基于RFID的車輛定位與電子地圖顯示系統(tǒng).docx

本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)學(xué)院(部)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院題目基于RFID的車輛定位與電子地圖顯示系統(tǒng)年級2010專業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班級物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)號1029401074姓名孫琪指導(dǎo)教師紀(jì)其進(jìn)職稱教授論文提交日期2014-05-16蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文）目 錄第1章緒論11.1研究背景及意義11.1.1研究背景11.1.2研究意義11.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.3本文的主要任務(wù)與創(chuàng)新之處3第2章RFID技術(shù)42.1RFID簡介42.1.1RFID技術(shù)起源42.1.2RFID發(fā)展歷程及趨勢42.1.3RFID主要應(yīng)用52.2RFID技術(shù)原理52.2.1RFID標(biāo)簽62.2.2閱讀器72.3RFID定位技術(shù)82.4小結(jié)10第3章車輛運(yùn)行軌跡113.1地圖構(gòu)建113.2地圖顯示123.3路徑顯示133.3.1歷史路徑回放133.3.2顯示正在運(yùn)動中的對象153.4RFID在交通運(yùn)輸管理中的其他一些應(yīng)用15第4章總結(jié)與展望174.1總結(jié)174.2展望17參考文獻(xiàn)19致 謝21摘 要隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展汽車數(shù)量與日俱增，隨之也帶來了問題也越來越嚴(yán)重，加快完成對重要車輛的實(shí)時監(jiān)控很有必要。近年來掀起的物聯(lián)網(wǎng)研究熱潮進(jìn)一步推動了RFID(Radio Frequency Identification)的應(yīng)用，RFID以其可快速識別、抗污染、穿透性強(qiáng)以及安全等優(yōu)勢適應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求，為解決與汽車相關(guān)的難題提供了一個有效的解決方法。同時借助成熟的數(shù)據(jù)庫技術(shù)與電子地圖系統(tǒng)，提供一個良好的GUI(Graphical User Interface)并實(shí)現(xiàn)在電子地圖上對目標(biāo)車輛的位置以及運(yùn)動路徑進(jìn)行顯示。關(guān)鍵詞：RFID ；車輛定位 ；電子地圖 ；路徑顯示AbstractThe number of cars grows in a rocket rate with the development of modern society, it also brings along more and more problems that are very serious in some respects.Now，it is necessary for our society to speed up the project development which monitors the target vehicles in real-time. In recent years, craze for researches about Internet of Things further promotes the RFID (Radio Frequency Identification) applications. RFID adapts to the requirements of the development of IoT with its unique advantages such as quick identification, anti-pollution, strong penetration, security and so on , which provide a valid solution for solving the problems concerning cars. This article takes advance of the sophisticated database technology and electronic map system provides a comfortable GUI (Graphical User Interface) for users , and achieve the function that shows the target vehicles location and moving path on an electronic map at the same time.Keywords : RFID ; vehicle location ; electronic map ; path display21第1章 緒論1.1 研究背景及意義1.1.1 研究背景縱觀歷史我們可以看出，我們所生活的城市的規(guī)模越來越大，增長速度在19、20世紀(jì)尤其突出，究其原因必然是跟社會發(fā)展水平跟社會生產(chǎn)力相關(guān)的，貢獻(xiàn)最大重要性最高的就是交通工具1。城市規(guī)模在很大程度上與人們從一個地點(diǎn)到另一個地點(diǎn)所需要的時間有關(guān)，也就是跟交通工具有關(guān)。原始社會的步行方式，沒有交通工具可言，城市只有一個小村莊這么大，各個城市之間也近乎無往來。后來出現(xiàn)了牛車馬車，城市規(guī)模擴(kuò)大到一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的大小，各個城市之間的交流往來日益頻繁起來。再到后來出現(xiàn)了船，進(jìn)一步拓寬了人們的出行方式，運(yùn)輸能力也有了很大的提高。到火車汽車的出現(xiàn)之后，城市規(guī)模迅速膨脹，生活生的各方各面都因此而發(fā)生了巨大的改變2?，F(xiàn)在的汽車已經(jīng)遍布每個角落的每一部分的人，人們的生活節(jié)奏也越來越快，交通問題也接踵而來3。1.1.2 研究意義說到交通問題，最重要的就是安全問題。對高速移動中的車輛進(jìn)行測速監(jiān)控，用傳統(tǒng)的雷達(dá)或者超聲波進(jìn)行測速的方法具有較大的限制性，必須在測速區(qū)間內(nèi)才能進(jìn)行測速，而且成本較高。只要不在測速區(qū)間之內(nèi)，就無法對目標(biāo)車輛進(jìn)行實(shí)時速度監(jiān)控。另外還有車輛的失竊問題也時有發(fā)生，財(cái)產(chǎn)損失就不用多說，更嚴(yán)重的是盜車罪犯往往用盜竊來的車輛進(jìn)行下一步更嚴(yán)重的犯罪活動，或者本身就對車主的安全造成威脅。除此之外，危險化工原料運(yùn)輸車行駛安全等問題也不能忽視。這些問題一旦發(fā)生，后果情節(jié)都比較嚴(yán)重，一定要在第一時間內(nèi)獲得相關(guān)信息，進(jìn)行處理。所以采用RFID技術(shù)保證監(jiān)控車輛的安全問題是重中之重，具有重要研究意義4。1.2 國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢國外已經(jīng)有了許多RFID5研究的產(chǎn)品，也有許多大型組織為了有效地運(yùn)作而需要跟蹤設(shè)備或者定位人的位置的例子。在小范圍內(nèi)這是一個很容易由人解決的問題，但大規(guī)模上只有用自動化才能效地解決。比如，考慮跟蹤的貨物，可能會正等待從工廠裝貨，或在運(yùn)輸過程中，或者剛剛到達(dá)經(jīng)銷商，或在零售商店的架子上，有許多可能的位置。這些問題可以通過使用自動識別、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和可快速查詢和搜索來提供答案的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫來緩解。大型零售商、衛(wèi)生組織和軍事行動，都能受益于RFID自動跟蹤67。(1) 供應(yīng)鏈和庫存控制在以RFID為基礎(chǔ)的超高頻被廣泛采用的背后的驅(qū)動力是供應(yīng)鏈管理。潛在的能降低供應(yīng)鏈的運(yùn)營成本是促使沃爾瑪、樂購、Target和其他主要零售商在他們的工作實(shí)踐中采用超高頻RFID的原因。即使在一個倉庫，庫存也可能會丟失或錯放，RFID系統(tǒng)很適合找到它的位置。這是由于標(biāo)簽的閱讀范圍廣和它的順應(yīng)力，和它讀取無需對視線有要求的能力。后者的屬性的必然結(jié)果是可以連續(xù)掃描射頻識別標(biāo)簽，支撐系統(tǒng)因此可以持續(xù)跟蹤庫存貨物的來去路徑而無需人工干預(yù)。射頻識別系統(tǒng)很適合在倉庫環(huán)境中減少人為錯誤，那種是動態(tài)的有時是忙碌的環(huán)境，形成更高效的操作89。(2) 人在動物皮膚下放標(biāo)簽比在人的皮膚下面放標(biāo)簽更能為社會所接受，然而，已經(jīng)有把RFID標(biāo)簽植入于人的例子。凱文沃里克，英國雷丁大學(xué)控制論教授，在2000年進(jìn)行了RFID實(shí)驗(yàn)。在他自己的皮膚下放置一個標(biāo)簽并且使用它作為一個進(jìn)入他的房子的獨(dú)特的鑰匙。他在連線雜志描述了他的經(jīng)歷。在90年代末，應(yīng)用數(shù)據(jù)公司生產(chǎn)了專門為標(biāo)記人的植入皮層下的玻璃膠囊質(zhì)認(rèn)證標(biāo)簽；還有英國的特洛芬有限公司也生產(chǎn)可植入人體的標(biāo)簽。這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)許多有利潤空間的應(yīng)用。在世界上的一些地方，比如墨西哥，綁架比美國更普遍，用標(biāo)簽標(biāo)記兒童可以幫助父母在多年以后與他們相認(rèn)，也可對綁架形成一種威懾。RFID應(yīng)用在醫(yī)療行業(yè)標(biāo)記病人以確保醫(yī)療記錄正確地與他們相描述的人相關(guān)聯(lián)，并確保藥物的正當(dāng)管理。這些記錄也可以提供病人的過敏信息，因此對作出正確的關(guān)聯(lián)是至關(guān)重要的。然而,目前許多醫(yī)院使用條形碼手腕帶也能解決這一問題，目前還不清楚RFID是否能改善這一工作實(shí)踐。圖1.1 植入手臂中的RFID標(biāo)簽(3) 運(yùn)動員從90年代后期之后，美國大型馬拉松比賽的主辦單位開始為運(yùn)動員提供能內(nèi)置在運(yùn)動鞋里面的RFID標(biāo)簽。處理好眾多不同起跑線上的時間記錄問題的方案很必要，因?yàn)檫\(yùn)動員可能要花至少1小時才能穿過起跑線開始比賽。該系統(tǒng)在起點(diǎn)和終點(diǎn)還有比賽場地其他關(guān)鍵檢查點(diǎn)放置了RFID閱讀器。當(dāng)運(yùn)動員路過RFID標(biāo)簽閱讀站，每個ID的時間就會記錄下來。在結(jié)束的時候，每個參賽者的時間就會隨著他們完成這項(xiàng)比賽自動的計(jì)算出來。更重要的是，途中的檢查點(diǎn)的設(shè)置，可以為主辦方在比賽進(jìn)行的時候提供關(guān)于優(yōu)秀運(yùn)動員是怎樣破紀(jì)錄的新聞。這些信息在賽后對運(yùn)動員也非常有趣，因?yàn)槟切┓指畹臅r間段能幫助分析他們在比賽中的發(fā)揮和在什么樣的平臺上能推進(jìn)他們未來的發(fā)展。(4) 航空行李在人們對恐怖活動擔(dān)憂加大的時代，追蹤航空行李和同這架飛機(jī)一起飛行的它的主人分很重要。如果包裹能在移動到一架飛機(jī)的同時被識別，我們就很有信心保證這個過程不會出錯。同樣，如果一個乘客在檢票了之后沒有登機(jī)，RFID就能在飛機(jī)起飛之前幫著定位這個包裹在貨倉中的位置。下圖展示了傳統(tǒng)標(biāo)簽是如何與允許同現(xiàn)有條形碼系統(tǒng)向后兼容的RFID結(jié)合的。將來的好處是它可以減少有關(guān)歸還乘客丟失的行李并把它發(fā)到正確的地址的花費(fèi)。美國運(yùn)輸局宣稱在2004年運(yùn)輸?shù)男欣顧z測到超過10億件，如果只有0.5%的弄錯航線，那將有500萬丟失的行李。這些失誤的累積花費(fèi)應(yīng)該對航空公司的運(yùn)作花費(fèi)產(chǎn)生非常大的負(fù)擔(dān)，而RFID的自動追蹤可以幫助人們消除會導(dǎo)致這種問題的錯誤10。(5)車聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目2009年11月，在上海召開的第四屆無線射頻識別技術(shù)發(fā)展國際研討會對RFID技術(shù)在只能交通方面的應(yīng)用做出了研究探討，旨在實(shí)現(xiàn)一個由車載RFID標(biāo)簽形成的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。利用了無線射頻實(shí)現(xiàn)在一個網(wǎng)絡(luò)平臺上對車輛的狀態(tài)屬性進(jìn)行有效的監(jiān)管并提供一些服務(wù)11。1.3 本文的主要任務(wù)與創(chuàng)新之處本文主要對RFID以及電子地圖顯示系統(tǒng)進(jìn)行介紹，對由RFID記錄的車輛運(yùn)動信息在電子地圖平臺上進(jìn)行顯示，同時做到實(shí)時定位裝有RFID 標(biāo)簽的目標(biāo)車輛。本文的創(chuàng)新之處是采用信號強(qiáng)度函數(shù)處理識別距離，對RFID定位技術(shù)進(jìn)行了一些優(yōu)化。第2章 RFID技術(shù)RFID技術(shù)，中文名無線射頻識別技術(shù)，是Radio Frequency Identification Technology的簡稱。2.1 RFID簡介2.1.1 RFID技術(shù)起源RFID技術(shù)原理并不是一個新的概，它早在二戰(zhàn)時期就已經(jīng)產(chǎn)生。二戰(zhàn)時期，盟軍采用無線電數(shù)據(jù)技術(shù)對雙方單位進(jìn)行識別，主要是對飛機(jī)還有軍艦這些重要單位進(jìn)行自動識別。但是由于成本很高，這一技術(shù)只在軍事領(lǐng)域有較好的應(yīng)用，很遺憾在民用領(lǐng)域沒有什么發(fā)揮。然而上世紀(jì)八九十年代芯片和電子技術(shù)得到了發(fā)展，并迅速在民用領(lǐng)域普及，RFID技術(shù)也由此在民用領(lǐng)域得到了應(yīng)用，歐洲國家最先開始將RFID技術(shù)應(yīng)用在收費(fèi)公路方面。之后直到21世紀(jì)，世界上的其他國家才開始關(guān)注RFID技術(shù)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用價值，在防偽票證，生產(chǎn)自動化，訪問控制，公路收費(fèi)，停車場管理，識別，貨物和其他民用領(lǐng)域，RFID已大量應(yīng)用并且還在不斷的的不斷擴(kuò)大之中，迎來了屬于RFID的嶄新時代12。2.1.2 RFID發(fā)展歷程及趨勢 RFID技術(shù)的主要發(fā)展過程13可以大致劃分為以下幾個階段：二十世紀(jì)四十年代期間雷達(dá)技術(shù)的改進(jìn)和應(yīng)用使得RFID技術(shù)問世，相關(guān)的理論技術(shù)基礎(chǔ)則是在1948年確立的；二十世紀(jì)五十年代期間，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行RFID技術(shù)產(chǎn)品的一下相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，開始RFID的早期探索階段；二十世紀(jì)六十年代期間進(jìn)一步發(fā)展了RFID理論技術(shù)，也是在這個時期內(nèi)開始了一些早期的應(yīng)用嘗試；然后在七十年代RFID技術(shù)與產(chǎn)品的研發(fā)速度大幅度提升，一些早期的RFID應(yīng)用產(chǎn)品出爐；到了八十年代時RFID技術(shù)已經(jīng)比較成熟，RFID的技術(shù)產(chǎn)品開始投入到了商業(yè)應(yīng)用；二十世紀(jì)九十年代時RFID出現(xiàn)了一些標(biāo)準(zhǔn)化問題，引發(fā)了人們對于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的重視，之后進(jìn)一步促進(jìn)RFID產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，逐步成為人們生活中必不可少的一部分；進(jìn)入21世紀(jì)之后，RFID產(chǎn)品越加豐富，RFID成本的不斷降低使得應(yīng)用規(guī)模也隨著一步步擴(kuò)大，促使RFID相關(guān)技術(shù)理論進(jìn)一步豐富和完善。2.1.3 RFID主要應(yīng)用RFID技術(shù)應(yīng)用主要分為三個方面：安全、追蹤以及真實(shí)性。下面提供了一個RFID的主流應(yīng)用目錄10：安全： 訪問控制：鑰匙和防盜系統(tǒng)；巡邏驗(yàn)證：過程管理；防盜：商品。跟蹤：供應(yīng)鏈：倉庫存儲和庫存控制；人和動物：個人，兒童，病人，運(yùn)動員，牛，以及寵物；財(cái)產(chǎn)：航空行李，設(shè)備以及貨物。真?zhèn)涡裕嘿Y金：紙幣；藥品：藥品包裝；電子支付：交通運(yùn)輸：汽車通行費(fèi)：Fas Trak，EZ-pass；票務(wù)：流水通行證；信用卡/借記卡：用MasterCard的PayPass。娛樂：智能玩具：交互特征。RFID技術(shù)產(chǎn)品提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益也保障了公共安全，在提升社會信息化水平方面也產(chǎn)生了重要的影響，RFID在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用已經(jīng)很大程度上改善了人們的生活質(zhì)量，我們有理由相信相信在未來的幾年中，RFID技術(shù)將繼續(xù)保持高速發(fā)展的勢頭。2.2 RFID技術(shù)原理RFID技術(shù)是一種非接觸式的無線識別技術(shù)，系統(tǒng)主要由RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽閱讀器以及天線組成三個部分組成。天線是連接標(biāo)簽與閱讀器之間的紐帶，其功能就是在標(biāo)簽與閱讀器之間傳遞數(shù)據(jù)信號。全球主要有868MHz、915MHz和2.4GHz三個工作頻段，本系統(tǒng)采用的是915MHz工作頻段，在此頻段內(nèi)多個標(biāo)簽識別距離和性能最好。圖2.1 RFID系統(tǒng)構(gòu)成2.2.1 RFID標(biāo)簽標(biāo)簽分為三類：無源，有源，半有源半無源三種。無源標(biāo)簽構(gòu)造比較簡單，由存儲器、控制模塊、射頻模塊還有天線組成。每一個標(biāo)簽具備全球獨(dú)一無二的電子編碼(即ID號UID，UID是在制作芯片時固定在ROM中的，無法篡改)。因?yàn)闊o源的RFID識別距離相對較短，所以本系統(tǒng)采用的是近距離的電感耦合。讀寫器通過天線發(fā)射特定頻率的射頻信號，當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入射頻識別工作區(qū)域時就會在其內(nèi)部的線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，射頻卡因此獲得能量被啟動。標(biāo)簽利用線圈中的感應(yīng)電流所傳遞的能量將自身信息透過卡內(nèi)天線返回出去。閱讀器接收接收到從標(biāo)簽發(fā)送來的載波信號，經(jīng)過對信號的的解調(diào)和譯碼后傳送到后臺軟件系統(tǒng)進(jìn)行下一步處理。后臺軟件系統(tǒng)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算以此判斷該標(biāo)簽的合法與否，然后根據(jù)設(shè)定的模型做出相應(yīng)的處理和控制，最后回發(fā)指令信號控制執(zhí)行相應(yīng)的動作14。圖2.2 識別原理簡介有源電子標(biāo)簽又稱主動標(biāo)簽，完全由標(biāo)簽內(nèi)部的電池供給標(biāo)簽工作所需要的工作能量。主動標(biāo)簽因?yàn)樽陨頂y帶電池供電，讀/寫距離較遠(yuǎn)（約在100米1500米），采用的是電磁耦合方式，體積相對大一些，成本也相對于無源標(biāo)簽高，當(dāng)標(biāo)簽的工作能量耗盡后需及時更換電池才能保障系統(tǒng)正常工作。出于安全性以及準(zhǔn)確性考慮，本系統(tǒng)采用的是有源RFID標(biāo)簽。圖2.3 電磁耦合半有源半無源標(biāo)簽相比較無源標(biāo)簽，多一個電路喚醒模塊，自身帶有電源，但是在通常情況下處于斷電狀態(tài)。當(dāng)其進(jìn)入射頻識別區(qū)域時，從閱讀器獲得的電磁信號激活喚醒電路，從而變成一個“有源RFID標(biāo)簽”。圖2.4 帶有喚醒電路的RFID標(biāo)簽2.2.2 閱讀器RFID閱讀器即射頻識別技術(shù)，此技術(shù)通常用于無線收發(fā)方面。RFID閱讀器通常由耦合模塊、收發(fā)模塊、控制模塊和接口單元組成。一個復(fù)雜的RFID系統(tǒng)的閱讀器一般還有后臺的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，對其所收集到的信息進(jìn)行處理。RFID閱讀器的優(yōu)點(diǎn)有以下五點(diǎn)15： 1.不需要光源 2.能在惡劣的環(huán)境下工作 3.能遠(yuǎn)距離同時識別多個標(biāo)簽 4.可對被識別定位、跟蹤、追溯 5.多種通信接口2.3 RFID定位技術(shù)本課題研究的是基于RFID的車輛定位與電子地圖顯示系統(tǒng)，所以基本要點(diǎn)就是要獲得RFID標(biāo)簽的位置。傳統(tǒng)的GPS定位技術(shù)是通過終端發(fā)送定位請求，通過衛(wèi)星對請求端進(jìn)行定位，至少需要3顆衛(wèi)星才能對其進(jìn)行定位。一般采用4顆衛(wèi)星，其中一顆用來矯正定位誤差。這種定位方法對客戶端的要過比較苛刻，首先就需要客戶端能發(fā)送有效的等你改為請求到服務(wù)器端，受天氣的影響也非常大，有時候在室內(nèi)或者衛(wèi)星信號覆蓋比較差的區(qū)域定位效果就會非常差甚至根本無法進(jìn)行定位。這在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷非常明顯，因?yàn)樵绞窃趷毫拥沫h(huán)境下，越是在沒有狹小封閉的空暇內(nèi)，定位功能就越發(fā)重要，人們對定位功能的需求就越緊迫。而另外一種通過電信運(yùn)營商的基站位置定位的技術(shù)，雖然不需要借用衛(wèi)星，但是因?yàn)榛镜脑O(shè)置不會太緊密，所以誤差過大，不能達(dá)到準(zhǔn)確定位的要求。所以傳統(tǒng)的GPS定位技術(shù)就會常常出現(xiàn)“關(guān)鍵時候掉鏈子”的現(xiàn)象。然而RFID定位技術(shù)16與傳統(tǒng)的定位技術(shù)不同的是，RFID標(biāo)簽不需要定位衛(wèi)星的參與，也不用基站定位。因?yàn)镽FID必然需要與閱讀器進(jìn)行交互，所以根據(jù)閱讀器的位置定位RFID標(biāo)簽是一種可行的方法。而RFID閱讀器相比較基站而言成本低的多，可以實(shí)現(xiàn)緊密部署，相對于RFID標(biāo)簽的位置而言也近的多。如此一來，RFID的定位準(zhǔn)確性也能得到很大的保障。所以，無論是從自然環(huán)境方面考慮，還是從設(shè)備部署、成本、準(zhǔn)確性方面考慮，亦或是從適用情景、自身工作條件方面考慮，RFID定位技術(shù)都有著無比巨大的優(yōu)勢。目前已有多種不同的RFID定位方法，這里舉出以下兩個個距離估計(jì)法：（1）SpotON：SpotON系統(tǒng)采用可調(diào)整的長距離主動RFID標(biāo)簽，用多個閱讀器同時測量同一個RFID標(biāo)簽所發(fā)來信號的強(qiáng)度，通過信號的強(qiáng)度值可以計(jì)算得到目標(biāo)源相對于閱讀器的距離。用至少3個閱讀器所獲得的距離就可以對目標(biāo)RFID進(jìn)行定位。（2）SAWIDtags：表面聲波識別標(biāo)簽全部是無源標(biāo)簽，標(biāo)簽采用脈沖壓縮和編碼技術(shù)。首先測定每個標(biāo)簽脈沖反應(yīng)的頻率，然后標(biāo)簽重新傳送相關(guān)信號。重傳信號會有一個自相關(guān)峰值，產(chǎn)生幅度值最高的脈沖響應(yīng)標(biāo)簽就是待定位點(diǎn)的標(biāo)簽。基于信號到達(dá)時間的方法測量每個閱讀器i與標(biāo)簽之間的距離如式（1）所示。di=Ttotal,i-TSAW-Tsys-Tcable,ic0 公式(1)其中，Tsys是系統(tǒng)的時間延時；Tcable，i是預(yù)校準(zhǔn)脈沖期間接收天線和解調(diào)器之間電纜傳輸延時；TSAW是所有標(biāo)簽的時間延時。有3個估計(jì)距離時，系統(tǒng)用三邊測量法定位標(biāo)簽。結(jié)合這兩種定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，可以對基于RFID的距離估計(jì)法進(jìn)行優(yōu)化，先采用SpotON系統(tǒng)對所接收到的信號進(jìn)行處理，把信號強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為識別半徑。當(dāng)標(biāo)簽進(jìn)入射頻識別區(qū)域時，能識別到該標(biāo)簽的閱讀器分為4中情況：(1) 只有一個閱讀器能接收到RFID所發(fā)出的信號。這時無法對RFID進(jìn)行定位，默認(rèn)使用該閱讀器的位置替代為RFID標(biāo)簽的近似位置，這種情況下誤差大小就取決于閱讀器的識別范圍。識別范圍越小，對應(yīng)的誤差也就越小，但同時對于目標(biāo)RFID來說，能感應(yīng)到標(biāo)簽的閱讀器也就越少，實(shí)際情況是更多的時候誤差更大。(2) 有兩個閱讀器能接收到RFID發(fā)出的信號時，相對于只有一個閱讀器的情況，只能做進(jìn)一步的縮小誤差，能將之前的一整個圓形覆蓋區(qū)域縮小至兩個圓的交集區(qū)域，但是仍然不能進(jìn)行準(zhǔn)確的定位操作。如果不采用信號強(qiáng)度處理就無法將原先的灰色誤差區(qū)域縮小到紅色區(qū)域，但如果是在室內(nèi)等這類較小的區(qū)域內(nèi)時，誤差本身就不會很大。圖2.5 兩個閱讀器識別情況(3) 有三個或以上的閱讀器都能同時感應(yīng)到RFID標(biāo)簽時，選取接收到信號強(qiáng)度最強(qiáng)的前三個閱讀器A，B，C作為定位基準(zhǔn)，如下圖所示，理論上三個點(diǎn)三條線必然匯聚到一個點(diǎn)上。但是考慮到實(shí)際情況是有誤差的，所以在數(shù)學(xué)上往往無法由計(jì)算得出定位點(diǎn)。在這種情況下，選取強(qiáng)度最大的前兩個點(diǎn)中心，如A，B；由A，B兩點(diǎn)坐標(biāo)及距離可以確定兩個目標(biāo)點(diǎn)D，D，D是錯誤的定位點(diǎn)，需要排除。顯然D到C的距離比D到C的距離里要短，用這個方法就可以確定目標(biāo)檢測點(diǎn)的位置。圖2.6 三個閱讀器識別情況2.4 小結(jié)二十一世紀(jì)是一個嶄新的時代，隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，RFID技術(shù)產(chǎn)品越來越普遍，在網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)使得人們的生活發(fā)生了重大變化之后，人們已經(jīng)意識到離不開網(wǎng)絡(luò)。而RFID的到來，使得任意一件物品都可以連接至web網(wǎng)絡(luò)，使得網(wǎng)絡(luò)不再是虛擬的，使得我們能在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控現(xiàn)實(shí)生活中的任何物品，RFID已經(jīng)融入到了我們生活中的每一部分，以其優(yōu)越的功能改善我們的生活。第3章 車輛運(yùn)行軌跡上一章里面里面具體說明了系統(tǒng)如何對監(jiān)測目標(biāo)(RFID標(biāo)簽)進(jìn)行定位，當(dāng)貼有RFID標(biāo)簽的車輛處于射頻覆蓋范圍之內(nèi)的時候，便開始向閱讀器發(fā)送位置請求信息。本章節(jié)介紹通過RFID標(biāo)簽所獲得的數(shù)據(jù)在電子地圖中的顯示系統(tǒng)。系統(tǒng)通過加載百度地圖API(Application Programming Interface)實(shí)現(xiàn)相關(guān)的功能17。前臺界面通過C#實(shí)現(xiàn)然后與后臺的地圖軟件結(jié)合18。3.1 地圖構(gòu)建當(dāng)需要從電子地圖上顯示一個監(jiān)控車輛的歷史時，首先要對構(gòu)建一張地圖，并對其初始化，在調(diào)用百度地圖API的功能時需要申請開發(fā)秘鑰key，替換掉之后才能使用其功能。圖3.1 地圖使用說明為了方便查看地圖，還需要添加一些必要的控件，比如鼠標(biāo)拖拽地圖功能，好友滾輪縮放地圖功能等等，這些都有已經(jīng)完成的控件供我們使用，添加如下代碼就可以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然要使得用戶能從地圖上明顯的看出目標(biāo)運(yùn)動的速度，比例尺也是不能少的控件之一圖3.2 地圖初始化其中map是通過BMap.Map()實(shí)例化的一個對象，表示一個地圖實(shí)例，通過對map的操作向地圖中添加控件，顯示路徑也是通過這個實(shí)例對象完成的。除此之外還需要設(shè)置一個默認(rèn)的中心點(diǎn)以及地圖的初始等級大小。以相門為中心點(diǎn)，其坐標(biāo)是(120.645335,31.315658)，等級設(shè)為15，效果如下圖所示。圖3.3 初始化地圖示例3.2 地圖顯示地圖構(gòu)建完成之后，就需要加載數(shù)據(jù)了。要顯示路徑，首先就需要記錄下車輛的曾經(jīng)到達(dá)過哪些地點(diǎn)數(shù)據(jù)，并保存起來以備檢查調(diào)用。車輛的運(yùn)動信息由每個時刻的地點(diǎn)信息，包括經(jīng)度和緯度，并且記錄下時間信息作為輔助。所以每一條從RFID標(biāo)簽獲得的記錄包括標(biāo)簽的ID信息、經(jīng)度、緯度還有時間，一共四個字段。需要存儲在數(shù)據(jù)庫中，以ID作為主關(guān)鍵字。信息的記錄頻率為1次/秒，這樣就已經(jīng)足夠詳細(xì)的記錄下車輛的歷史狀態(tài)。ID采用32位記錄，經(jīng)緯度各采用64位，時間則用字符串型記錄12個字節(jié)，這樣每一條記錄占用32byte，一輛車一天占用2700Kb的存儲空間。從數(shù)據(jù)庫中檢索出對應(yīng)的ID，默認(rèn)的是按照記錄的先后順序排序的。以此獲取每條記錄第二和第三個字段，賦值給路徑上的點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)，如var points = new BMap.Point(121.5356439,31.2810635),new BMap.Point(121.537615,31.278752),new BMap.Point(121.535615,31.276752),new BMap.Point(121.536615,31.274752),new BMap.Point(121.533615,31.277752), ;points是點(diǎn)的數(shù)組，這樣就形成了一系列簡單相關(guān)的點(diǎn)，完成了向地圖上添加一系列點(diǎn)之后，再將這些點(diǎn)連成線段就形成了一條路線，需要通過添加線段功能，再將線段添加到地圖map中去，路徑線段就會顯示在地圖上，如果數(shù)據(jù)過于稀疏就會明顯看得出來是一段一段的折線，與實(shí)際的運(yùn)行軌跡誤差較大。圖3.4 折線軌跡示例而當(dāng)數(shù)據(jù)足夠多久不會出現(xiàn)這樣的情況，為了盡可能接近實(shí)際，還原實(shí)際的運(yùn)行路線，就必須大量的采取數(shù)據(jù)樣本，以近似平滑的折線將這些點(diǎn)連接起來。圖3.5 光滑路徑3.3 路徑顯示3.3.1 歷史路徑回放要實(shí)現(xiàn)對一輛車歷史運(yùn)動軌跡的回放， 就要對一次路徑進(jìn)行判定，怎樣才算上一次運(yùn)動結(jié)束，下一次運(yùn)動開始的標(biāo)記呢？如果以每天為一次，那么有些車輛一天都不會動，而有些長途車輛一天都處于運(yùn)動之中，比如長途貨車；如果按照地點(diǎn)區(qū)域劃分，那對于跨區(qū)域行駛的車輛的路徑劃分會很好，但是對于類似于鄉(xiāng)鎮(zhèn)公交之類的車輛，將非常不利于路徑分析，每次路徑都將是一天；而對于大城市中的車輛，一直處于同一次運(yùn)動中卻有因?yàn)榭鐓^(qū)域而被分成了多條路徑。綜合考慮各方面的因素，我認(rèn)為借鑒上海公交系統(tǒng)關(guān)于同一趟出行乘車的判定方法比較合理。用上海的公交卡乘車，每轉(zhuǎn)一次車都將減少下一次乘車的1元車費(fèi)，這就要對“下一次乘車”做出一個判斷。既然是換乘就必然會有時間間隔，時間間隔的選定就顯得尤為重要。時間過長就會導(dǎo)致把兩次路程判并到一次運(yùn)動里面，之間也會有許多空隙讓乘車人做許多其他的事情；如果時間過短就會顯得非常苛刻，因?yàn)橐粋€繁華的大城市所遇到交通擁堵的幾率是很高的。上海交通系統(tǒng)把這個時間設(shè)定為30分鐘19，本系統(tǒng)也以此作為一個基準(zhǔn)，略微縮短一點(diǎn)，取25分鐘作為最長時間間隔判定。上一部分已經(jīng)把行車路線在地圖上顯示出來，下面就是要顯示出目標(biāo)車輛的行駛狀況，比如顯示起點(diǎn)和終點(diǎn)，顯示出發(fā)時間和結(jié)束時間，效果如下圖所示。圖3.6 運(yùn)行顯示上圖顯示了兩個檢測目標(biāo)的運(yùn)動軌跡，以及其運(yùn)動效果圖。從數(shù)據(jù)庫獲得的一條記錄中還有一個字段是關(guān)于時間的，設(shè)置此字段的目的就是為了在顯示歷史運(yùn)動軌跡時，能顯示出檢測目標(biāo)的出發(fā)以及停止時間。本系統(tǒng)將其標(biāo)注在“起點(diǎn)”和“終點(diǎn)”處，通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊出發(fā)一個事件從而彈出一個顯示框，顯示當(dāng)時的時間。為了不同的檢測目標(biāo)，在同一張地圖上需要在用不同的顏色區(qū)分不同的目標(biāo)。圖3.7 不同對象的區(qū)分顯示3.3.2 顯示正在運(yùn)動中的對象與顯示車輛運(yùn)動歷史軌跡略有不同的是，對正在運(yùn)行中的車輛進(jìn)行定位追蹤與監(jiān)控時，數(shù)據(jù)的獲得是從RFID實(shí)時獲得的，只知道其出發(fā)點(diǎn)和出發(fā)時間，而不知道車輛到底要到什么地方去，又會在什么時候到達(dá)。顯示正在運(yùn)動中的檢測對象的軌跡需要實(shí)時地從RFID系統(tǒng)獲取標(biāo)簽的位置，按照獲取的先后順序直接連接起來顯示出來就完成了。3.4 RFID在交通運(yùn)輸管理中的其他一些應(yīng)用(1) 運(yùn)貨車管理：將RFID電子標(biāo)簽固定在貨運(yùn)車輛上，利用RFID的非接觸多目標(biāo)識別優(yōu)點(diǎn)可自動采集車輛的相關(guān)性能數(shù)據(jù)；然后將收集到的信息傳送到隨車攜帶的通過車載終端上，再通過無線方式發(fā)送出去給后臺系統(tǒng)，可以完成實(shí)時對車輛進(jìn)行定位和調(diào)度。(2) 危險品運(yùn)輸管理：危險的化學(xué)化工物品在運(yùn)輸過程中既要確保其密封性，也要確保安全性，為此，如果采用人工方式進(jìn)行檢查，不僅危險較大，而且過程繁瑣，效率很低。可以采用一次性RFID電子標(biāo)簽貼在物品的密封口處確保完整性，依靠的是RFID標(biāo)簽的唯一性。另外危險化學(xué)品在運(yùn)輸過程中還要考慮到顛簸性、撞擊力度，對敏感的物品還有檢測環(huán)境的溫度和濕度。加大危險化學(xué)品運(yùn)輸安全監(jiān)管力度，對保障交通運(yùn)輸安全，預(yù)防惡性交通事故的發(fā)生具有重大意義。(3) 客車運(yùn)輸管理：在專門的區(qū)域建立起射頻識別覆蓋網(wǎng)絡(luò)，對客車標(biāo)記上RFID電子標(biāo)簽，可以在區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)車輛的快速識別和跟蹤，實(shí)時了解客運(yùn)車輛的行駛路線、休息地點(diǎn)、休息時間等信息，為提高服務(wù)質(zhì)量以及保障運(yùn)輸安全提供輔助支持手段。(4) 出租車運(yùn)營資格和監(jiān)測控制：三角玻璃出可以貼上RFID標(biāo)簽，標(biāo)簽中包含與所有者的姓名，身份證號碼，車牌號碼，單位，聯(lián)系電話，標(biāo)簽類型，購買時間，發(fā)動機(jī)號，車架號，發(fā)行時間等信息。檢察人員進(jìn)行安全檢查時，就可以只需要使用手持識別儀進(jìn)行掃描RFID，立刻就能把以上信息讀取出來，以更有效更快速地方式識別正規(guī)出租車和黑車。同時，通過在各交通干線設(shè)置測試基站（監(jiān)測站是由一個攝像頭，GPRS電子操作系統(tǒng)，讀卡器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成），并且可以實(shí)現(xiàn)對出租車聯(lián)網(wǎng)實(shí)時定位。(5) 車輛安全檢測監(jiān)管：通過在檢測線上安置一套RFID采集設(shè)備就可以利用標(biāo)簽的自動識別功能自動檢測，能有效防止檢測線弄虛作假等現(xiàn)象。(6) 環(huán)保電子標(biāo)簽應(yīng)用管理：“電子綠標(biāo)”指的是在RFID標(biāo)簽中記錄車檢相關(guān)的信息，既可以去除車前面的擋風(fēng)玻璃上的那些各種各樣的標(biāo)志，又顯得美觀、低碳，還有功能強(qiáng)大的信息功能?！半娮泳G標(biāo)”內(nèi)包含著各式各樣的與車輛環(huán)保相關(guān)的數(shù)據(jù)，其中包括車主的姓名、車輛牌照號、檢測的時間、排放是否達(dá)標(biāo)情況等，電子標(biāo)簽實(shí)際上就是車輛的一種“電子車牌”。其還有防偽功能，每一個芯片都有一個唯一的標(biāo)記，并且可以利用寫保護(hù)功能對ROM中的信息進(jìn)行信息加密保護(hù)，防止非法篡改?！半娮泳G標(biāo)”可以幫助改善機(jī)動車排放監(jiān)管系統(tǒng)，及時地準(zhǔn)確收集和掌握各種車型、各個車輛的排放狀況，最大程度地解決機(jī)動車尾氣排放監(jiān)管工作中面臨的問題，很大程度上提高了管理的效率20。第4章 總結(jié)與展望4.1 總結(jié)基于RFID的車輛定位于電子地圖顯示系統(tǒng)是在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)新興發(fā)展的環(huán)境下，出于安全考慮而做的一個設(shè)計(jì)，RFID以其可快速識別、體積小形狀多、耐久抗污染、可重復(fù)使用、穿透性強(qiáng)并且無閱讀障礙、數(shù)據(jù)容量大還有安全這7大優(yōu)勢，適應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展要求，成為二十一世紀(jì)的最有前景的應(yīng)用技術(shù)，也為解決多年來與汽車相關(guān)的難題提供了一個有效的解決方法。實(shí)現(xiàn)了對RFID的定位追蹤就是實(shí)現(xiàn)了對所有物品的定位追蹤，同時相關(guān)的技術(shù)也已經(jīng)成熟，對提供一個良好的GUI并實(shí)現(xiàn)在電子地圖上對目標(biāo)車輛的位置以及運(yùn)動路徑進(jìn)行顯示有很大的幫助。本文的主要工作如下：(1) 閱讀大量文獻(xiàn)資料，了解RFID技術(shù)的研究狀況以及優(yōu)缺點(diǎn)。(2) 系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫獲取信息代替的RFID信息輸入。(3) 閱讀電子地圖的相關(guān)接口程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入。(4) 根據(jù)時間順序，在加載的地圖上顯示出每個位置，并依據(jù)道路信息將點(diǎn)連成軌跡，給出動態(tài)運(yùn)動效果?？偟目磥恚琑FID的技術(shù)瓶頸還是在與成本上，相比較于條形碼而言，即使價值只有幾元的一個標(biāo)簽，也貴了幾十倍。這也限制了RFID在一些領(lǐng)域的應(yīng)用，比如對廉價物品的標(biāo)記方面。4.2 展望如果RFID技術(shù)進(jìn)一步成熟，標(biāo)簽的成本能下降到像條形碼的使用成本一樣，那么RFID的應(yīng)用將會實(shí)現(xiàn)真正意義上的遍布生活所有方面。雖然目前還未實(shí)現(xiàn)，但是隨著RFID射頻識別技術(shù)的蓬勃發(fā)展，技術(shù)越來越成熟，我們相信RFID射頻識別技術(shù)不僅在車輛的定位監(jiān)測方面有更大的發(fā)展，在我們生活中的影響也越來越廣泛、深入。在不遠(yuǎn)的將來，隨著RFID越來越普遍，RFID的廣泛應(yīng)用可能會帶來一些問題，比如隱私問題就是需要考慮的一個大問題，因?yàn)殡[私是可能阻礙RFID拓寬至日常生活領(lǐng)域的一個重要因素?？傮w情況來說RFID的利的遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弊的，規(guī)?；慕?jīng)濟(jì)增長將使環(huán)境傳感器與允許RFID閱讀器報(bào)告各種各樣的現(xiàn)實(shí)世界的狀況的標(biāo)簽結(jié)合。標(biāo)簽閱讀器通常由電源或傳統(tǒng)電池供電，將在許多情況下能夠訪問連接到全球互聯(lián)網(wǎng)的無線網(wǎng)絡(luò)。他們將能夠傳遞物理世界的狀況，并通過web服務(wù)使其對用戶和服務(wù)器可用，使得實(shí)時數(shù)據(jù)挖掘?qū)崿F(xiàn)比以往任何時候都大的規(guī)模。RFID傳感是普適計(jì)算的經(jīng)典故事的一部分，為了收益我們不需要直接意識到它，RFID以一個看不見的方式改善我們的生活21。參考文獻(xiàn)1王澤. 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