一种基于无源UHFRFID停车场车辆感知定位系统的制作方法

本实用新型涉及一种定位系统，具体是一种基于无源UHF RFID停车场车辆感知定位系统。

背景技术：

交通基础设施的建设、车辆安全管理是每个城市建设规划者日益面临的一个重要课题。智能停车场适用于各种公共场所（小区、企业、政府机关、飞机场、火车站、酒店、超市等）。在这些场所中都普遍存在着停车难、停车管理难的问题，尤其是在一些高档社区、企业、政府机构矛盾更是日益突出，停车管理漏洞百出，车主与物业管理方纠纷不断。RFID停车场应用可以有效地解决这些问题，使车主们拥有更为方便舒适的停车环境，使停车场管理部门的工作变得更为完善轻松。不但可以树立全新的物业管理形象，还可以严格缜密收费管理流程和有效加强了车辆的安全管理。

RFID智能停车场是基于国际上流行、国内正日渐重视的行业一一RFID技术的成熟开发和成功应用而产生的。其不可防制性、抗干扰性、抗击打性、快速识别性、智能鉴别性等特性，毫无疑问为各类停车场管理提供了一种全新的解决方案

RFID（射频识别）是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象，并获取相关数据。识别工作无需人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可高速识别单个以及多个标签，操作快捷方便。RFID具有数据容量大、识别距离远、一次识别多个目标、每个标签都具有全球唯一编码等特点，被广泛应用于各个行业。

目前基于停车场车辆感知方案很多，依据传输媒介的不同而分为以下四个大类：地磁线圈感知方案、红外线感知方案、全视频智能感知方案和射频识别感知方案。

地磁线圈感知方案应用地磁效应，通过检测地磁线圈上方有无金属物体来判断停车位上有无车辆，但对成熟的停车场，如安装此系统，需要在地面开槽施工布线，大大增加了系统安装难度。

红外线感知方案存在的最大问题是，如有相关人员或物体在停车位上停留时，也会判断车位上停有车辆，误判率大大提高。

目前应用最为广泛的是全视频智能感知方案。但全视频感知方案存在的以下问题也造成了推广难度大大增加。一是成本太高，每三个车位就需要配备一台高清摄像机，而一台高清摄像机造价在万元以上；二是反应速度慢，对数千个车位进行不间断的智能图像识别需要耗费大量的运算机时；第三，受环境、照明和天气等因素的影响，致使号牌识别率不高，而且视频图像识别不能有效辨别假牌套牌、故意遮挡号牌等违法行为。因此，基于视频智能识别的车位感知系统在国内应用的并不是很多。

射频感知方案。目前应用在射频感知方案中的停车卡主要分为无源IC卡、无源IC中距离卡、有源2.4G卡等。无源IC卡只在进出停车场近距离刷卡时起到收费作用，无源IC中距离卡只能使用在固定成熟社区中，而有源2.4G卡存在电池使用寿命问题等等等等。并且最直接的问题是，所有基于这些卡的应用都集中在停车场进出门禁系统当中，并没有与车辆进行一一绑定，并没有将应用范围扩展到停车场车辆定位当中。基于无源UHF RFID技术的汽车电子标识方案：

无源UHF RFID技术是射频感知方案中比较前沿、符合市场趋势的一种技术。将UHF RFID射频识别技术运用在汽车上，可以实现车辆及时“被感知”，可实现城市交通动态，车位静态识别智能化。RFID射频识别技术运用在汽车上，为汽车安装上“电子标签”，可使车辆及时“被感知”，相关数据能够实时采集、整理和分析，有效解决停车场内车辆自动识别、动态监测及流量精确预测等难题。

目前由公安部牵头的基于国标GB/T 29768- 2013的汽车电子标识相关6项行业标准（即将上升为国家标准中）正在制订和完善中，这些标准包括《汽车电子标识安全技术要求》、《汽车电子标识通用技术条件》、《汽车电子标识安装规范》、《汽车电子标识读写设备通用技术条件》、《汽车电子标识读写设备安全技术要求》和《汽车电子标识读写设备安装规范》。由于汽车电子标识项目对超高频RFID技术的要求高，并将强制性地全国统一部署，覆盖全国2亿多辆汽车，此项目将成为全球最大的物联网项目。

目前，符合国际EPC标准的汽车电子标识在各地停车场已有小范围试点应用，但尚未形成规模，并且此技术也只限应用于停车场的进出口管理系统中。随着基于中国国家标准的汽车电子标识项目的开展，以后每辆汽车上都会安装汽车电子标识，如何将汽车电子标识扩展应用于停车场内的车位感知定位系统中，即是本系统需要解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种基于无源UHF RFID停车场车辆感知定位系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于无源UHF RFID停车场车辆感知定位系统，包括汽车电子标识、UHF天线、UHF RFID读写设备、网络交换机、服务器计算机以及后台可视系统，所述的UHF天线通过馈线与UHF RFID读写设备连接，所述的UHF RFID读写设备通过网络交换机与服务器计算机连接，后台可视系统也与服务器计算机相连；采用UHF RFID的RSSI技术通过判断、对比各个UHF天线接收到汽车电子标识的反射信号的变化趋势及能量强弱，有效判断出汽车电子标识到连接到UHF RFID读写设备的UHF天线的距离及运动趋势，所述的UHF天线中的天线阵列技术，减小及控制每个UHF天线的覆盖角度和范围，有效判断汽车电子标识在空间中某一具体方位。

作为本实用新型进一步的方案：所述的UHF RFID读写设备的RSSI技术能够有效判断汽车电子标识到连接到UHF RFID读写设备端的UHF天线的距离及方位。

作为本实用新型进一步的方案：所述的UHF天线中的天线阵列技术能够有效判断汽车电子标识在所处空间的具体方位。

作为本实用新型再进一步的方案：所述的汽车电子标识是超高频RFID防拆陶瓷标签，由下至上由离型纸、胶层、陶瓷层、天线层、SOT封装超高频RFID芯片、PVC外壳和表面印刷层组成。

与现有技术相比，本实用新型专利的有益效果是：

采用超高频RFID防拆陶瓷标签，防转移、不可重复使用，实现了标签的物理防伪和软件防伪，安全性高；

采用UHF RFID中的RSSI（Recevied Signal Strength Indication）技术，通过判断、对比各个UHF天线接收到汽车电子标识的反射信号的变化趋势及能量强弱，有效判断出汽车电子标识到连接到UHF RFID读写设备端的UHF天线的距离及运动趋势。

采用UHF天线中的“天线阵列技术”，减小及控制每个天线的覆盖角度和范围，从而有效判断汽车电子标识在空间中某一具体方位。

结合RSSI技术和天线阵列技术，解决了天线覆盖范围不精确，及多个标签反射信号漂移，导致无法精准定位某个汽车电子标识问题；

将UHF RFID技术应用在停车场车辆感知定位中，降低了目前停车场车辆定位红外摄像头等方案高建设成本。

附图说明

图1是本实用新型的系统网络拓扑结构图；

图2是基于RSSI技术定位流程图；

图3是本实用新型带有RSSI功能的UHF RFID读写设备结构示意图；

图4是本实用新型的停车场车位停车示意图；

图5是本实用新型的汽车电子标识结构示意图；

图6带有RSSI功能的无源UHF RFID读写设备。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1～6，本实用新型实施例中，一种基于无源UHF RFID停车场车辆感知定位系统，包括汽车电子标识1、UHF天线2、UHF RFID读写设备3、网络交换机4、服务器计算机5以及后台可视系统6，所述的UHF天线2通过馈线7与UHF RFID读写设备3连接，所述的UHF RFID读写设备3通过网络交换机4与服务器计算机5连接，后台可视系统6也与服务器计算机5相连；采用UHF RFID的RSSI技术通过判断、对比各个UHF天线2接收到汽车电子标识1的反射信号的变化趋势及能量强弱，有效判断出汽车电子标识1到连接到UHF RFID读写设备3的UHF天线2的距离及运动趋势，所述的UHF天线中的天线阵列技术，减小及控制每个UHF天线2的覆盖角度和范围，有效判断汽车电子标识1在空间中某一具体方位。

所述的UHF RFID读写设备3的RSSI技术能够有效判断汽车电子标识1到连接到UHF RFID读写设备3端的UHF天线2的距离及方位。

所述的UHF天线2中的天线阵列技术能够有效判断汽车电子标识1在所处空间的具体方位。

所述的汽车电子标识1是超高频RFID防拆陶瓷标签，由下至上由离型纸8、胶层9、陶瓷层10、天线层11、SOT封装超高频RFID芯片12、PVC外壳13和表面印刷层14组成。

所述的UHF天线，在后期系统应用中，单个天线可升级至多个小模组天线构成，将天线辐射范围变窄，信号扇形覆盖区域只覆盖对应车位车头区域，减轻后台复杂数据计算量。

结合RSSI技术和天线阵列技术，解决了天线覆盖范围不精确，及多个标签反射信号漂移，导致无法精准定位某个汽车电子标识问题。

所述的汽车电子标识是超高频RFID防拆陶瓷标签，该超高频RFID防拆陶瓷标签由下至上由离型纸、胶层、陶瓷层、天线层、SOT封装超高频RFID芯片、PVC外壳和表面印刷层组成，粘贴与前挡风玻璃，与车辆信息一一绑定。

所述的汽车电子标识是超高频RFID防拆陶瓷标签，其标签天线采用具有抗金属功能的天线线型。标签背面贴附有锡纸等材料时，保证标签读取性能只下降15~20%，有效解决原有陶瓷标签背后贴附锡纸时，标签不能被读取问题。

所述的汽车电子标识是超高频RFID防拆陶瓷标签，采用陶瓷基版中间打孔，空隙上方焊接SOT封装超高频RFID芯片。带有背胶的标签黏贴在车辆挡风玻璃上，无法转移。如标签被强拆下，造成SOT封装的RFID芯片电气性能失效，从而使电子标签失效。

所述的汽车电子标识是超高频RFID防拆陶瓷标签，带有超高频RFID芯片，可以用于写入并存储加密数据，加密算法等。保证一车一号，避免被克隆、复制。

服务器计算机，通过网络交换机与多台超高频RFID读写设备相连。其功能在于存储所有RFID标签信息，协调多台超高频RFID读写设备的工作，同时对超高频RFID读写设备获取的汽车电子标识信息进行验证、统计。

汽车电子标识如图4，它主要由离型纸（8）、胶层（9）、陶瓷层（10）、天线层（11）、SOT封装超高频RFID芯片（12）、PVC外壳（13）和表面印刷层（14）组成。

基于信号强度（RSSI）技术的测量方法：

基于信号强度（RSSI）的测距是一项低成本和低复杂度的距离测量技术，被广泛应用于无线传感器网络基于距离的定位技术中。基于RSSI测距的定位技术，通过线性回归分析对参数进行优化，引入高斯滤波模型，对RSSI值进行修正，提高了测距精度。采用泰勒级数展开对位置进行迭代计算，最后在停车场内进行2~3辆车的实验验证，通过仿真和实验验证算法的可行性和优越性。该算法减小了定位误差，提高了定位精度。

图6为带有RSSI功能的无源UHF RFID读写设备，可测量汽车电子标识移动速度和方向：1.UHF RFID读写设备收到汽车电子标识在位置1的返回信号时，能量检测电路计算数字基带1路信号和数字基带2路信号的能量，分别记录为UV1和UV2并向MCU报告当前时间t1；2.MUC计算汽车电子标识处于1位置时的幅度A1和角度1； 3.UHF RFID读写设备等待接收汽车电子标识在位置2的返回信号，若接收到返回信号，则进入下一步；如未接收到返回信号，则继续等待；4.汽车电子标识移动到位置2时，记录下在位置2的返回信号并计算能量，并向MCU报告当前时间t2；5.MCU计算汽车电子标识处于位置2时的幅度A2和角度2，若A2大于A1，则汽车电子标识朝着读写设备天线方向移动；若A2小于A1，则汽车电子标识背离读写设备天线方向移动，并且根据角度，可计算出标签移动速度。

下面是汽车进入停车场应用RSSI技术、天线阵列技术实施精确感知的具体环节。当贴有汽车电子标识标签的车辆进入停车场内，车主首先根据场内LED引导屏，找到闲置车位，停放车辆。采用了阵列技术，缩小了天线的覆盖角度，使得只有车位相邻的车位上的电子标识能够被读取。

此时，停车场内，当相邻A车位和B车位上都有车辆停放时，有可能出现的三种情况。

1.A车位上方的UHF天线只读取到A车标签，B车位上方的UHF天线只读取到B车标签。此时A、B天线将各自采集到的标签数据和能量信号传输到后台即可。

2.由于信号漂移，A车位上方天线同时读到A车标签和B车标签，B车位上方的UHF天线只读取到B车标签。此时A车位上方天线将同时采集到的A、B标签数据和能量信号传输到后台，因为A、B标签距离A车位上方天线距离不同，则返回到后台的能量强度及变化趋势不同，同时配合B车位上方天线传输到后台的标签信号和能量强度及变化趋势，精确判断出车辆是朝哪个车位靠近，同时当车辆静止后，判断出车辆是停止在车位A还是车位B。例如，车位A上方天线接收到的反射信号趋势是随着时间在变弱，而B上方天线接受到的同一个标识的反射信号趋势是在增强，说明车辆是在靠近B车位；当车辆静止后，A上方天线和B上方天线的接收信号基本稳定，此时B上方天线的接收信号大于A上方天线接收信号，由此判断出车辆停止在B车位上。

3.由于信号漂移，A车位上方的天线同时读到A车标签和B车标签，B车位上方的天线也同时读到B车标签和A车标签。此时，传输到后台中的数据中有4组汽车电子标识的反射信号数据及趋势。根据2中所述的方法，根据每组反射信号数据的变化趋势及强弱可以精准判断出A车位A车标签，B车位B车标签。

以上判断，可以拓展到多个相邻车位互相判断。

经试验表明，本实用新型描述的基于无源UHF RFID停车场车辆感知系统，实现了对车辆在停车位上的精确感知和定位，且在后期大规模应用中，实质性的解决目前停车场基于摄像红外等方案中高建设成本问题。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。