智能交通是將先進的傳感器技術、通訊技術、數據處理技術、網絡技術、自動控制技術、信息發布技術等有機地運用于整個交通運輸管理體系而建立起的一種實時的、準確的、高效的交通運輸綜合管理和控制系統[1][3]。智能交通通過改善交通運輸基礎設施，提高交通信息服務水平，來改善交通運作環境，提高交通服務質量，進而提高人民生活水平。

RFID(Radio Frequency Identification，無線射頻識別)技術，最初作為二戰時期用于敵我飛機識別的技術，最近幾年在物流與供應鏈管理領域重新煥發了新機，得到了極大的重視與長足的發展[12]。在交通運輸領域，RFID技術也在公交卡[7][9]、不停車收費[8]、停車場管理、車輛類型及流量信息采集、高速公路車輛速度計算等方面取得了應用成效[6]。為了系統地分析RFID在智能交通中的應用前景以及應用模式，本文首先從“面向服務”的思想，來系統地劃分智能交通中不同主體在面向不同服務對象時所需要提供的服務內容，進而分析怎樣去大規模地應用RFID技術去實現這些服務內容。最后，針對RFID作為一門數據采集技術，在與其他數據采集技術（比如：GPS），以及數據處理分析平臺（比如GIS）的比較與融合方面作出簡單地探討。

1. RFID技術及其在交通領域的應用情況

RFID技術是通過無線電波的方式，把存儲在RFID標簽（Tag）中的唯一標識碼傳送給RFID閱讀器（Reader）。當標簽貼在被標識物體上時，就可以對被標識物體實現遠距離的、非直接接觸的識別。基于無線電波傳輸周期以及傳輸通道的特性，同時也就可以實現多目標、大批量、快速的識別。

其次，公共交通工具提供者對乘客所應提供的服務內容可歸納如表二所示。

以上劃分主要是針對大范圍的公路交通以及城市內的公共交通兩大類來劃分的。這兩類也是目前智能交通所要解決的兩大主要方面。針對其他一些小范圍的、局部的應用，比如：停車場、機場、集裝箱碼頭、垃圾處理場等，都可以按服務提供者與服務消費者的方式去劃分服務內容，并且由服務提供者根據被服務者的需求去確定是否提供相應的服務。在下面，我們將根據RFID的技術特點以及適用性，來分析RFID在智能交通中大規模應用的模式。

3. RFID技術在智能交通中大規模應用的可行性與應用模式

近幾年RFID技術的熱潮是來自于AutoID實驗室對建立物流與供應鏈領域的“物聯網（Internet of Things）”的設想[12]。其基本想法就是基于Internet的互聯互通性，通過電子產品代碼（Electronic Product Code，簡稱EPC）把供應鏈的物質網絡（Network of Atoms）同Internet的比特網絡(Network of Bits)融合起來，形成一個統一的“物聯網（Internet of Things）”。形象而言就是在每個物品貼上標簽RFID標簽，每個標簽都賦予一個唯一的EPC碼。當貨物沿供應鏈的流動時，（比如：生產工廠→ 中心倉庫 → 區域配送中心 → 零售店 → 貨架→ 顧客），通過裝在相關位置的RFID閱讀器，可以快速地完成對產品的識別、盤點、數量統計、自動補貨、防偽檢查等，以達到提高物流速度、降低庫存水平、提高資金周轉率等。該想法得到眾多國際零售巨頭，比如：Walmart, Target, Metro,的響應與支持，同時也得到了包括美國國防部（Department Of Defense, 簡稱DOD）的支持，從而掀起一股RFID的熱潮。

然而在實現上，RFID在物流與供應鏈管理方面的進展并不如預計那么順利。比如Walmart已經推遲了它在2005年實現全球前100大供應商全面采用RFID技術的強制性要求。其中幾個主要的因素有1）.全球標準的不統一。特別是數據格式以及受政府管制的UHF頻段，美國、歐洲、以及亞太的一些國家和地區都有不同的標準。中國也正在制訂自己的標準[5]。但是為了實現在全球化的供應鏈上都能識別采用RFID標識的物體，標準的統一非常重要。2）.成本高，投資主體不明確。其成本主要在將要海量使用的RFID標簽上面。由于供應鏈上涉及眾多商業主體，包括產品生產商、物流服務提供商、運輸商、倉庫管理、海關、機場或碼頭、分銷商等，很難用一種商業模式把他們的投資與利益平衡起來，讓某方或讓大家共同來投資。3）.技術的成熟性還不夠。目前被動式標簽中的數據存儲時間還有限，標簽讀取的成功率也受很多環境因素制約。4）.其他因素，包括隱私、安全等問題。

然而，把RFID技術應用來針對局部區域的交通智能化而形成的“車聯網（Internet of Vehicles）”具有更高的可行性。1）.針對標準不統一的問題，在局部（全國、或全省、或全市）采用RFID，可以不用考慮國際化標準的統一問題。2）.投資主題明確。無論是交通基礎設施的提供者還是公共交通服務提供者，在有需求提高服務水平的時候，他們就可以考慮進行投資。目前很多高速公路或隧道的不停車收費系統，都是投資主體（或者叫服務提供者）為了提高服務質量而進行的技術改造。3）.技術具有更高的成熟性。針對智能交通的應用中所采用的主動式、超高頻標簽，其讀寫距離遠、安全性好、數據存儲時間更有保障。雖然主動式標簽的成本比被動式貴很多，但是針對車輛這種昂貴的物品，主動式標簽的成本占的比例非常小。4）.由于采用主動式標簽，在安全性、保密性、隱私問題處理都有很成熟的技術。

為了達到有效的監控管理與信息服務，在實現上需要大規模地在所有道路上安裝RFID閱讀器，在所有車輛上安裝RFID標簽。在實施方案上，一些學者也對局部區域內的RFID技術的實現進行了探討[2][4]。針對RFID設備的安裝，我們設計在道路交叉口安裝紅綠燈的支架上進行安裝，如圖2所示。RFID閱讀器可以安裝在支架的立柱上。RFID閱讀器的天線可以安裝在支架的橫梁上面，可以緊靠在交通信號燈的下方。一般一個RFID閱讀器可以連接多條天線，并且閱讀器可以從邏輯上區分某個RFID標簽是被哪條天線所讀到。因此，一個閱讀器連同多條天線可以滿足對每條行車線上的車輛流動情況進行監控。其天線覆蓋區域為錐型區域。為了不至于在兩條相鄰行車線之間造成探測盲區，其錐型區域除了覆蓋正下方的行車線外，也應覆蓋部分相鄰行車線的區域。比如說，每條天線覆蓋相鄰行車線25%的范圍，則兩個相鄰天線就有50%的重疊區。這樣可以保證不至于出現探測盲點，也不至于出現重復檢測。除了道路交叉路口，在其他道路出口或空曠的高速公路上，也可以按照適當的密度在每條行車線上裝上RFID系統，到達按一定的密度收集車輛的運行信息。 交通信號燈RIFD閱讀器天線RIFD閱讀器RIFD閱讀器天線覆蓋區域

總之，RFID閱讀器或其天線可以象交通信號燈一樣地普遍，用來收集行駛在道路上的車輛的動態信息，到達監控的目的以及增值服務的目的。當大規模的道路以及車輛都采用RFID技術后，結合其他數據通訊技術、數據處理系統、信息發布系統等，可以實現如下的針對交通工具智能化服務：

• 相對位置定位。可以確定車輛進入了哪個區間。其定位的精度取決于RFID閱讀器安裝的密度。
  
•  路線導航。根據事先選定的路線，在抵達某關鍵路口的前一個路口，通過適當的信息發布機制，可以告訴車輛應準備在某條行車道行駛或某個出口駛出。
  
• 智能信號燈控制。通過安裝在路口的RFID閱讀器可以探測并計算出某兩個紅綠燈區間的車輛數目，從而智能地計算紅燈或綠燈的分配時間。同時，通過對公交車輛的類別的識別，可以實現公交優先的交通信號控制。
  
• 城市中心區域交通流量控制。對進入城市中心區的車輛，通過安裝的路口的RFID閱讀器，自動計算出行駛長度。從而可以對進入中心區的車輛按行駛長度不停車地進行收費，以降低城市中心區的交通壓力。
  
• 不停車收費。該功能已經在很多高速公路上實現。
  
•  進入控制。通過裝在路口的RFID閱讀器，并輔以其他自動控制系統，可以不讓特定類型的車輛、或有違章記錄的車輛進入某區域或某路段。
  
• 實時速度指標。可以通過計算兩閱讀器區間的車輛通過時間，進而實時統計出車輛的平均行駛速度。并且可以給出通告，讓其他車輛可以知道該路段的順暢程度，從而選擇是否行駛該路段。
  
• 超速警告。根據兩閱讀器區間的車輛通過時間，計算出該車輛行駛是否超速。如果超速，通過適當的信息發布機制，對該車輛進行通告或警告。
  
• 自動違章記錄與懲罰。針對在某區間違章的車輛，在區間出口處，識別到該車輛后，可以自動進行違章的記錄與懲罰。其費用還可以從自動繳費渠道扣除。
  
• 實時流量統計。根據兩閱讀器區間的車輛通過數量，可以實時進行某路段的車輛流量統計。如果流量超過某范圍，還可以進行相應的警告信息發布以及進入限制。
  
• 逆行警告。根據車輛在通過兩閱讀器區間的時間先后次序，可以判斷該車是否是在逆行。如果有逆行，則通過適當的信息發布機制，向該車輛發出警告信息。
  
• 故障通告。如果某路段因為意外情況或者例行道路維護，需要暫時關閉，則可以在該路段之前的路口，對經過該路口的車輛進行通告，告訴某路段已經封閉，不可進入。
  
  以上是針對交通工具通過RFID可以實現的智能服務。針對公共交通工具的乘客的智能服務包括：
•  車輛位置分布。可以通過裝在公交站臺的顯示設備，顯示出某路線的所有車輛的目前位置分布。
  
• 下班到達時間通告。可以通過裝在公交站臺的顯示設備，顯示出某路線的下班車輛的大約到達時間。
  
• 擁擠程度通告。可以通過裝在公交站臺的顯示設備，通告下班即將到達的車輛中已有乘客數量或擁擠程度指標。乘客可以結合其他車輛的位置，選擇是否繼續等待。
  
• 公交一卡通。通過裝在車輛上的RFID閱讀器，可以實現公交費用的電子支付，減少錢幣的直接支付與找零。該應用已經在很多車輛上實現。更進一步，如果在車輛下車處也裝上RFID閱讀器，可以實現按行程距離收費、實時乘客人數統計、以及前面提到的擁擠程度通告等。
  
• 下站到達地點通告。通過裝在車內的顯示設備，可以讓車上的乘客知道下站的到達地點，以及整個行程所經過的站名。目前該服務通過司機手動控制已經可以實現。如果采用RFID，可以更智能化、更準確地實現下站到達站名的通告。
  
• 交通狀況信息轉告。通過裝在車內的顯示設備，可以轉告從交通基礎設施提供者所收到的交通狀況信息，比如，實時速度指標，實時流量指標，故障通告等。
  
• 動態時間估算。結合從交通基礎設施提供者所的交通狀況信息，可以進行余下路線行駛時間的估算，并定期通知給車上的乘客。
  
  以上方面都是結合實際情況歸納總結出來的。這些功能的實現，能滿足交通工具以及乘客對交通信息的需求，促進交通的智能化

4. 與其他相關技術的比較與融合

在實現“車聯網”的技術中，RFID只是一門個體識別、定位、導航等用途的工具。其需要有相關的數據通訊、數據處理、信息發布、智能控制等技術的配合。 在實時定位與導航方面，GPS技術已經得到了充分的利用。與RFID技術相比，GPS所獲取的定位信息有更高的精度。但是在適用性上，GPS系統需要昂貴的設備去存儲基礎GIS數據，以及進行復雜的計算。而采用RFID技術，只需要一個RFID標簽，再配合其他通訊設備及信息發布設備，就可以進行粗略位置的定位以及導航。具有成本低，安裝方便，車輛無需改造等特點。但是該兩種技術并非相互排斥的。GPS可以應用于比較空曠的地方，以及對定位精度要求很高的情況下。RFID可以應用于城市交通網絡或者高速公路網絡等監控性強的地方。在數據的融合與處理上，一些作者對GIS在智能交通中的數據模型[10]以及數據融合[11]都作了深入的探討。GIS作為一個空間數據處理平臺，在將來可以融合RFID所獲取的實時交通信息，從而提供針對流量、速度、位置、狀態方面的信息。

5. 總結

隨著RFID技術在最近幾年的蓬勃發展，在智能交通領域，RFID也有了很多的應用。本文為了系統地分析RFID技術在智能交通中的應用空間以及應用模式，首先從“面向服務”的思想來系統地劃分智能交通所需要提供的服務。分別歸納了交通基礎設施提供者應該向其服務對象—交通工具—所提供的服務，以及公共交通工具提供者應該向其服務對象—乘客—所提供的服務。這些服務可以采用基于RFID的“車聯網”來實現，比如：針對交通工具的相對位置定位，路線導航，智能信號燈控制，實時速度指標，超速警告，自動違章記錄與懲罰，實時流量統計，逆行警告，故障通告等，以及針對乘客的車輛位置分布，下班到達時間通告，擁擠程度通告，下站到達地點通告，動態時間估算等。這些服務的實現都得建立在大規模地使用RFID技術之上。理想的狀況就是道路上的RFID閱讀器象交通信號燈一樣普遍，每個車輛上都裝有一個RFID標簽。

本文從宏觀的角度闡述了“車聯網”可以實現的交通智能化方式，并沒有從具體的技術實現細節上進一步探討，希望能夠達到拋磚引玉的作用，推動RFID技術在智能交通領域的應用。

6. 參考文獻
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2).許昆、蘇一、馬春曉（2005），“RFID在城市智能公共交通系統中的應用”，電腦學習，2005年2月第1期，pp.4-5。
3).王笑京、沈鴻飛、汪林（2006），“中國智能交通系統發展戰略研究”，交通運輸系統工程與信息，Vol.6， No.4，pp.9-12。
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5).白皮書（2006），中國RFID技術政策白皮書，中華人民共和國科學技術部等15部委。
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7).徐智偉，天極（2006），“城市一卡通的發展及其在全球主要觀光城市的應用”，金卡工程，2006 Vol.10 No.8，pp.22-23。
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9).王大鵬,楊慶坤,王偉,高立新(2006), “基于單片機和射頻技術的北京市公交‘一卡通’系統解決方案”, 交通運輸系統工程與信息, Vol.2, No. 2, pp33-37。
10). 李清泉,左小清,謝智穎 （2004），“GIS-T 線性數據模型研究現狀與趨勢”，地理與地理信息科學，Vol.20，No.3， pp.31-35。
11). 尹建忠, 李清泉, 宋鶯, 賀奮琴（2006），“車輛監控系統中GIS，GPS，GSM 關鍵技術的探討”，工程勘測，2006年7期，pp51-54。
12). AutoID Center (2001), “AutoID and the EPC network”, http://www.epcglobalinc.org/
13). Thomas Erl (2005), Service-Oriented Architecture: Concepts, Technology, and Design, Prentice Hall, ISBN 0131858580.

本文章發表在“第一屆中國交通地理信息系統（GIS-T）技術研討會（2007年6月24-25日，武漢大學交通研究中心）”上。由作者提供，在此發布；如要轉載，請征得作者的同意。作者的聯系方式為 xwwang@eti.hku.hk   ecwong@eti.hku.hk