0 引 言

　　隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)動車的增加，城市道路的交通壓力逐漸增大。在城市道路交叉口處，交通設(shè)施建設(shè)滯后以及管理措施不夠完善等原因，致使交叉口的擁擠越來越嚴(yán)重，從而影響城市道路水平的發(fā)揮。城市道路交叉口的交通狀況比較復(fù)雜，同時(shí)也成為制約城市道路功能的瓶頸。城市交通量是描述城市交通流特性的最重要的參數(shù)。調(diào)查交叉口交通量的目的，是為道路規(guī)劃、建設(shè)及交通營運(yùn)管理與控制，提供有關(guān)交通酌組成、分布及流向、車速、延誤、停車等數(shù)據(jù)，以便對交叉口的道路運(yùn)行效能做出準(zhǔn)確的評價(jià)。因此，對平面交叉口交通特性進(jìn)行研究是找出擁堵原因，提高交叉口通行能力的前提條件。

　　1 系統(tǒng)概述

　　本文采用RFID( radio frequency identifica-tion)技術(shù)檢測進(jìn)入交叉路口的車道流量數(shù)，RFID技術(shù)在交通信號控制系統(tǒng)中主要應(yīng)用于交叉口車流量、分向流量、車速和排隊(duì)長度的檢測。能夠?qū)徊婵诟飨辔恍盘栠M(jìn)行配時(shí)優(yōu)化提供精確的車流量統(tǒng)計(jì)，從而能夠自適應(yīng)的控制整個(gè)交叉口的車輛通行，保證車輛通行質(zhì)量。

　　1.1 RFID簡介及原理

　　1)簡介。RFID是1種簡捷的、短距離(約10多m)、抗沖突、利用散射原理的900 MHz頻段的無線識別通信系統(tǒng)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID技術(shù)用于識別、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由1個(gè)詢問器(或閱讀器)和很多應(yīng)答器(或標(biāo)簽)組成。

　　2)原理。RFID電子標(biāo)簽附著在車輛擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)，電子標(biāo)簽中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù)。閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標(biāo)簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自動識別物體的目的。閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入磁場時(shí)產(chǎn)生感皮電流獲得能量;射頻標(biāo)簽將自身編碼等信息通過天線發(fā)送出去;系統(tǒng)接收天線收到從射頻標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號，經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進(jìn)行解調(diào)和解碼然后送到后臺主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)處理;進(jìn)入磁場標(biāo)簽的合法性由主機(jī)系統(tǒng)根據(jù)邏輯運(yùn)算來判斷，針對不同的設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作。見圖1。

　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

　　RFID技術(shù)最早開始應(yīng)用于第2次世界大戰(zhàn)期間，至今已經(jīng)有60多年的歷史，使用RFID技術(shù)的是美國國防部軍需供應(yīng)局。隨著RFID理論基礎(chǔ)的確立，RFID技術(shù)逐漸從概念步入到商業(yè)應(yīng)用階段。

　　從全球的范圍來看，美國政府是RFID應(yīng)用的積極推動者，在其推動下美國在RFID標(biāo)準(zhǔn)的建立、相關(guān)軟硬件技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域走在世界前列。目前，美國、英國、法國、意大利和日本等國家均有較為成熟且先進(jìn)的RFID產(chǎn)品。

　　目前美國及歐洲等國家在交通、車輛管理、身份識別、生產(chǎn)線自動化控制、倉儲管理及物資跟蹤等領(lǐng)域已經(jīng)開始逐步應(yīng)用RFID技術(shù)。

　　我國已經(jīng)將RFID技術(shù)應(yīng)用于鐵路車號識別、身份證和票證管理、動物標(biāo)識、特種設(shè)備與危險(xiǎn)品管理、公共交通以及生產(chǎn)過程管理等多個(gè)領(lǐng)域。

　　如何將RFID技術(shù)應(yīng)用于交叉口的各種數(shù)據(jù)參數(shù)檢測，目前還沒有相關(guān)的研究報(bào)告。

　　1.3 系統(tǒng)構(gòu)成

　　RFID系統(tǒng)由3部分組成：

　　電子標(biāo)簽(tag)。由天線及芯片組成，每個(gè)標(biāo)簽具有惟一的電子編碼，支持IS018000 - 6C或6B標(biāo)準(zhǔn)，安裝在車輛上標(biāo)識車輛牌號等信息，其中保存有約定格式的電子數(shù)據(jù);受到無線電射頻信號照射時(shí)，反射回?cái)y帶有數(shù)字字母編碼信息的無線電射頻信號，供閱讀器處理識別。其工作頻率在國內(nèi)為920～925 MHz.

　　閱讀器( reader)。用以產(chǎn)生、發(fā)射無線電射頻信號并接收由電子標(biāo)簽反射回的無線電射頻信號，可遠(yuǎn)距離、無接觸讀取并識別電子標(biāo)簽中保存的車輛數(shù)據(jù)信息。從而達(dá)到自動識別車輛的目的。必要時(shí)，還可向標(biāo)簽寫入信息，進(jìn)一步通過計(jì)算機(jī)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)車輛信息的采集、處理及遠(yuǎn)程傳送等管理功能。采用廣播發(fā)射式射頻識別和反射調(diào)制式射頻識別。

　　高性能天線( antenna)。也稱路測標(biāo)識，用于在電子標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號。見圖2。

　　1.4 系統(tǒng)功能

　　在智能交通系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集模塊占有重要地位。系統(tǒng)根據(jù)前端采集的交通狀態(tài)信息，有針對性地調(diào)整交通信號控制策略。信號配時(shí)的準(zhǔn)確度與交通量的測量方法也有很大關(guān)系。在智能交通控制過程中，信號機(jī)要根據(jù)實(shí)時(shí)采集的車輛信息來選擇路口控制模式。本設(shè)計(jì)基于RFID技術(shù)進(jìn)行車流量的檢測，可以成為智能交通系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊，同時(shí)對信號控制配時(shí)研究起著重大的作用。這種方案只需對車輛粘貼相應(yīng)的電子標(biāo)簽，在交叉口各進(jìn)口停車線處安裟RFID讀寫設(shè)備對進(jìn)入交叉口車輛進(jìn)行車流統(tǒng)計(jì)。

　　RFID閱讀器一體機(jī)安裝于道路龍門架上，4個(gè)車道分別對應(yīng)4個(gè)天線，實(shí)時(shí)讀取車輛標(biāo)簽信息，并將該信息傳送本地控制器作分析處理。本地控制器將分析完后的數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式傳送到信息中心服務(wù)器。這是系統(tǒng)的基本工作流程。信息中心系統(tǒng)對收集到的信息作進(jìn)一步分析，獲取如車輛流量、平均車速、占有率、車輛種類、車輛停止偵測及轉(zhuǎn)向比等重要交通信息。見圖3。

　　1.5 系統(tǒng)特點(diǎn)與優(yōu)勢

　　1)使用壽命長。RFID超高頻無線電通信方式，可以應(yīng)用于粉塵、油污等高污染環(huán)境和放射性環(huán)境，備具防水、防磁、耐高溫、全天候工作性能;

　　2)全天候穩(wěn)定工作。不受黑夜、雨霧、風(fēng)雪、雷電、酷暑嚴(yán)寒、粉塵風(fēng)沙等惡劣天氣影響，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

　　3)識別距離遠(yuǎn)、速度快：能正確采集識別高速行駛在120 km/h下的車輛信息;標(biāo)簽以20次/s左右的頻率與閱讀器進(jìn)行讀取通信，具有信息采集量與存儲量大、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性高以及成本較低等優(yōu)點(diǎn);

　　4)動態(tài)實(shí)時(shí)通信。系統(tǒng)檢測到車輛后即時(shí)傳送到中心系統(tǒng)，具有非常高的實(shí)時(shí)性。

　　5)數(shù)據(jù)傳輸方式靈活。RFID檢測設(shè)各可以適用于任何現(xiàn)狀交叉口，即可通過無線方式也可通過有線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)配置靈活、方便、快捷。

　　6)便于維護(hù)。RFID檢測設(shè)備安裝于交叉口桿件上，相對于線圈檢測而言，維護(hù)更方便，效率更高。

　　2 方案實(shí)現(xiàn)

　　2.1 系統(tǒng)框架及采集流程

　　當(dāng)車輛進(jìn)入交叉口檢測范圍內(nèi)，通過RFID閱讀器對道路車輛數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，將采集的車流數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至后臺中央處理器，信息中心系統(tǒng)對收集到的車流數(shù)據(jù)信息作進(jìn)一步分析處理，獲取如車輛流量、平均車速、占有率、車輛種類、車輛停止偵測及轉(zhuǎn)向比等重要交通信息，進(jìn)行讀取編碼、相位車流量劃分及車流統(tǒng)計(jì)。見圖4。

　　2.2數(shù)據(jù)檢測的處理模塊

　　RFID閱讀器通過微波天線不停地從指定區(qū)域收集車流數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)都通過網(wǎng)絡(luò)傳遞到后臺應(yīng)用系統(tǒng)。閱讀器讀取裝有電子標(biāo)簽的車流數(shù)據(jù)，并將標(biāo)簽數(shù)據(jù)作為車流數(shù)據(jù)傳遞到消息系統(tǒng)中。在消息系統(tǒng)中，將整個(gè)交叉口檢查所得到的車流量數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲處理模型，此模型作為交叉口的實(shí)時(shí)動態(tài)車流量統(tǒng)計(jì)，建模宗旨是為了得到最優(yōu)飽和長度為L(根據(jù)交叉口排隊(duì)長度來確定取值)路段的進(jìn)口道車流量數(shù)與轉(zhuǎn)向車道的車流量數(shù)的關(guān)系模型，即為短時(shí)間內(nèi)從t時(shí)刻到t+1時(shí)刻進(jìn)入交又口流量相位劃分的關(guān)系模型。RFID閱讀器分別對各個(gè)進(jìn)口道以及各進(jìn)口車道進(jìn)行車流量采集，交叉口的進(jìn)口道數(shù)用i表示，交叉口進(jìn)口車道數(shù)用J表示，下面以常規(guī)的4交叉口的1個(gè)進(jìn)口道建立在飽和長度為L路段的進(jìn)口道總的車流量與進(jìn)口車道的轉(zhuǎn)向車流量關(guān)系模型。見圖5。

　　在交叉口各個(gè)進(jìn)口道停車線處設(shè)置RFID檢測讀寫器，在路段i的t時(shí)刻檢測的進(jìn)口道車流為N_i(t)(i=l，2，…，i為進(jìn)口車道)，停車線處的轉(zhuǎn)向車道的車道流量為n_j(t)(j=1，2，…，J為車道數(shù))，路段i在飽和長度為L下分為N_k個(gè)長度為i的小段，小段車道數(shù)記為λ_i。在交通控制的需求下，道路網(wǎng)絡(luò)交通流模型為時(shí)空離散化的模型。交叉口進(jìn)口路段i的第k小段在t時(shí)刻的交通狀態(tài)用密度、速度和流量表示，分別記作P_ik(t)、V_ik(t)和q_ik(t)，在t時(shí)刻，N_i(t)進(jìn)入交叉口停車線的流量與轉(zhuǎn)向車道流量建立模型為

　　式中：N_i(t+1)為進(jìn)入交叉口停車線的動態(tài)變化的車輛數(shù);n為進(jìn)口車道數(shù)j的取值(n=l，2，…)。則在t+l時(shí)刻，進(jìn)入飽和長度L路段變化的車流量N_i(t)的變化模型為

　　式中：T為模型取樣周期;r_ikj=p_ikj/p_ij為交通組成比例。

　　RFID系統(tǒng)本身具有數(shù)據(jù)處理的功能，因應(yīng)用的領(lǐng)域不同，數(shù)據(jù)處理規(guī)則不同。將RFID技術(shù)應(yīng)用在交叉口做流量檢測，根據(jù)各個(gè)交叉口的參數(shù)需求，自定義處理規(guī)則，建立相應(yīng)的處理模型，完成系統(tǒng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和管理任務(wù)，當(dāng)事件滿足一定條件時(shí)，會自動的觸發(fā)相應(yīng)的動作。

　　2.3交叉口安裝具體位置

　　在交叉口進(jìn)口停車線處(以4車道為例)，安裝道路龍門架上，分別對應(yīng)4個(gè)車道設(shè)置4個(gè)天線，按典型交叉口道路環(huán)境預(yù)測，4個(gè)方向進(jìn)口分別有左轉(zhuǎn)1車道、直行2車道、右轉(zhuǎn)1車道，按1個(gè)閱讀器配2個(gè)天線計(jì)算，整個(gè)交叉口需要布量4個(gè)交通參數(shù)檢測剖面、合計(jì)8臺閱讀器、4臺4口交換機(jī)將全部閱讀器進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，4個(gè)交通參數(shù)檢測剖面將交通量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)送到信號機(jī)處理中心進(jìn)行匯總處理。見圖6。

　　3 結(jié)論與建議

　　1)本文所提出的基于RFID的交叉口流量檢測，是1種新型的交叉口流量檢測方法，是以RFID技術(shù)檢測器作為基礎(chǔ)的，將車輛檢測器安裝在交叉口進(jìn)口停車線處，根據(jù)檢測器的車輛數(shù)量和能夠反映交通飽和程度的車輛時(shí)間占有率。

　　2) RFID在路費(fèi)征稽、高速公路或各種停車場收費(fèi)中的應(yīng)用體現(xiàn)為不停車收費(fèi)，高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)是RFID技術(shù)最成功的應(yīng)用之一。

　　3)將RFID技術(shù)應(yīng)用在交叉口流量檢測，可以實(shí)時(shí)、高效的監(jiān)管交叉口交通情況，并且能夠?yàn)榻徊婵谧赃m應(yīng)信號配時(shí)提供精確的車流數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)布信號燈相位信息，疏導(dǎo)交通，以達(dá)到強(qiáng)化交通指揮，有效提高交叉口的通行力的目的，從而實(shí)現(xiàn)交叉口的智能控制。

　　4)基于RFID技術(shù)的數(shù)據(jù)采集，在智能交通信息采集及交叉口管理中都具有很好的應(yīng)用前景。

　　5)隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，RFID技術(shù)的逐漸成熟，RFID產(chǎn)品價(jià)格也將在可取范圍之內(nèi)。

　　當(dāng)然，基于RFID的交叉口流量檢測，存在的問趣是進(jìn)入交叉口的車輛必須安裝有電子標(biāo)簽。本文只在流量檢測上建立了相關(guān)的處理模型，對該模型的驗(yàn)證以及交叉口的其他重要參數(shù)的獲取，還需要進(jìn)一步探討。為了提高交叉口通行能力，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)RFID技術(shù)能夠應(yīng)用于交叉口各種數(shù)據(jù)檢測，還需要在實(shí)際的信號控制系統(tǒng)中得到充分驗(yàn)證。同時(shí)還希望與我國交通信號控制領(lǐng)域的工作者共同努力，對此技術(shù)作進(jìn)一步改善，為實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新的交通信號控制系統(tǒng)做出貢獻(xiàn)，在智能交通中得到很好的運(yùn)用。