基于RFID和傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能車(chē)輛系統(tǒng)

1、RFID 具有實(shí)體標(biāo)識(shí)功能,傳感器網(wǎng)絡(luò)具有信息收集功能,地理信息系統(tǒng)具有空間信息集成功能。本文介紹了這3種技術(shù)的特點(diǎn)和原理以及如何將這三者的功能結(jié)合起來(lái),應(yīng)用于車(chē)輛系統(tǒng),構(gòu)建智能車(chē)輛系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)車(chē)輛運(yùn)行的智能控制。關(guān)鍵詞無(wú)線射頻識(shí)別;傳感器網(wǎng)絡(luò);智能車(chē)輛系統(tǒng);體系結(jié)構(gòu)基于RFID 和傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能車(chē)輛系統(tǒng)張傳武(西南民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院成都610041摘要碩博論文1引言無(wú)線射頻識(shí)別(RFID 是由美國(guó)軍方提出的用于標(biāo)識(shí)敵我戰(zhàn)機(jī)的一種無(wú)線技術(shù),傳感器網(wǎng)絡(luò)是美國(guó)軍方提出的用于戰(zhàn)場(chǎng)信息收集、偵察的一種技術(shù),而地理信息系統(tǒng)則是由加拿大和美國(guó)提出的地球空間信息管理系統(tǒng)。作為這三者最為基本功能即實(shí)體標(biāo)

2、識(shí)、信息采集和信息的空間集成功能的組合可以擴(kuò)展應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。智能車(chē)輛系統(tǒng)是其中最有可能首先應(yīng)用的領(lǐng)域之一。2系統(tǒng)原理2.1RFID 原理RFID 與原有的分類編碼技術(shù)不同的是針對(duì)每一個(gè)個(gè)體進(jìn)行編碼。無(wú)線射頻識(shí)別通常由3個(gè)部分組成:標(biāo)簽、閱讀器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),其結(jié)構(gòu)如圖1所示。在無(wú)線射頻識(shí)別系統(tǒng)中,用RFID 標(biāo)簽標(biāo)識(shí)需要識(shí)別的實(shí)體,其信息編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有日本UID 編碼和美國(guó)的EPC 編碼兩種。它們之間的不同在于采用的無(wú)線頻段、信息編碼位數(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域等。RFID 閱讀器采用無(wú)線射頻讀取RFID 標(biāo)簽中的信息,實(shí)現(xiàn)實(shí)體的標(biāo)識(shí)和識(shí)別功能。與其他自動(dòng)識(shí)別技術(shù)如條形碼等相似,其最根本的目的是允許計(jì)算機(jī)

3、收集現(xiàn)實(shí)世界中物理實(shí)體的標(biāo)識(shí)信息。RFID 標(biāo)簽可以附著于一定環(huán)境中的多個(gè)實(shí)體上,且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)實(shí)體的自動(dòng)識(shí)別和描述。如果采用移動(dòng)的閱讀器終端,用戶可以利用其閱讀被標(biāo)識(shí)的環(huán)境信息,決定是否需要服務(wù)或需要什么服務(wù)。同時(shí),由于無(wú)線射頻傳輸?shù)姆且暰嗵匦?RFID 標(biāo)簽不需要放置于能看得見(jiàn)的位置,使得其比傳統(tǒng)的基于光掃描的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)有更大的靈活性,可以應(yīng)用到各種領(lǐng)域。為了維護(hù)完整的系統(tǒng)信息,需要建立相應(yīng)的信息系統(tǒng),主要包含有關(guān)RFID 標(biāo)簽標(biāo)識(shí)實(shí)體的空間信息和屬性信息等,以反映標(biāo)識(shí)實(shí)體在其生命周期中的運(yùn)行狀態(tài)等特性。2.2傳感器網(wǎng)絡(luò)原理傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要功能是對(duì)某種環(huán)境中事物的數(shù)據(jù)采集。傳感器網(wǎng)絡(luò)的

4、相關(guān)研究包括傳感器、通信和計(jì)算(包括硬件、軟件和算法等等3個(gè)方面。一方面,可以將傳感器網(wǎng)絡(luò)看作是將互聯(lián)網(wǎng)的信息共享功能擴(kuò)充為包括信息采集、信息處理和信息利用的集成網(wǎng)絡(luò),其中信息采集功能增強(qiáng)了信息處理的流程;另一方面,可以將傳感器網(wǎng)絡(luò)看作是傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)圖1無(wú)線射頻識(shí)別的體系結(jié)構(gòu)68電信科學(xué)2006年第7期展為具有互連結(jié)構(gòu)的新型信息處理功能的網(wǎng)絡(luò)。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中,大量的傳感器節(jié)點(diǎn)(sensor node分散于特定的區(qū)域中,這些節(jié)點(diǎn)根據(jù)地理坐標(biāo)分為不同的簇(cluster。每個(gè)簇中有一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)(master node,以便于負(fù)責(zé)本簇的通信路由及其他管理。所有節(jié)點(diǎn)中有一個(gè)負(fù)責(zé)與諸如互聯(lián)網(wǎng)

5、等主干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的宿主節(jié)點(diǎn)(sink node。2.3地理信息系統(tǒng)原理地理信息系統(tǒng)于20世紀(jì)60年代由加拿大和美國(guó)提出,并在20世紀(jì)80年代獲得發(fā)展,其應(yīng)用從最初的地理領(lǐng)域擴(kuò)展到與地球坐標(biāo)有關(guān)的其他領(lǐng)域,如數(shù)字城市、交通運(yùn)輸和公共安全等。地理信息系統(tǒng)的基本功能是對(duì)地理信息的編碼、存儲(chǔ)、變換、分析和利用等。3基于RFID和傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能車(chē)輛系統(tǒng)當(dāng)前的交通運(yùn)行系統(tǒng)由車(chē)輛、道路和駕駛員三要素構(gòu)成。操作員根據(jù)車(chē)輛狀態(tài)和道路狀態(tài)的判斷來(lái)決定車(chē)輛的運(yùn)行、駕駛。由于車(chē)輛狀況和道路狀態(tài)的相對(duì)客觀性和駕駛員的主觀性,往往使得駕駛員成為三要素中最為關(guān)鍵的部分,這便需要新的方法輔助駕駛員進(jìn)行車(chē)輛和道路狀態(tài)的估計(jì)

6、及其匹配分析,以便于做出正確的操作。我們可以歸納出3個(gè)主要功能來(lái)加強(qiáng)交通運(yùn)行系統(tǒng)的運(yùn)行性能:利用標(biāo)識(shí)技術(shù)識(shí)別系統(tǒng)中特定的實(shí)體、利用信息采集技術(shù)來(lái)獲得相應(yīng)實(shí)體的狀態(tài)信息以及利用相關(guān)的坐標(biāo)技術(shù)獲得實(shí)體之間的位置關(guān)系,從而在立體空間獲得被標(biāo)識(shí)實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)信息,以便用這些信息進(jìn)行相應(yīng)的決策支持。在交通運(yùn)行系統(tǒng)中綜合RFID、傳感器網(wǎng)絡(luò)和地理信息系統(tǒng)的最基本功能可以有效地增強(qiáng)系統(tǒng)的性能。其中RFID技術(shù)用于標(biāo)識(shí)車(chē)輛的關(guān)鍵部件和道路系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分;傳感器網(wǎng)絡(luò)用于對(duì)車(chē)輛的關(guān)鍵部件和道路的組成部分進(jìn)行狀態(tài)參數(shù)采集;地理信息系統(tǒng)用于提供系統(tǒng)中不同實(shí)體的坐標(biāo)位置關(guān)系。這樣,系統(tǒng)不僅可以提供有關(guān)車(chē)輛的關(guān)鍵部

7、件標(biāo)識(shí)及其運(yùn)行狀態(tài),同時(shí)可以提供具有坐標(biāo)特性的道路狀況信息,從而智能車(chē)輛系統(tǒng)可以利用這兩組信息進(jìn)行車(chē)輛運(yùn)行的決策判斷,達(dá)到自動(dòng)汽車(chē)駕駛或輔助駕駛的功能。圖2為智能車(chē)輛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖2中,一方面,RFID標(biāo)簽用于標(biāo)識(shí)車(chē)輛的關(guān)鍵部件如軸承、輪胎等,傳感器網(wǎng)絡(luò)采集這些關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀態(tài)信息,利用這些信息去更新車(chē)輛信息系統(tǒng)中的信息,車(chē)輛信息系統(tǒng)作為車(chē)輛運(yùn)行控制的信息來(lái)源之一。另一方面,RFID標(biāo)簽同時(shí)用于標(biāo)識(shí)道路系統(tǒng),傳感器網(wǎng)絡(luò)采集道路系統(tǒng)的狀態(tài)信息,并用于更新地理信息系統(tǒng)中有關(guān)道路狀況的屬性信息。在智能車(chē)輛系統(tǒng)中,利用車(chē)輛部件的RFID標(biāo)簽信息作為車(chē)輛中某個(gè)部件的標(biāo)識(shí)符,查找車(chē)輛信息系統(tǒng)獲得車(chē)輛本身的運(yùn)行狀況;利用道路環(huán)境中的RFID標(biāo)簽作為道路環(huán)境的某一位置的屬性標(biāo)識(shí)符,查找地理信息系統(tǒng)以獲得道路狀況信息。這樣,車(chē)輛的駕駛員可以借助于車(chē)輛信息系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行駕駛決策。圖2智能車(chē)輛系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Intelligent Vehicle System Based on RFID and Sensor NetworkZhang Chuanwu(CEIE,Southwest University for Nation