CN111951551B

CN111951551B - 一种利用射频识别检测交通拥堵程度的方法

Info

Publication number: CN111951551B
Application number: CN202010793973.0A
Authority: CN
Inventors: 阳晗杰; 喻崇仁; 方志; 王颖
Original assignee: Beijing Institute of Computer Technology and Applications
Current assignee: Beijing Institute of Computer Technology and Applications
Priority date: 2020-08-10
Filing date: 2020-08-10
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2040-08-10
Also published as: CN111951551A

Abstract

本发明涉及一种利用射频识别检测交通拥堵程度的方法，其中，在汽车前挡风玻璃上粘贴RFID标签，RFID标签的EPC区存储车牌信息；在城市交通网络的各路口，安装RFID读写设备，通过RFID天线监测一个车道；采集每个该RFID天线负责监测车道的所有车辆编号，每隔100ms采集一次，并将采集结果加上时间戳；根据GIS系统记录的车道宽度以及路况信息，计算标准车辆数量N，标准通行时长T，计算出路口的拥堵程度值。本发明可以节省成本，提高数据的实时性、准确性，在智能交通领域的拥塞控制和路径规划方面可以发挥重要作用。

Description

一种利用射频识别检测交通拥堵程度的方法

技术领域

本发明涉及RFID自动采集交通管理技术，特别涉及一种利用射频识别检测交通拥堵程度的方法。

背景技术

随着社会经济发展，车辆的普及为人们出行带来了极大的便利。但随着车辆增多，尤其是在大中型城市早晚高峰时段，车辆过多导致的交通拥堵问题日益严重，驾车出行不再便利，车主的舒适感受逐步被急迫、焦躁情绪代替。依靠先进技术管理交通，保证交通舒畅，减少交通拥堵，成为我国的一些大型城市的当务之急。政府联合一些大型IT公司已完成了覆盖全国的地理信息系统(GIS)，汽车制造商也相继研发了各类车载导航系统。

地理信息系统在记录和展示公路路线等静态地图方面已经非常完善，路径规划算法等也相对成熟。但在实时获取交通网络各路口的拥堵程度方面，尚无好的方法，而这恰好是路径规划算法的核心输入，也是目前解决交通拥堵问题的关键所在。交通拥堵状态是一个动态的、实时变化的信息，目前绝大多数的数据依赖于人工统计，缺乏统一的评判标准，也极耗费人力物力。

因此，迫切需要一种能够自动计算路口拥堵程度的装置，实现全交通网络各路口拥堵信息自动采集和上传。本发明正是基于这种现实需求而产生的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用射频识别检测交通拥堵程度的方法，用于解决上述现有技术的问题。

本发明一种利用射频识别检测交通拥堵程度的方法，其中，在汽车前挡风玻璃上粘贴RFID标签，RFID标签的EPC区存储车牌信息；在城市交通网络的各路口，安装RFID读写设备，通过RFID天线监测一个车道；采集每个该RFID天线负责监测车道的所有车辆编号，每隔100ms采集一次，并将采集结果加上时间戳；根据GIS系统记录的车道宽度以及路况信息，计算标准车辆数量N，标准通行时长T，根据公式：

其中，车辆平均通行数量n和平均通行时间t，计算出路口的拥堵程度值。

根据本发明的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法的一实施例，其中，RFID标签为陶瓷标签。

根据本发明的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法的一实施例，其中，在路口的每个车道安放一根天线，天线朝向车辆驶入方向，通过调整天线的朝向以及设置RFID的读写功率，控制读写范围。

根据本发明的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法的一实施例，其中，每隔100ms采集一次所有车辆编号，并将采集结果加上时间戳，预留36000条数据记录的存储空间，以先进先出队列的方式存储“车辆通行记录”。

根据本发明的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法的一实施例，其中，复杂情况路口，部署多个该RFID天线。

根据本发明的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法的一实施例，其中，若存储区域存满36000条记录，新的数据覆盖最早期的数据。

根据本发明的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法的一实施例，其中，对于采集的车辆编号的数据，进行预处理，处理误读情况时，若同期有半数以上的车辆已经通过，而该车辆依然没有通过路口，则视为误读，删除其通行记录。

根据本发明的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法的一实施例，其中，还包括：控制定时任务，参数包括：是否启用定时任务以及定时任务的周期。

根据本发明的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法的一实施例，其中，获取n的方法包括：接收到任务的当前时刻，从车辆通行记录的队尾，统计30s内，也就是300个时间刻度的车辆数量，取平均值。

根据本发明的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法的一实施例，其中，获取t的方法包括：从车辆通行记录的队尾时刻，向前检索有完整通行记录的车辆，若当前通行车辆记录少于一定值，则检索一定时间内有完整通行记录的所有车辆，计算其平均通行时间，若当前通行车辆大于一定值，则向前检索出一定数量车辆的完整通行记录，计算其平均通行时间。

本发明通过在车辆上安装RFID标签，当车辆通过装置的检测区域时被识别。检测装置可以采集原始数据，并根据算法计算区域内车辆数量、单台车辆通过该区域的时钟周期数，通过拥堵评估算法计算后给出检测区域所在车道实时的拥堵程度评估值。当前各类交通网络电子地图运营商大多通过人工方式采集各交通路口的拥堵程度，成本高、数据实时性差、不可量化性计算、精细程度差。本发明可以节省成本，提高数据的实时性、准确性，在智能交通领域的拥塞控制和路径规划方面可以发挥重要作用。

附图说明

图1所示为一种基于RFID的交通拥堵检测装置工作流程图；

图2所示为一种基于RFID的交通拥堵检测装置部署图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1是本发明一种利用射频识别(RFID)检测交通拥堵程度的装置工作流程图，如图1所示，本发明提出了一种利用射频识别(RFID)检测交通拥堵程度的装置，其工作流程如下：

(1)RFID标签制作与安装步骤：在汽车前挡风玻璃上粘贴RFID标签，标签EPC区存储车牌信息；

(2)RFID读写设备和天线安装步骤：在城市交通网络的各路口，安装RFID读写设备。该设备有RFID读写模块，可接入至少8根RFID天线，具有独立运算能力和网络传输能力。一根RFID天线监测一个车道，一台装置可以配置多根RFID天线；

(3)信息采集步骤：通过RFID天线，采集该天线负责监测车道的所有车辆编号，每隔100ms采集一次，并将采集结果加上时间戳；

(4)拥堵程度评估步骤：在设备中运行拥堵程度评估算法，根据车辆数量N、和单台车辆通过监测区域的时钟周期数T，计算出拥堵程度的数值；

所述步骤1中，包括：

步骤11：标签选型与安装步骤。RFID标签读写易受外界环境干扰，标签粘贴在车的前挡风玻璃上，选择陶瓷标签，读写性能更好；

步骤12：RFID标签制发步骤。交通管理部门统一对车辆编码，将编码写入EPC区，并锁定EPC区，以防私自篡改；

所述步骤2中，包括：

步骤21：RFID读写设备和天线安装步骤。如图2“一种基于RFID的交通拥堵检测装置部署图”所示，在路口的每个车道安放一根天线，天线朝向车辆驶入方向。适当调整天线的朝向、设置RFID的读写功率，控制读写范围，尽量减小误读带来的影响。

所述步骤3中，包括：

步骤31：信息采集步骤：通过RFID天线，采集该天线负责监测车道的所有车辆编号，每隔100ms采集一次，并将采集结果加上时间戳。预留36000条数据记录的存储空间，以先进先出队列的方式存储“车辆通行记录”，最少能保存1小时的数据。

所述步骤4中，包括：

步骤41：数据预处理步骤。主要处理两方面的情况：1)误读：若车辆长时停在路口，并会被RFID设备误读。那么在采集到的数据记录中，该车辆会长时间出现。与此同时，其他所有同期被采集到信息的车辆，都没有如此长时间被采集到信息，由此判定该车辆为误读，在做拥堵程度评估时，不得选取该车辆的通行信息为评估依据。2)漏读：若车辆的通行记录不连贯，即在某个时钟周期被采集到信息，下一个或几个(不得超过10个)时钟周期没有采集到信息，而后续又能采集到车辆信息，由此判定该车辆为漏读，可补全其通行记录。

步骤42：任务接收步骤。本装置接收到任务后开始进行评估运算。任务的来源有两方面：定时任务，实时任务。后台系统通过网络连接装置，设置定时任务(如每5分钟一次)，装置会一直按照任务规定的时间间隔，按时完成计算并发送拥堵程度评估值到后台系统；后台系统也可以临时发布任务，要求装置计算当前时刻的拥堵程度值。

步骤43：拥堵程度评估步骤。装置接收到任务后，从存储的“车辆通行记录”中获取数据进行计算。通过对“车辆通行记录”分析，得出车辆数量n(单位：台)和车辆通行时长t(单位：s)。根据GIS系统记录的车道宽度、路况等信息，计算标准车辆数量N(单位：台)，标准通行时长T(单位：s)等信息。(注：若计算困难，N和T可根据实际经验估计)。最后，根据公式：

计算出路口的拥堵程度值。各路口的装置，将所有车道的拥堵程度评估值，通过网络发送给后台系统。后台系统使用路径规划算法，为出行人规划最优出行线路。

对于另一具体实施例，步骤11在实施时，RFID标签粘贴在前挡风玻璃，RFID天线架设在高处，调整天线朝向的角度，选择合适材质的标签，可以提高RFID标签读写的灵敏度和准确率。数据采集的准确程度直接关系到最终计算结果的准确率。步骤12在实施时，由车主需到交通管理部门办理RFID标签，并粘贴到指定的位置。RFID标签中记录车辆编码，由交通管理部门统一分配，确保编码的唯一性。标签的EPC区被锁定为只读，以防私自篡改。

步骤2在实施时，如图2所示，在路口部署装置和RFID天线。原则上，一个路口部署一个装置，每个装置可以连接多根天线，每根天线监测一个车道。若路口情况复杂，或线缆不够长、线缆不方便走线，可以在一个路口部署多个装置。

步骤3中在实施时，装置每隔100ms采集一次，并将采集结果加上时间戳。装置内部最多存放36000条记录。(最少是1个小时的数据)。“车辆通行记录”的存储，以先进先出的环形队列方式实现。确保队尾是最新采集的数据。若存储区域存满36000条记录，新的数据覆盖最早期的数据。如此循环实现，即不会导致数据存储占用泛滥，也方便数据的存储和读取。

步骤4中，步骤41在实施时，每次收到新任务，首先进行新增数据的预处理。一般情况装置会一直执行定时任务，而定时任务的时间间隔不会太久，如定时任务周期为5分钟，数据采集频率为100毫秒，则新增数据最多为3000个时刻的数据，进行预处理也非常快捷。处理误读情况时，若同期有半数以上的车辆已经通过，而该车辆依然没有通过路口，则视其为误读，删除其通行记录。

步骤42在实施时，装置内部存放配置文件，控制定时任务的参数有两个：是否启用定时任务、定时任务的周期。后台系统通过网络连接装置，有专门的参数设置界面修改这两个参数，远程控制装置的定时任务。后台系统也可以下发临时任务。

步骤43：在实施时，需要通过分析“车辆通行记录”，计算n和t，包括：

1)获取n的方法包括：

装置接收到任务的时刻，一般也是当前时刻。“车辆通行记录”是一个先进先出的队列，所以最新采集的数据在队尾。从“车辆通行记录”的队尾，统计30s内，也就是300个时间刻度的车辆数量，取平均值。

2)获取t的方法包括：

从“车辆通行记录”的队尾时刻，向前检索有完整通行记录的车辆。完整通行记录是指，在“车辆通行记录”队列中，有出现和消失的时刻。若当前通行车辆记录较少(少于3辆)，则检索1分钟内有完整通行记录的所有车辆，计算其平均通行时间。若当前通行车辆较多，则向前检索出10辆车辆的完整通行记录，计算其平均通行时间。

本发明公开了一种利用射频识别检测交通拥堵程度的方法，步骤包括：(1)RFID标签制作与安装步骤：在汽车前挡风玻璃上粘贴RFID标签，标签EPC区存储车牌信息；(2)RFID读写设备和天线安装步骤：在城市交通网络的各路口，安装RFID读写设备。该设备有RFID读写模块，可接入至少8根RFID天线，具有独立运算能力和网络传输能力。一根RFID天线监测一个车道，一台装置可以配置多根RFID天线；(3)信息采集步骤：通过RFID天线，采集该天线负责监测车道的所有车辆编号，每隔100ms采集一次，并将采集结果加上时间戳；(4)拥堵程度评估步骤：在设备中运行拥堵程度评估算法，根据车辆数量N、和单台车辆通过监测区域的时钟周期数T，计算出拥堵程度的数值。

本发明提供一种自动检测交通拥堵程度的方法，实时获取交通路网各路口的拥堵信息，通过可量化的方法计算各路口的拥度程度，通过互联网将各路口拥堵值上传到后台系统，为后台系统为出行人员规划最合理的出行路线奠定基础。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种利用射频识别检测交通拥堵程度的方法，其特征在于，

在汽车前挡风玻璃上粘贴RFID标签，RFID标签的EPC区存储车牌信息；

在城市交通网络的各路口，安装RFID读写设备，通过RFID天线监测一个车道；

采集每个该RFID天线负责监测车道的所有车辆编号，每隔100ms采集一次，并将采集结果加上时间戳；

根据GIS系统记录的车道宽度以及路况信息，计算标准车辆数量N，标准通行时长T，根据公式：

其中，车辆平均通行数量n和平均通行时间t，计算出路口的拥堵程度值；

获取n的方法包括：

接收到任务的当前时刻，从车辆通行记录的队尾，统计30s内，也就是300个时间刻度的车辆数量，取平均值；

获取t的方法包括：从车辆通行记录的队尾时刻，向前检索有完整通行记录的车辆，若当前通行车辆记录少于一定值，则检索一定时间内有完整通行记录的所有车辆，计算其平均通行时间，若当前通行车辆大于一定值，则向前检索出一定数量车辆的完整通行记录，计算其平均通行时间；

路口的每个车道安放一根天线，天线朝向车辆驶入方向，通过调整天线的朝向以及设置RFID的读写功率，控制读写范围；

每隔100ms采集一次所有车辆编号，并将采集结果加上时间戳，预留36000条数据记录的存储空间，以先进先出队列的方式存储“车辆通行记录”；

完整通行记录是指，在“车辆通行记录”队列中，有出现和消失的时刻。

2.如权利要求1所述的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法，其特征在于，RFID标签为陶瓷标签。

3.如权利要求1所述的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法，其特征在于，复杂情况路口，部署多个该RFID天线。

4.如权利要求1所述的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法，其特征在于，若存储区域存满36000条记录，新的数据覆盖最早期的数据。

5.如权利要求1所述的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法，其特征在于，对于采集的车辆编号的数据，进行预处理，处理误读情况时，若同期有半数以上的车辆已经通过，而该车辆依然没有通过路口，则视为误读，删除其通行记录。

6.如权利要求1所述的利用射频识别检测交通拥堵程度的方法，其特征在于，还包括：控制定时任务，参数包括：是否启用定时任务以及定时任务的周期。