基于RFID技术以及北斗定位技术对智慧公交系统方案的建设研究——以张家界的公交系统为例
时间：2023-04-12 10:35:05 来源：千叶帆 本文已影响人
卢灵秀，向 想
(吉首大学 张家界学院，湖南 张家界 427000)
伴随着堵车以及环境污染等问题，城市公共交通逐渐成为流行的出行方式。张家界作为一个国际化旅游城市，发展智慧公交系统势在必行。目前，张家界市的公交系统存在若干问题，比如公共交通的候车以及信息查询方法等比较落后。因此，必须开发新的智慧公交系统，以满足需求。目前，拟开发的智慧公交系统通过RFID技术、无线通信技术、北斗定位技术、软件工程技术对实时的数据进行采集并分析，以便更好地实现公交站点查询、智能公交换乘、智能换乘、路线推荐、智能导航等功能。该系统在极大程度上满足了智慧公交系统功能的需求，为智慧公交系统的研究和应用提供了理论和技术参考。
张家界作为一个国际化旅游城市，其旅游景点主要为自然景观，在1982年成为中国第一个国家森林公园。1988年，张家界武陵源风景区被联合国教科文组织列入《世界自然遗产名录》。2017年，张家界又先后被授予国家森林城市、湖南文明城市等荣誉称号。张家界作为以“绿色森林”著称的国际旅游城市，连续多年在空气、水环境质量排名中摘得全省“双第一”。2021年，张家界市武陵源区和永定区分别建成了国家级生态文明建设示范区和省级生态文明建设示范区。慈利县和桑植县建成了省级生态文明建设示范县。2022年，张家界市发改委工作规划重点之一就是要突出生态优先，迈上绿色发展新台阶。
为了配合张家界市的旅游发展大局，政府需要大力改善公共交通。这不仅可以降低污染，实现绿色发展，还可以缓解城市交通拥堵的问题，改善城市居民的居住环境。这对增强城市功能、统筹城乡发展具有十分重要的作用。公共交通是与人民群众切身利益相关的重要一环。改善公共交通系统是实现可持续发展的重要手段。张家界市作为国际化旅游城市，每年会迎接来自全世界各地的游客。但是由于张家界地处湖南湘西偏远地区，公共交通系统的发展跟不上大城市节奏，各大平台屡屡收到了关于公共交通的各种吐槽和投诉，导致张家界的旅游城市形象严重受损。相关部门必须重视该问题并加快建设智慧公交系统，不仅能解决张家界存在已久的本地交通问题，同时也为外来游客节省更多时间，让游客能够更好地享受旅游。
2.1 RFID 射频识别技术概况及应用
RFID也叫射频识别技术，是一种用来采集数据的非接触式的技术，利用无线电射频信号空间耦合度的传输特点来达到自动识别被标识对象的目的。RFID 射频识别技术是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的[1]。无线射频识别技术通过无线电波快速交换和存储信息，通过无线通信结合数据访问技术，连接数据库系统，实现非接触式的双向通信，从而达到了识别的目的。无线射频识别技术用于数据交换，串联一个极其复杂的系统。在识别系统中，无线射频识别技术通过电磁波实现电子标签的读写与通信。根据通信距离，可分为近场和远场，为此读/写设备和电子标签之间的数据交换方式也对应地被分为负载调制和反向散射调制。
RFID应用系统包括电子标签、读写器以及数据管理系统，通过射频无线信号自动对物体进行识别，采集物体的信息以及相关数据。在射频识别技术的使用以及运行过程中，人们主要是通过识别电子标签对物体进行分辨，通过读写器对目标物体进行读取以及信息的传送[2]。同时，电子标签与读写器进行无线交互。控制中心能够对电子标签进行管理以及维护。数据管理系统用于智慧公交系统数据的管理、智慧公交系统管理以及电子标签的读写管理。电子标签中的数据通常是在离线状态下写入的。
张家界是一个国际化的自然景观旅游城市，在地理环境因素方面，多山且自然地势复杂。RFID具有可以在恶劣的环境中工作的特点，可以很好地解决技术方面的问题。同时，RFID射频识别技术的识别距离涵盖面积很广，从几厘米到几百米不等。RFID更加环保，在制造RFID石墨烯时不会产生重金属、有害气体及重酸等废料物质，更加符合可持续发展观，也能够更好地保护张家界的自然景观，更符合张家界的城市定义[3]。
2.2 北斗定位技术概述及应用
北斗卫星导航系统(以下简称“北斗系统”)是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候，全天时，高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。它具有以下3个特点：一是北斗系统空间段采用3种轨道卫星组成的混合星座，与其他卫星导航系统相比，高轨卫星更多，抗遮挡能力强。尤其在低纬度地区，其性能优势更为明显。二是可提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。三是北斗系统创新融合了导航与通信能力，具备定位导航授时、星基增强、地基增强、精密单点定位、短报文通信和国际搜救等多种服务能力[4]。北斗系统创新融合了导航与通信能力，同时具备定位导航授时、星基增强、地基增强、精密单点定位、短报文通信和国际搜救等多种服务能力，而这些服务正是智慧公交系统所需要的。
张家界地处多山地区，如果在技术方面没有足够的技术支撑，张家界的智慧公交系统建设将面临巨大阻力。北斗定位系统能够为张家界智慧公交的建设提供强力的技术支撑。北斗定位技术能够实时采集在高海拔、远距离运输中的车辆信息，从而解决了多山带来的自然阻力问题。北斗定位技术主要由空间段、地面段和用户段3个部分组成。该技术可提供高精度和高可靠性的定位、导航等功能，具备通信能力。应用北斗定位技术可以为智慧公交系统的建设提供高精度、高可靠性的定位，从而解决智慧公交系统的定位问题，给用户提供精准的定位信息，实现智慧公交系统的建设。
本次张家界市智慧公交系统建设，主要从智能公交停车场系统、智能公交收费系统、智能公交指示牌系统3个方面展开。具体系统架构如图1所示。
图1 智能公交系统架构
3.1 智能公交停车场系统管理
利用无线电射频信号空间耦合度的传输特点来达到自动识别被标识对象的目的。此技术进一步发展出双向数据通信功能。RFID无线射频识别技术主要用于实现智慧公交车辆的识别功能、智慧公交车辆的实时定位功能以及智慧公交在距离的双向通信功能。如智慧公交什么时候进入停车场、什么时候发车、智慧公交的实时位置以及预计到达站点的时间等诸如此类的信息以及数据，都可以通过RFID无线射频识别技术进行掌控。智慧公交停车场系统管理的主要组成部分有固定式RFID基站、远距离RFID标签以及非接触式IC卡[5]。其中，RFID基站主要用于实现对RFID标签识别以及数据的读写操作；
RFID标签作为公交车辆副证，具有车辆唯一身份信息；
非接触式IC卡则可以根 据应用划分为企业员工卡或者班次卡等。
3.2 智慧公交收费系统
随着信息时代的发展，微信、支付宝以及云闪付等支付类软件的发展越来越快，现金支付模式逐渐被电子货币支付所替代。传统公交车收费系统所采取的现金投放方式已经逐渐被淘汰，还有一部分公交收费系统是通过乘客刷公交卡进行收费，但是拥有公交卡的人大部分是本地居民，而张家界作为一个国际化旅游城市，外来旅客众多，让其办理公交卡不现实。目前，我国在智慧公交收费系统的建设方面已经取得了很大的成果。很多城市已经拥有了一套较完备的智慧公交收费系统。此套收费系统的核心技术是RFID技术。智慧公交收费系统主要由远卡模块、近卡模式、数据处理模块、扣费模块以及功能辅助模块组成。在公交车的前门安装RFID射频识别器用于识别手机二维码，近卡模块可以读取二维码的信息，同时结合北斗定位系统定位乘客的下车位置[6]。在公交车的后门安装地标天线，这样在乘客下车时就不再需要扫描二维码，远卡模块会自动记录乘客的信息，结合北斗定位技术确定下车位置。系统可以通过计算乘客的乘车距离进行扣费处理，这样的收费方式将在更大程度上方便游客出行。
3.3 智能公交指示牌系统管理
智能公交指示牌的主要作用是可以给用户提供清晰的公交运行信息让用户更加清楚地知道车辆的运行状态以及计算车辆到站时间。智慧公交指示牌系统管理主要分为两个组成部分：北斗定位系统以及RFID无线射频显示系统。智慧公交指示牌系统通过运用北斗定位系统，对车辆进行定位，对车辆的运行状况进行判断以及追踪，同时可以及时了解车辆的运行情况。使用北斗定位系统了解车辆信息后，人们可以使用RFID无线射频识别技术对车辆信息进行标识。这样就可以使用RFID无线射频识别技术识别出车辆信息，在使用RFID无线射频识别技术中的读写功能时，将识别出来的信息反馈到RFID无线射频显示系统。智能公交指示牌将信息读写出来，从而实现智能公交指示牌的功能[7]。同时，RFID无线射频识别技术是利用无线电射频信号空间耦合度的传输特点来达到自动识别被标识对象的目的。
RFID无线射频识别技术是一种创新性的自动识别技术，已经被应用在各个领域中，给人们的生活带来了许多便利。将RFID无线射频识别技术应用在智能公交的建设上，是对RFID无线射频识别技术的一次扩展，也为智能公交的发展创造了更多的可能性。
本文分析了通过RFID无线射频识别技术与北斗定位技术的结合建设智能化公交系统的模式，以此为每一位出行者提供更加优质便捷的服务。张家界作为一个国际化旅游城市，需要迎接大量游客。而张家界多山的地貌特征使得游客需要借助公共交通工具才能往返于各景点，因此智能化的公交系统的建立不仅能够提升城市魅力，还能为游客提供更多便利。
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