CN103544512B - 基于多天线阵rfid对车道上车辆识别的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法，包括如下步骤：设置RFID读写器通过其多天线阵列发出的波束的功率和形状，使其覆盖在车道上；当所述读写器接收到RFID标签发出的信号时，调节其发出波束的形状，使其形状变小且任然覆盖在所述车道上；判断是否还收到所述标签发送的信号，如是，判断所述车辆经过该车道，上传所述接收到的、标签发出的车辆信息；否则，判断为误读，抛弃所述数据并进入等待状态；本发明还涉及一种实现上述方法的装置。实施本发明的基于多天线阵RFID对单个或多个车道上车辆进行识别的方法及装置，具有以下有益效果：不会有邻道干扰，其取得的数据较为准确,读取成功率高。

Description

基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆识别及管理，更具体地说，涉及一种基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法及装置。

背景技术

随着国民经济的不断发展，人民生活水平日益提高，各种各样的机动车辆成为了人们生活和工作不可或缺的重要交通工具。然而，随着道路上交通流的不断增加，交通状况日趋繁杂，交通违章、交通事故和交通阻塞等现象的频频发生，不但给人们的出行带来种种不便，同时也给道路交通安全管理带来了诸多困扰; 在这样的需求背景下，在现有技术中，引进RFID技术，并与信息技术、电子通讯技术、自动控制技术、计算机技术以及网络技术等有机的结合，可以基本上实时地监管交通情况，及时发布交通诱导信息，疏导交通，以达到强化交通指挥，有效提高道路使用率的目的。但是，在基于现有的RFID技术，在车辆识别上还存在影响其大规模使用的技术问题，如邻道干扰等。车辆邻道干扰，主要表现在两个方面：其一是RFID读写器辐射的电磁波对邻道车道读写器的电磁干扰，从而影响了对车辆标签信息的识别成功率，产生漏读问题；其二是RFID读写器将邻近车道上的车辆信息识别到本车道中，如图1所示，当车辆电子标签tag处于读写器a与读写器b的射频辐射场的交集处时，两个读写发送的信号会相互干扰或碰撞，从而产生了误读，引起系统的误判断操作。在现有技术中，解决上述邻道干扰主要方法是通过软件算法和RSSI值，但是其问题没有得到根本的解决，这使得现有的系统得到数据的准确度较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述出现邻道干扰、得到数据的准确度较差缺陷，提供一种不会出现邻道干扰、得到数据的准确度高的基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法，包括如下步骤：

A）设置RFID读写器，所述RFID读写器具有由多个天线阵元组成的天线阵；所述天线阵安装在其对应的车道上方或侧上方；所述天线阵或所述RFID读写器与所述车道一一对应；分别设置所述RFID读写器通过其天线阵发出初始波束；所述初始波束通过控制其功率和形状，使其覆盖在所述车道上；

B）当所述车道通过安装有RFID标签的车辆，且所述RFID读写器接收到所述RFID标签发出的信号时，所述RFID读写器控制其天线阵发出确认波束；

C）判断是否还收到所述RFID标签发送的信号，如是，判断所述车辆经过该车道，执行步骤D）；否则，判断所述RFID标签为误读，抛弃所述数据并返回步骤A）中使所述天线阵列发出初始波束；

D）上传所述接收到的、RFID标签发出的车辆信息。

更进一步地，所述确认波束的形状小于所述初始波束形状且仍然覆盖在所述车道上。

更进一步地，所述步骤A）中，通过分别设置所述RFID读写器天线阵中的每个阵元发送信号的相角和幅度，调节所述天线阵发出的波束的方向和功率，实现对所述天线阵发出的多个阵元的合成波束的调节，得到初始波束。

更进一步地，对每个所述阵元的波形调节通过调用事先存储的调制参数对所述阵元连接的调制单元进行调制而实现。

更进一步地，所述步骤B）中，通过调出事先存储的第一调制参数对输送到所述天线阵元的信号进行调制使得该RFID读写器的天线阵列合成波束的投影面积缩小，得到所述确认波束；所述第一调制参数中各项参数值均小于该读写器之前使用的、得到初始波束的调制参数值。

更进一步地，所述步骤D）中进一步包括如下步骤：通过比较本次接收到的RFID标签数据和上次接收到的RFID标签数据是否相同，来判断车辆是否通过该车道。

更进一步地，还包括如下步骤：在所述车道被所述RFID读写器发出波束覆盖位置之前的设定距离设置标签激活装置，发出标签激活信号以激活通过该区域的车辆上携带的RFID标签，所述标签激活装置激活通过该区域的所有车道上的车辆携带的RFID标签。

本发明还涉及一种实现上述方法的装置，包括：

初始探测参数设置单元：用于设置RFID读写器，所述RFID读写器具有由多个天线阵元组成的天线阵；所述天线阵安装在其对应的车道上方或侧上方；所述天线阵或所述RFID读写器与所述车道一一对应；还分别设置所述RFID读写器通过其天线阵发出初始波束；所述初始波束通过控制其功率和形状，使其覆盖在所述车道上；

状态转换单元：用于当所述车道通过安装有RFID标签的车辆，且所述RFID读写器接收到所述RFID标签发出的信号时，所述RFID读写器控制其天线阵发出确认波束；

判断单元：用于判断是否还收到所述RFID标签发送的信号，如是，判断所述车辆经过该车道；否则，判断所述RFID标签为误读，抛弃所述数据并返回初始状态；

数据上传单元：用于上传所述接收到的、RFID标签发出的车辆信息到与所述读写器连接的服务器。

更近一步地，所述初始探测参数设置单元通过分别设置所述RFID读写器天线阵中的每个阵元发送信号的相角和幅度，调节所述天线阵发出的波束的方向和功率，实现对所述天线阵发出的多个阵元的合成波束的调节，得到初始波束；对每个所述阵元的波形调节通过调用事先存储的调制参数对所述阵元连接的调制单元进行调制而实现。

更近一步地，所述探测参数设置单元中，进一步包括相角设置模块和幅度设置模块，分别用于设置所述RFID读写器天线阵列中的每个阵元发送信号的相角和幅度，调节所述阵元发出的波束的方向和功率，进而实现对所述天线阵列发出的多个阵元的合成波束的调节。

实施本发明的基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法及装置，具有以下有益效果：由于RFID读写器使用天线阵列，并采用分别调节传输到该天线阵列中的每个阵元的信号的方式，调节其发出波形，使得该天线阵列的合成波形覆盖在设定位置（即单个车道上，不会涉及相邻车道）；同时，在接收到RFID标签信号时还进一步收小该天线阵列波束在该车道上的投影，进一步验证该标签处于该车道上。所以，不会有邻道干扰，其取得的数据较为准确。

附图说明

图1是现有技术中邻道干扰的示意图；

图2是本发明基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法及装置实施例中的方法流程图；

图3是所述实施例中确认RFID标签信号的流程图；

图4是所述实施例中装置结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图2所示，在本发明的基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法及装置实施例中，基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法包括如下步骤：

步骤S11 安装读写器，调节其天线阵列输出波束的参数，使其覆盖面在一个车道内：在本实施例中，通过多天线阵的RFID读写器对车道上的车辆进行识别，所以，需要事先安装RFID读写器。对于本实施例而言，该RFID读写器具有由多个天线阵元组成的天线阵，而这些天线阵安装在其对应的车道上方或侧上方，天线阵或所述RFID读写器与所述车道一一对应；值得一提的是，在本实施例中，可能出现一个RFID读写器对应一个车道的情况，也可能出现一个RFID读写器对应多个车道的情况；在后一种情况下，该RFID读写器包括多个天线阵，每个天线阵对应一个车道，同时，与前一种情况一样，每个天线阵包括多个天线阵元；更为重要的是，在本步骤中，还需要对于安装后的RFID读写器进行设置，也就是说，分别设置这些RFID读写器通过其天线阵列发出的波束的功率和形状，使其覆盖在所述车道上，以形成检测点。一般来讲，这些检测点通常都会设置在收费站前面的位置，当然，也可以设置在其他任何需要的地方。公路通常是由多个平行的、相邻的车道组成，车道的宽度是一定的。在每个RFID读写器包括一个多天线阵元的天线阵列时，该天线阵列的安装方式为顶装方式，并且架设的高度离车道有一定的距离，大约3.5米左右，当车辆进入该天线的覆盖范围时，RFID读写器通过其天线阵感应车辆上装载的RFID标签发射电磁场（此时，车载的RFID标签已被激活并向外发送其自身携带的数据或信息）进行车辆标签的识别；此外，在本实施例中，还需要设置好该RFID读写器的参数，使之能够达到实际项目的预期的识别距离。例如，信号功率、根据现场情况设置工作在跳频，还是固定的频率。通过分别设置所述RFID读写器天线阵列中的每个阵元发送信号（或接收信号）的相角和幅度，调节该阵元发出的波束（或接收波束）的方向和功率，进而实现对多个天线阵元组成的天线阵列的合成波束的调节。在本实施例中，对上述每个天线阵元的波形调节通过调用事先存储的调制参数对所述阵元连接的调制单元进行调制而实现。通常，在开始工作时，调用的是初始参数，于是其天线阵的合成波束被认为是初始波束，初始波束通过控制其功率和形状，使其覆盖在相关的车道上；。这种状态也是RFID读写器的常态，在大多数时间上，RFID读写器都保持这种状态；只有在该RFID读写器发现车道上存在车辆，即接收到车载的RFID标签信息时，才转换状态，使得天线阵的合成波束成为确认波束，对车辆位置进行再次的判断。后面将详细描述上述过程。

此外，在本发明中，使用“车道”一词对RFID读写器或其天线阵的管理区域进行描述，是为了清楚、简单地说明。尽管在大多数时候，该词的确表示一个实际的、物理意义上的车道，但是，在一些情况下，在本发明中，车道一词也表示该读写器或天线阵的管理区域，例如，可能是主路上分出的、达到某个特定目的地的多个实际车道的总和或一个特定的区域。

在本步骤中，由于RFID标签的特性，在多数时候，RFID标签处于休眠状态。为此，在其传输数据前，需要将其唤醒。因此，在本实施例中，在上述车道被RFID读写器发出波束覆盖位置之前的设定距离设置标签激活装置，发出标签激活信号以激活通过该区域的车辆上携带的RFID标签。以便于后面的RFID读写器对其进行读写操作，在本实施例中，该激活装置可以安装在地下，每个车道安装一个，分别激活通过该车道的车辆上的RFID标签；也可以安装在空中，该安装在空中的标签激活装置激活通过该区域的所有车道上的车辆携带的RFID标签。

步骤S12 接收到RFID标签数据时，使所述天线阵列输出波束的形状变小：当车道通过安装有RFID标签的车辆，且所述RFID读写器接收到所述RFID标签发出的信号时（也就是在接收到标签发出的数据并判断该数据为有效数据后），该RFID读写器调节该天线阵合成波束的形状，使其形状变小且仍然覆盖在该车道上（即该合成波束的垂直投影仍然在该车到道上，但其投影所占面积较初始波束所占面积较小），并再次发出指令，要求该RFID标签上传数据；如果接收到数据与之前收到的数据一样，则说明改变波束形状后仍能够得到该标签，表明该标签位于上述被检测的车道上；如果通过上述波束改变后，不能得到之前得到的数据，则说明之前的标签可能会处于别的车道，并不是本车道的车辆，这些数据应该丢弃。在本实施例中，通过调出事先存储的第一调制参数对输送到该天线阵元的信号进行调制使得该RFID读写器的天线阵列合成波束的投影面积缩小（即使得天线阵的合成波束是确认波束）；在本实施例中，上述第一调制参数（即形成确认波束的那些调制参数）中各项参数值均小于该读写器之前使用的调制参数值。在本步骤中天线阵列波束未缩小前是正常的检测转态，而缩小后为确认状态，则检测状态的调制参数（第一调制参数）小于正常检测状态的调制参数。本步骤具体实施情况请参见图3中的步骤S21，步骤S22和步骤S23。这些步骤包括了取得有效的标签数据后，读写器取得第一调制参数；使用该第一调制参数调制输送到天线阵各阵元的信号，使得天线阵形成波束的在该车道上的投影面积小于之前的；发出指令要求标签传输其携带的数据并接收标签数据。如果在这种情况下仍然能够接收到与使用第一调制参数之前相同的标签数据，即可判断该标签（实际上是携带该标签的车辆）确实处于该车道上。。就本实施例中而言，上述投影面积的缩小是有一定比例的，变化太大或太小都可能会出现误判的情况。在本实施例中，上述确认波束的投影面积占初始波束投影面积的60%-80%，这样的取值使得其准确判断率能够达到95%以上。

步骤S13 判断是否仍接收到标签信号且与之前的数据相同：判断是否还收到所述RFID标签发送的信号，如是，判断所述车辆经过该车道，执行步骤S14；否则，判断所述RFID标签为误读，执行步骤S15；通过比较本次接收到的RFID标签数据和上次接收到的RFID标签数据是否相同，来判断车辆是否通过该车道。

步骤S14 上传所述数据：在本步骤中，上传所述接收到的、RFID标签发出的车辆信息到上位机中，通常是服务器，该服务器可以对上述信息进行各种分析，判断，并控制相应的机构动作，或在一定时间后进行数据统计等等。

步骤S15 丢弃所述数据并进入等待状态：在本步骤中，抛弃本次接收得到的数据并进入等待状态，如有另一个RFID标签进入，则开始另一次上述接收数据、确认的过程。在本实施例中，上述的等待状态就是返回步骤S11中的初始化设置阶段，取出初始化参数，使得该天线阵合成的波束成为初始波束，并等待下一个车载标签的信号。

在本实施例中，上述方法可以在一个检测系统中使用。该系统整体由N个网络子节点组成，分布在各个区域的节点实现了实时对各个区域的车道信息的采集；整个系统主要由以下几部分组成：

车道采集模块：使用了上述方法对进入多天线阵天线覆盖区域的车辆电子标签信息的识别，终端设备状态的查询和检测，智能交通的辅助设备包括视频抓拍，交通信号提示，语音视频显示，栏杆状态检测。

通讯接口模块：采集到的车辆信息，设备状态信息，辅助设备视频抓拍，控制信息，通过相应的传输接口传输到车道控制业务逻辑层，通讯接口包括无线通讯WIFI与GPRS，网络通讯TCP/IP,串口RS232/RS485,CAN总线。

车道控制中心业务逻辑：主要完成对多天线阵读写器识别的车辆信息进行判断，判断依据是通过车辆电子标签在系统注册的信息、电子标签记录信息、车道采集的辅助信息、通过算法的综合判断，做出相应的逻辑控制，包括交通信号指示，视频语音提示，自动收费功能；并且通过网络将车辆通行的相关记录信息上传到服务器平台。

服务平台：服务平台实时采集了整个系统网络的N个节点车辆信息，通过此平台，交通管理人员可以实时查看城市某个区域的交通状况，包括车流量、车速度、道路拥堵情况、车辆行驶方向、交通事故；并可以实时通过相应的媒体发布当前的交通状况；管理层可以通过此平台进行交通的调度、决策、执法、交通治安管理。

其实现了如下功能：采集到车辆标签信息，辅助信息通过无线或网络接口将对应的信息上传到对应的业务逻辑层，进行分析处理。对收到的车辆实时采样信息进行分析处理，包括车辆信息的验证，对于高速公路的不停车收费，逻辑业务单元根据车辆信息的获取，通过网络传送到收费分中心，由收费分中心判断收集信息的合法性，并将计算结果通过网络传送至收费管理中心，收费管理中心按照接收的相关信息，参考该数据库的历史信息，并将处理的结果返回到收费站，收费站根据返回的结果执行相应的操作包括：

执行自动收费返回成功信息：逻辑单元执行，放行，并通过语音和视频提示用户收费情况，交通指示灯指示可以通行，打开对应的栏杆，当车辆经过出口地感时，控制器检测到车辆离开，将对应的栏杆落下。

执行自动收费返回异常：则通过视频和语音提示异常信息，如车辆标签过期、余额不足；此时需要远程人员进行相关的处理。车辆的通行记录信息将通过网络上传到服务器平台。

各个子节点的车辆通行记录信息，进入后台服务器平台，此系统平台实时显示各个网络节点的信息，并且可以查询各个节点交通状态，并通过相应的媒体发布相关的交通信息，交通管理人员可以依据此平台进行交通调度、交通执法、交通治安管理，交通规划。

上述情况只是本实施例中的一种应用场景。使用传统的RFID读写装置无法从根本解决邻道干扰，识别车辆标签信息成功不高的问题。而使用基于多天线原RFID技术读写装置，进行相关功率，频率，动态或静态相角参数的设置，来解决上述邻道干扰的问题。

请参见图4，在本实施例中，还涉及一种实现上述车辆识别方法的装置，包括探测参数设置单元42、状态转换单元43、判断单元44和数据上传单元45。其中探测参数设置单元42用于设置多天线阵RFID读写器读取安装在车辆上的RFID标签数据，该多天线阵RFID读写器具有由多个天线阵元组成的天线阵，而这些天线阵安装在其对应的车道上方或侧上方，天线阵或所述RFID读写器与所述车道一一对应；该探测参数设置单元42用于分别设置RFID读写器通过其天线阵列合成波束的功率和形状，使其覆盖在相应的车道上；探测参数设置单元42还包括相角设置模块和幅度设置模块（图中未示出），分别用于设置所述RFID读写器天线阵列中的每个阵元发送信号的相角和幅度，调节所述阵元发出的波束的方向和功率，进而实现对所述天线阵列发出的多个阵元的合成波束的调节。值得一提的是，在本实施例中，RFID读写器合成波束的两种状态都是通过该探测参数设置单元42实现的；当取得的参数是初始参数时，天线阵的合成波束就是初始波束；当取得的参数是第一调制参数时，其合成的波束是确认波束。所以，控制该多天线RFID读写器合成波束的转换，实际上只需要转换其调制参数即可。状态转换单元43用于当该车道通过安装有RFID标签的车辆，且所述RFID读写器接收到安装在该车辆上的RFID标签发出的信号时，该RFID读写器通过取得第一调制参数，并通过上述探测参数设置单元42调节其发出波束的形状，使其形状变小且任然覆盖在该车道上（即合成确认波束）；判断单元44用于判断是否还收到上述RFID标签发送的信号，如是，判断所述车辆经过该车道；否则，判断所述RFID标签为误读，抛弃所述数据并进入等待状态；同样地，等待状态就是返回初始化设置阶段，取出初始化参数，使得该天线阵合成的波束成为初始波束，并等待下一个车载标签的信号。数据上传单元45用于上传所述接收到的、RFID标签发出的车辆信息到与所述读写器连接的服务器。此外，在本实施例中，该装置还包括标签激活单元（图中未示出），用于控制在所述车道被所述RFID读写器发出波束覆盖位置之前的设定距离设置标签激活装置，发出标签激活信号以激活通过该区域的车辆上携带的RFID标签。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A）设置RFID读写器，所述RFID读写器具有由多个天线阵元组成的天线阵；所述天线阵安装在其对应的车道上方或侧上方；所述天线阵或所述RFID读写器与所述车道一一对应；分别设置所述RFID读写器通过其天线阵发出初始波束；所述初始波束通过控制其功率和形状，使其覆盖在所述车道上；

B）当所述车道通过安装有RFID标签的车辆，且所述RFID读写器接收到所述RFID标签发出的信号时，所述RFID读写器控制其天线阵发出确认波束；

C）判断是否还收到所述RFID标签发送的信号，并判断接收到的信号表示的数据与所述初始波束下接收到的数据是否一致，如是，判断所述车辆经过该车道，执行步骤D）；否则，判断所述RFID标签为误读，抛弃本次接收所得到的数据并返回步骤A）中使所述天线阵列发出初始波束；

D）上传所述接收到的、RFID标签发出的车辆信息；

所述确认波束的形状小于所述初始波束形状且仍然覆盖在所述车道上；所述确认波束的投影面积占初始波束投影面积的60%-80%。

2.根据权利要求1所述的基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法，其特征在于，所述步骤A）中，通过分别设置所述RFID读写器天线阵中的每个阵元发送信号的相角和幅度，调节所述天线阵发出的波束的方向和功率，实现对所述天线阵发出的多个阵元的合成波束的调节，得到初始波束。

3.根据权利要求2所述的基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法，其特征在于，对每个所述阵元的波形调节通过调用事先存储的调制参数对所述阵元连接的调制单元进行调制而实现。

4.根据权利要求3所述的基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法，其特征在于，所述步骤B）中，通过调出事先存储的第一调制参数对输送到所述天线阵元的信号进行调制使得该RFID读写器的天线阵列合成波束的投影面积缩小，得到所述确认波束；所述第一调制参数中各项参数值均小于该读写器之前使用的、得到初始波束的调制参数值。

5.根据权利要求4所述的基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法，其特征在于，所述步骤D）中进一步包括如下步骤：通过比较本次接收到的RFID标签数据和上次接收到的RFID标签数据是否相同，来判断车辆是否通过该车道。

6.根据权利要求5所述的基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的方法，其特征在于，还包括如下步骤：在所述车道被所述RFID读写器发出波束覆盖位置之前的设定距离设置标签激活装置，发出标签激活信号以激活通过该标签激活信号覆盖的区域的车辆上携带的RFID标签，所述标签激活装置激活通过该区域的所有车道上的车辆携带的RFID标签。

7.一种基于多天线阵RFID对车道上车辆识别的装置，其特征在于，包括：

探测参数设置单元：用于设置RFID读写器，所述RFID读写器具有由多个天线阵元组成的天线阵；所述天线阵安装在其对应的车道上方或侧上方；所述天线阵或所述RFID读写器与所述车道一一对应；还分别设置所述RFID读写器通过其天线阵发出初始波束；所述初始波束通过控制其功率和形状，使其覆盖在所述车道上；

状态转换单元：用于当所述车道通过安装有RFID标签的车辆，且所述RFID读写器接收到所述RFID标签发出的信号时，所述RFID读写器控制其天线阵发出确认波束；

判断单元：用于判断是否还收到所述RFID标签发送的信号，并判断接收到的信号表示的数据与所述初始波束下接收到的数据是否一致，如是，判断所述车辆经过该车道；否则，判断所述RFID标签为误读，抛弃本次接收所得到的数据并返回初始状态；

数据上传单元：用于上传所述接收到的、RFID标签发出的车辆信息到与所述读写器连接的服务器；

所述确认波束的形状小于所述初始波束形状且仍然覆盖在所述车道上；所述确认波束的投影面积占初始波束投影面积的60%-80%。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述探测参数设置单元通过分别设置所述RFID读写器天线阵中的每个阵元发送信号的相角和幅度，调节所述天线阵发出的波束的方向和功率，实现对所述天线阵发出的多个阵元的合成波束的调节，得到初始波束；对每个所述阵元的波形调节通过调用事先存储的调制参数对所述阵元连接的调制单元进行调制而实现。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述探测参数设置单元中，进一步包括相角设置模块和幅度设置模块，分别用于设置所述RFID读写器天线阵列中的每个阵元发送信号的相角和幅度，调节所述阵元发出的波束的方向和功率，进而实现对所述天线阵列发出的多个阵元的合成波束的调节。