輛(liang)相對于(yu)標(biao)簽的(de)位置角度，error為(wei)定位誤(wu)差。

　　按車(che)道(dao)寬度為3.5 m分析汁(zhi)算，車(che)輛在雙向4、6、8和10車(che)道(dao)道(dao)路中各個車(che)道(dao)的定位誤差(cha)情況如圖6、圖7所示。

　　車(che)(che)(che)(che)載RFID主動定位(wei)方(fang)法中車(che)(che)(che)(che)輛(liang)在道(dao)(dao)(dao)(dao)路的(de)(de)不同(tong)位(wei)置的(de)(de)定位(wei)誤差(cha)(cha)情(qing)況如(ru)圖6、圖7所示(shi)。圖6(a)為雙向(xiang)(xiang)6車(che)(che)(che)(che)道(dao)(dao)(dao)(dao)道(dao)(dao)(dao)(dao)路的(de)(de)第(di)(di)2車(che)(che)(che)(che)道(dao)(dao)(dao)(dao)和(he)雙向(xiang)(xiang)8車(che)(che)(che)(che)道(dao)(dao)(dao)(dao)道(dao)(dao)(dao)(dao)路的(de)(de)第(di)(di)2、3車(che)(che)(che)(che)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)定位(wei)誤差(cha)(cha)，(b)為雙向(xiang)(xiang)4、6、8、車(che)(che)(che)(che)道(dao)(dao)(dao)(dao)道(dao)(dao)(dao)(dao)路的(de)(de)其余車(che)(che)(che)(che)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)定位(wei)誤差(cha)(cha)。圖7為雙向(xiang)(xiang)10車(che)(che)(che)(che)道(dao)(dao)(dao)(dao)道(dao)(dao)(dao)(dao)路各車(che)(che)(che)(che)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)定位(wei)誤差(cha)(cha)，第(di)(di)1車(che)(che)(che)(che)道(dao)(dao)(dao)(dao)和(he)第(di)(di)5車(che)(che)(che)(che)道(dao)(dao)(dao)(dao)及(ji)第(di)(di)2車(che)(che)(che)(che)道(dao)(dao)(dao)(dao)和(he)第(di)(di)4車(che)(che)(che)(che)道(dao)(dao)(dao)(dao)的(de)(de)定位(wei)誤差(cha)(cha)相(xiang)同(tong)。

　　由圖6、圖7分析得到，對于所有車道，越靠近路肩和中央隔離帶的車道上的車輛平均定位誤差越大，在同一車道上，越靠近車道中央行駛的車輛定位誤差越小。
　　結語
　　根(gen)據(ju)實際淵(yuan)查統(tong)(tong)計(ji)的(de)數據(ju)發(fa)現，車(che)輛(liang)(liang)(liang)在(zai)一(yi)條道(dao)路上不(bu)(bu)(bu)同車(che)道(dao)的(de)分(fen)布(bu)(bu)和車(che)輛(liang)(liang)(liang)在(zai)同一(yi)車(che)道(dao)上的(de)位(wei)(wei)置(zhi)分(fen)布(bu)(bu)服(fu)從(cong)高斯分(fen)布(bu)(bu)。因此本論文提出的(de)基于RFID車(che)輛(liang)(liang)(liang)主動定位(wei)(wei)方法對實際行駛過程(cheng)中的(de)車(che)輛(liang)(liang)(liang)具(ju)有(you)較高的(de)定位(wei)(wei)精度(du)，并可(ke)以(yi)將車(che)輛(liang)(liang)(liang)定位(wei)(wei)到(dao)具(ju)體(ti)車(che)道(dao)，車(che)輛(liang)(liang)(liang)的(de)具(ju)體(ti)車(che)道(dao)位(wei)(wei)置(zhi)信息對智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)交(jiao)通中車(che)輛(liang)(liang)(liang)防碰撞的(de)研(yan)究具(ju)有(you)重(zhong)要意(yi)義。RFID可(ke)以(yi)與(yu)其他(ta)定位(wei)(wei)技(ji)術結合，組成新(xin)的(de)組合定位(wei)(wei)導航系統(tong)(tong)。車(che)載RFID的(de)年輛(liang)(liang)(liang)主動定何擺(bai)脫了傳統(tong)(tong)定化(hua)對GPS定位(wei)(wei)系統(tong)(tong)的(de)依賴(lai)，不(bu)(bu)(bu)會因為信號丟失導致無法定位(wei)(wei)或定位(wei)(wei)不(bu)(bu)(bu)準(zhun)確。鑒(jian)于RFID具(ju)有(you)信息處(chu)理(li)精確度(du)高、速度(du)快，使用(yong)不(bu)(bu)(bu)受環境因素影響(xiang)，成本低，可(ke)以(yi)重(zhong)復利用(yong)多次讀寫等諸(zhu)多優點(dian)，RFID技(ji)術將在(zai)智(zhi)(zhi)能(neng)(neng)交(jiao)通領(ling)域得到(dao)廣泛(fan)應用(yong)。

【聲明】物流產品網轉載本文目的在于傳遞信息，并不代表贊同其觀點或對真實性負責，物流產品網倡導尊重與保護知識產權。如發現文章存在版權問題，煩請聯系小編電話：010-82387008，我們將及時進行處理。