CN1554957A - 射频识别物品、流动跟踪及定位的方法及其实现 - Google Patents

Abstract

目前车辆定位常用的技术是卫星定位系统(GPS)，GPS可以解决车辆定位问题，但一般不能解决车辆流量的统计和分析处理，同时GPS解决车辆定位最大的缺点是成本高，技术复杂。本发明为一种利用射频识别(RFID)技术对物品进行实时识别，实时流动跟踪和实时定位的方法，在此基础上提出了车辆定位及车辆流量信息收集处理系统。具体可在交通道路口等车辆经过的地方，安装射频感应收发装置，在车辆内安装RFID装置，例如非接触IC卡，通过感应，道路口计算机可接收到车辆内ID编码。通过将解各道路口计算机连网，经集中分析处理可方便对车辆定位并同时统计、分析、处理车辆流量，解决了GPS定位技术复杂、成本高的问题。

Description

射频识别物品、流动跟踪及定位的方法及其实现

技术领域

本发明属于物品识别、跟踪、定位处理系统领域，具体涉及一种利用射频识别(RFID)技术来实现物品的实时识别、实时流动跟踪、实时定位的方法以及利用该方法实现车辆定位及车辆流量信息收集处理的系统技术。

背景技术

随着集成电路技术的发展，特别是非接触IC技术的发展，目前利用射频识别(RFID)技术来对重要物品进行识别已经非常成熟，将射频识别(RFID)标志安装在需要识别的物品中，通过相应的检测设备，就可方便地识别该物品。此外射频识别(RFID)技术还有多种应用领域，高速公路的不停车自动收费、铁路机车车辆识别与跟踪、集装箱识别与跟踪、出入门禁管理、动物识别、跟踪等等。但目前尚无利用射频识别(RFID)技术来实现实时自动物品定位的应用与技术，特别是流动物品例如车辆的实时自动定位。

目前流动物品的实时自动定位技术最常用的是全球定位(GPS)系统。GPS系统是由24颗高度为两万公里的卫星组成，它们以6个不同的运行轨道运行，可提供全球范围从地面到9000公里高空之间任一载体的高精度的三维位置、三维速度和精确的时间信息。安装在车辆上的车载单元只要能收到来自三颗卫星的定位信号，就可定出该辆车的经、纬度位置和时间信息。

GPS接收机对收到的卫星信号，进行解码或采用其它技术，将调制在载波上的信息去掉后，就可以恢复载波。严格而言，载波相位应被称为载波拍频相位，它是收到的受多普勒频移影响的卫星信号载波相位与接收机本机振荡产生信号相位之差。一般在接收机钟确定的历元时刻量测，保持对卫星信号的跟踪，就可记录下相位的变化值，但开始观测时的接收机和卫星振荡器的相位初值是不知道的，起始历元的相位整数也是不知道的，即整周模糊度，只能在数据处理中作为参数解算。相位观测值的精度高至毫米，但前提是解出整周模糊度，因此只有在相对定位、并有一段连续观测值时才能使用相位观测值，而要达到优于米级的定位精度也只能采用相位观测值。

但是GPS系统在室内或市区主要楼群间等卫星信号接受不好的地区其性能和可用性都表现出急剧地下降；其定位速度也相对较慢，在实施部署上也比较昂贵。尽管最近在GPS技术上取得了显著的改进，但是这些问题仍然显著影响着解决方案的成本，可用性和性能。

GPS系统虽然可以比较精确解决车辆定位问题，但一般不能解决车辆流量的统计和分析处理。同时GPS解决车辆定位方案最大的缺点是技术复杂并且成本高。

发明内容

本发明的日的是提出一种低成本的实时物品识别、实时流动跟踪及实时定位的方法，即利用射频识别(RFID)技术来达到物品识别、流动跟踪及定位。从而可解决目前射频识别(RFID)只能解决物品识别及非实时自动跟踪而GPS系统在定位技术中的技术复杂成本高问题。该方法在用于汽车车辆定位时，可同时达到实时收集、统计、分析、处理汽车车辆流量。

本发明的基本原理是：RFID(Radio Frequency Identification)射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米。

射频识别(RFID)一般为非接触方式集成电路(IC)卡，其对应的读卡器通过配置的天线发送出一定频率的射频信号，产生磁场，当安装有非接触方式集成电路(IC)卡的物品进入有效范围时，非接触方式集成电路(IC)卡内的导线绕组产生感应电流从而获得能量，并可根据读卡器的指令发送出自身编码等信息，被读卡器读取后解码并经数据处理装置处理，通过无线信道或有线信道发送至调度监控中心，根据安装在各物品经过位置的读卡器读取的位置及时间信息，就可确定物品目前所处的位置。

本发明提出的实时识别物品、流动跟踪及定位的方法，是通过放置在物品中的射频识别(RFID)标志1，与安装在物品经过的地方可以接收射频识别(RFID)标志1信息的射频收发及处理装置2，完成物品实时识别；将所有的射频收发装置2连通过有线或无线的方法构成网络，通过网络中心的集中数据处理分析装置4进行实时流动物品的跟踪及实时定位。

根据本方法建立的车辆定位以及车辆流量信息收集处理系统，是由放置在车辆中的射频识别(RFID)标志1、安装在车辆经过的道路口和道路旁的射频收发装置5、连接装置5的数据收集处理及传输装置3、集中数据处理分析装置4组成，数据收集处理装置3与集中数据处理分析装置4之间采用有线或无线方式组成网络。述的射频识别(RFID)标志1的数量可在1000到100000000之间；上述的射频收发装置5和数据收集处理及传输装置3的数量可在1000到10000000之间。

此外，该系统也可由安装在车辆的射频收发装置5、连接装置5的数据收集处理及传输装置3、放置在物品或车辆经过的各道路口或道路旁的射频识别(RFID)标志1、集中数据处理分析装置4组成，所有的数据收集处理及传输装置3与集中数据处理分析装置4之间采用无线方式组成网络，上述的射频识别(RFID)标志1的数量可在1000到100000000之间；上述的射频收发装置5和数据收集处理及传输装置3的数量可在1000到10000000之间。上述二系统，根据不同的应用既可单独实施，也可相互结合使用。

上述的射频识别(RFID)标志1为非接触方式的集成电路(IC)卡6，卡中内置与车辆对应的数字编码。上述的射频收发装置5为一射频天线7，向非接触方式的集成电路(IC)6卡耦合能量提供集成电路(IC)卡工作电源并接收集成电路(IC)卡中内置的数字编码信息。

上述的数据收集处理装置3由非接触方式集成电路(IC)卡读卡器装置8、数据处理装置9、数据传输装置10组成。上述的集中数据处理分析装置4为一标准的计算机数据库分析处理系统，通过有线或无线的方式与分布在各道路口、道路旁或车辆中的数据收集处理装置3组成网络。上述各数据收集处理及传输装置3与集中数据处理分析装置4用有线方式组成的网络，可采用以太网(Ethernet)方式、ATM方式、PSTN、ISDN、ADSL、DDN等通信方式。

上述各数据收集处理及传输装置3与集中数据处理分析装置4用无线方式组成的网络，可采用标准的无线电方式进行单向数据通信，其中各数据收集处理及传输装置3仅向集中数据处理分析装置4发射数据，集中数据处理分析装置4仅接收各数据收集处理及传输装置3发射的数据。

上述用无线方式组成的网络，也可采用标准的无线电方式进行双向数据通信通信，其中集中数据处理点可用广播方式向各道路口发射信息。可利用现有的GSM或CDMA无线通信网络完成信息的传输和收发，例如可利用现有的GSM或CDMA无线通信网络中短信方式完成信息的传输和收发。

上述无论用有线或无线方式组成的网络，网络间的数据信息的传输或交换均可采用目前通用的标准协议。

本发明虽然不能精确定位车辆在二个路口之间的位置，但结合计算机的时间系统，可以估计出车辆在二个路口的位置，这样的定位应该可以满足普通车辆的定位要求，其特出的优点是可大大降低成本和技术的复杂度，特别是在车辆内只需要放置一成本极低的非接触IC卡，同时带来了可收集、统计、分析、处理车辆流量的数据，为解决城市交通拥挤提供了强有力的数据资源。

上述车辆定位以及车辆流量信息收集处理系统在实际运行中，当有放置射频识别(RFID)标志的重要物品通过车辆在运输过程时，还可同时实时跟踪监测重要物品的位置。

附图说明

图1为物品识别、流动跟踪及定位的方法原理图。

图2为由非接触IC卡组成的车辆定位及车辆流量信息收集系统示意图。

图3为安装在道路口或道路旁的数据收集处理装置示意图。

图4为集中数据处理分析装置示意图。

图5为数据收集处理装置的工作流程图。

图6为数据收集处理装置的电原理图。

附图标号：1为放置在物品中的射频识别(RFID)标志装置、2为射频收发及处理装置、3为数据收集处理及传输装置、4为集中数据处理分析装置、5为安装在车辆经过的道路口或道路旁的射频收发装置、6为非接触方式集成电路(IC)卡、7为射频天线、8为非接触方式集成电路(IC)卡读卡器装置、9为数据处理装置、10为数据传输装置、11为网络适配器、12为前端数据处理计算机、13为数据库服务器、14为数据存储及备份装置、15为GIS信息平台数据共享平台、16为车辆信息数据共享平台、17为交通指挥调度中心系统平台18为初始上电及复位、19为读SAM卡信息、20询问SAM卡信息合法否、21为询卡及应答、22为防冲突处理、23为选择IC卡片、24为确认是否选中、25为相互认证、26询问是否合法、27为读写及传输操作、28为询问有车辆否、29存储车辆信息至K9F2808、30询问发送时间是否到、31为连接到SMS MODULE、32为发送加密后的车辆信息。

具体实施方式

采用符合国际标准的非接触式IC卡，及其对应的读卡器。将非接触方式集成电路(IC)卡6安装在车辆的挡风玻璃上或其他合适的地方，在道路口或其他合适的地段安装天线7、非接触方式集成电路(IC)卡读卡器8及数据收集处理传输装置3。非接触方式集成电路(IC)卡读卡器通过天线送出一定频率的射频信号，当安装有非接触方式集成电路(IC)卡的车辆进入有效范围时，非接触方式集成电路(IC)卡产生感应电流从而获得能量，发送出内置编码等信息通过天线被阅读器读取并解码后通过数据收集处理装置处理并由传输装置发送至调度监控中心，由安置在调度监控中心的集中数据处理分析装置4根据各个道路口读卡器的位置信息、时间信息和其他相关信息进行集中数据处理，从而确定车辆的位置，统计各个道路口经过的车辆，便能获取交通流量数据。

道路口数据收集、处理装置框图如图3所示。

当安装有非接触式IC卡的车辆位于读卡器天线有效工作范围之外时，卡上芯片处于无电状态，不能进行任何操作；当其进入读卡器天线的有效工作范围，IC卡上电复位，进入等待状态，在此状态下可正确收发和响应读卡器发送的询卡/应答指令，并进行防冲突、相互认证、读、写、传输等操作。

当非接触式IC卡接收到读卡器的指令后，经过指令译码，通过控制逻辑进行数据处理，并返回相应的处理结果。非接触方式集成电路(IC)卡读卡器读取进入磁场范围的装有非接触方式集成电路(IC)卡的车辆上的数据，由读卡器完成冲突检测和相互认证，可识别高速运动车辆并可同时识别多部车辆，将获取的数据送至数据处理装置9，由数据处理装置对数据进行简单的处理，去除一些不必要的信息，并进行加密后送至传输装置10；由传输装置通过无线或有线通道将数据传送至集中数据处理分析装置4集中数据处理分析装置如图4所示，为一标准的计算机数据库分析处理系统，通过局域网(LAN)方式进行互连。网络适配装置10，例如可包括路由器、交换机、防火墙等，前端数据处理计算机11、数据库服务器12、数据存储及备份装置13，例如可包括硬盘阵列，磁带机等。

计算机数据库分析处理系统的工作流程是：

本系统可和其他相关平台连接，例如地理位置系统(GIS)信息数据共享平台、车辆信息数据共享平台，达到多个信息平台间数据共享。

由网络适配器11与道路口数据收集、处理及传输装置3实现网络连接，接收到的信号送至前端数据处理计算机12，前端数据处理计算机可对接收到的信号进行纠错、数据解密等，同时可传输到数据库服务器13完成数据的存储及备份工作；同时通过来自GIS信息平台数据共享平台15的地理位置信息，计算出车辆的位置信息，也同时为GIS信息数据共享平台提供了车辆位置信息；此外通过与车辆信息数据共享平台16的连接，在了解车辆位置的同时还可了解该车辆的其他有关信息，例如车型，车辆所有人车辆登记地等等，也同时为车辆信息数据共享平台提供了车辆位置信息。

以上GIS信息数据共享平台以及车辆信息数据共享平台可以在本系统内自行建立，也可将已有的类似数据共享平台通过网络进行连接。

以上通过对每个道路口的数据进行分析处理，在获取车辆位置信息的同时可获取交通流量等信息，结合GIS信息平台数据共享平台以及车辆信息数据共享平台，可以供交通指挥调度中心系统平台17使用，也可提供给各种需要相关信息的平台使用，例如公交车辆调度管理平台，出租车调度系统，公安巡逻系统等等。

网络实施方案：

可利用现有的GSM或CDMA无线通信网络完成信息的传输和收发，在各安装数据收集、处理及传输装置的地方和计算机数据库分析处理系统安装点向电信部门申请手机号，例如可利用现有的GSM或CDMA无线通信网络中短信方式完成信息的传输和收发。即可完成信息的传输。

结合道路口数据收集、处理装置的电原理图如图6所示，及其工作流程如图5所示，进一步描述本实施方案：

图6中，由BR1、U10(7805)、U5(AS1117)以及电阻、电容等完成电源的整流、滤波、稳压等，提供电路的工作电源；由由晶振(Y1)、R1、R2、C1、C2等提供系统的工作时钟脉冲，晶振(Y2)、U6、U7等提供SAM卡的工作时钟脉冲；U2为一单片微控制处理器(MCU)，如可用68HC98GP32，U1(IMP706)为看门狗电路；U3为FLASH RAM，主要装载工作程序及数据，可选用K9F2808Q0B；U4为RS232驱动电路；SOCKET1为SAM_CARD，主要提供本装置的安全认证，J1为连接到射频识别(RFID READER MODULE)读卡器的接口，读卡器可选用标准产品，例如可选ALIEN的915 RFID READER；J2为连接到短信发送模块(SMS MODULE)的接口，短信发送模块也可选用标准产品，例如可选西门子公司(SIEMENS)的TC35T；

电路初始上电复位后，首先读取SAM卡中的信息，确认其合法身份，然后再开始工作，通过J1的射频识别卡的读卡器接口，读卡器连接天线与经过路口的车辆上安装的射频识别卡进行通讯，经过询卡，防冲突，相互认证后读取相应的信息，将所读取的信息保存至FLASH RAM(U3，K9F2808)中。

本装置通过短消息的方式向控制中心发送数据，发送的模式可根据要求进行设置，可分为定时发送，以设定的时间间隔发送和被动的即时发送(由控制中心发命令，然后即时应答)三种方式，并可通过控制中心对其进行设置。

MCU检测本机的发送条件，如果符合设定值时，通过J2的串行口，连接短消息发送模块SMS MODULE，对保存在FLASH RAM中数据经过加密运算后发送至控制中心。

Claims (10)

1、一种物品实时识别、实时流动跟踪及实时定位的方法，其特征是，通过放置在物品中的射频识别标志(1)，与安装在物品经过的地方可以接收射频识别标志1信息的射频收发及处理装置(2)，完成物品识别；将所有的射频收发及处理装置(2)通过有线或无线的方法构成网络，通过网络中心的集中数据处理分析装置(4)完成流动物品的实时跟踪及定位。

2、一种如权利要求1所述的方法来实现的车辆定位以及车辆流量信息收集处理系统，其特征是，该系统由放置在车辆中的射频识别标志(1)、安装在车辆经过的各道路口或道路旁的射频收发装置(5)、连接装置(5)的数据收集处理及传输装置(3)、集中数据处理分析装置(4)组成，所有的数据收集处理装置(3)与集中数据处理分析装置4之间采用有线或无线方式组成网络，上述的射频识别标志(1)的数量在1000到100000000之间；上述的射频收发装置(5)和数据收集处理及传输装置(3)的数量在1000到10000000之间。

3、一种如权利要求1所述的方法来实现的车辆定位以及车辆流量信息收集处理系统，其特征是，该系统由安装在车辆的射频收发装置(5)、连接装置(5)的数据收集处理及传输装置(3)、放置在车辆经过的各道路口或道路旁的射频识别标志(1)、集中数据处理分析装置(4)组成，所有的数据收集处理装置(3)与集中数据处理分析装置(4)之间采用无线方式组成网络，上述的射频识别标志(1)的数量在1000到100000000之间；上述的射频收发装置(5)和数据收集处理及传输装置(3)的数量在1000到10000000之间。

4、根据权利要求1、2、3所述的方法及系统，其特征是，上述的射频识别标志(1)为非接触方式的集成电路(IC)卡(6)，卡中内置与物品或车辆对应的数字编码。

5、根据权利要求2、3所述的车辆定位以及车辆流量信息收集处理系统，其特征是，上述的射频收发装置(5)为一射频天线(7)，向非接触方式的集成电路(IC)(6)卡耦合能量提供集成电路(IC)卡工作电源并接收集成电路(IC)卡中内置的数字编码信息。

6、根据权利要求2、3所述的车辆定位以及车辆流量信息收集处理系统，其特征是，上述的数据收集处理及传输装置(3)由非接触方式集成电路(IC)卡读卡器装置(8)、数据处理装置(9)、数据传输装置(10)组成。

7、根据权利要求2、3所述的车辆定位以及车辆流量信息收集处理系统，其特征是，上述的集中数据处理分析装置(4)为一标准的计算机数据库分析处理系统，通过有线或无线的方式与分布在各道路口、道路旁或车辆中的数据收集及处理装置(3)组成网络。

8、根据权利要求2、3、7所述的车辆定位以及车辆流量信息收集处理系统，其特征是，上述各数据收集处理装置(3)与集中数据处理分析装置(4)用有线方式组成的网络，并可采用以太网方式、ATM方式、PSTN、ISDN、ADSL、DDN等通信方式。

9、根据权利要求2、3、7所述的车辆定位以及车辆流量信息收集处理系统，其特征是，上述各数据收集处理及传输装置3与集中数据处理分析装置(4)用无线方式组成的网络，并采用标准的无线电方式进行单向数据通信通信，其中各数据收集处理装置(3)仅向集中数据处理分析装置(4)发射数据，集中数据处理分析装置4仅接收各数据收集处理装置(3)发射的数据；

10、根据权利要求7、9所述的车辆定位以及车辆流量信息收集处理系统，其特征是，上述用无线方式组成的网络，可利用现有的GSM或CDMA无线通信网络完成信息的传输和收发。可利用现有的GSM或CDMA无线通信网络中短信方式完成信息的传输和收发。

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