RFID城市车辆定位与导航系统//- 1 -RFID城市车辆定位与导航系统望诚北京邮电大学电子工程学院，北京（1<0<0876）摘要：城市交通的不断发展，要求对车辆实现准确地定位和导航已经成为了一种未来必然的趋势。

而 RFID技术作为一项有着巨大应用前景的技术，已经在物流、运输、城市交通等各个行业得到了飞速的发展和应用，本文在分析当前城市车辆现有的定位技术的基础上，就RFID 实现城市车辆定位提出了一种新方案，详细介绍了 RFID 城市交通定位系统的各个组成部分、工作原理以及系统实施的可行性、具体前期应用领域等问题。

关键词：ITS，RFID，车辆定位与导航1. 引言伴随着各项科学技术和应用技术的不断发展和进步，城市交通也已经开始逐渐走向了智能化、人性化的道路，从而产生了智能交通系统（Intelligent TrafficSystem，ITS）的概念，它是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术、传感器技术以及计算机处理技术等各种技术有效地综合运用于交通系统中，从而实现对交通系统更加准确，实时，高效地综合管理和控制，最大限度地实现人、车、路之间的和谐统一。

其中智能交通发展的一个重要方向就是对于城市交通中车辆的准确定位和导航，已经成为了许多行业（如公交、消防、紧急救护、交通事故处理等）发展的一种必然的需求。

2. 现有的城市交通车辆定位与导航系统2.1 GPS车辆定位与导航系统GPS（Global Positioning System，全球定位系统）是目前发展已经较为成熟的一项定位和导航技术，并且已经得到了较为广泛的实际应用。

它是利用美国的24颗（其中3颗备用）空间卫星来达到全球范围的覆盖，从而实现全球、全天候、全方位的定位与导航功能。

GPS系统主要包括地面控制部分，空间卫星部分和地面用户装置（GPS接收机终端）三个组成部分。

目前在城市车辆定位和导航中也已经得到了较为广泛和成功的应用，其定位精度一般为2<0m～3<0<0m。

2.2 A-GPS定位与导航系统A-GPS（Assisted GPS，网络辅助 GPS），它是对 GPS系统的一种改进，在 GPS的基础上增加了通信基站，从而利用基站的确切位置和接收到的 GPS 卫星相关信息实现更加精确的定位和导航，其精度可以达到 1<0m左右。

2.3 北斗定位系统北斗定位系统是我国自主研发的区域性卫星定位系统，它是专门针对我国国内定位与导航而建立的系统，它由两颗地球静止轨道卫星，一颗备用卫星、中心控制系统、标较系统和用户终端机等部分组成。

但是由于系统的特殊工作原理，决定了系统定位的精度上不及 GPS，同时对于地面网络的依赖程度也非常大，所以不太适合目前城市特殊区域的精确定位和导航应用，只能实现大范围内的粗略定位与简单导航。

此外还有诸如小区定位，E-TOD（Enhanced Observed Time Difference，增强型时钟差）//- 2 -等定位技术，但是由于它们都主要应用在手机移动终端的定位，所以这里不再赘述。

通过以上各类现行交通车辆定位与导航系统的简单介绍和分析，虽然它们都有着各自的优势，但是针对城市交通定位功能来说它们却都有着以下几个共同的缺陷：1. 全部都属于开放式定位系统，即一旦网络或者卫星信号发生问题，定位功能则无法实现；2. 在城市某些特定地区，如楼宇分布较为密集的地区，地下停车场等场所和区域，上述系统则不能实现很好的定位，也就是存在定位的“死角”区域；3. 空间立体定位的精度太低，虽然 GPS 和 A-GPS 可以实现 1<0m 以内的定位精度，但是对于空间上而言，这么大的误差范围根本区分不出同一地点上下两层车道的位置差异；4. GPS 卫星体系全部都隶属于美国，一旦发生特殊事件（如美国因为战争需要，既有可能限制民用 GPS的精度，覆盖范围等），这样就可能严重影响到我国城市民用系统的定位；即使我们国家的北斗系统，也完全依赖于通信网络，同样不是非常可靠。

由此可以看出，目前的大多数定位系统虽然能够满足城市交通车辆定位的基本需求，但是在很多特殊的区域（如楼宇密集区，大型地下停车场，同一立交桥的上下层之间的定位等）方面不能够很好地得到满足和实现。

正因为此，本文提出了一种基于 RFID 技术的城市交通定位和导航系统。

3. RFID城市车辆定位与导航系统3.1 RFID技术简介RFID（Radio Frequency Identification，无线射频识别）技术是一种利用无线射频实现非接触式自动识别目标对象的技术，它主要包含有识读器（Reader）和电子标签（E-tag）两个部分，此外还有用于数据发送和接收的天线部分（Antenna）。

RFID系统的工作原理如下图所示：图 1 RFID系统工作原理图当电子标签进入识读器的读取范围时，电子标签便收到来自识读器天线发射的射频信号的感应或辐射，从而激活标签开始工作和通信，将自身的编码信息同样以射频信号的方式传//- 3 -递给识读器，识读器即可将接收到的信号进行相应的解码处理或者传递给后台的计算机系统来做进一步深入的处理，从而实现了贴标签目标对象的自动识别。

由此可以看出，电子标签的非接触式识别、数据存储量大、同时标签的内容也可读可写等特点，决定了射频识别技术可以提供一种快速、灵活和可靠的电子方式来检测和跟踪各类目标对象[1]。

因此，近年来RFID 技术已经在物流、运输、工业生产和智能交通领域得到了极为广泛的应用。

在交通领域主要的应用有电子停车场的出入管理、自动交费管理、高速公路电子不停车收费系统、公交车辆的监控管理等。

但是在车辆定位和导航方面的应用还是显得非常不足，因此作者经过大量的调研和实际分析，提出了此 RFID城市交通定位和导航系统的设想。

3.2 系统的总体设计思想RFID城市车辆定位与导航系统的实际模拟效果图如下所示：图 2 系统模拟应用情景图在城市的道路上利用特殊的粘贴工艺技术（或地表浅层埋设方式）将 RFID 电子标签按照一定的间隔布置在公路的路面上，每一个标签唯一的标注了此道路的位置；在车载端，车辆的底盘上安装有特殊的 RFID识读器，每当汽车经过一个道路标签，识读器便会读取路面上的道路标签，并将读取到的编码信息传递给车内安装的 GIS（GlobalInformation System，地理信息系统）模块，GIS模块利用得到的编码信息，通过其车载信息数据库找出对应的电子地图上的位置点，再通过显示终端即可实现了定位功能。

而如果要实现车辆控制中心对于车辆的集中控制，则要将此位置编码信息再通过车载通信模块传递到控制中心，从而实现对车辆行踪的监控。

导航功能的实现，则直接可以在车载端完成，而不需要借助其他的网络，因为在车载 GIS 上直接输入目的地之后，即可在电子地图上确定目的地的位置点，从而根//- 4 -据现在所处的位置点和目标位置确定一条（或多条）导航路线，不需要借助外界网络或卫星信号的作用，完全实现自主导航。

3.3 系统流程图及各功能实现过程说明RFID城市定位与导航系统的结构流程图如下所示：道路RFID标签车载通信发射模块（间隔性发送）车辆底盘的识读器GIS数据处理模块车载显示终端车载通信接收模块车辆监控调度中心及GIS服务中心图 3 系统结构流程图3.3.1定位功能的实现过程车辆通过安装于底盘上的识读器获取用来标志唯一道路位置的编码信息之后，将其传递给车载端的 GIS数据处理模块，GIS根据此编码信息，结合电子地图信息数据库（GIS模块的一部分），找出此编码信息对应的电子地图上的具体的地理位置点，进而通过显示模块将其显示在电子地图上。

这样用户就可以看到自己当前所处的地理位置，实现了车辆自身定位的功能。

3.3.2 导航功能的实现过程所谓车辆导航就是要确定一条车辆当前位置和目的地位置的线路信息，假如车辆现在处于 A点，想要到达 B点，则将 B点的信息（直接输入名称即可）输入到车载 GIS模块中，车载 GIS 模块通过电子地图信息数据库将目的地位置对应找到之后，与电子地图显示上的某一点对应起来，同时在两个点之间确定一条或多条可行路线，并且显示给用户。

这样用户就可以根据电子地图上的目的地 B点和现在所处位置 A点情况，决定采取那条路线到达目的地。

可以看出本系统不需要借助外界信号或网络的辅助作用，可以利用车载模块直接独立解决导航问题。

3.3.3 监控和调度功能的实现过程在完成定位功能的同时，识读器将获取到的位置编码信息和车辆自身的唯一标志信息通过车载通信模块，利用移动通信网络数据传输方式（如 GPRS等）传递给后台监控和调度中心，调度中心根据收到的信息，结合中心的 GIS 系统就可以得知此车辆现在所处的确切位置，从而实现了对车辆的实时监控功能。

同时如果调度中心需要车辆去某一个目的地执行某项任务（如消防，医院救护等）时，调度中心就将目的地的位置编码信息通过通信网络传递给某一具体车辆，车辆得到此编码信息，并与自身电子地图上的点对应起来，从而实现导航，//- 5 -以最快的速度到达任务目的地。

所以这主要是针对特殊的行业（公交、出租、医院救护、消防等）应用才需要用到的功能，因为对于一般的私人车辆用户来讲，没必要将自己的位置信息告诉给其他方，所以这是一个可选的功能（图中用虚线分割开来）。

3.4 系统各组成部分的详细设计说明3.4.1 道路标签概念——用来唯一标志某一具体物理位置的电子标签，它与 GIS 电子地图信息数据库中的某一点具体对应，从而实现物理位置的显示和定位。

标签内的数据编码格式——电子标签的数据存储量可以达到很大，但是这里却不需要多么复杂，因为此编码数据只要能使得实际代表的地理位置的某一点与电子地图信息数据库中的某一点一一对应起来就可以了，所以编码的格式可以非常灵活，位数也不需要设计的过于复杂（这样也可以加快数据读取的速度）。

所以完全可以在目前的 GIS 电子地图中的编码格式的基础上，进行一定的改动。

即增加几个数据编码位，因为要考虑对于同一实际地理位置处上下两层（甚至更多层）车道的情况，其中增加的一个编码位用来表示是否是同一地点的信息（是则为 1，否则为 <0），之后的两个数据位则表示是之上或之下的具体的车道层数。

在电子地图显示的时候，车辆位于第一层时表示为：▲，位于同一位置之上的第二层车道时表示为：，第三层车道时则为：，位于同一位置之下的第一层则可以表示为：，同样的道理以此类推。

这样用户就可以通过电子地图上显示的不同符号来具体确定同一位置处不同的上下车道的具体位置，这对于一些紧急交通事故，消防，救护等有着非常现实和重要的意义。

标签的道路粘贴和维护——这是本系统最大的难点所在，不仅要考虑城市道路路面的情况（软硬，路面材料，路面的变形情况）、还要考虑外界的环境情况（温度的变化，雨雪天气状况），此外还要考虑到一些车辆不规则行驶对标签碾压的情形。