基于射频识别技术的地铁车厢人数检测方法研究

摘 要：地铁车厢人数预报装置可以在地铁即将抵达地铁站时将各节车厢的具体人数显示在地铁站内，供乘客参考，使乘客能够合理选择车厢排队等候，以减缓地铁车厢空间资源利用不均的问题。本文粗略介绍射频识别技术，并在此基础上研究基于射频识别技术的人数检测方法的可行性和具体应用。

关键词：地铁；射频识别技术

随着社会的城镇化交通系统的快速发展，大城市道路拥堵的问题日益显现，因此，地铁作为一种准时，快捷的交通出行工具已逐渐成为大多数市民出行的首选，因此越来越多的城市开始大规模修建地铁；然而，在长期的使用过程中发现，由于每辆地铁的车厢比较多，其站台也比较长，乘客上下车厢的门位又比较随机，而且乘客事先也不知道各节车厢的具体人数，因此经常会发生部分车厢乘客比较拥挤，而部分车厢则存有空位，致使各节车厢人数分布不均，没有合理的利用车厢空间资源。解决这一问题可以采用地铁车厢人数预报装置，而实现人数预报功能的关键就在于能否准确检测各节车厢的人数。

无线射频识别（RFID）技术采取非接触式的检测方法，广泛应用于物流、生产、企业管理等各领域，具有极大的开发应用潜力，已成为新世纪最主要的自动识别技术。本文基于无线射频识别（RFID）技术的原理，对其应用于地铁车厢人数预报装置，实现车厢人数检测的可行性进行分析研究。

一、RFID系统简要介绍

（一）系统组成

RFID（Redio Frequency IDentification）是一种非接触式的自动识别技术，它利用射频信号通过无线传输的方式来进行数据交换和目标识别。具有穿透能力强、识别距离远、环境适应性强、数据存储量大、可同时识别多个物体、且无须人工干预等诸多优势。最基本的 RFID 系统如图1所示，由三部分组成：1）电子标签（Tag，即射频卡）：由耦合元件及具有模拟、数字记忆功能的芯片组成，负责存储被识别对象的数据信息，电子标签含有依不同频率、应用环境而设计的内置天线，用于和射频天线间进行通信；2）阅读器：可以读取（在读写卡中还可以写入）电子标签信息的设备；3）天线：包括发射天线和接收天线，在电子标签和阅读器间传递射频信号。有些系统的阅读器还置有 RS232 接口，通过通讯线和上位机系统相连，进行数据交流共享，从而实现后台控制功能。

（二）系统实现过程

如图1所示，RFID 系统在实际应用中的大致实现过程是： 在待识别检测物体的表面或内部绑定电子标签，电子标签中存储有被标识对象的相关数据信息；阅读器和电子标签之间通过电磁感应进行无线通信，从而使得阅读器获取电子标签的标识信息，并辨别数据的有效性，从而达到对物体自动识别的目的。具体实现过程是阅读器通过发射天线发送出具有一定频率的射频信号，当电子标签进入到发射天线的工作空间时，通过产生电磁感应的耦合电流来获取能量以激活电子标签内部电路，并为其持续供电，而后由电子标签的内置天线发送出自身存储的标识对象的相关数据信息，接收天线接收到这些数据信息后发送给阅读器，最后阅读器将所获信息传送至上位系统的PC 机进行后台数据处理。

（三）电子标签的标准及分类

1）按照能量供给方式的不同，电子标签可以分为有源、无源和半有源三种：有源标签是指配有内置电池的标签，由内置电池给电路供电，有源标签主动向阅读器发送射频信号，因此又被称为主动式标签；无源标签是指内部没有电池的标签，工作时由阅读器通过发射天线发射信号激活标签，间接向标签供电，因此该标签又称为被动式标签；半有源标签是标签内部有电源，但这个电源只能维持标签内部电路的运作，标签不能向阅读器发送信息，只有阅读器向标签发送信号时，该标签才能被激活，同阅读器进行数据的交换。2）按照工作频率的不同，电子标签可以分为低频标签（30～300KHz）、高频段标签（3～30MHz）、超高频标签（300MHz～2.45GHz）和微波标签（2.45GHz以上）。电子标签的工作距离范围和工作频率有关，工作频率越高，工作距离越远。

二、RFID技术应用于地铁车厢人数检测的可行性

地铁车厢及乘客具有以下显著特征：车厢封闭性极好，检测范围固定不变；每位乘客必然携带地铁卡进站乘车，则标识对象唯一确定，且对象信息易获取；地铁在两站之间的运行时间足以完成数据的采集、处理和传输。充分利用以上特征，在乘客的地铁卡中内嵌含有相关数据信息的电子标签，并在车厢内部安装阅读器识别检测地铁卡的信息，再交由数据处理器进行数据处理便可获得车厢内的地铁卡数量，从而获得车厢内的具体人数。综上所述，将RFID技术应用于地铁车厢人数检测具有良好的条件，可以精确、快速的获取终端信息，有利于缓解地铁车厢空间资源利用不均的问题，为乘客提供更好的乘车体验，极具社会效益和经济效益。

三、基于RFID技术的地铁车厢人数检测方法的应用

（一）地铁车厢人数预报装置介绍

地铁车厢人数预报装置的结构如图2所示，由射频识别检测模块、处理器模块、和数据传输模块组成，射频识别检测模块识别检测车厢内的乘客，并将原始数据传输给处理器模块进行数据处理，处理后的数据会由数据传输模块进行无线移动通信，使得车厢内乘客数量的信息提前显示在下一站的电视机屏幕上。

（二）车厢人数预报功能的实现

选择作用距离为3米、工作频率为915MHz的无源电子标签，电子标签的定位识别信息采用地铁卡的编号，一张地铁卡对应一个编号，这样便保证了检测结果的唯一性。为了满足数据的完整性，使得检测范围覆盖整节车厢，如图2所示，在车厢顶部等间距得安装三组天线和阅读器，三个阅读器（为了方便展示，图中只画一个阅读器）均和处理器相连，处理器和信号发射器相连。步骤一：阅读器经发射天线发射一定频率的射频信号，当有乘客持地铁卡进站乘车并走进具有射频信号的车厢时，地铁卡电子标签便会感应接受射频信号，并获得能量而工作，电子标签将所在地铁卡的编号信息通过内置的发送天线以载波信号的形式发送出去，接收天线便会接收到这个信号并经天线调节器传输给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调和解码便获得乘客地铁卡编号的原始数据，然后将其送到处理器进行数据处理。步骤二：处理器接收到乘客地铁卡编号的原始数据后，开始对这些编号进行逐一计数，并剔除重复出现的编号，直到最后一个编号出现为止，这便获得计数结果。最后处理器把计数结果即车厢内的人数信息通过通讯线发送给信号发射器。步骤三：无线移动通信发射器采用模拟微波传输方法，经过微波发射机把接收到的信号直接调制在微波的信道上，再通过微型天线将微波信号发射出去。微波信号可以随着地铁的运行而传输。步骤四：无线移动通信接收器的结构和发射器类似。信号接收器安装在车站内，其微型天线接收到微波信号后，通过微波接收机解调出原来的电信号并转换，最后把视频信号传输到站内电视机屏幕上，显示数据结果。

四、结语

通过上述研究表明，RFID技术在人体识别检测及统计领域具有极大的发展潜力。基于射频识别技术的地铁车厢人数预报装置具有准确性高、响应迅速、成本低廉、硬件结构简单等优点，极具市场开发潜力。

参考文献：

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作者简介：张超宇（1995-），男，汉族，山西孝义人，本科，新能源科学与工程专业，风电方向。