RFID城市车辆定位与导航系统

RFID城市车辆定位与导航系统

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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 Traffic

System，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）

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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

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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（Global