一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及車輛及交通監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，本發(fā)明公開了一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)，其特征在于具體包括：安裝了無源RFID電子標(biāo)簽的車輛、鋪設(shè)在路肩的RFID閱讀器、安裝在指揮中心的服務(wù)器，所述鋪設(shè)在路肩的RFID閱讀器讀取通過該位置的車輛中的RFID電子標(biāo)簽以及車輛的通行數(shù)據(jù)，并將讀取到的車輛信息和通行數(shù)據(jù)發(fā)送給安裝在指揮中心的服務(wù)器，通過安裝在指揮中心的服務(wù)器判斷出該車輛是否違章;其中車輛上的RFID電子標(biāo)簽記載了車輛的靜態(tài)參數(shù)，車輛的通行數(shù)據(jù)為通過車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)。采用電子車牌作為路網(wǎng)中車輛的唯一標(biāo)識，提出車輛出行軌跡調(diào)查的數(shù)據(jù)處理流程，說明了系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思想的合理性與可行性。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及車輛及交通監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān) 控和追S示定似系統(tǒng)。 一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)

【背景技術(shù)】
[0002] 在路網(wǎng)中，車輛的出行軌跡包含著豐富的交通出行與狀態(tài)信息，如出行路徑、出行 時(shí)間、實(shí)時(shí)位置等信息，因此車輛的出行軌跡可看作是路網(wǎng)交通運(yùn)行的靜態(tài)存儲(chǔ)。車輛出行 軌跡分析需要獲取完整的車輛出行軌跡，相比于交通量觀測(面向單一路段)、〇D觀測(面向 出行的起終點(diǎn))，對調(diào)查分析的結(jié)果提出了更高的精確性和完整性要求。
[0003] 車輛身份識別和定位是獲取出行軌跡的核心技術(shù)，身份識別是用于讀取車輛的信 息，定位是為了確定車輛實(shí)時(shí)的位置。目前，技術(shù)上應(yīng)用比較廣泛的車輛身份識別和定位的 方法主要包括基于車牌視頻圖像的識別方法、基于專用短程通信DSRC的識別方法和基于 電子標(biāo)簽RFID的射頻識別方法等。其中，隨著視頻圖像采集與處理技術(shù)的不斷發(fā)展，基于 車輛視頻圖像識別車輛信息的方法的應(yīng)用也越來越廣泛。但是，車輛圖像識別方法易受惡 劣天氣、燈光、陰影等環(huán)境因素的影響，汽車的動(dòng)態(tài)陰影也會(huì)對其產(chǎn)生干擾，而且基于車輛 圖像的識別需要同時(shí)涉及圖像采集、存儲(chǔ)、傳輸和處理等諸多環(huán)節(jié)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜要求高； DSRC主要實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)識別、自動(dòng)交費(fèi)、交易信息記錄等功能，多用于高速公路的ETC系 統(tǒng)，其主要優(yōu)點(diǎn)是身份識別率接近100%，可全天候工作，但由于其設(shè)計(jì)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)短距離 的通信，所以該技術(shù)經(jīng)常用于某一路段上對車輛的身份識別，而不適合用于城市道路網(wǎng)下 對全部車輛的定位。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術(shù)中對于車輛定位及識別存在的可靠性不高以及實(shí)現(xiàn)距離短的技術(shù) 問題，本發(fā)明公開了一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)： 一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)，其特征在于具體包括：安裝了無 源RFID電子標(biāo)簽的車輛、鋪設(shè)在路肩的RFID閱讀器、安裝在指揮中心的服務(wù)器，所述鋪設(shè) 在路肩的RFID閱讀器讀取通過該位置的車輛中的RFID電子標(biāo)簽以及車輛的通行數(shù)據(jù)，并 將讀取到的車輛信息和通行數(shù)據(jù)發(fā)送給安裝在指揮中心的服務(wù)器，通過安裝在指揮中心的 服務(wù)器判斷出該車輛是否違章并進(jìn)行追蹤定位；其中車輛上的RFID電子標(biāo)簽記載了該車 輛的靜態(tài)參數(shù)，車輛的通行數(shù)據(jù)為通過車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)。
[0006] 更進(jìn)一步地，上述車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)包括車輛通過檢測位置時(shí)的瞬時(shí)速度，通過在 路肩上間隔地鋪設(shè)η個(gè)RFID閱讀器，根據(jù)車輛相對于η個(gè)RFID閱讀器的產(chǎn)生的多普勒效 應(yīng)計(jì)算得到車輛的瞬時(shí)速度v。
[0007] 更進(jìn)一步地，上述對利用多普勒效應(yīng)計(jì)算車輛瞬時(shí)速度的具體過程為：安裝有 RFID標(biāo)簽的車輛在安裝有RFID閱讀器的車道上行駛。當(dāng)車輛進(jìn)入RFID閱讀器識讀區(qū)域 時(shí)，電子標(biāo)簽被激活，將存儲(chǔ)信息以電磁波的方式傳送給閱讀器。由于車輛保持在一定的 速度條件下，電磁波頻率發(fā)生改變，因此可以通過多普勒效應(yīng)測量此時(shí)車輛的速度。如圖2 所示，v代表車輛的行駛速度，Φ巧......洱代表車輛行駛方向與閱讀器的夾角，i為車輛到 閱讀器之間的垂直距離。《3......5為車輛到閱讀器之間的垂直距離。根據(jù)幾何關(guān)系可 得：cos2^二^^，其中. "。同時(shí)，由于系統(tǒng)中使用的RFID卡是無源卡，因此只 +d ι = ?, 2,..,, Μ 對來自閱讀器的電磁波進(jìn)行反射。因此可以通過接受和發(fā)射電磁波頻偏力來計(jì)算車輛速 度，公式為厶,因此，可計(jì)算得到車輛速度, ι表示標(biāo)簽發(fā)射電磁波 的波長。當(dāng)車輛駛?cè)隦FID天線識讀區(qū)域時(shí)，將檢測到的頻偏力以（時(shí)間，RFID閱讀器編號， RFID編號，頻偏)的數(shù)組形式存入數(shù)據(jù)庫。在RFID閱讀器不重疊區(qū)域，當(dāng)有且僅有一個(gè)閱讀 器讀取到RFID標(biāo)簽時(shí)，在時(shí)刻下只有一個(gè)數(shù)組存在，直接利用上式計(jì)算得到速度；在RFID 閱讀器重疊區(qū)域時(shí)，有多個(gè)閱讀器同時(shí)檢測到RFID，在該時(shí)刻下，將數(shù)據(jù)庫中時(shí)間、RFID編 號相同的數(shù)組中的頻偏值進(jìn)行算術(shù)平均數(shù)運(yùn)算，減小誤差，計(jì)算得到速度值。
[0008] 更進(jìn)一步地，上述車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)包括檢測位置的交通流密度，得到交通流密度 F的具體方法為：[=f ,其中^是指在某一瞬間，在單位長度的道路上存在的車輛，通常 按lkm計(jì)算；F為檢測路段上《個(gè)RFID閱讀器在該時(shí)刻讀取的車輛個(gè)數(shù)，￡為所檢測路段 的長度。
[0009] 更進(jìn)一步地，上述車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)包括檢測位置的交通量，得到交通量β的具體 % 方法為：，其中ρ為從初始時(shí)刻開始到終止時(shí)刻結(jié)束的交通量， β = ^=..................................................%......-ζ.................................................... Μ為通過檢測路段上;《個(gè)RFID閱讀器在該時(shí)刻讀取的車輛個(gè)數(shù)；Q 6分別為檢測的初始 時(shí)刻和終止時(shí)刻；％為在檢測時(shí)間段內(nèi)在該路上的讀卡器檢測到的車輛。
[0010] 更進(jìn)一步地，上述車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)包括檢測位置的高峰小時(shí)系數(shù)（PiiF )，得到 高峰小時(shí)系數(shù)（fWi?)的具體方法為：P/￡F = f，其中表示小時(shí)交通流量，即在單位 V 小時(shí)內(nèi)通過檢測路段的交通量；v表示高峰小時(shí)流率，即在某一制定的時(shí)間段內(nèi)（通常是 15min)，通過道路上指定地點(diǎn)或某一斷面上的車輛數(shù)經(jīng)過等效轉(zhuǎn)換后得到的單位小時(shí)的換 算車輛數(shù)。
[0011] 更進(jìn)一步地，根據(jù)城市路網(wǎng)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，利用固定的RFID閱讀器對車輛進(jìn)行實(shí)時(shí) 定位，利用信號強(qiáng)度定位法對行駛在道路上的車輛實(shí)時(shí)定位并及時(shí)反饋回管理系統(tǒng)中，繪 制出車輛行駛軌跡。具體實(shí)施方法為：在定位之前，首先將RFID閱讀器節(jié)點(diǎn)以拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的 形式存到計(jì)算機(jī)中。對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤定位，先要通過采集到車輛經(jīng)過的RFID閱讀器，并以 該閱讀器對應(yīng)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)，沿著節(jié)點(diǎn)之間的連線對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遍歷。閱讀器定時(shí) 讀取RFID標(biāo)簽，并通過閱讀器天線將采集到的標(biāo)簽反射到閱讀器的方向角5上傳到數(shù)據(jù)庫 中，具體步驟如下：Stepl :設(shè)定初始化條件。當(dāng)車輛經(jīng)過第一個(gè)RFID閱讀器時(shí)，開始采集 數(shù)據(jù)；St印2 :將車輛通過時(shí)采集到的讀取時(shí)刻T、標(biāo)簽識別號TID、閱讀器編號RID、信號強(qiáng) 度S，方向角組成定位向量(Γ,Γ/￡3,Λ/Α忒句；St印3:對多個(gè)目標(biāo)產(chǎn)生的定位向量進(jìn)行 分組，是每一組定位向量對應(yīng)一個(gè)目標(biāo)的移動(dòng)路徑；St印4 :對分好組的定位向量依據(jù)通過 時(shí)刻T進(jìn)行排序；Step5 :對漏讀的閱讀器進(jìn)行定位向量的填補(bǔ)。在拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中，車輛閱讀器 是依次連續(xù)的，當(dāng)出現(xiàn)空缺漏讀時(shí)，按照中間值的原則在預(yù)先設(shè)置的拓?fù)鋱D中的閱讀器進(jìn) 行填補(bǔ)。即： {T^TID^RID^Θ.) ^(Tk,TJDsrRID"v^,?) 進(jìn)行中間填補(bǔ)為。St印6:根據(jù)信號強(qiáng)度公式計(jì)算出標(biāo) iLt L·? f ΡΠΜ.?1 簽到閱讀器的距離；結(jié)合Friis電磁波自由空間傳播模型公式：g ，計(jì)算得至? 標(biāo)簽到閱讀器的距離Α。其中i?表示標(biāo)簽的發(fā)射功率，,1表示標(biāo)簽發(fā)射電磁波的波長， 表示標(biāo)簽的增益，σ5表示第：個(gè)閱讀器天線的增益，乓表示第》個(gè)閱讀器收到標(biāo)簽反射信 號的功率。在實(shí)際RFID應(yīng)用中/?、Jqq是已知的，Α可以通過測量得到；St印7 :根據(jù) A和方向角5 ,計(jì)算得到車輛相對于該閱讀器的極坐標(biāo)(AJ) ;St印8 :在路網(wǎng)地圖上根據(jù) 實(shí)時(shí)匯總得到的車輛位置，可以精確的畫出車輛在道路上的行駛軌跡，用以研究車輛在交 通流變化中的運(yùn)動(dòng)情況。
[0012] 更進(jìn)一步地，根據(jù)城市路網(wǎng)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，采用窮舉法確定RFID閱讀器的鋪設(shè)方 案。
[0013] 更進(jìn)一步地，上述RFID閱讀器的鋪設(shè)方案具體為：根據(jù)城市路網(wǎng)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò) 0 =(廠5)，=卜1七尤％)，￡ = {--1%)，采用窮舉法確定(7的鋪設(shè)方案說印1:建 立關(guān)于G的外圍虛設(shè)點(diǎn)，得到;st印2 :將F中各節(jié)點(diǎn)與其外部的虛設(shè)點(diǎn)間路 段設(shè)為鋪設(shè)流向，所有鋪設(shè)流向均是σ的外部鋪設(shè)方案；step 3:對于r任一個(gè)交叉口 κ ，假設(shè)η連接q個(gè)可選路段作為鋪設(shè)流向，若只有是零個(gè)或者一個(gè)，則選擇方案由? +1中 選擇；因此，對于F中所有的交叉口，利用排列組合中的乘法原理和窮舉法可得布設(shè)組合集 為ζχ7=·μν私,κ} '其中中鋪設(shè)流向都稱為〇的內(nèi)部鋪設(shè)方案， 與5七印2中的外部鋪設(shè)方案共同組成了0的備選鋪設(shè)方案集^^ = ^^，&2.尤.心^;3七印 4 :循環(huán)：對于￡)￡*中每一個(gè)方案4?，生成的一次可達(dá)網(wǎng)絡(luò)$，若$是最簡唯 次可 達(dá)網(wǎng)絡(luò)，那43?即可作為一個(gè)可行解，加入到可行方案Z5SF中，若訪問完畢，則退出 循環(huán)；St印5 :若可行方案集為空，則重新執(zhí)行St印4的循環(huán)，從￡)公中選擇非唯一一 次可達(dá)關(guān)系最少的3?加入到可行方案集中，算法結(jié)束。
[0014] 更進(jìn)一步地，上述系統(tǒng)的軟件架構(gòu)包括交通信息采集層、交通信息處理層和交通 綜合信息應(yīng)用層；所述的交通信息采集層，用于采集基礎(chǔ)交通信息，所采集的基礎(chǔ)交通信息 包括車牌號碼、車輛類型、車輛通過時(shí)間、基站位置；所述的交通信息處理層，與交通信息采 集層中的采集模塊相連，用于將上述采集的交通信息進(jìn)行拆分、還原和補(bǔ)充，生成完整的車 輛經(jīng)過RFID閱讀器鋪設(shè)點(diǎn)的序列號和車輛出行軌跡；所述的交通綜合信息應(yīng)用層，包括 通信模塊和交通信息發(fā)布模塊，通過通信模塊傳輸處理的交通位置信息，再利用發(fā)布模塊 把實(shí)時(shí)處理的交通位置信息發(fā)布出去，使用戶可以通過互聯(lián)網(wǎng)得到實(shí)時(shí)處理的交通軌跡信 肩、。
[0015] 更進(jìn)一步地，上述交通信息處理層對采集到的交通信息進(jìn)行處理的具體過程如 下：Step 1在數(shù)據(jù)接收終端進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理和分析，排除無用數(shù)據(jù)、重復(fù)數(shù)據(jù)，濃縮重要 數(shù)據(jù)，得到每一輛車途徑的鋪設(shè)點(diǎn)序列；Step 2對鋪設(shè)點(diǎn)序列進(jìn)行檢驗(yàn)處理，將存入數(shù)據(jù)庫 中的交通信息進(jìn)行提取，并對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行軌跡的拆分、還原和融合；Step 3利用系統(tǒng)中 預(yù)先寫好的交通參數(shù)分析算法，循跡追蹤、定位等算法，生成包括出行時(shí)間、RFID閱讀器編 號、路段名車、交叉口等詳細(xì)信息的出行軌跡；Step4最后對每輛車的出行軌跡進(jìn)行擴(kuò)樣， 建立車輛出行軌跡數(shù)據(jù)庫。
[0016] 通過采用以上的技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果： 本發(fā)明采用RFID技術(shù)，將電子標(biāo)簽作為車載卡嵌入到車輛里面，利用電子標(biāo)簽閱讀器 識別車載卡從而識別車輛，達(dá)到管理車輛的目的。這種新型的智能管理系統(tǒng)是以RFID電 子車牌為基礎(chǔ)，RFID電子車牌檢測設(shè)備為手段，以有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶，以計(jì)算機(jī)監(jiān) 控中心為中樞構(gòu)成的計(jì)算機(jī)管理網(wǎng)絡(luò)，它綜合應(yīng)用了微電子技術(shù)、微波傳輸技術(shù)、數(shù)字化技 術(shù)、防偽技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和先進(jìn)的信息處理技術(shù)，構(gòu)成分布式機(jī)構(gòu)和模塊 化設(shè)計(jì)的智能管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)的車輛管理模式，可以通過安裝在路邊或 監(jiān)測車輛上的RFID讀寫器，自動(dòng)、準(zhǔn)確、遠(yuǎn)距離不停車采集到經(jīng)過附近道路的安裝有電子 車牌車輛的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息，并充分運(yùn)用先進(jìn)的智能處理方法進(jìn)行車輛行駛狀況的分析，從 而使車輛管理和控制發(fā)生根本轉(zhuǎn)變，可真正實(shí)現(xiàn)不停車的實(shí)時(shí)自動(dòng)化稽查，大大降低執(zhí)法 人員的工作強(qiáng)度，提供高度安全的智能交通系統(tǒng)，減少車輛違章行為。
[0017] 本發(fā)明中采用電子車牌作為路網(wǎng)中車輛的唯一標(biāo)識，提出車輛出行軌跡調(diào)查的數(shù) 據(jù)處理流程，借助Visual Basic和MySQL數(shù)據(jù)庫技術(shù)，設(shè)計(jì)出了城市路網(wǎng)環(huán)境下車輛出行軌 跡調(diào)查分析系統(tǒng)，其應(yīng)用包括自動(dòng)化軌跡分析處理和可視化分析結(jié)果呈現(xiàn)。該系統(tǒng)的良好 運(yùn)行效果充分說明了系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思想的合理性與可行性，也驗(yàn)證了車輛出行 軌跡分析方法的科學(xué)性和先進(jìn)性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的電子車牌及應(yīng)用電子車牌的城市交通違章監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0019] 圖2為車輛行駛在車道上的示意圖。
[0020] 圖3為車輛車輛從點(diǎn)到?點(diǎn)的行駛示意圖。
[0021] 圖4為城市交通車輛定位追蹤系統(tǒng)的架構(gòu)圖。
[0022] 圖5為交通信息處理層對采集到的交通信息進(jìn)行處理的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明公開了一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)，其具體包括： 安裝了無源RFID電子標(biāo)簽的車輛、鋪設(shè)在路肩的RFID閱讀器、安裝在指揮中心的服務(wù)器， 所述鋪設(shè)在路肩的RFID閱讀器讀取通過該位置的車輛中的RFID電子標(biāo)簽以及車輛的通行 數(shù)據(jù)，并將讀取到的車輛信息和通行數(shù)據(jù)發(fā)送給安裝在指揮中心的服務(wù)器，通過安裝在指 揮中心的服務(wù)器判斷出該車輛是否違章。其中車輛上的RFID電子標(biāo)簽記載了車輛的車牌 號碼、車輛類型、車輛顏色、車輛所有者、車輛年檢情況等等靜態(tài)信息，車輛的通行數(shù)據(jù)則包 括了車輛通過時(shí)該路口時(shí)的瞬時(shí)速度、車輛密度、交通量、高峰小時(shí)系數(shù)等等動(dòng)態(tài)參數(shù)。
[0024] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道，只要檢測到了車輛通過該位置時(shí)的瞬時(shí)速度，并將該 瞬時(shí)速度與該位置限定的最高速度進(jìn)行比較，就能很容易地判斷出車輛通過該位置時(shí)是否 存在超速違章。
[0025] 下面詳細(xì)說明如何檢測車輛通過位置時(shí)的瞬時(shí)速度。其具體包括以下的步驟：在 路肩上鋪設(shè)《個(gè)RFID閱讀器，根據(jù)車輛相對于RFID閱讀器產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)計(jì)算得到車 輛的瞬時(shí)速度v。
[0026] 如圖2所示安裝有RFID標(biāo)簽的車輛在車道2上行駛。在該側(cè)路肩上，安裝有與 之匹配的RFID閱讀器。當(dāng)車輛進(jìn)入RFID閱讀器識讀區(qū)域時(shí)，電子標(biāo)簽被激活，將存儲(chǔ)信 息以電磁波的方式傳送給閱讀器。由于車輛保持在一定的速度條件下，電磁波頻率發(fā)生 改變，因此可以通過多普勒效應(yīng)測量此時(shí)車輛的速度。如圖2所示，v代表車輛的行駛速 度，斗烏......式代表車輛行駛方向與閱讀器的夾角，為車輛到閱讀器之間的垂直距離。 ?Γ ?2......叫為車輛到閱讀器之間的垂直距離。
[0027] 根據(jù)幾何關(guān)系可得： cos2 ~^，其中 （1) 同時(shí)，由于系統(tǒng)中使用的RFID卡是無源卡，因此只對來自閱讀器的電磁波進(jìn)行反射。 因此可以通過接受和發(fā)射電磁波頻偏力來計(jì)算車輛速度，公式如下： = ^ (2) Λ 因此，聯(lián)立（1) (2)可計(jì)算得到車輛速度： v = (3) icosq 當(dāng)車輛駛?cè)隦FID天線識讀區(qū)域時(shí)，將檢測到的頻偏力以（時(shí)間，RFID閱讀器編號，RFID 編號，頻偏)的數(shù)組形式存入數(shù)據(jù)庫。在RFID閱讀器不重疊區(qū)域，當(dāng)有且僅有一個(gè)閱讀器讀 取到RFID標(biāo)簽時(shí)，在時(shí)刻下只有一個(gè)數(shù)組存在，直接利用（3)式計(jì)算得到速度；在RFID閱 讀器重疊區(qū)域時(shí)，有兩個(gè)閱讀器同時(shí)檢測到RFID，在該時(shí)刻下，將數(shù)據(jù)庫中時(shí)間、RFID編號 相同的數(shù)組中的頻偏值進(jìn)行算術(shù)平均數(shù)運(yùn)算，減小誤差，計(jì)算得到速度值。
[0028] 本發(fā)明中得到交通流密度y的具體方法為= 其中p是指在某一瞬間，在 K. L K 單位長度的道路上存在的車輛，通常按lkm計(jì)算；況為檢測路段上《個(gè)RFID閱讀器在該時(shí) 刻讀取的車輛個(gè)數(shù)，￡為所檢測路段的長度。交通流密度的度量單位是wA/b。 %
[0029] 本發(fā)明中的得到交通量的具體方法為：Λ_妒_ ~ %，其中為從 (2 C = 〒 =^νΛ^ Q 初始時(shí)刻開始到終止時(shí)刻結(jié)束的交通量，，為通過檢測路段上《個(gè)RFID閱讀器在該時(shí)刻 讀取的車輛個(gè)數(shù)；V ^分別為檢測的初始時(shí)刻和終止時(shí)刻；氣為在檢測時(shí)間段內(nèi)在該路 上的讀卡器檢測到的車輛。用β表示交通量，β由兩個(gè)閱讀器之間的路段來計(jì)算，度量單位 是veA / Α。計(jì)算時(shí)間從檢測起始時(shí)間到終止時(shí)間7 = 4 - Q。
[0030] 本發(fā)明中得到高峰小時(shí)系數(shù)（)的具體方法為= 1，其中p表示小時(shí) PHF ν V 交通流量，即在單位小時(shí)內(nèi)通過檢測路段的交通量；ν表示高峰小時(shí)流率，即在某一制定的 時(shí)間段內(nèi)（通常是15min)，通過道路上指定地點(diǎn)或某一斷面上的車輛數(shù)經(jīng)過等效轉(zhuǎn)換后得 到的單位小時(shí)的換算車輛數(shù)。
[0031] Α--是車聯(lián)網(wǎng)能實(shí)時(shí)計(jì)算得到的基本參數(shù)，能夠及時(shí)反應(yīng)交通量的變化的特性 應(yīng)用的城市道路系統(tǒng)實(shí)際問題分析中去。一個(gè)交通設(shè)施也許有能力去滿足高峰小時(shí)的需 求，但在高峰小時(shí)內(nèi)，短期的流量高峰很容易就超過道路的承載能力，從而導(dǎo)致阻塞，因此 對于城市道路通行能力分析來說，研究高峰小時(shí)內(nèi)的最大流率是十分必要的。
[0032] 通過檢測上述的車輛通信數(shù)據(jù)，可以很方便地得到車輛的各種違章信息。本發(fā)明 的應(yīng)用范圍非常廣泛。
[0033] 比如根據(jù)瞬時(shí)速度得到車輛的超速信息。在車輛超速違章多發(fā)路段，相隔一定距 離設(shè)置多個(gè)閱讀器，按照上述瞬時(shí)速度的算法，得出車輛的行駛速度，并將行使速度與路段 規(guī)定的速度進(jìn)行比較，進(jìn)而判斷車輛是否在違章超速行駛。若是，記錄車輛的電子車牌號 碼，并采集時(shí)間、地點(diǎn)等相關(guān)信息，并將這些信息上傳至應(yīng)用于管理中心層，為交通監(jiān)管部 門的處罰提供依據(jù)。
[0034] 又比如根據(jù)不同標(biāo)號的RFID閱讀器讀取到RFID電子標(biāo)簽的時(shí)間先后順序判斷是 否存在車輛逆向行駛。在車輛逆行多發(fā)路段設(shè)置檢測區(qū)，識別是否有交通車輛通過，在不同 的RFID閱讀器對電子車牌讀取順序分析的基礎(chǔ)上，判斷出車輛行駛方向，并與道路實(shí)際規(guī) 定行駛方向做出比較，從而監(jiān)測是否有違章逆行發(fā)生。若有，記錄車輛的電子車牌號碼及其 他相關(guān)信息并上傳，為日后的處罰提供依據(jù)。
[0035] 再比如車輛的闖紅燈監(jiān)控，當(dāng)紅燈亮?xí)r，監(jiān)測通過車輛的電子標(biāo)簽。違章停車，在 不允許停車的位置設(shè)置最大的電子車牌讀取時(shí)間，超時(shí)后如果仍然能夠讀取到電子車牌， 則為違章停車。其他具體的應(yīng)用規(guī)則可以在服務(wù)器上進(jìn)行靈活地設(shè)定，在此不再一一詳細(xì) 描述。
[0036] 圖4是一種城市交通車輛定位追蹤系統(tǒng)的架構(gòu)圖，其可以采用C#語言開發(fā)平臺(tái) Microsoft Visual Studio 2008，數(shù)據(jù)庫可以米用 SQL Server 2008, RFID 閱讀器與 PC 機(jī)通 過RS - 232串口相連。
[0037] 交通信息采集層基于RFID技術(shù)獲取車輛身份信息。RFID閱讀器安裝于道路旁，其 布設(shè)應(yīng)服從路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過利用路段之間、鋪設(shè)點(diǎn)之間以及路段與鋪設(shè)點(diǎn)之間的關(guān)系， 使得便于捕捉車輛的位置、處理分析數(shù)據(jù)，從而獲取車輛的行駛軌跡。
[0038] 本發(fā)明種的電子車牌采用無源RFID電子標(biāo)簽，當(dāng)車輛通過RFID閱讀器覆蓋區(qū)域， RFID讀寫器天線與標(biāo)簽天線之間的作用將形成類似于變壓器的初級線圈和次級線圈的工 作原理，通過某一頻率載波進(jìn)行雙向通信，將標(biāo)簽激活后，其所攜帶的用于標(biāo)識車輛唯一性 的身份信息就會(huì)傳遞給RFID閱讀器，并被發(fā)送到交通信息處理層。每個(gè)RFID閱讀器的鋪 設(shè)點(diǎn)在調(diào)查數(shù)據(jù)庫中都有唯一的號碼。
[0039] 在城市交通管理中，需要做到的城市車輛的精細(xì)化管理，但是基于目前的檢測手 段，很難主動(dòng)的獲取車輛的行駛軌跡。因此在追查被盜車輛、違法肇事車輛時(shí)，很難還原其 行駛路徑，同時(shí)也造成了極大的人力資源的損耗。在進(jìn)行城市路網(wǎng)規(guī)劃時(shí)，對車輛的0D難 以把握，深入研究微觀狀態(tài)下車輛行為時(shí)，對車輛的換道行為、跟馳行為研究耗費(fèi)巨大人 力。本發(fā)明在城市路網(wǎng)拓?fù)溥M(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，將城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)以拓?fù)鋱D的形式保存 到計(jì)算機(jī)中，并與相應(yīng)的地圖匹配。利用信號強(qiáng)度定位算法及時(shí)計(jì)算并繪制出車輛的行駛 軌跡。
[0040] 具體的，車輛追蹤定位與描繪軌跡的實(shí)現(xiàn)方法具體如下： Stepl :設(shè)定初始化條件。當(dāng)車輛經(jīng)過第一個(gè)RFID閱讀器時(shí)，開始采集數(shù)據(jù)； Step2 :將車輛通過時(shí)采集到的讀取時(shí)刻T、標(biāo)簽識別號TID、閱讀器編號RID、信號強(qiáng)度 S，方向角沒，組成定位向量; Step3 :對多個(gè)目標(biāo)產(chǎn)生的定位向量進(jìn)行分組，是每一組定位向量對應(yīng)一個(gè)目標(biāo)的移動(dòng) 路徑； Step4 :對分好組的定位向量依據(jù)通過時(shí)刻T進(jìn)行排序； Step5 :對漏讀的閱讀器進(jìn)行定位向量的填補(bǔ)。在拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中，車輛閱讀器是依次連續(xù) 的，當(dāng)出現(xiàn)空缺漏讀時(shí)，按照中間值的原則在預(yù)先設(shè)置的拓?fù)鋱D中的閱讀器進(jìn)行填補(bǔ)。即： , TlDn, RIDx_vSJf θ.) (TfcJ TIDS, RlDm+v Sk, &k) 中間填補(bǔ)

【權(quán)利要求】
1. 一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)，其特征在于具體包括：安裝了 無源RFID電子標(biāo)簽的車輛、鋪設(shè)在路肩的RFID閱讀器、安裝在指揮中心的服務(wù)器，所述鋪 設(shè)在路肩的RFID閱讀器讀取通過該位置的車輛中的RFID電子標(biāo)簽以及車輛的通行數(shù)據(jù)， 并將讀取到的車輛信息和通行數(shù)據(jù)發(fā)送給安裝在指揮中心的服務(wù)器，通過安裝在指揮中心 的服務(wù)器判斷出該車輛是否違章并進(jìn)行追蹤定位；其中車輛上的RFID電子標(biāo)簽記載了該 車輛的靜態(tài)參數(shù)，車輛的通行數(shù)據(jù)為通過車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)，其特征 在于所述車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)包括車輛通過檢測位置時(shí)的瞬時(shí)速度，通過在路肩上鋪設(shè)地η個(gè) RFID閱讀器，根據(jù)車輛相對運(yùn)動(dòng)于η個(gè)RFID閱讀器產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)計(jì)算得到車輛的瞬時(shí) 速度
3. 如權(quán)利要求2所述的一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)，其特征在 于所述利用車輛相對于RFID閱讀器運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)計(jì)算車輛瞬時(shí)速度的具體過程 為：安裝有RFID標(biāo)簽的車輛在安裝有η個(gè)RFID閱讀器的車道上行駛，當(dāng)車輛進(jìn)入RFID閱讀 器識讀區(qū)域時(shí)，電子標(biāo)簽被激活，將存儲(chǔ)信息以電磁波的方式傳送給閱讀器；從而得到車輛 速度：v = ,其中，cd馬=, 表示標(biāo)簽發(fā)射電磁波的波長， I cos q ot； +Λ m j Ji s = ;v代表車輛的行駛速度，斗色......私代表車輛行駛方向與閱讀器的夾角'為 車輛到閱讀器之間的垂直距離，叫，·^...，％為車輛到閱讀器之間的垂直距離；當(dāng)車輛駛?cè)? RFID天線識讀區(qū)域時(shí)，將檢測到的頻偏力以時(shí)間、RFID閱讀器編號、RFID編號、頻偏的數(shù)組 形式存入數(shù)據(jù)庫；在RFID閱讀器不重疊區(qū)域，當(dāng)有且僅有一個(gè)閱讀器讀取到RFID標(biāo)簽時(shí)， 該時(shí)刻下只有一個(gè)數(shù)組存在，直接利用上式計(jì)算得到速度；在RFID閱讀器重疊區(qū)域時(shí)，有 多個(gè)閱讀器同時(shí)檢測到RFID，在該時(shí)刻下，將數(shù)據(jù)庫中時(shí)間、RFID編號相同的數(shù)組中的頻 偏值進(jìn)行算術(shù)平均數(shù)運(yùn)算，減小誤差，計(jì)算得到速度值。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)，其特征 在于所述車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)包括檢測位置的交通流密度，得到交通流密度Γ的具體方法為： 尤，其中Γ是指在某一瞬間，在單位長度的道路上存在的車輛；況為檢測路段上RFID 閱讀器在該時(shí)刻讀取的車輛個(gè)數(shù)，￡為所檢測路段的長度。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)，其 特征在于所述車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)包括檢測位置的交通量，得到交通量β的具體方法為： 4 ，其中ρ為從初始時(shí)刻開始到終止時(shí)刻結(jié)束的交通量，艫為通過 U-Y- ?,-t Q S. 檢測路段上RFID閱讀器在該時(shí)刻讀取的車輛個(gè)數(shù)；心^分別為檢測的初始時(shí)刻和終止時(shí) 亥IJ 為在檢測時(shí)間段內(nèi)在該路上的讀卡器檢測到的車輛。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)，其特征在 于所述車輛的動(dòng)態(tài)參數(shù)包括檢測位置的高峰小時(shí)系數(shù)，得到高峰小時(shí)系數(shù)p/fi?是反 應(yīng)短時(shí)期內(nèi)交通流波動(dòng)的重要參數(shù)，其具體計(jì)算方法為：PI = E，其中Γ表示小時(shí)交通 流量，即在單位小時(shí)內(nèi)通過檢測路段的交通量；v表示高峰小時(shí)流率，即在某一指定的時(shí)間 段內(nèi)，通過道路上指定地點(diǎn)或某一斷面上的車輛數(shù)經(jīng)過等效轉(zhuǎn)換后得到的單位小時(shí)的換算 車輛數(shù)。
7. 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)，其特 征在于對車輛定位和描繪軌跡的方法具體為：在定位之前，首先將RFID閱讀器節(jié)點(diǎn)以 拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的形式存到計(jì)算機(jī)中，對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤定位先要通過采集到車輛經(jīng)過的RFID 閱讀器，并以該閱讀器對應(yīng)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為起點(diǎn)，沿著節(jié)點(diǎn)之間的連線對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遍 歷；Stepl :設(shè)定初始化條件，當(dāng)車輛經(jīng)過第一個(gè)RFID閱讀器時(shí)，開始采集數(shù)據(jù)；Step2 : 將車輛通過時(shí)采集到的讀取時(shí)刻T、標(biāo)簽識別號TID、閱讀器編號RID、信號強(qiáng)度S，方向 角￡)，組成定位向量叉巧；St印3:對多個(gè)目標(biāo)產(chǎn)生的定位向量進(jìn)行分組， 是每一組定位向量對應(yīng)一個(gè)目標(biāo)的移動(dòng)路徑；Step4 :對分好組的定位向量依據(jù)通過時(shí) 刻T進(jìn)行排序；Step5:對漏讀的閱讀器進(jìn)行定位向量的填補(bǔ)，在拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)中，車輛閱讀 器是依次連續(xù)的，當(dāng)出現(xiàn)空缺漏讀時(shí)，按照中間值的原則在預(yù)先設(shè)置的拓?fù)鋱D中的閱讀 器進(jìn)行填補(bǔ)，即：（7；.，?^，似U/dJut2；，燈進(jìn)行中間填補(bǔ)為 ;St印6 :根據(jù)信號強(qiáng)度公式計(jì)算出標(biāo)簽到閱讀器的距離； RGtCr.AJ 結(jié)合Friis電磁波自由空間傳播模型公式：A = 計(jì)算得到標(biāo)簽到閱讀器的距離 A，其中i?表示標(biāo)簽的發(fā)射功率，；i表示標(biāo)簽發(fā)射電磁波的波長，q表示標(biāo)簽的增益，q 表示第i個(gè)閱讀器天線的增益，巧表示第i個(gè)閱讀器收到標(biāo)簽反射信號的功率，在實(shí)際RFID 應(yīng)用中i?、jQ、q是已知的，乓通過測量得到；St印7 :根據(jù)4和方向角沒，計(jì)算得到車 輛相對于該閱讀器的極坐標(biāo)(4>約；St印8 :在路網(wǎng)地圖上根據(jù)實(shí)時(shí)匯總得到的車輛位置， 精確的畫出車輛在道路上的行駛軌跡，用以研究車輛在交通流變化中的運(yùn)動(dòng)情況。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位 系統(tǒng)，其特征在于RFID閱讀器的鋪設(shè)方案具體為：根據(jù)城市路網(wǎng)的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò) σ = (Γ,￡), = {%,v2, 工，％}，采用窮舉法確定的鋪設(shè)方案：Step 1:建 立關(guān)于σ的外圍虛設(shè)點(diǎn)，得到= ;St印2 :將p中各節(jié)點(diǎn)與其外部的虛設(shè)點(diǎn)間路 段設(shè)為鋪設(shè)流向，所有鋪設(shè)流向均是G的外部鋪設(shè)方案；Step 3:對于r任一個(gè)交叉口 κ ，假設(shè)η連接Q個(gè)可選路段作為鋪設(shè)流向，若只有是零個(gè)或者一個(gè)，則選擇方案由Q +1中 選擇；因此，對于Γ中所有的交叉口，利用排列組合中的乘法原理和窮舉法可得布設(shè)組合集 為丨卻聳2>?丨，其中e=@(Ci+1) 中鋪設(shè)流向都稱為σ的內(nèi)部鋪設(shè)方案， 與St印2中的外部鋪設(shè)方案共同組成了 σ的備選鋪設(shè)方案集;St印 4 :循環(huán)：對于￡)及中每一個(gè)方案3?，生成的一次可達(dá)網(wǎng)絡(luò)$ ,若$是最簡唯一一次可 達(dá)網(wǎng)絡(luò)，那么即可作為一個(gè)可行解，加入到可行方案Z5SF中，若ZKF訪問完畢，則退出 循環(huán)；St印5 :若可行方案集為空，則重新執(zhí)行St印4的循環(huán)，從￡)<?中選擇非唯一一 次可達(dá)關(guān)系最少的3?加入到可行方案集中，算法結(jié)束。
9. 如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)，其特征在 于該系統(tǒng)的軟件架構(gòu)包括交通信息采集層、交通信息處理層和交通綜合信息應(yīng)用層；所述 的交通信息采集層，用于采集基礎(chǔ)交通信息，所采集的基礎(chǔ)交通信息包括車牌號碼、車輛類 型、車輛通過時(shí)間、基站位置；所述的交通信息處理層，與交通信息采集層中的采集模塊相 連，用于將上述采集的交通信息進(jìn)行拆分、還原和補(bǔ)充，生成完整的車輛經(jīng)過RFID閱讀器 鋪設(shè)點(diǎn)的序列號和車輛出行軌跡；所述的交通綜合信息應(yīng)用層，包括通信模塊和交通信息 發(fā)布模塊，通過通信模塊傳輸處理的交通位置信息，再利用發(fā)布模塊把實(shí)時(shí)處理的交通位 置信息發(fā)布出去，使用戶通過互聯(lián)網(wǎng)得到實(shí)時(shí)處理的交通軌跡信息。
10. 如權(quán)利要求8所述的一種應(yīng)用電子車牌的車輛違章監(jiān)控和追蹤定位系統(tǒng)，其特征 在于所述交通信息處理層對采集到的交通信息進(jìn)行處理的具體過程如下：St印1在數(shù)據(jù)接 收終端進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理和分析，排除無用數(shù)據(jù)、重復(fù)數(shù)據(jù)，濃縮重要數(shù)據(jù)，得到每一輛車 途徑的鋪設(shè)點(diǎn)序列；Step 2對鋪設(shè)點(diǎn)序列進(jìn)行檢驗(yàn)處理，將存入數(shù)據(jù)庫中的交通信息進(jìn)行 提取，并對獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行軌跡的拆分、還原和融合；Step 3利用系統(tǒng)中預(yù)先寫好的交通參 數(shù)分析算法，循跡追蹤、定位算法，生成包括出行時(shí)間、RFID閱讀器編號、路段名車、交叉口 詳細(xì)信息的出行軌跡；St印4最后對每輛車的出行軌跡進(jìn)行擴(kuò)樣，建立車輛出行軌跡數(shù)據(jù) 庫。
【文檔編號】G08G1/017GK104064031SQ201410313427
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】丁宏飛, 羅霞, 呂瀚, 高雅, 吳朝恬, 嚴(yán)旭光, 張永澤, 劉碩智, 宋陽, 涂雯雯 申請人:丁宏飛, 羅霞, 呂瀚, 高雅, 吳朝恬, 嚴(yán)旭光, 張永澤, 劉碩智, 宋陽, 涂雯雯