摘 要：地鐵車廂人數(shù)預(yù)報(bào)裝置可以在地鐵即將抵達(dá)地鐵站時(shí)將各節(jié)車廂的具體人數(shù)顯示在地鐵站內(nèi)，供乘客參考，使乘客能夠合理選擇車廂排隊(duì)等候，以減緩地鐵車廂空間資源利用不均的問題。本文粗略介紹射頻識(shí)別技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上研究基于射頻識(shí)別技術(shù)的人數(shù)檢測方法的可行性和具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：地鐵；射頻識(shí)別技術(shù)

隨著社會(huì)的城鎮(zhèn)化交通系統(tǒng)的快速發(fā)展，大城市道路擁堵的問題日益顯現(xiàn)，因此，地鐵作為一種準(zhǔn)時(shí)，快捷的交通出行工具已逐漸成為大多數(shù)市民出行的首選，因此越來越多的城市開始大規(guī)模修建地鐵；然而，在長期的使用過程中發(fā)現(xiàn)，由于每輛地鐵的車廂比較多，其站臺(tái)也比較長，乘客上下車廂的門位又比較隨機(jī)，而且乘客事先也不知道各節(jié)車廂的具體人數(shù)，因此經(jīng)常會(huì)發(fā)生部分車廂乘客比較擁擠，而部分車廂則存有空位，致使各節(jié)車廂人數(shù)分布不均，沒有合理的利用車廂空間資源。解決這一問題可以采用地鐵車廂人數(shù)預(yù)報(bào)裝置，而實(shí)現(xiàn)人數(shù)預(yù)報(bào)功能的關(guān)鍵就在于能否準(zhǔn)確檢測各節(jié)車廂的人數(shù)。

無線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)采取非接觸式的檢測方法，廣泛應(yīng)用于物流、生產(chǎn)、企業(yè)管理等各領(lǐng)域，具有極大的開發(fā)應(yīng)用潛力，已成為新世紀(jì)最主要的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。本文基于無線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)的原理，對(duì)其應(yīng)用于地鐵車廂人數(shù)預(yù)報(bào)裝置，實(shí)現(xiàn)車廂人數(shù)檢測的可行性進(jìn)行分析研究。

一、RFID系統(tǒng)簡要介紹

（一）系統(tǒng)組成

RFID（Redio Frequency IDentification）是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它利用射頻信號(hào)通過無線傳輸?shù)姆绞絹磉M(jìn)行數(shù)據(jù)交換和目標(biāo)識(shí)別。具有穿透能力強(qiáng)、識(shí)別距離遠(yuǎn)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、可同時(shí)識(shí)別多個(gè)物體、且無須人工干預(yù)等諸多優(yōu)勢。最基本的 RFID 系統(tǒng)如圖1所示，由三部分組成：1）電子標(biāo)簽（Tag，即射頻卡）：由耦合元件及具有模擬、數(shù)字記憶功能的芯片組成，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)被識(shí)別對(duì)象的數(shù)據(jù)信息，電子標(biāo)簽含有依不同頻率、應(yīng)用環(huán)境而設(shè)計(jì)的內(nèi)置天線，用于和射頻天線間進(jìn)行通信；2）閱讀器：可以讀?。ㄔ谧x寫卡中還可以寫入）電子標(biāo)簽信息的設(shè)備；3）天線：包括發(fā)射天線和接收天線，在電子標(biāo)簽和閱讀器間傳遞射頻信號(hào)。有些系統(tǒng)的閱讀器還置有 RS232 接口，通過通訊線和上位機(jī)系統(tǒng)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)交流共享，從而實(shí)現(xiàn)后臺(tái)控制功能。

（二）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程

如圖1所示，RFID 系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的大致實(shí)現(xiàn)過程是： 在待識(shí)別檢測物體的表面或內(nèi)部綁定電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)有被標(biāo)識(shí)對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)信息；閱讀器和電子標(biāo)簽之間通過電磁感應(yīng)進(jìn)行無線通信，從而使得閱讀器獲取電子標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)信息，并辨別數(shù)據(jù)的有效性，從而達(dá)到對(duì)物體自動(dòng)識(shí)別的目的。具體實(shí)現(xiàn)過程是閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送出具有一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)電子標(biāo)簽進(jìn)入到發(fā)射天線的工作空間時(shí)，通過產(chǎn)生電磁感應(yīng)的耦合電流來獲取能量以激活電子標(biāo)簽內(nèi)部電路，并為其持續(xù)供電，而后由電子標(biāo)簽的內(nèi)置天線發(fā)送出自身存儲(chǔ)的標(biāo)識(shí)對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，接收天線接收到這些數(shù)據(jù)信息后發(fā)送給閱讀器，最后閱讀器將所獲信息傳送至上位系統(tǒng)的PC 機(jī)進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)處理。

（三）電子標(biāo)簽的標(biāo)準(zhǔn)及分類

1）按照能量供給方式的不同，電子標(biāo)簽可以分為有源、無源和半有源三種：有源標(biāo)簽是指配有內(nèi)置電池的標(biāo)簽，由內(nèi)置電池給電路供電，有源標(biāo)簽主動(dòng)向閱讀器發(fā)送射頻信號(hào)，因此又被稱為主動(dòng)式標(biāo)簽；無源標(biāo)簽是指內(nèi)部沒有電池的標(biāo)簽，工作時(shí)由閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)射信號(hào)激活標(biāo)簽，間接向標(biāo)簽供電，因此該標(biāo)簽又稱為被動(dòng)式標(biāo)簽；半有源標(biāo)簽是標(biāo)簽內(nèi)部有電源，但這個(gè)電源只能維持標(biāo)簽內(nèi)部電路的運(yùn)作，標(biāo)簽不能向閱讀器發(fā)送信息，只有閱讀器向標(biāo)簽發(fā)送信號(hào)時(shí)，該標(biāo)簽才能被激活，同閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。2）按照工作頻率的不同，電子標(biāo)簽可以分為低頻標(biāo)簽（30～300KHz）、高頻段標(biāo)簽（3～30MHz）、超高頻標(biāo)簽（300MHz～2.45GHz）和微波標(biāo)簽（2.45GHz以上）。電子標(biāo)簽的工作距離范圍和工作頻率有關(guān)，工作頻率越高，工作距離越遠(yuǎn)。

二、RFID技術(shù)應(yīng)用于地鐵車廂人數(shù)檢測的可行性

地鐵車廂及乘客具有以下顯著特征：車廂封閉性極好，檢測范圍固定不變；每位乘客必然攜帶地鐵卡進(jìn)站乘車，則標(biāo)識(shí)對(duì)象唯一確定，且對(duì)象信息易獲?。坏罔F在兩站之間的運(yùn)行時(shí)間足以完成數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸。充分利用以上特征，在乘客的地鐵卡中內(nèi)嵌含有相關(guān)數(shù)據(jù)信息的電子標(biāo)簽，并在車廂內(nèi)部安裝閱讀器識(shí)別檢測地鐵卡的信息，再交由數(shù)據(jù)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理便可獲得車廂內(nèi)的地鐵卡數(shù)量，從而獲得車廂內(nèi)的具體人數(shù)。綜上所述，將RFID技術(shù)應(yīng)用于地鐵車廂人數(shù)檢測具有良好的條件，可以精確、快速的獲取終端信息，有利于緩解地鐵車廂空間資源利用不均的問題，為乘客提供更好的乘車體驗(yàn)，極具社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

三、基于RFID技術(shù)的地鐵車廂人數(shù)檢測方法的應(yīng)用

（一）地鐵車廂人數(shù)預(yù)報(bào)裝置介紹

地鐵車廂人數(shù)預(yù)報(bào)裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由射頻識(shí)別檢測模塊、處理器模塊、和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成，射頻識(shí)別檢測模塊識(shí)別檢測車廂內(nèi)的乘客，并將原始數(shù)據(jù)傳輸給處理器模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理后的數(shù)據(jù)會(huì)由數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行無線移動(dòng)通信，使得車廂內(nèi)乘客數(shù)量的信息提前顯示在下一站的電視機(jī)屏幕上。

（二）車廂人數(shù)預(yù)報(bào)功能的實(shí)現(xiàn)

選擇作用距離為3米、工作頻率為915MHz的無源電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽的定位識(shí)別信息采用地鐵卡的編號(hào)，一張地鐵卡對(duì)應(yīng)一個(gè)編號(hào)，這樣便保證了檢測結(jié)果的唯一性。為了滿足數(shù)據(jù)的完整性，使得檢測范圍覆蓋整節(jié)車廂，如圖2所示，在車廂頂部等間距得安裝三組天線和閱讀器，三個(gè)閱讀器（為了方便展示，圖中只畫一個(gè)閱讀器）均和處理器相連，處理器和信號(hào)發(fā)射器相連。步驟一：閱讀器經(jīng)發(fā)射天線發(fā)射一定頻率的射頻信號(hào)，當(dāng)有乘客持地鐵卡進(jìn)站乘車并走進(jìn)具有射頻信號(hào)的車廂時(shí)，地鐵卡電子標(biāo)簽便會(huì)感應(yīng)接受射頻信號(hào)，并獲得能量而工作，電子標(biāo)簽將所在地鐵卡的編號(hào)信息通過內(nèi)置的發(fā)送天線以載波信號(hào)的形式發(fā)送出去，接收天線便會(huì)接收到這個(gè)信號(hào)并經(jīng)天線調(diào)節(jié)器傳輸給閱讀器，閱讀器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)和解碼便獲得乘客地鐵卡編號(hào)的原始數(shù)據(jù)，然后將其送到處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。步驟二：處理器接收到乘客地鐵卡編號(hào)的原始數(shù)據(jù)后，開始對(duì)這些編號(hào)進(jìn)行逐一計(jì)數(shù)，并剔除重復(fù)出現(xiàn)的編號(hào)，直到最后一個(gè)編號(hào)出現(xiàn)為止，這便獲得計(jì)數(shù)結(jié)果。最后處理器把計(jì)數(shù)結(jié)果即車廂內(nèi)的人數(shù)信息通過通訊線發(fā)送給信號(hào)發(fā)射器。步驟三：無線移動(dòng)通信發(fā)射器采用模擬微波傳輸方法，經(jīng)過微波發(fā)射機(jī)把接收到的信號(hào)直接調(diào)制在微波的信道上，再通過微型天線將微波信號(hào)發(fā)射出去。微波信號(hào)可以隨著地鐵的運(yùn)行而傳輸。步驟四：無線移動(dòng)通信接收器的結(jié)構(gòu)和發(fā)射器類似。信號(hào)接收器安裝在車站內(nèi)，其微型天線接收到微波信號(hào)后，通過微波接收機(jī)解調(diào)出原來的電信號(hào)并轉(zhuǎn)換，最后把視頻信號(hào)傳輸?shù)秸緝?nèi)電視機(jī)屏幕上，顯示數(shù)據(jù)結(jié)果。

四、結(jié)語

通過上述研究表明，RFID技術(shù)在人體識(shí)別檢測及統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域具有極大的發(fā)展?jié)摿??；谏漕l識(shí)別技術(shù)的地鐵車廂人數(shù)預(yù)報(bào)裝置具有準(zhǔn)確性高、響應(yīng)迅速、成本低廉、硬件結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，極具市場開發(fā)潛力。

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作者簡介：張超宇（1995-），男，漢族，山西孝義人，本科，新能源科學(xué)與工程專業(yè)，風(fēng)電方向。