劉振禹，馬有明

（山東華冠智能卡有限公司，山東 濟(jì)南 271100）

0 引言

我國(guó)科技發(fā)展日新月異，城市化的建設(shè)腳步逐漸加快，越來(lái)越多的人口涌入城市，造成交通出行逐漸擁擠，而城市的交通網(wǎng)絡(luò)也愈加復(fù)雜。隨之而來(lái)的問(wèn)題是如何建設(shè)更加先進(jìn)、智能化的公交系統(tǒng)。使用石墨烯RFID電子標(biāo)簽，將每一輛公交數(shù)據(jù)化，通過(guò)在后臺(tái)監(jiān)控，實(shí)時(shí)調(diào)整公交的運(yùn)行，可以幫助我們實(shí)現(xiàn)更加方便、智能的社會(huì)生活[1]。

1 RFID射頻識(shí)別技術(shù)

1.1 石墨烯RFID技術(shù)的原理

RFID（Radio Frequency Identification），也叫射頻識(shí)別技術(shù)，是一種非接觸式的用來(lái)采集數(shù)據(jù)的技術(shù)，利用無(wú)線(xiàn)電射頻信號(hào)空間耦合（電磁感應(yīng)或電磁傳播）的傳輸特性來(lái)達(dá)到自動(dòng)識(shí)別被標(biāo)識(shí)對(duì)象的目的。圖1所示是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的基本原理圖[2]。

圖1 非接觸式射頻識(shí)別

1.2 石墨烯RFID的優(yōu)勢(shì)

RFID具有以下優(yōu)勢(shì)：非接觸式自動(dòng)識(shí)別，讀取標(biāo)簽不需要有光線(xiàn)而且可以穿透外包裝；速度很快，可以即時(shí)讀取而且能多線(xiàn)處理；可以在惡劣的環(huán)境中工作；射頻識(shí)別設(shè)備的識(shí)別距離涵蓋范圍很廣，從幾厘米到幾百米不等。

石墨烯(Graphene)是一種基于二維碳納米復(fù)合材料，由碳原子以sp2雜化軌道系統(tǒng)組成一個(gè)六角型呈蜂巢晶格，它具有良好的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性能，在材料科學(xué)、能源、電子、生物醫(yī)學(xué)和藥物輸送等方面有著重要的應(yīng)用。石墨烯的導(dǎo)電性好、力學(xué)性能優(yōu)異，因此，它們成為能量轉(zhuǎn)換裝置中一種極有前途的電極材料?？茖W(xué)家們經(jīng)過(guò)研究后，把它和射頻識(shí)別技術(shù)聯(lián)系到一起，造出了以石墨烯為原材料的電子標(biāo)簽[3-4]。

以石墨烯為主原料的電子標(biāo)簽，和傳統(tǒng)材料比較，兼容性更強(qiáng)，性?xún)r(jià)比也比較高。目前，石墨烯的生產(chǎn)技術(shù)逐漸成熟，制造過(guò)程更加環(huán)保，不會(huì)產(chǎn)生重金屬、有害氣體及重酸等廢棄物。此外，因?yàn)槭┆?dú)有的片狀蜂窩型結(jié)構(gòu)，制造出來(lái)的電子標(biāo)簽可以做到防止被撕裂，被轉(zhuǎn)移，起到防偽的作用?；诖耍╇娮訕?biāo)簽將慢慢占據(jù)市場(chǎng)份額。

2 RFID技術(shù)在汽車(chē)中的應(yīng)用概況

2.1 汽車(chē)的電子身份證

汽車(chē)的電子身份證，是一張存有這輛汽車(chē)相關(guān)數(shù)據(jù)的RFID電子標(biāo)簽，一般安裝在汽車(chē)的前擋風(fēng)玻璃上。這張電子身份證可以和城市道路中的RFID讀卡器相互通信，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)RFID電子標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)，整個(gè)過(guò)程是自動(dòng)化的，而且不需要電子標(biāo)簽和讀卡器相互接觸，也不需要停止車(chē)輛進(jìn)行讀寫(xiě)，就像通過(guò)ETC一樣。另外，使用這種技術(shù)和交通管理部門(mén)協(xié)同合作，不僅能夠滿(mǎn)足公安系統(tǒng)的安全要求，還能幫助交通部門(mén)實(shí)現(xiàn)更加智能的管理。如果汽車(chē)的電子身份證普及開(kāi)來(lái)，就能方便地進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，精準(zhǔn)調(diào)度道路車(chē)輛的運(yùn)行情況，避免發(fā)生擁堵[5]。

2.2 汽車(chē)電子身份證的困境

想要充分推廣這項(xiàng)技術(shù)，也存在許多困難。首先，要保證城市內(nèi)的每一輛車(chē)都配有此裝置，這個(gè)裝置是一張卡片，大概是普通IC卡的大小，上面有二維碼和唯一的序列號(hào)，這張卡片要貼在車(chē)輛的擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)的上部。其次，在保證了每一輛車(chē)都裝有卡片之后，還要保證城市內(nèi)的道路上具備RFID讀卡器。此外，還需要在每個(gè)街區(qū)都建造識(shí)讀基站。這些工作需要大量的人工和金錢(qián)，明顯無(wú)法在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

2.3 RFID在公交系統(tǒng)的應(yīng)用

隨著技術(shù)發(fā)展，RFID技術(shù)滲入了許多行業(yè)，這幾年能夠在交通領(lǐng)域看到它的身影，目前，RFID技術(shù)已經(jīng)能夠應(yīng)用于智能交通的多個(gè)領(lǐng)域，圖2是基于RFID的車(chē)輛數(shù)據(jù)采集示意圖。

圖2 車(chē)輛數(shù)據(jù)采集流程

3 石墨烯RFID在智能公交系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 智能公交場(chǎng)管理

公交場(chǎng)是整個(gè)公交系統(tǒng)的中心，負(fù)責(zé)車(chē)輛排班和緊急調(diào)度、車(chē)輛進(jìn)出、車(chē)輛?？?、車(chē)輛監(jiān)控和考勤等。我們可以將RFID技術(shù)應(yīng)用于此。首先，為每輛公交車(chē)配置有唯一性的石墨烯RFID電子標(biāo)簽，其中包括公交場(chǎng)地址，運(yùn)營(yíng)單位，車(chē)牌號(hào)碼，班次等信息。其次，在公交場(chǎng)進(jìn)出口安裝RFID讀寫(xiě)器，車(chē)輛進(jìn)出的信息就會(huì)被識(shí)別并記錄，后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)也會(huì)存儲(chǔ)信息，以便于日后做查詢(xún)。系統(tǒng)流程見(jiàn)圖3。

圖3 智能公交場(chǎng)管理系統(tǒng)

3.2 智能公交調(diào)度

智能公交調(diào)度，是在城市道路的關(guān)鍵路線(xiàn)上配備RFID讀寫(xiě)器，通過(guò)公交車(chē)上配備的石墨烯RFID電子標(biāo)簽，獲取公交車(chē)的實(shí)時(shí)信息，傳輸至終端數(shù)據(jù)庫(kù)。運(yùn)營(yíng)中心工作人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的調(diào)度。

3.3 智能公交收費(fèi)系統(tǒng)

隨著長(zhǎng)距離線(xiàn)路（城際、城鄉(xiāng)）公交增加，單純的固定費(fèi)用（1元、2元）無(wú)法滿(mǎn)足線(xiàn)路收費(fèi)的需求，但是采用人工售票則會(huì)增加公交公司的精力投入，采用RFID技術(shù)則能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。智能公交扣費(fèi)系統(tǒng)由遠(yuǎn)卡模塊、近卡模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、扣費(fèi)模塊和功能輔助模塊組成。在公交的前后門(mén)分別安裝地標(biāo)天線(xiàn)，乘客在前門(mén)上車(chē)刷卡時(shí)，近卡模塊讀取射頻卡信息，結(jié)合GPS確定上車(chē)位置。反之，下車(chē)時(shí)不用刷卡，遠(yuǎn)卡模塊自動(dòng)識(shí)別乘客的射頻卡，結(jié)合GPS確定下車(chē)位置。最終，根據(jù)乘客實(shí)際的距離進(jìn)行扣費(fèi)[6]。

3.4 公交客流信息采集系統(tǒng)

公交車(chē)乘客流量、乘客始發(fā)地和乘客目的地是重要的公交客流數(shù)據(jù)，利用好這些數(shù)據(jù)，能夠幫助公交公司提高管理效率、充分利用現(xiàn)有資源。為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)記錄乘客數(shù)量，可以將石墨烯RFID技術(shù)用于采集客流量。與此對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，包括兩部分，RFID讀寫(xiě)器和石墨烯RFID標(biāo)簽。電子標(biāo)簽是直接裝配在乘客的公交卡中，讀寫(xiě)器則是安裝在公交車(chē)上[7]。每當(dāng)乘客刷卡一次，后臺(tái)的計(jì)數(shù)器對(duì)乘客數(shù)量行計(jì)數(shù)加一。與此同時(shí)，讀寫(xiě)器在一個(gè)輪詢(xún)周期內(nèi)，和所有標(biāo)簽進(jìn)行通訊，在固定時(shí)間內(nèi)無(wú)法收到信號(hào)的話(huà)，說(shuō)明乘客不在車(chē)內(nèi)，已經(jīng)下車(chē)。

3.5 智能公交指示牌系統(tǒng)

乘客可以在電子公交站牌看到本站臺(tái)的公交車(chē)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，從而了解到自己等待的車(chē)輛還需要多久到達(dá)。這項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)在公交車(chē)上配備石墨烯RFID電子標(biāo)簽，同時(shí)在公交站臺(tái)裝配讀卡器而實(shí)現(xiàn)的。每當(dāng)一輛公交車(chē)進(jìn)入站臺(tái)時(shí)，讀卡器識(shí)別電子標(biāo)簽內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，傳輸至總數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)中心將數(shù)據(jù)處理后再發(fā)送給站臺(tái)電子屏。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)石墨烯與不同基材及外部環(huán)境完美結(jié)合改變石墨烯天線(xiàn)特有的射頻特性，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了濕度感測(cè)標(biāo)簽、智能尿布等具有全球?qū)＠夹g(shù)的創(chuàng)新產(chǎn)品，使得石墨烯天線(xiàn)在感測(cè)器領(lǐng)域開(kāi)啟了另一扇應(yīng)用大門(mén)。如果將石墨烯RFID電子標(biāo)簽應(yīng)用在公交系統(tǒng)中，不僅能夠滿(mǎn)足智能化的需求，還可以相應(yīng)國(guó)家的號(hào)召，打造環(huán)保公交。想要實(shí)現(xiàn)智能公交系統(tǒng)，需要多種技術(shù)協(xié)作，既需要實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)通信，也需要精準(zhǔn)的定位和實(shí)時(shí)控制。智能公交系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的監(jiān)控和調(diào)度，不僅能夠節(jié)省人力的投入，還可以改善車(chē)輛的配置情況，最終達(dá)到資源充分利用。除此之外，智能公交系統(tǒng)還為公交公司提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)，可以幫助公司優(yōu)化公交路線(xiàn)、合理分配交通資源。最后，對(duì)普通出行百姓的益處是，可以及時(shí)的了解自己出行的車(chē)的相關(guān)信息。綜上，智能公交系統(tǒng)是社會(huì)巨大的進(jìn)步，是未來(lái)城市公交系統(tǒng)的的發(fā)展方向，也是發(fā)展智能城市交通的重要的、先行的一步。