CN102129467A - 基于射频识别的公交车位置告知和监控系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

基于射频识别的公交车位置告知和监控系统及实现方法涉及物联网环境下基于RFID技术的公交车位置告知和监控系统的实现方法，以及该系统的软硬件实现，两者有机结合构成物联网架构下的基于RFID的公交车位置告知和监控系统系统，基于射频识别的公交车位置告知和监控系统由公交车有源RFID标签，站点智能终端，始发、终点站管理终端软件、互联网短信应用服务器和数据服务器五部分组成；实现方法为：设计系统体系结构，射频标签的设计与实现，公交站点智能终端的硬件设计与实现，站点智能终端的平台软件设计，站点智能终端应用程序设计，部署数据服务器，部署互联网短信应用服务器，管理终端软件的设计实现，站点智能终端的部署，公交到站时间经验值的获取。

Description

基于射频识别的公交车位置告知和监控系统及实现方法

技术领域

本发明涉及一种物联网环境下基于RFID技术的公交车位置告知和监控系统的实现方法，以及该系统的软硬件实现，两者有机结合构成物联网架构下的基于RFID的公交车位置告知和监控系统系统，属于物联网和无线通信的交叉领域。

背景技术

物联网的概念是在1999年提出的，它的定义很简单：把所有物品通过射频识别(RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。随着技术不断进步，国际电信联盟于2005年正式提出物联网概念，而今年奥巴马就职演讲后对IBM提出的“智慧地球”积极响应后，物联网再次引起广泛关注。而我国官方近期对传感网(物联网的另一称谓)的多次提议表示我国物联网的发展也正式提上议事日程，同时也表明我国物联网的发展将加快。

所谓“物联网”(Internet of Things)，指的是将各种信息传感设备，如传感器节点、射频识别(RFID)装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。物联网框架应该由安全的API接口、骨干网络、可通过标准接口接入到骨干网络的设备网络构成。

物联网又称“传感网”，以互联网为代表的计算机网络技术是二十世纪计算机科学的一项伟大成果，它给我们的生活带来了深刻的变化，然而在目前，网络功能再强大，网络世界再丰富，也终究是虚拟的，它与我们所生活的现实世界还是相隔的，在网络世界中，很难感知现实世界，很多事情还是不可能的，时代呼唤着新的网络技术。

RFID诞生于二战期间，是英文Radio Frequency Identification技术的缩写，指利用无线射频传输技术来存储数据和检索数据的过程，是非接触式自动识别技术的一种。RFID系统的目标是通过合适的标签传送数据，用机器可读的方法来检索数据，在合适的时间、地点满足特别的应用需求。

RFID按应用频率的不同分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)、微波(MW)，相对应的代表性频率分别为：低频135KHz以下、高频13.56MHz、超高频860M～960MHz、微波2.4G，5.8G。

RFID按照能源的供给方式分为无源RFID，有源RFID，以及半有源RFID。无源RFID读写距离近，价格低；有源RFID可以提供更远的读写距离，但是需要电池供电，成本要更高一些，适用于远距离读写的应用场合。

RFID的基本组成部分：

标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；

天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。

阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；

RFID应用系统的基本工作原理是RFID标签进入读写器的射频场后，无源RFID标签接收读写器发出的射频信号，依靠感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，有源标签则主动发送某一频率的信号，读写器接收后进行有关的数据处理。

本发明在物联网的架构下，通过联网的RFID读写器确定公交车位置，和到达指定位置的时间来预测公交车到站时间，向选择公交出行的市民提供公交车信息。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对市民选择公交车出行时在公交站台无法知道公交车何时到来的不便以及公交公司希望对公交车行驶状况进行监控的需求，提出一种物联网环境下基于RFID(射频识别)的公交车位置告知和监控系统及实现方法。该系统由站点智能终端，RFID标签，管理终端软件，互联网短信应用服务器和数据服务器组成。这五大部分相互配合完成对公交车位置和行驶状况进行监控。最终的目的是实现智能化，人性化的公交服务系统，从而提高公交形象，吸引更多市民选择公交，构建低碳的和谐社会。

技术方案：本发明所提出的一种物联网环境下基于RFID的公交车位置告知和监控系统由有源的RFID标签对公交车进行标记，在公交站点设置集成了RFID读写器、信息显示LED点阵屏、GPRS无线网络模块的智能终端。公交车通过本站点时RFID读写器读取到站的公交车RFID信息再加上该辆公交车在本站点的入站，出站时间通过移动GPRS网络发送给数据服务器，数据服务器将各终端发送过来的数据处理后存入数据库并向各终端返回各站点各路公交车的到站信息并按经验值给出到达各站点时间的估计值。互联网短信网关服务器负责接受用户的短信查询请求，与数据服务器交互后返回查询结果。智能终端将在本站点停靠的公交车目前所处位置(已到哪一站)以及预计到达本站的剩余时间在LED点阵屏幕上显示出来。等车的乘客可通过屏幕知道自己所等的公交车目前已到哪一站，距离本站还有几站路，根据以往经验值估算的到站剩余时间和其他的一些提示信息等。

本发明的系统由公交车有源RFID标签，站点智能终端，始发/终点站管理终端软件，互联网短信应用服务器和数据服务器五部分组成：

1、公交车有源RFID标签是部署在公交车上的标识，这里采用有源标签是因为有源标签和读写器的可靠通信距离比无源标签远的多，在复杂的交通环境下可以更可靠的与读写器通信。

2、站点智能终端集成了RFID读写器、信息显示LED点阵屏、GPRS无线网络模块，RFID读写器读写到站停靠公交车RFID标签，LED点阵屏显示公交车位置和其他的提示信息，GPRS无线网络模块实现终端通过GPRS网络与服务器之间，以及智能终端之间的无线通信。

3、管理终端软件的功能是便于各级管理部门对系统的日常管理和维护，提供日常业务支撑。

4、互联网短信应用服务器提供了短信查询公交位置和到达指定站点大致时间的功能，用户可以通过手机短信发送要查询的公交线路和站点至互联网短信网关服务器，短信网关服务器查询数据服务器给出出行建议。

5、数据服务器负责公交车各项信息数据的存储、处理，接受智能终端和互联网短信网关服务器的查询等操作。

本发明的实现步骤如下：

步骤1)设计系统体系结构。本系统的体系结构如图1所示。

步骤2)射频标签的设计与实现。针对公交站点环境复杂，公交车自身会对读写器与标签的通信产生负面影响。本系统中采用的RFID标签使用有源的超高频(2.4GHz)RFID标签。RFID标签的存储器中应存有以下内容：公交车车牌，路线名，车次，车型，驾驶员信息等。

步骤3)公交站点智能终端的硬件设计与实现。站点智能终端是一个集成了RFID读写器、信息显示LED点阵屏、GPRS无线网络等模块的嵌入式系统。智能终端可以选用基于ARM内核的多功能片上系统(SOC)作为核心处理器，考虑到要实现多任务以及对无线网络的支持，嵌入式操作系统是必不可少的。因此，在选择片上系统时要注意它对常见嵌入式操作系统的支持情况。RFID读写器模块、LED点阵屏，GPRS无线网络模块等作为系统外设通过相应的通信接口与片上系统(SOC)连接。

步骤4)站点智能终端的平台软件设计。首先要确定采用的嵌入式操作系统，目前成熟稳定的嵌入式操作系统有Windows CE，Linux，VxWorks等。考虑到大面积推广的成本问题，本系统采用嵌入式Linux操作系统。然后要将嵌入式Linux移植到我们步骤3)中设计的硬件平台上，编写设备驱动。

步骤5)站点智能终端应用程序设计。站点智能终端等间隔的尝试读取路过本站的公交车的RFID标签，记录下每辆进入读写范围公交车的时间和最后一次成功读取的时间最后该辆公交车离开本站的时间。智能终端将进入，离开本站的时间和其他一些信息通过GPRS网络发送给数据服务器。智能终端也通过GPRS网络接收数据服务器的进过本站车辆的信息，经过处理后显示在LED点阵屏幕上。根据上述流程编写应用程序。

步骤6)部署数据服务器。首先要根据需求选择合适的服务器和数据库管理系统产品。再根据选择的平台进行数据库设计。

步骤7)部署互联网短信应用服务器。互联网短信应用服务器通过运营商的互联网短信网关(ISMG)与移动网内的短信中心通信，接受用户的查询请求。互联网短信应用服务器在收到查询请求后，根据请求内容生成数据服务器查询请求，再发送给数据服务器。数据服务器将查询的结果返回给互联网短信应用服务器，互联网短信应用服务器根据查询结果生成返回给用户的出行建议，再通过ISMG发送给用户。这一步骤中要选择合适的服务器产品和ISMG的API接口进行应用层的开发，完成前面所叙述的功能。此外，要与运营商合作协商，确定用户通过短信查询以及向用户发送短信的资费标准。

步骤8)管理终端软件的设计实现。终端软件的实现可以有两种方式：B/S(浏览器/服务器)、C/S(客户/服务器)。B/S方式是将使用Web技术将各项管理功能通过Web的方式实现，各级部门只需通过浏览器即可实现各项管理操作，而无需安装专门的客户端软件。采用B/S方式需要另外假设Web服务器，各级管理部门的管理操作通过Web服务器实现对数据服务器的操作实现。C/S方式下客户端利用Socket通信和VPN技术实现对数据服务器的访问。

步骤9)站点智能终端的部署。智能终端采用分离式外置天线来增加通信距离和可靠性。天线的增益根据公交站点的大小进行选择，天线和显示屏幕的放置位置要结合具体的站点情况综合考虑。

步骤10)公交到站时间经验值的获取。站点智能终端部署，调试完成后要先经过一段时间的测试运行，系统稳定工作后要先测试各路、各车型的公交车在一天的若干个典型的时间段的进站，离站时间，发送给数据服务器，服务器统计这若干个典型时间段各路、各车型的公交车从某一站点行驶至下一站点所需的经验时间，并存储至对应的表项。该经验值将根据以后得到的时间进行统计更新，以尽量保证经验值更接近实际值。

有益效果：本发明提出的物联网环境下基于RFID的公交车位置告知和监控系统具有以下优点：

(1)相对于目前已有的公交车位置告知系统以更低的成本实现了公交车位置的告知和监控，更是提供了在去公交站台等车之前可以通过手机短信的方式查询公交到站时间，并可获得出行建议的功能，这大大方便了市民出行，也减少了在等公交车上浪费的时间，特别是在炎炎夏日意义更大。

(2)本发明也使得公交公司可以监控公交车的运行情况，得知公交车是否有溜站，拒载的违规情况和其他异常情况。如果公交车的离站时间与进站时间相隔低于某个阈值(由经验得出)则可认为该车在某站点没有停车载客，让乘客下车。

(3)本发明也可作为公交公司的日常运行，维护的自动化系统。可以大大降低公交公司的运营成本。

(4)大面积推广后本发明可以大大改善市民的公交出行体验，提升公交形象，也可以达到节能减排，构建低碳和谐社会的目的。

附图说明

图1是本发明的体系结构图，显示了本发明的体系结构。

图2是一种可行的系统实施示意图。

具体实施方式

本发明实现了一种低成本公交车位置告知和监控系统，系统由站点智能终端，RFID标签，管理终端软件，互联网短信应用服务器和数据服务器组成。系统的具体实施方式首先要设计实现这五个子系统。

下面将结合附图对本发明作详细描述。应当明确，以下内容仅仅用来描述本发明而不作为对本发明的限制。

1、公交车有源RFID标签是部署在公交车上的标识，这里采用有源标签是因为有源标签和读写器的可靠通信距离比无源标签远的多，在复杂的交通环境下可以更可靠的与读写器通信。

2、站点智能终端集成了RFID读写器、信息显示LED点阵屏、GPRS无线网络模块，RFID读写器读写到站停靠公交车RFID标签，LED点阵屏显示公交车位置和其他的提示信息，GPRS无线网络模块实现终端通过GPRS网络与服务器之间，以及智能终端之间的无线通信。

3、管理终端软件的功能是便于各级管理部门对系统的日常管理和维护，提供日常业务支撑。

4、互联网短信应用服务器提供了短信查询公交位置和到达指定站点大致时间的功能，用户可以通过手机短信发送要查询的公交线路和站点至互联网短信网关服务器，短信网关服务器查询数据服务器给出出行建议。

5、数据服务器负责公交车各项信息数据的存储、处理，接受智能终端和互联网短信网关服务器的查询等操作。

本发明的实现步骤如下：

步骤1)设计系统体系结构。本系统的体系结构如图1所示。

步骤2)射频标签的设计与实现。针对公交站点环境复杂，公交车自身会对读写器与标签的通信产生负面影响。本系统中采用的RFID标签使用有源的超高频(2.4GHz)RFID标签。RFID标签的存储器中应存有以下内容：公交车车牌，路线名，车次，车型，驾驶员信息等。

步骤3)公交站点智能终端的硬件设计与实现。站点智能终端是一个集成了RFID读写器、信息显示LED点阵屏、GPRS无线网络等模块的嵌入式系统。智能终端可以选用基于ARM内核的多功能片上系统(SOC)作为核心处理器，考虑到要实现多任务以及对无线网络的支持，嵌入式操作系统是必不可少的。因此，在选择片上系统时要注意它对常见嵌入式操作系统的支持情况。RFID读写器模块、LED点阵屏，GPRS无线网络模块等作为系统外设通过相应的通信接口与片上系统(SOC)连接。

步骤4)站点智能终端的平台软件设计。首先要确定采用的嵌入式操作系统，目前成熟稳定的嵌入式操作系统有Windows CE，Linux，VxWorks等。考虑到大面积推广的成本问题，本系统采用嵌入式Linux操作系统。然后要将嵌入式Linux移植到我们步骤3)中设计的硬件平台上，编写设备驱动。

步骤5)站点智能终端应用程序设计。站点智能终端等间隔的尝试读取路过本站的公交车的RFID标签，记录下每辆进入读写范围公交车的时间和最后一次成功读取的时间最后该辆公交车离开本站的时间。智能终端将进入，离开本站的时间和其他一些信息通过GPRS网络发送给数据服务器。智能终端也通过GPRS网络接收数据服务器的进过本站车辆的信息，经过处理后显示在LED点阵屏幕上。根据上述流程编写应用程序。

步骤6)部署数据服务器。首先要根据需求选择合适的服务器和数据库管理系统产品。再根据选择的平台进行数据库设计。

步骤7)部署互联网短信应用服务器。互联网短信应用服务器通过运营商的互联网短信网关(ISMG)与移动网内的短信中心通信，接受用户的查询请求。互联网短信应用服务器在收到查询请求后，根据请求内容生成数据服务器查询请求，再发送给数据服务器。数据服务器将查询的结果返回给互联网短信应用服务器，互联网短信应用服务器根据查询结果生成返回给用户的出行建议，再通过ISMG发送给用户。这一步骤中要选择合适的服务器产品和ISMG的API接口进行应用层的开发，完成前面所叙述的功能。此外，要与运营商合作协商，确定用户通过短信查询以及向用户发送短信的资费标准。

步骤8)管理终端软件的设计实现。终端软件的实现可以有两种方式：B/S(浏览器/服务器)、C/S(客户/服务器)。B/S方式是将使用Web技术将各项管理功能通过Web的方式实现，各级部门只需通过浏览器即可实现各项管理操作，而无需安装专门的客户端软件。采用B/S方式需要另外假设Web服务器，各级管理部门的管理操作通过Web服务器实现对数据服务器的操作实现。C/S方式下客户端利用Socket通信和VPN技术实现对数据服务器的访问。

步骤9)站点智能终端的部署。智能终端采用分离式外置天线来增加通信距离和可靠性。天线的增益根据公交站点的大小进行选择，天线和显示屏幕的放置位置要结合具体的站点情况综合考虑。

步骤10)公交到站时间经验值的获取。站点智能终端部署，调试完成后要先经过一段时间的测试运行，系统稳定工作后要先测试各路、各车型的公交车在一天的若干个典型的时间段的进站，离站时间，发送给数据服务器，服务器统计这若干个典型时间段各路、各车型的公交车从某一站点行驶至下一站点所需的经验时间，并存储至对应的表项。该经验值将根据以后得到的时间进行统计更新，以尽量保证经验值更接近实际值。

Claims (2)

1.一种基于射频识别的公交车位置告知和监控系统，其特征在于该系统由公交车有源RFID标签，站点智能终端，始发、终点站管理终端软件、互联网短信应用服务器和数据服务器五部分组成；由有源的RFID标签对公交车进行标记，在公交站点设置集成了由RFID读写器、信息显示LED点阵屏、GPRS无线网络模块组成的站点智能终端；公交车通过本站点时RFID读写器读取到站的公交车RFID信息再加上该辆公交车在本站点的入站，出站时间通过移动GPRS网络发送给数据服务器，数据服务器将各终端发送过来的数据处理后存入数据库并向各终端返回各站点各路公交车的到站信息并按经验值给出到达各站点时间的估计值，互联网短信应用服务器负责接受用户的短信查询请求，与数据服务器交互后返回查询结果；智能终端将在本站点停靠的公交车目前所处位置以及预计到达本站的剩余时间在LED点阵屏幕上显示出来；等车的乘客可通过屏幕知道自己所等的公交车目前已到哪一站，距离本站还有几站路，根据以往经验值估算的到站剩余时间和其他的一些提示信息。

2.根据权利要求1所述的基于射频识别的公交车位置告知和监控系统的实现方法，其特征在于该方法的具体实现方法如下：

步骤1).设计系统体系结构，

步骤2).射频标签的设计与实现：针对公交站点环境复杂，公交车自身会对读写器与标签的通信产生负面影响，采用的RFID标签使用有源的2.4GHz超高频RFID标签，RFID标签的存储器中应存有以下内容：公交车车牌，路线名，车次，车型，驾驶员信息，

步骤3).公交站点智能终端的硬件设计与实现：站点智能终端是一个集成了RFID读写器、信息显示LED点阵屏、GPRS无线网络等模块的嵌入式系统，智能终端选用基于ARM内核的多功能片上系统SOC作为核心处理器；RFID读写器模块、LED点阵屏、GPRS无线网络模块作为系统外设通过相应的通信接口与片上系统SOC连接，

步骤4).站点智能终端的平台软件设计：首先要确定采用的嵌入式操作系统，即采用嵌入式Linux操作系统，然后要将嵌入式Linux移植到步骤3)中设计的硬件平台上，编写设备驱动，

步骤5).站点智能终端应用程序设计：站点智能终端等间隔的尝试读取路过本站的公交车的RFID标签，记录下每辆进入读写范围公交车的时间和最后一次成功读取的时间最后该辆公交车离开本站的时间，智能终端将进入，离开本站的时间和其他一些信息通过GPRS网络发送给数据服务器，智能终端也通过GPRS网络接收数据服务器的进过本站车辆的信息，经过处理后显示在LED点阵屏幕上，根据上述流程编写应用程序，

步骤6)部署数据服务器：首先要根据需求选择合适的服务器和数据库管理系统产品，再根据选择的平台进行数据库设计，

步骤7)部署互联网短信应用服务器：互联网短信应用服务器通过运营商的互联网短信网关ISMG与移动网内的短信中心通信，接受用户的查询请求，互联网短信应用服务器在收到查询请求后，根据请求内容生成数据服务器查询请求，再发送给数据服务器；数据服务器将查询的结果返回给互联网短信应用服务器，互联网短信应用服务器根据查询结果生成返回给用户的出行建议，再通过ISMG发送给用户，这一步骤中要选择合适的服务器产品和ISMG的API接口进行应用层的开发，完成前面所叙述的功能，此外，要与运营商合作协商，确定用户通过短信查询以及向用户发送短信的资费标准，

步骤8)管理终端软件的设计实现：终端软件的实现可以有两种方式：浏览器B/服务器S、客户C/服务器S；B/S方式是将使用Web技术将各项管理功能通过Web的方式实现，各级部门只需通过浏览器即可实现各项管理操作，而无需安装专门的客户端软件，采用B/S方式需要另外假设Web服务器，各级管理部门的管理操作通过Web服务器实现对数据服务器的操作实现，C/S方式下客户端利用Socket通信和VPN技术实现对数据服务器的访问，

步骤9)站点智能终端的部署：智能终端采用分离式外置天线来增加通信距离和可靠性，天线的增益根据公交站点的大小进行选择，天线和显示屏幕的放置位置要结合具体的站点情况综合考虑，

步骤10)公交到站时间经验值的获取：站点智能终端部署，调试完成后要先经过一段时间的测试运行，系统稳定工作后要先测试各路、各车型的公交车在一天的若干个典型的时间段的进站，离站时间，发送给数据服务器，服务器统计这若干个典型时间段各路、各车型的公交车从某一站点行驶至下一站点所需的经验时间，并存储至对应的表项；该经验值将根据以后得到的时间进行统计更新，以尽量保证经验值更接近实际值。

Images