基于有源RFID技术的BRT快速公交管理系统.docx

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基于有源RFID技术的BRT快速公交管理系统

基于有源RFID技术的BRT快速公交管理系统

1.引言

1.1成功案例与项目介绍

1.1.1快速公交BRT1号线

2012年12月参与BRT一号线智能交通项目顺利验收，从科技手段上有效地保障了BRT公交车辆的“信号优先”和“路权优先”。

全长约34公里的港城BRT一号线，是迄今为止国最长的BRT线路,结合公司提供有源RFID射频产品和技术，为“信号优先”和“路权优先”的科技保障提供了先进的解决方案，从运营使用情况来看，达到了设计预期效果，得到了用户的好评

1.1.2快速公交BRT2号线

2009年8月参与快速公交BRT2号线的设计开发，为BRT项目提供有源RFID射频产品和技术，保证了项目的顺利实施验收与运营；

1.1.3快速公交BRT1号线

2011年1月参与快速公交BRT1号线设计开发，为BRT项目提供有源RFID射频产品和技术，保证了项目的顺利实施验收与运营；

1.1.4快速公交BRT1号线

2011年7月参与快速公交BRT1号线设计开发，为BRT项目提供有源RFID射频产品和技术，保证了项目的顺利实施验收与运营；

1.2术语与缩写解释

术语

解释

RFID\射频识别

一种通信技术，可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光学接触

RFID有源射频卡

由嵌入式处理器及其软件、卡发射和接收天线、收发电路和高能电池组成，特殊编号预存储于微控制器中，并间断发射唯一的加密识别码无线电信号。

卡高能电池为有源卡正常工作提供能量，卡电池可更换。

定向读写器

  由信息采集、处理、信息传输、嵌入式软件组成，其主要功能是完成对车辆识别编码输出信号的实时采集、处理。

智能交通控制系统（信号控制机柜） 

接收交通信号机发送的公交优先申请指令，实现交叉路口绿灯延迟，红灯早断

2.项目背景

2.1现状分析

　快速公交系统作为一种新型的客运模式，以其工程投资少、建设周期短、环境污染小、运输效率高等优点而被认为是解决城市交通拥堵问题的有效方式之一，并在世界围得到成功地推广和应用。

在世界诸多城市建设快速公交系统的大力影响和我国相关政策的有力推动下，国交通界和各大城市开始把快速公交系统推到了缓解城市交通压力的前台，今后5年，国将有10座以上的城市建成快速公交系统，预计其总长度将达到300～500公里，日客流量达到200～400万人次；

公共交通是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的重要手段，是大城市解决交通问题的主要方向。

随着城市规模的扩和经济水平的发展，城市居民对于改善出行条件的需求尤其是公共交通的便捷性问题越来越迫切；

公司在这个大背景下，通过大力发展物联网技术来改善我国的城市公交建设水平，提高服务质量，开发了基于RFID技术的快速公交信号优先控制智能化管理系统；

2.2系统建设意义

1.降低公共线路行程时间，减少公共车辆交叉路口延误；

2.减少公共车辆停车次数，提高公共车辆行车稳定性及准确率，提高公交服务水平；

3.减少干线上社会车辆延误和车辆的排队长度；

4.减少车辆能源消耗、人力和运载设备；

3.系统概述

3.1系统设计原则

系统研发与建设遵循以下原则：

注重整体规划

快速公交信号优先控制智能化管理系统由三部分组成，第一，快速公交信号优先控制系统核心硬件（包括：

2.4G有源电子标签、定向读写器）第二，快速公交信号优先控制系统平台（包括路口控制子系统、信号通讯子系统、智能交通控制）；第三，硬件中间件（包括信号控制机、工业级交换机、机柜、PC机、服务器、不间断电源等）；

立足自主研发

系统建设的核心技术采用市场通用的标准2.4G有源微波频段，公司提供的所有核心设备都拥有完全自主知识产权，2.4G微功耗技术，对远距离移动车辆的自动识别和非接触性信息采集处理，把先进的信息技术、数据通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于地面交通管理体系，从而建立起一种大围、全方位发挥作用，并且实时、准确、高效的交通管理系统。

实现公交信号优先的目的；

着眼未来发展

在系统整体架构、服务设备选型、有源电子标签功能选型、基础数据采集等方面，均充分考虑后续功能的实现，兼顾设备的兼容性、系统的扩充性、功能的扩展性和应用的多样性；

强化系统规

系统开发和资源建设符合统一的技术规和表征体系，注重开发工作的连续性和共享性，注意为后续系统的研发、推广留有规的数据及控制接口。

统一开发应用技术、数据存储格式、信号传输制式、互联接口模式等技术指标；

发挥建设效益

系统开发与建设要结合交通区域现有实际情况，在现有系统基础上进一步加强交通的管理工作；按照统筹规划、边建边用、逐步完善的建设思路，充分发挥建设效益；

3.2系统工作原理

快速公交信号优先控制智能化管理系统指交通信号系统对BRT车辆在“时间”上给予的优先，它主要体现在：

当BRT车辆行驶到十字路口附近时，交通信号系统识别到车辆并判断车辆的运行方向，为公共汽车提供优先通行信号。

快速公交信号优先控制智能化管理系统主要包含有源电子标签和基站式定向读写器。

它的基本工作原理和特点是RFID基站式定向读写器检测到BRT车辆接近交叉路口时，即向路口信号机发送请求信号，同时RFID基站式定向读写器对检测到的BRT车辆进行身份识别，并将该信息通过专用通讯光纤实时传至交通信号控制系统，交通控制系统中心即下达指令给路口信号机进行配时调整。

BRT车辆的交通控制系统配时采取两种方案：

（1）当BRT车辆接近路口遇绿灯时，则适当延长当前的绿灯相位时间8秒，保证BRT车辆顺利通过路口；

（2）当BRT车辆接近路口遇红灯时，则缩短红灯信号周期，提前8秒转入BRT车辆行驶的绿灯相位，从而减小BRT车辆在交叉路口的延误时间；

3.3系统总体设计示意图

3.4系统功能介绍

当车辆到达交叉口，RFID读卡器读到标签，获取车辆信息;通过与智能调度系统交互获取车辆实时调度状态，包括是否晚点、是否快车调度以及满载率等，根据车辆实时状态，生成请求;之后信号优先系统向交通管理部门提出优先申请，交管部门系统在原有的计划信息，实时调度信息的基础上，对请求进行处理，最后给出优先结果;在车辆离开定位区域之后，信号控制系统进入信号状态恢复状态，直到信号状态恢复，完成信号优先调度过程；

3.5系统中间件软件

交通信号控制系统

交通信号控制系统是智能交通管理系统的重要子系统，在构建快速公交信号优先控制智能化管理系统中起到神经中枢的作用。

当RFID基站式定向读写器检测到BRT车辆进行身份识别，并将该信息通过专用通讯光纤实时传至交通信号控制系统，交通控制系统中心即下达指令给路口信号机进行配时调整；

3.6系统总体建设规划

快速公交信号优先控制智能化管理系统的设计包括智能公交调度系统、BRT车辆信号优先控制系统。

二个部分互为独立又密切关联，共同形成了交通领域智能化，信息化管理；

以下我们从快速公交信号优先控制智能化管理系统2个组成部分详细讲解。

3.6.1BRT车辆信号优先控制系统

在离路口 100-200米处安装好RFID基站式定向读写器，当公交车接近路口时，车头的2.4G有源电子标签和装在路边的RFID基站式定向读写器相呼应，读写器信号与交通指挥中心的交通信号控制系统联结，路口的交通信号灯就会变化：

让BRT车辆专用车道方向的绿灯延长，或红灯缩短；

3.6.2硬件组成

1）RFID基站式定向读写器，离路口80-100米处安装好RFID基站式定向读写器，用于读取BRT车辆上有源电子标签信息，并通过串口485或者RJ45、继电器输出，和交通指挥中心与交通信号控制系统联接，做信号的传输通讯；

2）RFID有源射频卡，安装在每台受控的BRT车辆，进行车辆信息身份识别；

3）交通信号控制机，进行交通信号的配时调整，达到绿灯延迟，红灯提前；

3.6.2硬件安装注意事项

1）RFID基站式定向读写器，需注意安装位置，高度，接头防水（电源接头、网络接头）、天线面板的安装角度；

2）RFID有源射频卡在BRT车辆上的安装位置，可以捆绑或者悬挂，粘贴在车辆前面挡风玻璃或者车辆后视镜上；

3）光纤通信系统安装主要注意接头防水；

4.硬件设备介绍

4.1RW-R902基站式定向读写器

识别距离：

0～150米

识别速度：

200公里/小时

识别能力：

同时识别500以上的标签

识别角度：

定向（垂直30°水平30°）

极化方式：

圆极化（更适合标签朝向多变的应用）

增   益：

16dBi 接收32级可调、发射4级可调

工作频段：

2.4GHz～2.4835GHz

功耗标准：

工作功率为毫瓦级

通信机制：

基于HDLC时分多址和同步通信机制

抗干扰性：

频道隔离技术，多个设备互不干扰

安全性：

加密计算与安全认证，防止链路侦测

接口标准：

RS232、RS485、Wiegand26、RJ45、TTL、WiFi等可选

扩展I/O ：

开关量信号输入与输出各2路（可选）

电源标准：

DC7.5～12V  500～1000mA

封装特性：

正面ABS工程塑料，背部铝合金腔体

可靠性：

防雷防水防冲击，满足工业环境要求

尺   寸：

268×268×80mm

重   量：

2.1kg

安装方式：

U型专用金属安装套件

4.2RW-T908超薄式电子标签

识别距离：

0～150米可调

识别速度：

200公里/小时

识别能力：

具备200/秒的防冲突性能

识别方式：

全向识别

固定增益：

0～3级可按需选定

工作频段：

2.45GHz

通讯速率：

250K、1M、2Mb/s

通信机制：

 基于HDLC时分多址和同步通信机制

抗干扰性：

频道隔离技术，多个设备互不干扰

安全性：

加密计算与安全认证，防止链路侦测

功耗标准：

平均工作功率为微瓦级

电池配置：

软包锂锰电池，容量750mAh

使用寿命：

3～5年左右，可更换电池

电压检测：

电压低于预设值时以无线提示（可选）

封装特性：

ABS+PC材质，抗高强度跌落与振动

环境特性：

工作温度－40℃～85℃

工作湿度＜95％

可靠性：

防水防冲击，满足工业环境要求

外   形：

方卡型，可提供OEM定制服务

尺   寸：

86×54×3.8mm

重   量：

17g

安装方式：

双面胶粘贴或挂扣