基于RFID的车辆定位与电子地图显示系统毕业设计.docx

1、基于RFID的车辆定位与电子地图显示系统毕业设计本科毕业设计(论文)学院(部)计算机科学与技术学院题目基于RFID的车辆定位与电子地图显示系统年级2010专业计算机科学与技术班级物联网工程学号1029401074姓名孙琪指导教师纪其进职称教授论文提交日期2014-05-16摘 要随着现代社会的发展汽车数量与日俱增，随之也带来了问题也越来越严重，加快完成对重要车辆的实时监控很有必要。近年来掀起的物联网研究热潮进一步推动了RFID(Radio Frequency Identification)的应用，RFID以其可快速识别、抗污染、穿透性强以及安全等优势适应了物联网的发展要求，为解决与汽车相关的难

2、题提供了一个有效的解决方法。同时借助成熟的数据库技术与电子地图系统，提供一个良好的GUI(Graphical User Interface)并实现在电子地图上对目标车辆的位置以及运动路径进行显示。鯊腎鑰诎褳鉀沩懼統庫。关键词：RFID ；车辆定位 ；电子地图 ；路径显示AbstractThe number of cars grows in a rocket rate with the development of modern society, it also brings along more and more problems that are very serious in some r

3、espects.Now，it is necessary for our society to speed up the project development which monitors the target vehicles in real-time. In recent years, craze for researches about Internet of Things further promotes the RFID (Radio Frequency Identification) applications. RFID adapts to the requirements of

4、the development of IoT with its unique advantages such as quick identification, anti-pollution, strong penetration, security and so on , which provide a valid solution for solving the problems concerning cars. This article takes advance of the sophisticated database technology and electronic map sys

5、tem provides a comfortable GUI (Graphical User Interface) for users , and achieve the function that shows the target vehicles location and moving path on an electronic map at the same time.硕癘鄴颃诌攆檸攜驤蔹。Keywords : RFID ; vehicle location ; electronic map ; path display阌擻輳嬪諫迁择楨秘騖。第1章 绪论1.1 研究背景及意义1.1.1

6、研究背景纵观历史我们可以看出，我们所生活的城市的规模越来越大，增长速度在19、20世纪尤其突出，究其原因必然是跟社会发展水平跟社会生产力相关的，贡献最大重要性最高的就是交通工具1。氬嚕躑竄贸恳彈瀘颔澩。城市规模在很大程度上与人们从一个地点到另一个地点所需要的时间有关，也就是跟交通工具有关。原始社会的步行方式，没有交通工具可言，城市只有一个小村庄这么大，各个城市之间也近乎无往来。后来出现了牛车马车，城市规模扩大到一个乡镇的大小，各个城市之间的交流往来日益频繁起来。再到后来出现了船，进一步拓宽了人们的出行方式，运输能力也有了很大的提高。到火车汽车的出现之后，城市规模迅速膨胀，生活生的各方各面都因此

7、而发生了巨大的改变2。现在的汽车已经遍布每个角落的每一部分的人，人们的生活节奏也越来越快，交通问题也接踵而来3。釷鹆資贏車贖孙滅獅赘。1.1.2 研究意义说到交通问题，最重要的就是安全问题。对高速移动中的车辆进行测速监控，用传统的雷达或者超声波进行测速的方法具有较大的限制性，必须在测速区间内才能进行测速，而且成本较高。只要不在测速区间之内，就无法对目标车辆进行实时速度监控。另外还有车辆的失窃问题也时有发生，财产损失就不用多说，更严重的是盗车罪犯往往用盗窃来的车辆进行下一步更严重的犯罪活动，或者本身就对车主的安全造成威胁。除此之外，危险化工原料运输车行驶安全等问题也不能忽视。这些问题一旦发生，后

8、果情节都比较严重，一定要在第一时间内获得相关信息，进行处理。所以采用RFID技术保证监控车辆的安全问题是重中之重，具有重要研究意义4。怂阐譜鯪迳導嘯畫長凉。1.2 国内外现状及发展趋势国外已经有了许多RFID5研究的产品，也有许多大型组织为了有效地运作而需要跟踪设备或者定位人的位置的例子。在小范围内这是一个很容易由人解决的问题，但大规模上只有用自动化才能效地解决。比如，考虑跟踪的货物，可能会正等待从工厂装货，或在运输过程中，或者刚刚到达经销商，或在零售商店的架子上，有许多可能的位置。这些问题可以通过使用自动识别、计算机网络和可快速查询和搜索来提供答案的计算机数据库来缓解。大型零售商、卫生组织和

9、军事行动，都能受益于RFID自动跟踪67。谚辞調担鈧谄动禪泻類。(1) 供应链和库存控制在以RFID为基础的超高频被广泛采用的背后的驱动力是供应链管理。潜在的能降低供应链的运营成本是促使沃尔玛、乐购、Target和其他主要零售商在他们的工作实践中采用超高频RFID的原因。即使在一个仓库，库存也可能会丢失或错放，RFID系统很适合找到它的位置。这是由于标签的阅读范围广和它的顺应力，和它读取无需对视线有要求的能力。后者的属性的必然结果是可以连续扫描射频识别标签，支撑系统因此可以持续跟踪库存货物的来去路径而无需人工干预。射频识别系统很适合在仓库环境中减少人为错误，那种是动态的有时是忙碌的环境，形成更

10、高效的操作89。嘰觐詿缧铴嗫偽純铪锩。(2) 人在动物皮肤下放标签比在人的皮肤下面放标签更能为社会所接受，然而，已经有把RFID标签植入于人的例子。凯文沃里克，英国雷丁大学控制论教授，在2000年进行了RFID实验。在他自己的皮肤下放置一个标签并且使用它作为一个进入他的房子的独特的钥匙。他在连线杂志描述了他的经历。在90年代末，应用数据公司生产了专门为标记人的植入皮层下的玻璃胶囊质认证标签；还有英国的特洛芬有限公司也生产可植入人体的标签。这项技术已经发现许多有利润空间的应用。在世界上的一些地方，比如墨西哥，绑架比美国更普遍，用标签标记儿童可以帮助父母在多年以后与他们相认，也可对绑架形成一种威慑

11、。RFID应用在医疗行业标记病人以确保医疗记录正确地与他们相描述的人相关联，并确保药物的正当管理。这些记录也可以提供病人的过敏信息，因此对作出正确的关联是至关重要的。然而,目前许多医院使用条形码手腕带也能解决这一问题，目前还不清楚RFID是否能改善这一工作实践。熒绐譏钲鏌觶鷹緇機库。图1.1 植入手臂中的RFID标签(3) 运动员从90年代后期之后，美国大型马拉松比赛的主办单位开始为运动员提供能内置在运动鞋里面的RFID标签。处理好众多不同起跑线上的时间记录问题的方案很必要，因为运动员可能要花至少1小时才能穿过起跑线开始比赛。该系统在起点和终点还有比赛场地其他关键检查点放置了RFID阅读器。当

12、运动员路过RFID标签阅读站，每个ID的时间就会记录下来。在结束的时候，每个参赛者的时间就会随着他们完成这项比赛自动的计算出来。更重要的是，途中的检查点的设置，可以为主办方在比赛进行的时候提供关于优秀运动员是怎样破纪录的新闻。这些信息在赛后对运动员也非常有趣，因为那些分割的时间段能帮助分析他们在比赛中的发挥和在什么样的平台上能推进他们未来的发展。鶼渍螻偉阅劍鲰腎邏蘞。(4) 航空行李在人们对恐怖活动担忧加大的时代，追踪航空行李和同这架飞机一起飞行的它的主人分很重要。如果包裹能在移动到一架飞机的同时被识别，我们就很有信心保证这个过程不会出错。同样，如果一个乘客在检票了之后没有登机，RFID就能在

13、飞机起飞之前帮着定位这个包裹在货仓中的位置。下图展示了传统标签是如何与允许同现有条形码系统向后兼容的RFID结合的。将来的好处是它可以减少有关归还乘客丢失的行李并把它发到正确的地址的花费。美国运输局宣称在2004年运输的行李检测到超过10亿件，如果只有0.5%的弄错航线，那将有500万丢失的行李。这些失误的累积花费应该对航空公司的运作花费产生非常大的负担，而RFID的自动追踪可以帮助人们消除会导致这种问题的错误10。纣忧蔣氳頑莶驅藥悯骛。(5)车联网项目2009年11月，在上海召开的第四届无线射频识别技术发展国际研讨会对RFID技术在只能交通方面的应用做出了研究探讨，旨在实现一个由车载RFID

14、标签形成的互联网络。利用了无线射频实现在一个网络平台上对车辆的状态属性进行有效的监管并提供一些服务11。颖刍莖蛺饽亿顿裊赔泷。1.3 本文的主要任务与创新之处本文主要对RFID以及电子地图显示系统进行介绍，对由RFID记录的车辆运动信息在电子地图平台上进行显示，同时做到实时定位装有RFID 标签的目标车辆。本文的创新之处是采用信号强度函数处理识别距离，对RFID定位技术进行了一些优化。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。第2章 RFID技术RFID技术，中文名无线射频识别技术，是Radio Frequency Identification Technology的简称。銚銻縵哜鳗鸿锓謎諏涼。2.1 RFID简

15、介2.1.1 RFID技术起源RFID技术原理并不是一个新的概，它早在二战时期就已经产生。二战时期，盟军采用无线电数据技术对双方单位进行识别，主要是对飞机还有军舰这些重要单位进行自动识别。但是由于成本很高，这一技术只在军事领域有较好的应用，很遗憾在民用领域没有什么发挥。然而上世纪八九十年代芯片和电子技术得到了发展，并迅速在民用领域普及，RFID技术也由此在民用领域得到了应用，欧洲国家最先开始将RFID技术应用在收费公路方面。之后直到21世纪，世界上的其他国家才开始关注RFID技术在民用领域的应用价值，在防伪票证，生产自动化，访问控制，公路收费，停车场管理，识别，货物和其他民用领域，RFID已大

16、量应用并且还在不断的的不断扩大之中，迎来了属于RFID的崭新时代12。挤貼綬电麥结鈺贖哓类。2.1.2 RFID发展历程及趋势 RFID技术的主要发展过程13可以大致划分为以下几个阶段：二十世纪四十年代期间雷达技术的改进和应用使得RFID技术问世，相关的理论技术基础则是在1948年确立的；二十世纪五十年代期间，在实验室进行RFID技术产品的一下相关实验研究，开始RFID的早期探索阶段；二十世纪六十年代期间进一步发展了RFID理论技术，也是在这个时期内开始了一些早期的应用尝试；然后在七十年代RFID技术与产品的研发速度大幅度提升，一些早期的RFID应用产品出炉；到了八十年代时RFID技术已经比较

17、成熟，RFID的技术产品开始投入到了商业应用；二十世纪九十年代时RFID出现了一些标准化问题，引发了人们对于技术标准的重视，之后进一步促进RFID产品的广泛应用，逐步成为人们生活中必不可少的一部分；进入21世纪之后，RFID产品越加丰富，RFID成本的不断降低使得应用规模也随着一步步扩大，促使RFID相关技术理论进一步丰富和完善。赔荊紳谘侖驟辽輩袜錈。2.1.3 RFID主要应用RFID技术应用主要分为三个方面：安全、追踪以及真实性。下面提供了一个RFID的主流应用目录10：塤礙籟馐决穩賽釙冊庫。安全： 访问控制：钥匙和防盗系统；巡逻验证：过程管理；防盗：商品。跟踪：供应链：仓库存储和库存控制

18、；人和动物：个人，儿童，病人，运动员，牛，以及宠物；财产：航空行李，设备以及货物。真伪性：资金：纸币；药品：药品包装；电子支付：交通运输：汽车通行费：Fas Trak，EZ-pass；票务：流水通行证；信用卡/借记卡：用MasterCard的PayPass。娱乐：智能玩具：交互特征。RFID技术产品提高了企业的经济效益也保障了公共安全，在提升社会信息化水平方面也产生了重要的影响，RFID在各个领域的广泛应用已经很大程度上改善了人们的生活质量，我们有理由相信相信在未来的几年中，RFID技术将继续保持高速发展的势头。裊樣祕廬廂颤谚鍘羋蔺。2.2 RFID技术原理RFID技术是一种非接触式的无线识别

19、技术，系统主要由RFID标签，标签阅读器以及天线组成三个部分组成。天线是连接标签与阅读器之间的纽带，其功能就是在标签与阅读器之间传递数据信号。全球主要有868MHz、915MHz和2.4GHz三个工作频段，本系统采用的是915MHz工作频段，在此频段内多个标签识别距离和性能最好。仓嫗盤紲嘱珑詁鍬齊驁。图2.1 RFID系统构成2.2.1 RFID标签标签分为三类：无源，有源，半有源半无源三种。无源标签构造比较简单，由存储器、控制模块、射频模块还有天线组成。每一个标签具备全球独一无二的电子编码(即ID号UID，UID是在制作芯片时固定在ROM中的，无法篡改)。因为无源的RFID识别距离相对较短，

20、所以本系统采用的是近距离的电感耦合。读写器通过天线发射特定频率的射频信号，当标签进入射频识别工作区域时就会在其内部的线圈中产生感应电流，射频卡因此获得能量被启动。标签利用线圈中的感应电流所传递的能量将自身信息透过卡内天线返回出去。阅读器接收接收到从标签发送来的载波信号，经过对信号的的解调和译码后传送到后台软件系统进行下一步处理。绽萬璉轆娛閬蛏鬮绾瀧。后台软件系统对接收到的数据进行逻辑运算以此判断该标签的合法与否，然后根据设定的模型做出相应的处理和控制，最后回发指令信号控制执行相应的动作14。骁顾燁鶚巯瀆蕪領鲡赙。图2.2 识别原理简介有源电子标签又称主动标签，完全由标签内部的电池供给标签工作所

21、需要的工作能量。主动标签因为自身携带电池供电，读/写距离较远（约在100米1500米），采用的是电磁耦合方式，体积相对大一些，成本也相对于无源标签高，当标签的工作能量耗尽后需及时更换电池才能保障系统正常工作。出于安全性以及准确性考虑，本系统采用的是有源RFID标签。瑣钋濺暧惲锟缟馭篩凉。图2.3 电磁耦合半有源半无源标签相比较无源标签，多一个电路唤醒模块，自身带有电源，但是在通常情况下处于断电状态。当其进入射频识别区域时，从阅读器获得的电磁信号激活唤醒电路，从而变成一个“有源RFID标签”。鎦诗涇艳损楼紲鯗餳類。图2.4 带有唤醒电路的RFID标签2.2.2 阅读器RFID阅读器即射频识别技术

22、，此技术通常用于无线收发方面。RFID阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成。一个复杂的RFID系统的阅读器一般还有后台的计算机处理系统，对其所收集到的信息进行处理。栉缏歐锄棗鈕种鵑瑶锬。RFID阅读器的优点有以下五点15： 1.不需要光源 2.能在恶劣的环境下工作 3.能远距离同时识别多个标签 4.可对被识别定位、跟踪、追溯 5.多种通信接口2.3 RFID定位技术本课题研究的是基于RFID的车辆定位与电子地图显示系统，所以基本要点就是要获得RFID标签的位置。传统的GPS定位技术是通过终端发送定位请求，通过卫星对请求端进行定位，至少需要3颗卫星才能对其进行定位。一般采用4颗

23、卫星，其中一颗用来矫正定位误差。这种定位方法对客户端的要过比较苛刻，首先就需要客户端能发送有效的等你改为请求到服务器端，受天气的影响也非常大，有时候在室内或者卫星信号覆盖比较差的区域定位效果就会非常差甚至根本无法进行定位。这在实际应用中的缺陷非常明显，因为越是在恶劣的环境下，越是在没有狭小封闭的空暇内，定位功能就越发重要，人们对定位功能的需求就越紧迫。而另外一种通过电信运营商的基站位置定位的技术，虽然不需要借用卫星，但是因为基站的设置不会太紧密，所以误差过大，不能达到准确定位的要求。所以传统的GPS定位技术就会常常出现“关键时候掉链子”的现象。辔烨棟剛殓攬瑤丽阄应。然而RFID定位技术16与传

24、统的定位技术不同的是，RFID标签不需要定位卫星的参与，也不用基站定位。因为RFID必然需要与阅读器进行交互，所以根据阅读器的位置定位RFID标签是一种可行的方法。而RFID阅读器相比较基站而言成本低的多，可以实现紧密部署，相对于RFID标签的位置而言也近的多。如此一来，RFID的定位准确性也能得到很大的保障。所以，无论是从自然环境方面考虑，还是从设备部署、成本、准确性方面考虑，亦或是从适用情景、自身工作条件方面考虑，RFID定位技术都有着无比巨大的优势。峴扬斕滾澗辐滠兴渙藺。目前已有多种不同的RFID定位方法，这里举出以下两个个距离估计法：（1）SpotON：SpotON系统采用可调整的长距

25、离主动RFID标签，用多个阅读器同时测量同一个RFID标签所发来信号的强度，通过信号的强度值可以计算得到目标源相对于阅读器的距离。用至少3个阅读器所获得的距离就可以对目标RFID进行定位。詩叁撻訥烬忧毀厉鋨骜。（2）SAWIDtags：表面声波识别标签全部是无源标签，标签采用脉冲压缩和编码技术。首先测定每个标签脉冲反应的频率，然后标签重新传送相关信号。重传信号会有一个自相关峰值，产生幅度值最高的脉冲响应标签就是待定位点的标签。基于信号到达时间的方法测量每个阅读器i与标签之间的距离如式（1）所示。则鯤愜韋瘓賈晖园栋泷。 公式(1)胀鏝彈奥秘孫戶孪钇賻。其中，Tsys是系统的时间延时；Tcable

26、，i是预校准脉冲期间接收天线和解调器之间电缆传输延时；TSAW是所有标签的时间延时。有3个估计距离时，系统用三边测量法定位标签。鳃躋峽祷紉诵帮废掃減。结合这两种定位技术的优点，可以对基于RFID的距离估计法进行优化，先采用SpotON系统对所接收到的信号进行处理，把信号强度转化为识别半径。稟虛嬪赈维哜妝扩踴粜。当标签进入射频识别区域时，能识别到该标签的阅读器分为4中情况：(1) 只有一个阅读器能接收到RFID所发出的信号。这时无法对RFID进行定位，默认使用该阅读器的位置替代为RFID标签的近似位置，这种情况下误差大小就取决于阅读器的识别范围。识别范围越小，对应的误差也就越小，但同时对于目标R

27、FID来说，能感应到标签的阅读器也就越少，实际情况是更多的时候误差更大。陽簍埡鲑罷規呜旧岿錟。(2) 有两个阅读器能接收到RFID发出的信号时，相对于只有一个阅读器的情况，只能做进一步的缩小误差，能将之前的一整个圆形覆盖区域缩小至两个圆的交集区域，但是仍然不能进行准确的定位操作。如果不采用信号强度处理就无法将原先的灰色误差区域缩小到红色区域，但如果是在室内等这类较小的区域内时，误差本身就不会很大。沩氣嘮戇苌鑿鑿槠谔應。图2.5 两个阅读器识别情况(3) 有三个或以上的阅读器都能同时感应到RFID标签时，选取接收到信号强度最强的前三个阅读器A，B，C作为定位基准，如下图所示，理论上三个点三条线必

28、然汇聚到一个点上。但是考虑到实际情况是有误差的，所以在数学上往往无法由计算得出定位点。在这种情况下，选取强度最大的前两个点中心，如A，B；由A，B两点坐标及距离可以确定两个目标点D，D，D是错误的定位点，需要排除。显然D到C的距离比D到C的距离里要短，用这个方法就可以确定目标检测点的位置。钡嵐縣緱虜荣产涛團蔺。图2.6 三个阅读器识别情况2.4 小结二十一世纪是一个崭新的时代，随着RFID技术的发展，RFID技术产品越来越普遍，在网络已经使得人们的生活发生了重大变化之后，人们已经意识到离不开网络。而RFID的到来，使得任意一件物品都可以连接至web网络，使得网络不再是虚拟的，使得我们能在网络监

29、控现实生活中的任何物品，RFID已经融入到了我们生活中的每一部分，以其优越的功能改善我们的生活。懨俠劑鈍触乐鹇烬觶騮。第3章 车辆运行轨迹上一章里面里面具体说明了系统如何对监测目标(RFID标签)进行定位，当贴有RFID标签的车辆处于射频覆盖范围之内的时候，便开始向阅读器发送位置请求信息。本章节介绍通过RFID标签所获得的数据在电子地图中的显示系统。系统通过加载XX地图API(Application Programming Interface)实现相关的功能17。前台界面通过C#实现然后与后台的地图软件结合18。謾饱兗争詣繚鮐癞别瀘。3.1 地图构建当需要从电子地图上显示一个监控车辆的历史时，

30、首先要对构建一张地图，并对其初始化，在调用XX地图API的功能时需要申请开发秘钥key，替换掉之后才能使用其功能。呙铉們欤谦鸪饺竞荡赚。图3.1 地图使用说明为了方便查看地图，还需要添加一些必要的控件，比如鼠标拖拽地图功能，好友滚轮缩放地图功能等等，这些都有已经完成的控件供我们使用，添加如下代码就可以实现，当然要使得用户能从地图上明显的看出目标运动的速度，比例尺也是不能少的控件之一莹谐龌蕲賞组靄绉嚴减。图3.2 地图初始化其中map是通过BMap.Map()实例化的一个对象，表示一个地图实例，通过对map的操作向地图中添加控件，显示路径也是通过这个实例对象完成的。麸肃鹏镟轿騍镣缚縟糶。除此之外

31、还需要设置一个默认的中心点以及地图的初始等级大小。以相门为中心点，其坐标是(120.645335,31.315658)，等级设为15，效果如下图所示。納畴鳗吶鄖禎銣腻鰲锬。图3.3 初始化地图示例3.2 地图显示地图构建完成之后，就需要加载数据了。要显示路径，首先就需要记录下车辆的曾经到达过哪些地点数据，并保存起来以备检查调用。车辆的运动信息由每个时刻的地点信息，包括经度和纬度，并且记录下时间信息作为辅助。所以每一条从RFID标签获得的记录包括标签的ID信息、经度、纬度还有时间，一共四个字段。需要存储在数据库中，以ID作为主关键字。信息的记录频率为1次/秒，这样就已经足够详细的记录下车辆的历史

32、状态。ID采用32位记录，经纬度各采用64位，时间则用字符串型记录12个字节，这样每一条记录占用32byte，一辆车一天占用2700Kb的存储空间。从数据库中检索出对应的ID，默认的是按照记录的先后顺序排序的。以此获取每条记录第二和第三个字段，赋值给路径上的点的经纬度坐标，如風撵鲔貓铁频钙蓟纠庙。var points = new BMap.Point(121.5356439,31.2810635),灭嗳骇諗鋅猎輛觏馊藹。new BMap.Point(121.537615,31.278752),new BMap.Point(121.535615,31.276752),new BMap.Point(121.536615