苏红帆

（南宁市公安局交通警察支队，广西 南宁 530028）

基于超高频RFID技术的大型赛事车辆专道管控工程建设与应用

苏红帆

（南宁市公安局交通警察支队，广西 南宁 530028）

文章介绍了一种基于超高频RFID技术的大型赛事车辆专道管控工程系统，应用超高频RFID技术，结合交通信号控制系统、交通诱导发布系统、专道电子警察系统、高清视频监控系统和北斗定位系统，形成多系统联动技术来实现赛事车辆专道的优先管控，从而解决因大型赛事所带来交通问题，降低车辆管理成本，提升赛事交通管理的专业化水平。

超高频RFID；射频识别；车辆专道管控；大型赛事

1 前言

随着城市建设的快速发展，交通需求也随之不断增长，由此带来的城市交通系统因交通拥堵问题而面临着前所未有的压力，加上城市举办各种大型赛事活动，尤其是国际性的赛事活动，如果没有一流的交通管理水平、交通环境和交通安全保障体系来配套服务，将会给城市的形象大打折扣，因此，交通管理部门在赛事期间大力开展道路交通秩序整顿，制定交通安全保卫工作系列方案的同时，更要利用科技手段来对赛事专用车道进行管控，加强道路交通管理，为大型赛事的成功举办营造良好的交通环境。

针对上述问题，本文提出一种基于超高频RFID技术的大型赛事车辆专道管控工程系统的设计思路，给出多系统联动技术实现对赛事车辆专道的管控方案。

2 超高频 RFID技术的系统构成、工作原理和应用优势

2.1超高频RFID技术及系统构成

RFID（Radio Frequency Identification）也叫射频识别，即日常所说的电子标签，是一种非接触式识别技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。超高频 RFID是 RFID技术中的一种，工作频率为 860MHz～960MHz，是目前国际上最先进的第四代自动识别技术。超高频RFID具有识别距离远、识别准确率高、识别速度快、抗干扰能力强、使用寿命长、可穿透非金属材料等特点，运用范围广等特点，在交通智慧化管理中发挥了显著的作用。

RFID系统一般由读写器、标签以及相应的数据应用管理系统组成（如图 1所示）。标签（也称应答器、电子标签或智能标签），它是RFID系统的数据载体，安装在被识别对象上，且存储该对象的信息；读写器也称为阅读器，分为手持式和固定式两种，由发送器，接收仪、控制模块和收发器组成，是一种利用射频技术读取射频标签信息、或者将信息写入射频标签的电子设备；阅读器读取信息并解码后，传递至计算机系统进行有关数据处理。读写器和电子标签都是通过天线来传递射频信号。

图1　RFID系统构成

RFID系统的标签分为有源标签（主动）和无源标签（被动），超高频RFID系统的结构与普通的通信系统结构一致，但其标签是无源的，是典型的主从通信体系。以RFID卡片读写器及电子标签之间的通讯及能量感应方式来看，大致上可分为感应耦合及后向散射耦合两种，其中感应耦合一般适合于中、低频工作的近距离（小于 1米）射频识别系统；后向散射耦一般适合于高频、微波等工作距离较远的射频识别系统。

读写器（阅读器）根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，是RFID系统信息控制和处理中心。通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。读写器（阅读器）和标签（应答器）之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时读写器通过耦合给无源应答器提供能量和时序。在实际应用中，可进一步通过Ethernet或WLAN等实现对物体识别信息的采集、处理及远程传送等管理功能。应答器是 RFID系统的信息载体，目前应答器大多是由耦合元件（线圈、微带天线等）和微芯片组成无源单元。

2.2工作原理

读写器通过天线发送一定频率的射频信号，形成读写器的一个有效范围（电磁信号辐射区域，即磁场），当安装有电子标签的识别目标进入读写器产生的磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量，将存储在芯片中的产品信息发送出去（无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（有源标签或主动标签），解读器天线接收来自标签的载波信息号，经读取信息并解码后，送至数据应用管理系统中进行存储和并做相应的处理和控制，同时发出指令信号进行相应的应用操作。

图2　RFID感应技术基本原理图

数据应用管理系统可由本地网络和互联网组成，通过管理软件来实现“实物互联”，亦即“物联网”。

2.3超高频 RFID技术在大型赛事交通管控中的应用优势

超高频 RFID技术具有能一次性读取多个标签、穿透性强、可多次读写、数据的记忆容量大的特点，加上无源电子标签成本低，体积小，使用方便，可靠性和寿命高、耐受户外恶劣环境，可以在车辆或其他被标识的物体高速运动的情况下工作，因此广泛应用在交通管理领域，尤其是车流量统计、速度统计和进入控制等方面的应用。

在大型赛事中（尤其是国际性的赛事活动），由于参与人数众多，对城市交通或区域交通的影响很大，赛事期间实行的交通管制措施会占用或封闭周边交通设施（部分道路、车道和停车场），使现有交通系统的容量供给减少，交通管理部门为了缓解交通压力，通常对赛事专用车道进行管控，其中涉及机动车信息采集及监控、电子警察、车牌识别、区间测速等，但传统的车辆监测识别技术如摄像监测技术存在识别速度慢、垃圾数据多、可靠性相对较低等问题，根本满足不了快速、实时、动态的信息采集的需求。

本文提出的基于超高频 RFID技术的大型赛事交通保障系统方案，将超高频RFID技术应用于智能交通领域，充分发挥其自动识别及快速动态采集信息的巨大优势，为有效解决大型赛事带来的交通问题，并结合RFID技术特点而设计。该系统能够完善大型赛事车辆的有序管理，优化调度，保障合理的指挥体系；为交通服务车辆、驾驶员、调度员编制规范的行车计划；并实时监控车辆运行及提供突发事件应急处理服务，实现大型赛事车辆保障调度的数字化、现代化管理。确保大型赛事期间交通系统的整体有序运行，同时提升城市的管理、运营和保障能力。

3 大型赛事车辆专道管控工程系统的主要组成部分

大型赛事车辆专道管控工程系统组成如图3所示：

图3　大型赛事车辆专道管控工程系统组成图

3.1RFID系统

使用射频识别技术，将车辆贴上电子标签，控制中心的阅读器发出磁场，给予电子标签信号激活标签，电子标签依据收到的信号要求阅读器发射反射信号，阅读器收到电子标签反射的信号后，对电子标签进行无接触的读写，达到识别目标和操作目标物体的目的，对所读取的数据通过后台服务器处理分析后达到对目标物体的信息采集、无线控制的功能。控制中心使用 RFID系统即可实时管理和控制赛事车辆专道的车辆和交通信号灯。

3.2交通信号控制系统

主要负责对所检测的车辆频率进行分析处理，进而对交通信号灯进行时间上的控制交通信号，实现对赛事专道路口交通信号的实时控制、进行区域协调控制、中心和本地的优化控制。

3.3交通诱导发布系统

为信息发布的关键组成部分。交通诱导系统，也称为交通路线引导系统或车辆导航系统，是基于电子、计算机、网络和通信等现代技术，根据出行者的起讫点向道路使用者提供最优路径引导指令，或者通过获得实时交通信息帮助道路使用者找到一条从出发点到目的地的最优路径。交通诱导发布系统是交通诱导系统的重要组成部分，主要是指通过车载终端、电台及电视台、Internet、外场诱导显示设备（可变交通信息板和交通诱导显示屏）把交通诱导信息发布出去。

3.4专道电子警察系统

电子警察系统通过先进的光电、计算机、图像处理、模式识别、远程数据访问等技术，利用每一辆车对应唯一的车牌号的条件，对监控路面过往的每一辆机动车的车辆和车号牌图像进行连续全天候实时记录。以地感线圈与视频检测进行车辆检测，当运动目标超过限速值时或路口信号在红灯状态下，（一体化）高清摄像机进行违章车辆抓拍，完整抓拍车辆违章过程的多张图片。图片清晰显示信号灯状态、停车线位置、违法车道、违法车辆的车牌号码、车牌颜色、车身颜色、车辆类型、违法时间、地点、车速和行驶方向等信息。所有抓拍数据通过网络传回到交警数据中心进行处理。通过此信息与对应地区的车辆管理数据库相连接，分析并获取当前车辆信息，同时生成违法图像和速度信息数据库，该数据具备联网查询功能。

3.5高清视频监控系统

为路况信息采集的关键组成部分。赛事车辆专道安装高清视频监控摄像机，通过控制主机，操作人员可发出指令，进行控制及对镜头进行调焦变倍的操作。利用特殊的录像处理模式，可对图像进行录入、回放、处理等操作，使录像效果达到最佳。高清视频监控系统系统需要实现两级监控架构，前端高清信息采集点分别汇聚到2个分控中心，并由1个总控中心进行管理。分控中心作为前端信息点的汇聚地，主要为信息点提供存储服务，兼具分控功能。总控中心是系统的管理中心，兼具总控功能。系统实现移动侦测上传到总控中心，借助高清摄像机实时采集现场图像，高清摄像机接入监控专用网络，若附近有报警信息点，可借助高清摄像机将报警信号传回监控中心。每个分控中心机房部署存储设备，可为大容量磁盘阵列或嵌入式 NVR，为高清摄像机提供存储服务；（若需要）可部署流媒体服务器，将实时数据流转发给分控中心和总控中心的客户端/解码器。分控中心监控室设置客户端，对管辖区域内的高清摄像机施行实时监控和远程控制。总控中心机房部署管理服务器，对监控专网内的高清摄像机、存储设备、解码设备、流媒体转发服务器实行集中管理，监测设备的运行状态；当分控端报警时显示报警信息。

3.6北斗定位系统

为车辆位置信息采集的关键组成部分。北斗定位系统具备定位与通信功能，无需其他通信系统支持，覆盖中国地区，全天候服务，无通信盲区，无依托地区数据采集用户数据传输应用，自主系统，高强度加密设计，安全、可靠、稳定。卫星导航将有利于减缓交通阻塞，提升道路交通管理水平。通过在车辆上安装卫星导航接收机和数据发射机，当车辆在道路行驶时，利用卫星导航精确定位与测速的优势，可实时确定车辆的瞬时位置信息，并且实时转发到中心站，这些位置信息可用于道路交通管理。通过将北斗卫星导航系统与RFID系统的有效结合，区域内的车辆位置信息能被控制中心发现，有效预测大型赛事带来的交通拥堵，能够及时避免交通进一步恶化，提高赛事车辆专道运营效率。

4 多系统联动技术实现赛事车辆专道的优先管控

4.1RFID系统与交通信号控制系统联动

基于 RFID检测技术的交通信号灯实时控制系统联动的主要工作原理如下：在交叉路口交通信号灯上游的适当位置安装天线和阅读器，阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当装有 RFID 标签的车辆进入天线工作区域时产生感应电流，RFID 标签获得能量被激活并发送出自身信息；接收天线接收到标签发送来的信息，经天线调节器传送到阅读器，阅读器读取信号并对其进行处理，当检测到有车辆通过时，内置计数器加1，周而复始下去读写器就会记录下单位时间内所通过的车辆总数，进而得出单位时间内所通过的车辆频率，再将这一频率传递给中央控制处理系统，中央控制处理系统根据反馈的不同车辆频率，做出不同的时间决策，并将这一指令发送给交通信号灯控制系统，改变交通信号灯的转换周期，实现交通系统的实时智能化控制。系统原理的具体流程如图4所示。

图4　系统原理具体流程图

射频识别技术应用在交通中的交叉路口实时信号当中，可以智能高效地读取通过车辆的基本信息，并检测出该路段的交通量，这一信息将作为信号管理与控制系统进行信号配时的重要参数，控制中心经分析计算得出信号配时方案，通过物联网络迅速反馈到相应路段的显示终端。RFID系统联动交通信号系统，实现路口交通信号灯自动优化配时方案，均衡交通流的分布，达到减少停车次数、延误时间的交通疏导效果，大大提高了交通信号控制系统应对道路交通实时情况的应变处理能力。

4.2RFID系统与交通诱导发布系统联动

交通诱发布导系统以RFID系统为核心，在相应外设和接口电路的基础上组成硬件系统，通过RFID系统获取和传输信息，控制中心再对车流量、车主身份、路况等数据进行储存和分析，为实现赛事专道管理提供数据监控，同时为车主提供实时信息发布和交通查询等服务。RFID系统与交通诱导发布系统联动，给予实时路径诱导，可以按照覆盖范围的不同分为不同层次，其硬件系统分布为数据库服务器、控制中心主机、因特网、车辆标签，可变交通信息板，车载导航系统，交通诱导屏等要素，其结构如图5所示。

图5　RFID系统与交通诱导发布系统联动图

通过RFID系统的控制中心，当RFID标签车辆进RFID磁场区间时，可以经由交通诱导发布系统进行路线导航、交通信号灯控制、交通流量控制、超速警告、实时流量统计、故障通告、拥挤程度通告、交通状况信息转告等交通信息管理。

4.3电子警察系统与交通诱导发布系统联动

将视频技术应用于电子警察系统, 作为整个系统的网络前端监控点，以其全天候、全天时、实时监控等特点在加强道路交通管理、弥补警力不足等方面发挥着重要作用。电子警察系统安装在交通路口，对路口视频图像的捕获、存储和处理。电子警察可摄取近景和全景图片，近景图片用于读取车牌号码，全景图片则反映路口情况，包括红灯、违章车辆位置等。

电子警察系统联动交通诱导发布系统，是通过电子警察系统对交通车辆出行超速、逆行、变道、压线、不按车道行驶等违章行为监测抓拍的同时，将采集到违章车辆信息发送给控制中心，通过交通诱导发布系统对车辆发出警告。电子警察系统与交通诱导发布系统联动，可记录全面的交通流量信息，不但支持车辆布控、黑名单车辆报警功能，而且可实现全天候无人值守自动监测，将违章信息通过交通诱导发布系统实时发布。

4.4北斗定位系统与视频监控系统联动

整合北斗定位监控和视频监控两大系统，实现对车辆进行实时监控调度，防止超速/超载/疲劳驾驶，确保车辆与司乘人员的安全，提高交通处理突发事件的能力，能够保证车辆移动过程的数据和音视频的正常通信，为交通事故分析提供科学的参考依据，保障驾驶员的合法权益。北斗定位系统联动视频监控系统，可以实时定位车辆的位置，是全数字化、智能化、网络化、系统化无线监控系统的典型代表；视频监控系统可实时或定时地传输车载设备内的视频数据。

5 结束语

随着超高频RFID技术在近年来的蓬勃发展，在智能交通领域，该技术也有了很多应用。本文所提出的超高频RFID技术与北斗定位系统、电子警察系统、高清视频系统交通诱导发布系统的多系统联动工程设计思想，为大型赛事实现了多渠道监控、个体识别、实时定位、交通信息服务、数据通讯、处理、发布及交通“车联网”的智能控制。

[1] 郭军.RFID技术在城市道路交通管理中的应用[J].交通建设与管理,2009,(8):84-86.

[2] 孙海霞,薛茹.RFID系统的组成及工作原理[J].西藏科技, 2005,(9):59-60.

[3] 张志.高速公路高清视频监控系统的构建[J].中国交通信息化,2011,(4):99-102.

[4] 张欢欢.基于RFID检测技术的交通信号灯实时控制系统的研究与设计[J].中国水运月刊,2010,(11):83-84.

[5] 张荣学,陈益强,刘军发,等.一种基于车载北斗定位终端的实时路况感知系统.中国:CN102903240 A[P].2013-01-30.

Special vehicles control construction & application of great events on ultra-high frequency technology

An engineer system of special vehicles control in great events based on the uhf RFID technology is introduced in this paper, which applies uhf FRID technique, combining with the traffic signal control system, traffic induced publishing system, traffic designed electronic police system, HD video monitoring system and Beidou navigation system, to form Multiple system linkage technique to realize Priority control of event special vehicles so as to solve traffic problems because of great events, reduce the cost of vehicle management, promote professional standard of event traffic management.

UHF RFID; RFID; special vehicles control; great events

U12

A

1008-1151(2015)11-0008-04

2015-10-12

苏红帆（1971－），男，广西南宁人，供职于南宁市公安局交警支队，硕士，从事交通管理信息化和软件工程、智能交通系统工作。