摘 要：針對現(xiàn)有高速公路管理系統(tǒng)無法對車輛進行實時管理的現(xiàn)狀，提出一種對高速公路上車輛進行實時測速及定位的方法。該方法基于射頻識別（RFID）技術(shù)，通過分析構(gòu)建移動車輛的定位模型，利用譜估計方法對其多普勒頻移進行測量，并針對模型求解中存在的非線性特性，采用牛頓迭代法計算車輛的實時速度及相對坐標(biāo)以達到測量車速及確定車輛實時位置的目的。仿真實驗結(jié)果表明，該方法具有運算量小、精度高、實施簡單的特點。

　　1 概述

　　射頻識別（Radio Frequency Identification， RFID）是一項非接觸式自動識別技術(shù)，具有信息量大、抗干擾強、操作快捷等許多優(yōu)點。特別是RFID 技術(shù)在高速運動物體識別、多目標(biāo)識別和非接觸識別等方面的優(yōu)勢，使其在很多領(lǐng)域都具有巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V泛的應(yīng)用前景。

　　高速公路作為國家的重要戰(zhàn)略資源，不僅提高運輸效率，而且還能減少車輛損耗，其優(yōu)越性十分突出。但在安全方面，我國的高速公路卻表現(xiàn)出了較高的事故率和傷亡率。相關(guān)研究表明，通過合理控制機動車輛的車速及安全車距，可以有效保障高速公路的交通安全和暢通，預(yù)防和減少交通事故。

　　但我國高速公路管理系統(tǒng)中現(xiàn)有的一些交通檢測技術(shù)，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(jù)，而目前被推廣的GPS 定位系統(tǒng)，無法對速度進行實時測量，且其定位精度有限，亦不能實時跟蹤車輛。因此，我國在高速公路安全管理及監(jiān)控這一領(lǐng)域還存在較大的空白。多普勒效應(yīng)在近代科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。它可用于測量飛機時速、觀測人造衛(wèi)星運行情況、確定星體運行速度、測量視網(wǎng)膜血管內(nèi)血流速度等。最大多普勒頻移還是無線通信中用于優(yōu)化自適應(yīng)接收機的重要參數(shù)，導(dǎo)頻信道測量、切換判決和功率控制等自適應(yīng)優(yōu)化算法都依賴于對它的有效估計。

　　本文基于RFID 技術(shù)，通過對由車輛移動所產(chǎn)生的多普勒頻移進行實時估計，提出一種高速公路車輛實時測速及定位方法。

　　2 算法模型

　　結(jié)合高速公路的實際情況，本模型采用無源、只讀射頻卡，由于本身不需要電源和電池，解決了高速公路無電源問題。同時，無源射頻卡不需要維護，且使用壽命很長，節(jié)省了大量的人力資源。車載閱讀器通過發(fā)射激活信號并從無源應(yīng)答器中接收射頻信息來確定當(dāng)前位置。為取得較遠的感應(yīng)距離，車載閱讀器應(yīng)工作在UHF 頻段內(nèi)，其識別距離可以達到十幾米，足以滿足當(dāng)前高速公路的設(shè)計要求。

　　2.1 射頻卡識別碼設(shè)置

　　將射頻卡等距設(shè)置在高速公路的隔離帶或左、右路肩處。每個無源射頻卡應(yīng)具有唯一的射頻識別碼，該射頻識別碼包括高速公路的識別號碼、車道數(shù)目以及路帶標(biāo)識（即表明所處位置為左右路肩或隔離帶），并依次設(shè)置順序號碼，以便能夠表征其地理位置及相應(yīng)順序。此外，在ID 號碼中還可以包含高速公路的相應(yīng)標(biāo)號、高速公路的車道數(shù)目等編碼。具體設(shè)置如圖1 所示。

　　圖1 射頻標(biāo)識碼設(shè)置

　　2.2 數(shù)學(xué)模型