專利名稱：高速公路上車輛的車速和相對位置實時測量系統及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于智能運輸系統領域，特別涉及RFID(射頻識別)在高速公路安全管理方面的應用。
背景技術：
高速公路網絡的建設與發(fā)展對我國發(fā)展提高生產力，增強在經濟全球化背景下的國際競爭力具有十分重要的作用。從長遠看，對中國人民生活方式的現代化也將產生重要影響。
近幾年，我國高速公路蓬勃發(fā)展，每年以幾千公里的速度遞增。作為國家的重要戰(zhàn)略資源，高速公路線形好、路面平整、沒有平交道口和慢速車的干擾，不僅提高運輸效率，還能減少車輛損耗，其優(yōu)越性十分突出。
但是，在安全方面，我國的高速公路卻表現出了較高的事故率和傷亡率，這與國外情況形成了鮮明的對比。與一般公路相比，國外高速公路的死亡率約為一般公路的43％——76％；而我國，高速公路事故率和傷亡率卻遠高出一般公路，分別約為一般公路的4倍和8倍。盡管造成交通事故的原因是多方面的，但是我國高速公路實踐中顯然存在著自身的設計和管理上的諸多問題。尤其對于已建成的高速公路，如何加強其管理方法，改進其管理手段，是一個具有極高理論和實際價值的研究課題。
相關研究表明，通過合理控制機動車輛的車速及安全車距，可以有效地保障高速公路的交通安全和暢通，預防和減少交通事故。我國《道路交通安全法實施條例》第七十八條規(guī)定高速公路應當標明車道的行駛速度，最高車速不得超過每小時120公里，最低車速不得低于每小時60公里。高速公路上行駛的小型汽車最高車速不得超過每小時120公里，其他機動車不得超過100公里。也就是說，我國規(guī)定的高速公路的行駛速度最快不能超過120公里，有限速交通標志或限速路面標志時應嚴格按標志規(guī)定的速度行駛。
同時，《實施條例》中還規(guī)定在高速公路上行駛，車速超過每小時100公里時，應當與同車道前車保持100米以上的距離，車速低于每小時100公里時，與同車道前車距離可以適當縮短，但最小距離不得少于50米。依據一般駕駛經驗，車速與安全車距應為正比，如120公里時速時，車距應為120米，80公里時速時，車距應為80米，依此類推。
目前我國的高速公路管理系統中，針對限速、限距方面的技術措施還十分有限。而現有的一些交通檢測技術，如磁感應檢測，波頻車輛檢測，視頻檢測等，其主要作用是檢測道路流量以及為超速罰款提供參考依據，并不能減少高速公路的事故率及傷亡率。同時，各種檢測手段都有各自的缺點(詳見下表)，限制了其技術的發(fā)展和使用的推廣，特別是高速公路上的電源問題難以解決，極大的限制了相關方案的實施。此外，這些檢測技術對車輛的安全距離檢測都束手無策。現在最常用的限距方法是在高速公路上設置車距確認標志及與之對應的車距確認標線，其作用僅僅是為駕駛者的主觀判斷提供一定的參考依據。因此，我國在高速公路安全管理及監(jiān)控這一領域還存在著很大的空白。如何利用現代電子技術，準確有效的進行高速公路的安全管理，是一項迫在眉睫的研究課題。

射頻識別技術RFID(Radio Frequency Identification)是20世紀90年代開始興起自動識別技術的一種，即通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信對目標加以識別。RFID技術無需直接接觸、無需光學可視、無需人工干預即可完成信息輸入和處理，且操作方便快捷，可工作于各種惡劣環(huán)境下，能夠廣泛應用于生產、物流、交通、運輸、醫(yī)療、防偽、跟蹤、設備和資產管理等需要收集和處理數據的應用領域。
目前RFID技術處于迅速上升的時期，該技術被業(yè)界公認為是本世紀最有前途應用技術之一。尤其是隨著射頻識別技術理論的不斷豐富和完善，單芯片電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應高速移動物體的射頻識別技術與產品正在成為現實并走向應用。在我國RFID系統已廣泛應用于車輛自動識別(AVI)系統、不停車電子收費(ETC)系統、設備(物流)自動識別(AEI)系統和門禁識別(GAI)系統之中，大大推動了我國智能交通系統(ITS)的發(fā)展。
最基本的RFID系統由三部分組成1.標簽(Tag，即射頻卡)由耦合元件及芯片組成，標簽含有內置天線，用于和射頻天線間進行通信。
從工作頻率上來說，分為低頻、中高頻、超高頻和微波。
從識別距離上來說，分為密耦合(0~1cm)、遙耦合(0~1m)和遠距離系統(＞1m)。
從能量供應上來說，射頻標簽分為有源和無源兩種。無源射頻標簽，其自身沒有電源。因此，無源射頻標簽工作用的所有能量必須從閱讀器發(fā)出的電磁場中取得。與此相反，有源的射頻標簽包含一個電池，為微型芯片的工作提供全部或部分能量。
從工作方式上來說，分為RTF和TTF兩種方式，RTF(Reader Talk First)方式即閱讀器先發(fā)言方式，只有當電子標簽接收到特殊命令才發(fā)送數據。而TTF(Tag Talk First)方式為標簽先發(fā)言方式，一旦射頻卡進入閱讀器的能量場即主動發(fā)送自身ID號。
按照封裝方式分為只讀卡(RO)、可讀寫卡(RW)和一次寫入多次讀出卡(WORW)。
2.閱讀器讀取(在讀寫卡中還可以寫入)標簽信息的設備。有些系統還通過閱讀器的RS232或RS485接口與外部計算機(上位機主系統)連接，進行數據交換。同時借鑒了移動通訊多種先進的技術，例如空分多址，頻分多址和碼分多址等，已經成功實現了多標簽同時識別技術，解決了系統讀取多個電子標簽的防沖突問題。
天線在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。
系統的基本工作流程是閱讀器通過發(fā)射天線發(fā)送一定頻率的射頻信號，當射頻卡進入發(fā)射天線工作區(qū)域時產生感應電流，射頻卡獲得能量被激活；射頻卡將自身編碼等信息通過卡內置天線發(fā)送出去；系統接收天線接收到從射頻卡發(fā)送來的載波信號，經天線調節(jié)器傳送到閱讀器，閱讀器對接收的信號進行解調和解碼然后送到后臺主系統進行相關處理；主系統根據邏輯運算判斷該卡的合法性，針對不同的設定做出相應的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機構動作。
中國專利02113003公開了一種防止高速公路追尾撞車的預警系統。其技術方案為包括中央處理裝置CP和由微波探測器、路終端和告警指示燈組成的檢測線DL；檢測線DL等間距地安裝在高速公路全程雙向車道的內側并通過數據傳輸線路L1與中央處理裝置CP連接，每個檢測線分別與其前后檢測線連接，檢測線DL中的路終端分別與微波探測器和告警指示燈連接。預警方法中包括將檢測線編號、車輛編號、通過時間、路邊距、即時車速和正常車速的信息碼組傳送給相關檢測線。最后由中央處理裝置匯集、處理全線所有檢測線發(fā)出的信息，顯示全線所有車輛的實時位置和行車安全狀況。該專利提供預警系統利用微波探測器作為傳感器件，通過檢測線檢測到車輛的“實際位置”即系統根據車輛所處的位置，如車間距，車速度，前、后車的相對速度和位置、所處的車道等信息自身等信息，綜合判斷是否報警或告警。
中國專利申請200310100163公開了一種高速公路區(qū)間信號管理系統。該管理系統將一條高速公路劃分為若干個首尾相接的封閉路段，在封閉路段中各等距離位置處設置有所述的車輛檢測器，各車輛檢測器通過系統總線相連，系統總線與指揮中心計算機連接；車輛檢測器包括射頻識別發(fā)射與閱讀器、微處理器、電源和閃光告警器；該管理系統還包括一個附加在車輛上的應答器，所述應答器在高速公路入口處用人工輸入或電子自動編碼輸入的方式存儲有當前車輛的識別信息；當車輛在高速公路的監(jiān)測區(qū)間運行時，監(jiān)測網絡(每100-300米一個檢測器)上的閱讀器不斷與車輛上的應答器進行數據交換，通過網絡及交通控制中心的計算機。該專利申請采用了射頻識別技術，并提出了將高速公區(qū)劃分成封閉區(qū)間的管理方法，降低了數據處理和傳輸的難度。
上述兩個專利或專利申請在實際應用中，檢測器的間距一般都設置在100米或100米以上，對車輛的實時位置以及車速等信息的測量是無法精確檢測到的，而如果將檢測器的間距設立的很近，勢必大大增加系統運行成本，并降低了整個系統的可靠性。此外，此兩種檢測系統，都需要在高速公路上安裝帶有微處理器等有源器件的電路模塊，難以達到高可靠性的性能要求，并且還存在系統維護方面的問題。因而，上述的專利或專利申請對于道路管理、全面識別每輛車的信息等方面存在技術問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現有技術的上述不足，提出一種能夠對在高速公路上行駛車輛的車速和相對距離進行實時測量系統及方法，以達到對車輛進行安全監(jiān)查和報警的作用。該種系統和方法可以達到較高的精度，無需在高速公路上配置電源，具有高可靠性，低成本，零維護性(對安裝在高速公路上的器件而言)。本發(fā)明的技術方案如下一種高速公路上車輛的車速和相對位置實時測量系統，包括無源應答器，等距設置在高速公路的隔離帶或左、右路肩上，每個無源應答器具有唯一的射頻識別碼，該射頻識別碼包括能夠表征其所處位置的位置標識；閱讀器，設置在車輛上，用于發(fā)射激活信號和從無源應答器接收包括射頻識別碼在內的射頻信息，并通過無線通信網絡與上位服務器進行數據交換；上位服務器，用來對從閱讀器發(fā)回的射頻信息進行分析和處理，獲取和存儲包括車輛所處車道、車速相對位置在內的實時信息，并將相應信息發(fā)送回閱讀器。
在上述的有關車速和相對位置實時測量系統中在高速公路的隔離帶或路肩兩旁均設置有無源應答器，每個無源應答器的位置標識包括表征該無源應答器是處于左路肩、右路肩還是隔離帶上的路帶標識以及表征該無源應答器在高速公路上所處的地理位置的編碼。
無源應答器的射頻識別碼最好還包括高速公路標號和車道數目編碼。
閱讀器最好設置三組天線陣，第一組天線陣為全向天線，為一條車道的寬度或一條車道的寬度與路肩的寬度的和；第二組為定向天線，接收來自隔離帶一側的射頻信號，其接收范圍可調，為一條車道的寬度的一倍或兩倍；第三組天線為定向天線，接收來自路肩一側的射頻信號，其接收范圍可調，為一條車道的寬度的一倍或兩倍與路肩的寬度的和。
本發(fā)明還提供一種上述車速和相對位置實時測量系統所采用測量方法，該方法包括下列步驟(1)由在高速公路上行駛的車輛上附加的閱讀器發(fā)射激活信號；(2)位于隔離帶或左、右路肩的無源應答器在接收到激活信號后，發(fā)送包含其射頻識別碼在內的射頻信息；(3)由閱讀器接收來自無源應答器的射頻信息，并將其發(fā)送給上位服務器；(4)由上位服務器根據由車輛發(fā)送的來自相近無源應答器的射頻信息，判斷該車輛當前行駛方向，計算其當前車速和相對位置。
上述的測量方法中，每個無源應答器的位置標識最好能包括表征該無源應答器是處于左路肩、右路肩還是隔離帶上的路帶標識、表征該無源應答器在高速公路上所處的地理位置的編碼，并包括高速公路的車道數據編碼；所述閱讀器設置三組天線陣，第一組天線陣為全向天線，為一條車道的寬度或一條車道的寬度與路肩的寬度的和；第二組為定向天線，接收來自隔離帶一側的射頻信號，其接收范圍可調，為一條車道的寬度的一倍或兩倍；第三組天線為定向天線，接收來自路肩一側的射頻信號，其接收范圍可調，為一條車道的寬度的一倍或兩倍與路肩的寬度的和。上位服務器可以根據由車輛發(fā)送的來自相近無源應答器的射頻信息中包含的表征地理位置的編碼，判斷該車輛目前行駛的方向、車速和相對位置。
行駛在高速公路上的車輛上的閱讀器可以根據所接收到的車道數據編碼，判斷該高速公路的車道數據，分別調整各組天線陣的開啟和關閉，上位服務器根據由車輛發(fā)送的來自相近無源應答器的射頻信息中包含的路帶標識，判斷該車輛所處的車道。
上位服務器在獲得每輛車的行駛方向和車速、相對位置、占用車道信息后，對每一輛車輛，確定在其前面行駛且與其距離最近的同車道車輛，計算兩車之間的距離。
本發(fā)明還可以通過測量發(fā)射功率和接收到的射頻信號功率，計算帶有閱讀器的車輛在高速公路上所處的位置，進而計算車速。該方法是應答器被激活信號激活后，發(fā)射包含射頻識別標識的射頻信號，車輛上的閱讀器在接收到應答器發(fā)送的射頻信號后，測定閱讀器的發(fā)射功率及接收到的來自三個或三個以上應答器的射頻信號的功率，由閱讀器或上位服務器根據所接收到的有關功率，計算出帶有閱讀器的車輛在高速公路上所處的位置。
本發(fā)明在高速公路道路兩旁等距離安放若干無源射頻卡，車輛上的閱讀器接收其射頻信號，并利用無線市話網絡將數據傳給總控制系統，總控制系統通過計算和分析之后，再將相關信息傳給閱讀器，并以語音或者圖像的形式進行顯示，以達到向駕駛員示警的作用，具有如下的突出的有益效果。
(1)由于在發(fā)明中采用無源應答器，成本非常低，解決了目前在高速公路上沒有電源設備的問題，具有高可靠性，低成本，零維護性(對安裝在高速公路上的器件而言)。
(2)無源應答器可以密集安放在高速公路兩側，實現實時監(jiān)控，控制精度大大提高。
(3)利用該方法可以實時測量車輛的車速以及車輛之間的行駛距離，并配合語音系統，可以向駕駛人員報警，以達到安全行駛的目的。


圖1無源應答器設置示意圖；圖2在高速公路上建立坐標示意圖。
圖中標號1內道；2中間道；3外道；4路肩；5隔離帶；6無源射頻卡；7射頻識別碼。
具體實施例方式
本發(fā)明的測量系統可分為以下三部分1、無源應答器(又稱射頻卡或標簽)在高速公路的路肩4兩旁和隔離帶5上等距設置若干作為無源應答器的射頻卡6，設置距離同測量精度有關。射頻卡6采用無源、只讀方式，成本非常低廉，而且本身不需要電源和電池，解決了高速公路無電源問題。同時，無源射頻卡6不需要維護，且使用壽命很長，節(jié)省了大量的人力資源。其工作頻率應在UHF(902-928MHz)頻段內，識別距離可以達到15m以上，足以滿足當前高速公路的設計要求(高速公路車道一般為4-5m寬)。采用TTF方式，識別速度快，適用于高速應用的場合。
在無源射頻卡6的射頻識別碼7(ID號碼)中，要設置路帶標識，即表明其所處位置為左路肩4、右路肩4還是隔離帶5，并依次設置順序號碼，以便能夠表征其地理位置的順序。此外，在ID號碼中還可以包含高速公路的相應標號，高速公路的車道數目等編碼。
2、閱讀器每一車輛都配置一臺閱讀器。該閱讀器可支持多天線接收和多標簽讀寫。該閱讀器帶有無線通信接口，用來與上位服務器之間進行無線通信，實現數據交換。閱讀器上還設計有報警電路，能夠把由上位服務器發(fā)送回的指令轉換成為相應的圖像或者語音，以達到對駕駛員進行的警示作用。
每臺閱讀器在車輛底盤處為設置有三組天線陣。設高速公路每條車道寬度為x米，路肩4寬度為y米。第一組天線陣為全向天線，其接收范圍應可調，為x米或(x+y)米。第二組為定向天線，接收來自隔離帶5一側的射頻信號，其接收范圍應可調，為x米或2x米。第三組天線為定向天線，接收來自路肩4一側的射頻信號，其接收范圍應可調，為(x+y)米或(2x+y)米。
天線的接收方案有三種，第一種關閉第一組天線；將第二組天線的接收范圍調為x米；將第三組天線的接收范圍調為(x+y)米。第二種關閉第一組天線，將第二組天線的接收范圍調為2x米；將第三組天線的接收范圍調為(2x+y)米。第三種開啟第一組天線，將第二組天線的接收范圍調為2x米；將第三組天線的接收范圍調為(2x+y)米。
3、上位服務器上位服務器內包括數據庫和應用程序接口及良好的數據管理軟件和用戶界面。數據庫用來存儲高速公路上行駛車輛的實時信息，包括每一車輛的車速，所屬車道和與前車的行駛距離。終端每隔一定時間(例如10ms)從閱讀器接收數據，然后用管理軟件對從閱讀器發(fā)送回來的數據進行存儲、分析、處理，并將相應信息發(fā)送回閱讀器。
具體的測量方法為方法一(1)根據車輛所接收到的射頻識別號碼中表征位置及順序的部分，即可判斷該車輛目前行駛的方向。
(2)區(qū)分車道的方法在設置識別信號時，有幾位專門用于識別高速公路的車道數目。當車輛駛進高速公路時，可以根據其接收到的識別碼7，判斷該高速公路的車道數目，然后將天線設置為不同的方案，再確定其所處車道。
對于雙車道高速公路，當接收到識別碼7中的相關信息后，將天線設置為方案1。正常情況下，處于內道的車輛，第二組天線可以接收到來自隔離帶5一側的射頻信號，第三組天線接收不到任何射頻信號。而處于外道的車輛，第三組天線可以接收到來自路肩4一側的射頻信號，而第二組天線接收不到任何射頻信號。由此既可判斷車輛所處車道。
對于三車道高速公路，當接收到識別碼7中的相關信息后，將天線設置為方案2。正常情況下，處于內道1的車輛，第二組天線可以接收到來自隔離帶5一側的射頻信號，第三組天線接收不到任何射頻信號。而處于外道3的車輛，第三組天線可以接收到來自路肩4一側的射頻信號，而第二組天線接收不到任何射頻信號。而處于中間車道2的車輛，第二組天線可以接收到來自隔離帶5一側的射頻信號，第三組天線可以接收到來自路肩4一側的射頻信號。
對于四車道高速公路，當接收到識別碼7中的相關信息后，將天線設置為方案3。正常情況下，處于第一、二道(從隔離帶5到路肩4依次為第一道到第四道)的車輛，第二組天線可以接收到來自隔離帶5一側的射頻信號，第三組天線接收不到任何信號。將第一組天線的接收范圍自動調節(jié)到x米，如果第一組天線能夠接收到來自隔離帶5一側的射頻信號，則車輛處于第一道，否則處于第二道。處于第三、四道的車輛，第二組天線接收不到任何信號，第三組天線可以接收來自路肩4一側的信號。將第一組天線的接受范圍自動調節(jié)到x+y米，如果第一組天線能夠接收到來自路肩4一側的信號，則車輛處于第四道，否則處于第三道。
如果某車道上的車輛接收到的射頻信號異常，說明此時車輛很有可能處于換道的狀態(tài)，應對其實施跟蹤監(jiān)測，考察若干組接收數據，再次確定其所處車道。
(3)由于在高速公路上行駛的車輛，其安全距離同其車速有密切的關系，所以首先需要實時確定每一輛車的行駛速度。由于安放的無源射頻卡6之間的距離是一定的，記錄每一輛車從接收到一個識別碼7到接收到第二個(或第三個，根據實際情況而定)新識別碼7的時間，距離/時間＝該車的車速。當上位服務器監(jiān)測到某輛車的車速超出正常范圍值，應向其閱讀器發(fā)送指令，再轉換成語音形式，對駕駛員進行警告。
(4)得到每輛車的行駛速度之后，可以計算其相應的安全距離。依據一般駕駛經驗，車速與安全車距應為正比。對每一輛車(稱當前車輛)，確定在其前面行駛且與其距離最近的同車道車輛(稱為考察車輛)。確定方法為找到在同車道車輛中，接收到的射頻碼中位置標識與當前車輛相差最小的車即為考察車輛。每次當前車輛進入一個新領域，即接收到一個新的識別信號，則計算該車與當前車輛之間的距離，即兩車所接收到的射頻卡6之間的距離。如果該距離小于安全距離，需要立即對兩名駕駛員報警，并啟動監(jiān)視系統。
每次被測車進入一個新領域，都要檢測下一輛車的識別碼7，以確定兩車之間的距離，根據實際距離可以啟動不同的報警方式。直到之間距離大于安全距離，警報結束。然后，再次計算當前車輛車速及考察兩車之間的距離。
當發(fā)現當前車輛或者考察車輛換道之后，需要重新確定當前車輛的考察車輛，即在其前面行駛且與其距離最近的同車道車輛。
下面給出無源射頻卡6在公路上的位置以及射頻識別碼7的設定實例在某一段高速公路的左右路肩4以及隔離帶5，設置三組無源射頻卡6，每兩個射頻卡6之間的距離為10米。為每一個射頻卡6設定唯一標識，其射頻碼格式如下表所示(該格式中并未包含相關協議中規(guī)定的其它標識位)。
0745280302000001高速公路車道路帶順序標識標識號碼數目標識某輛車A駛進該高速公路內，接收到識別信號0745280301000001和0745280302000001，如圖1所示。可以判斷出該高速公路的車道數目為3，則閱讀器的天線采用方案2。再接收到下一個識別信號0745280302000002，對比位置碼相同的兩識別碼中的表征順序的標識，可以判斷車輛A是正向行駛，即和設置射頻號碼順序相同的方向行駛。同時，可以根據位置碼確定該車處于外道。相隔0.6秒接收到第三個識別信號0745280302000003，可以計算出該車目前的行駛速度 則車輛A與同車道車輛的最小距離應大于60米。檢測到在車輛A正前方行駛的車輛B，其接收到的識別碼為0745280302000008，即與A車之間的距離小于60米。對車輛A和B同時發(fā)出警告，并啟動監(jiān)視系統，車輛A每次接收到一個新的識別信號，就對車輛A和B只見的距離考察一次。當車輛A接收到的識別碼為0745280302000006時，發(fā)現車輛B接收到的識別碼為0745280302000012，兩個相應的無源射頻卡之間距離已經超過60米，解除警告。
在車輛A接收下一個識別碼0745280302000007時，再次計算當前車速，并考察同車輛B之間的距離。
之后，發(fā)現車輛A同時接收到兩個識別碼0745280302000008和0745280301000007。對其進行監(jiān)視，車輛A連續(xù)同時接收到兩個識別碼，說明該車已經換到中間道。重新計算車速，并記錄在其正前方行駛的車輛，考察兩車之間的距離。
本發(fā)明還可以通過測量發(fā)射功率和接收到的射頻信號功率，計算帶有閱讀器的車輛在高速公路上所處的位置，進而計算車速等。對此種測量方法的實施例詳細說明如下工作頻率為915MHz的RFID系統采用無源反射調制技術，應答器以一定的調制方式將自身數據調制到射頻信號上，并反射回去。根據遠距離場隨距離衰減的特性，可以估計從閱讀器到應答器的功率傳輸效率，并根據電磁學理論，可以估算出由應答器反射的功率經自由空間衰減后到達閱讀器的功率。通過測定閱讀器發(fā)射功率及接收功率，并考慮到由于天氣，道路情況等相關因素，加以修正因子，可以計算出帶有閱讀器的車輛同應答器，即射頻卡之間的距離。如果某一車輛能夠同時接收到來自三個或三個以上不同射頻卡所發(fā)射的射頻信號，則可以唯一確定其位置。
為高速公路建立坐標，縱軸為高速公路所分的車道，橫軸將每個車道分成若干個小塊(例如每隔兩米分割一次)，如圖2所示。車載閱讀器每次可以同時接收到三個射頻信號，既可以確定其所在車輛唯一坐標，縱軸代表其所處車道，橫軸代表其在該車道上的位置。
連續(xù)接收若干個射頻信號，根據同一組射頻碼的順序即可確定其行駛方向。根據車輛的縱坐標即可確定其所在車道。根據接收兩個同組射頻碼的相隔時間即可確定車速。根據該車與前車的坐標即可確定它們之間的距離，進而判斷出它們之間的距離是否小于安全距離，并采取相應措施。
需要說明的是，本發(fā)明所涉及的射頻卡、閱讀器、天線模塊、報警電路等，都屬于已有技術并且已有多種形式和應用。在此不對細部特征再作敘述。此外，這里以本發(fā)明的實施例為中心展開了詳細的說明，所描述的優(yōu)選方式或具體實施方式
，應當理解為本說明書僅僅是通過給出實施例的方式來描述發(fā)明，實際上在系統構成和使用的某些細節(jié)上會有所變化，這些變化和應用都應該屬于本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1.一種高速公路上車輛的車速和相對位置實時測量系統，包括無源應答器，等距設置在高速公路的隔離帶或左、右路肩上，每個無源應答器具有唯一的射頻識別碼，該射頻識別碼包括能夠表征其所處位置的位置標識；閱讀器，設置在車輛上，用于發(fā)射激活信號和從無源應答器接收包括射頻識別碼在內的射頻信息，并通過無線通信網絡與上位服務器進行數據交換；上位服務器，用來對從閱讀器發(fā)回的射頻信息進行分析和處理，獲取和存儲包括車輛所處車道、車速、相對位置在內的實時信息，并將相應信息發(fā)送回閱讀器。
2.根據權利要求1所述的車速和相對位置實時測量系統，其特征在于，在高速公路的隔離帶或路肩兩旁均設置無源應答器，每個無源應答器的位置標識包括表征該無源應答器是處于左路肩、右路肩還是隔離帶上的路帶標識以及表征該無源應答器在高速公路上所處的地理位置的編碼。
3.根據權利要求2所述的車速和相對位置實時測量系統，其特征在于，所述無源應答器的射頻識別碼還包括高速公路標號和車道數目編碼。
4.根據權利要求3所述的車速和相對位置實時測量系統，其特征在于，所述閱讀器設置三組天線陣，第一組天線陣為全向天線，為一條車道的寬度或一條車道的寬度與路肩的寬度的和；第二組為定向天線，接收來自隔離帶一側的射頻信號，其接收范圍可調，為一條車道的寬度的一倍或兩倍；第三組天線為定向天線，接收來自路肩一側的射頻信號，其接收范圍可調，為一條車道的寬度的一倍或兩倍與路肩的寬度的和。
5.一種用于權利要求1所述高速公路上車輛的車速和相對位置實時測量系統的測量方法，包括下列步驟(1)由在高速公路上行駛的車輛上附加的閱讀器發(fā)射激活信號；(2)位于隔離帶或左、右路肩的無源應答器在接收到激活信號后，發(fā)送包含其射頻識別碼在內的射頻信息；(3)由閱讀器接收來自無源應答器的射頻信息，并將其發(fā)送給上位服務器；(4)由上位服務器根據由車輛發(fā)送的來自相近無源應答器的射頻信息，判斷該車輛當前行駛方向，計算其當前車速和相對位置。
6.一種根據權利要求5所述的測量方法，其特征在于每個無源應答器的位置標識包括表征該無源應答器是處于左路肩、右路肩還是隔離帶上的路帶標識、表征該無源應答器在高速公路上所處的地理位置的編碼，并包括高速公路的車道數據編碼；所述閱讀器設置三組天線陣，第一組天線陣為全向天線，為一條車道的寬度或一條車道的寬度與路肩的寬度的和；第二組為定向天線，接收來自隔離帶一側的射頻信號，其接收范圍可調，為一條車道的寬度的一倍或兩倍；第三組天線為定向天線，接收來自路肩一側的射頻信號，其接收范圍可調，為一條車道的寬度的一倍或兩倍與路肩的寬度的和。
7.根據權利要求6所述的測量方法，其特征在于，上位服務器根據由車輛發(fā)送的來自相近無源應答器的射頻信息中包含的表征地理位置的編碼，判斷該車輛目前行駛的方向、車速和相對位置。
8.根據權利要求6或7所述的測量方法，其特征在于，行駛在高速公路上的車輛上的閱讀器根據所接收到的車道數據編碼，判斷該高速公路的車道數據，分別調整各組天線陣的開啟和關閉，上位服務器根據由車輛發(fā)送的來自相近無源應答器的射頻信息中包含的路帶標識，判斷該車輛所處的車道。
9.根據權利要求8所述的測量方法，其特征在于，上位服務器在獲得每輛車的行駛方向和車速、相對位置、占用車道信息后，對每一輛車輛，確定在其前面行駛且與其距離最近的同車道車輛，計算兩車之間的距離。
10.根據權利要求5所述的測量方法，其特征在于，應答器被激活信號激活后，發(fā)射包含射頻識別標識的射頻信號，車輛上的閱讀器在接收到應答器發(fā)送的射頻信號后，測定閱讀器的發(fā)射功率及接收到的來自三個或三個以上應答器的射頻信號的功率，由閱讀器或上位服務器根據所接收到的有關功率，計算出帶有閱讀器的車輛在高速公路上所處的位置。
全文摘要
本發(fā)明屬于智能運輸系統領域，具體涉及一種高速公路上車輛的車速和相對位置實時測量系統及方法。該系統無源應答器，等距設置在高速公路的隔離帶或左、右路肩上，每個無源應答器具有唯一的射頻識別碼，該射頻識別碼包括能夠表征其所處位置的位置標識；閱讀器，設置在車輛上，用于發(fā)射激活信號和從無源應答器接收包括射頻識別碼在內的射頻信息，并通過無線通信網絡與上位服務器進行數據交換；上位服務器，用來對從閱讀器發(fā)回的射頻信息進行分析和處理，獲取和存儲包括車輛所處車道、車速、相對位置在內的實時信息，并將相應信息發(fā)送回閱讀器。本發(fā)明還涉及一種利用此種測量系統實時測量在高速公路上行駛的車輛的車速和相對位置。該種系統和方法可以達到較高的精度，無需在高速公路上配置電源，具有高可靠性，低成本，零維護性(對安裝在高速公路上的器件而言)。
文檔編號H04L12/00GK1949292SQ20061001640
公開日2007年4月18日 申請日期2006年10月31日 優(yōu)先權日2006年10月31日
發(fā)明者劉開華, 于潔瀟 申請人:天津大學