摘 要：本文介绍了一种基于超高频RFID技术的公交优先控制系统，应用超高频RFID技术结合交通信号控制系统，从而让城市公交进行优先通行，快速高效的发挥作用，同时分析系统的设计方法和硬件的实现。
关键词：射频识别；读写器；公交优先；信号优先；采集；控制
1 概述
城市公共交通是与人民群众生产生活息息相关的重要基础设施。从我国人口密集、用地紧缺的国情出发，优先发展客运效率最高的公共交通是我国城市客运交通的主要发展方向，是解决城市交通问题的根本策略。目前，我国绝大多数城市都将城市公共交通优先发展作为解决城市交通拥堵的第一方案。温家宝总理针对城市交通问题明确批示“城市公共交通是符合中国实际的城市发展和交通发展的正确战略思想”。我国对城市公共交通优先通行技术的研究起步较晚，到目前为止，对于公交优先通行的研究基本处于理论阶段，对优先通行技术的具体应用涉及不多。公交优先技术包括实现公交车在空间和时间通行权上的优先。空间上的优先可以通过设置公交专用道或部分锯齿型公交优先进口道来实现，时间上的优先也即信号优先，可以利用先进的通信信息技术、控制技术、计算机技术，通过智能信号控制器，应用一种公交优先的智能控制策略来实现。
基于超高频RFID技术的公交优先交通控制系统，把先进的RFID技术、数据通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地融于一体，用于城市交通控制系统当中，可在城市交叉口信号控制机的工作基础上，实现公交车辆优先通过交叉口，从而降低公交车通过城市交叉口的运行时间，提高公交车辆的运行效率。
2 系统设计
2.1 RFID技术与公交优先
射频识别(Radio Frequency Identification简称RFID)技术是90年代兴起的自动识别技术，它是一项利用射频信号通过空间耦合实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID系统识别距离可从几厘米至几米，这主要是由系统工作的频率决定的。一般情况下，工作频率越高，作用距离越远。尽管RFID在不同频段有着不同的应用，但近年来被业内人士看好的技术是基于UHF频段的无线射频识别技术。RFID系统主要由电子标签（Tag）、读写器两部分组成，读写器包括高频模块、控制单元、天线等。
“公交优先”的概念包括两方面的含义，即对公共交通在通行“空间”和“时间”上给予优先。所谓“空间优先”是通过设立公交专用道来实现；所谓“时间优先”则体现在为公交车提供优先通行信号。
2.2 基于RFID技术的城市公交优先控制系统
随着射频识别（RFID）技术的发展和成熟，将其应用于公交车辆检测/识别将大大提高对车辆的管理和运营效率。该方法由UHF频段无源电子标签和基站式读写器组成，该频段设备通信具有良好的方向性，通过调节路侧读写器的输出功率及天线的方向，可以获得不同的直线通信距离。
读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当标签进入发射天线工作区域时将车辆ID信息通过标签内置天线发送出去；系统接收天线接收到从标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收到的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理；后台主系统根据逻辑运算判断该标签的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。
2.2.1 信号优先控制原理
RFID公交优先控制系统就是应用射频RFID技术结合交通信号控制系统对公交车辆在“时间”上给予的优先，它主要体现在：当公交车辆行驶到十字路口附近时，公交优先控制系统识别到车辆并判断车辆的运行方向，为公交车辆提供优先通行信号，从而让城市运载主体公交车进行优先通行，快速高效的发挥作用。
RFID公交优先控制系统主要包含无源电子标签和基站式读写器、信号控制器，通过对远距离移动公交车辆的自动识别和非接触性信息采集处理，把先进的信息技术、数据通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于地面交通管理体系，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用，并且实时、准确、高效的交通管理系统，实现公交优先的目的。
在路口各个方向的红绿灯前50-100米处安装好调节信号灯的读写器。当公交车接近路口时，安装在车头的射频卡（Tag）被装在道路上的读写器识别，读写器将公交车辆的基本信息送至控制系统进行有关数据处理，控制系统根据相关数据触发信号控制机。当公交车辆接近路口遇绿灯时，判断公交车能否通过，否则适当延长当前的绿灯相位时间，保证公交车辆能够通过路口；当公交车辆接近路口遇红灯时，控制相关相位执行最小相位时间，减少公交车辆等候时间。尽可能提高公交车辆在路口的通行效率，保证城市公交车辆运行的快速与及时，最大程度上发挥其为运载主体的作用。其原理如图2-1所示。
图 2- 1信号优先控制原理图
2.2.2 信号优先控制系统设计
基于RFID技术的公交信号优先控制系统由主要由4部分构成，其结构如图2-2所示。
图 2- 2 基于RFID的信号优先控制系统结构
(1) 车载单元：射频卡（RF标签）；采用UHF频段，安装在每辆公交车辆前方车玻璃上，识别距离为2—15米可调，识别速度在60公里／小时，可同时识别64张卡，ID全球唯一，使用寿命可以达到5年，且不易损坏；
(2) 路边单元：读写器的定向天线是室外板状定向天线，具有增益高、前后辐射比大、三维尺寸小、结构紧凑等优点，是一种高质量的室外通信天线；
(3) 公交优先控制器：公交优先控制器（内置嵌入式优先处理模块）为信号优先请求的处理部分；系统采用嵌入式的请求处理模块，通过条件判断是否给予优先通行的权力，对路口信号控制机发出指令，用以控制信号灯相位；
(4) 路口信号机：根据公交优先控制器发出的指令，用以控制信号灯相位。
2.2.3 信号优先控制算法设计
信号优先控制算法主要是当检测到有公交车到达十字路口时，根据当前相位进行各种优先算法，尽量缩短红灯等待时间，延长绿灯通行时间，提高公交通行效率，具体流程见图2-3。
图2-3 公交优先算法控制流程
3 系统的实现
3.1 超高频RFID读写器的硬件设计
RFID系统包括标签、读写器、天线等。超高频RFID读写器主要由天线、射频接口、控制、基带处理、电源和通信接口组成，读写器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当标签进入发射天线工作区域时产生感应电流，标签获得能量被激活；标签将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从标签发送来的载波信号，经天线调节器传送到读写器，读写器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理，读写器的硬件设计如图3-1。
图3-1 读写器硬件结构图
3.2 公交优先控制器的设计
公交优先控制器（内置嵌入式优先处理模块）为信号优先请求的处理部分，主要包括触发和微控输出部分、RS485接口部分、显示部分、信号处理部分等。触发和微控输出部分主要是对路口信号控制机发出指令，用以控制信号灯相位；RS485接口部分主要完成与RFID读写器进行数据通信；信号处理部分主要是完成信号优先算法，通过条件判断是否给予优先通行的权力 。
4 结束语
本文通过对基于公交优先的交通控制算法、基于超高频RFID技术的公交车辆检测运行方向判断等关键技术的创新性研究，在现有交通信号控制系统的基础上，增加基于RFID技术的公交优先信号控制模块和控制软件系统，实现公交优先与交叉口整体运行效率的双赢目标，从而真正意义上实现城市交叉口的公交优先。同时本系统可直接与现有交通控制系统进行融合使用，降低了现有交通信号控制系统升级改造的成本，因此基于超高频RFID技术的公交优先控制系统具有极其广阔的市场空间。
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