英语原文共 5 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
对射频识别在交通应用中的性能影响调查
作者：唐纳什(1);朱迪思L. Mwakalonge(2);朱迪A. Perkins1
(1)土木与机械工程技术普雷里维A＆M大学，普雷里维，美国
(2)土木与机械工程技术，奥兰治堡，美国
文章信息：关键词：射频识别，速度，读写器，电子标签
2013年4月22日提交;
2015年4月24日收到修订后的表格;
2015年7月12日登刊。
摘要
这项研究调查了速度，标签和读写器的位置，车辆速度和过阴影对RFID性能的影响。该研究测试了两种读写器/天线高度和三个标签的位置。选取三辆车记录每个标签的位置，保证标签的同时放置,对行驶速度进行了测试。研究结果表明,与标签单独放置在车辆上相比，最合适的放置标签位置是在车辆的挡风玻璃，以及在地面7英尺高度放置读写器/天线。在车辆上放置多个标签同时提高了信号强度和检测率。车辆速度对标签的检测率有负面影响，即在较高的车辆速度检测率低。结果表明，在读写器和标签之间的水平距离上，标签和读写器越接近彼此信号强度越高，因此检测率也会提高。
引言
射频识别技术是利用无线电波来实现一个读写器和一个电子标签之间的信息交换，以实现识别和跟踪的目的。该技术的应用可以追溯到第二次世界大战时被用来区分敌我战机从盟军战机（罗伯蒂，2012）。计算能力的增长，这一技术以低成本区分敌军战机的能力已经推动了该公司在不同学科的跟踪应用。公路收费，无钥匙装置开车门、野生动物追踪，和医院的手术室。在交通运输行业，RFID自上世纪80年代中期以来就开始应用（RFID标签的操作，2011）连接到机箱的载体作为“牌照”，作为收费公路通行的标签使用。 收费设施中的RFID，作为电子收费系统的一部分，已被证明过程多达每小时2200辆。相比只有人工收费每小时400辆（姆瓦佩，2009）。无线射频识别技术在公路收费方面取得的巨大成功，促使其在美国和国外的交通运输行业以及其他领域取得普遍的应用。
2004年，奥兰多/奥兰治县高速公路管理局（OOCEA）开始在佛罗里达州中部部署基于RFID技术的交通监控系统。试点覆盖228英里的收费和非收费洲际高速公路，RFID阅读器安装在路边进行检测，已经安装在约100万e通和SUNPASS客户车辆转发器上。目标是实现跟踪记录车辆的行驶时间，通过路边的阅读器，统计得到一个平均的行驶时间，然后向公众公布相关行驶信息。目前，公路管理局将免费分发迷你转发器（OOCEA，2011）。近年来，越来越多的公路管理局包括休斯敦译星（2011）使用的是与其他方法相结合的收费标签，实现对车流量监控目的，行驶时间和速度。2008年，自行车通勤法案允许雇主谁骑自行车上下班的员工每月高达20 $的津贴，以此来鼓励员工骑自行车出行。这次机会促使德罗自行车架公司开发了RFID自行车计数系统，为雇主提供员工骑自行车的准确计数。RFID阅读器安装环绕企业或校园外的位置，提供“ZAP区”，也就是是自行车检测区。自行车安装无源RFID标签，进入“ZAP区”后进行准确的记录和统计报销。该系统于2010年1月1日发布，截止2010年3月17日，公司员工2006自行车上下班总计10421英里（斯特拉托斯，2011）。
2010年，犹他州交通运输部（UDOT）推出的应用于高乘载车辆（HOV）和高占用收费（HOT）车道的响应需求的电子收费系统I-15。该系统采用EPC Gen 2无源超高频（UHF）RFID标签。这种标签能够发射其ID号到位于20英尺或以上的以每小时或高55英里的速度行驶车辆。用户附加应答到车辆挡风玻璃和安装在公路捕获标签ID号上的阅读器，使UDOT根据司机驾驶的区域进行扣除响应数量的金额，以及记录一天中的时间变化和在那个时间段的交通情况。该标签有一个开关，使用户能够激活或关闭标签。当它处于关闭模式下，红线出现在标签的正面和背面，使警察在视觉上能够确定应答器是否被激活时，因此车上没有乘客来支付使用HOV车道的费用。
弗吉尼亚理工大学的研究人员，（耶茨，2009；费多维茨，2007）研究了弗吉尼亚州运输部管理高速公路使用RFID的情况。在这些研究中，进行了静态和动态测试。静态测试，研究人员测试了标签安装在一个金属英里标签和手持移动阅读器之间的水平距离的影响。动态测试，研究调查车辆速度和安装在一个金属英里的标签之间的水平距离以及读写器安装在车辆上的影响。测试的标签水平距离包括5，10，25，50，和100英尺。研究者还记录了一个标签可以被阅读器检测到的最大距离。车辆速度测试包括10，20，30，和60英里每小时。研究发现，远程系统能够读取到115英尺的安装在静态条件下（车辆不移动）的标签。此外，车辆行驶在10英里每小时的最大动态读取范围也有115英尺。在高速公路60到65英里每小时的速度下，动态系统结果不是很一致，能够读取标签的最大距离为25英尺。
罗斯等人（2009）测试RFID应用于跟踪佐治亚州运输部（GDOT）和材料研究室（有机核磁共振）的建筑施工材料。这项研究使用移动和固定的阅读器识别和跟踪应用标签，极端的实验室测试条件，包括湿度，PH值，温度和压力。这项研究发现，射频识别标签是耐用的，可用于跟踪建筑材料的进展，并定位实验室错位的样品。
综上所述，射频识别技术在交通运输中的应用最为主要，包括收费和交通管理。在这些应用中，标签通常位于车辆的挡风玻璃和车牌。然而，过去的研究表明，在车辆上的标签的位置可能会影响性能的射频识别技术。例如，德克萨斯北收费管理局（NTTA，2011）发现了一些车辆特征会影响RFID标签性能，作为挡风玻璃镜的车道偏离警告系统、加热挡风玻璃、绝缘或透明玻璃，太阳能控制。此外，射频识别技术规格说明，当标签或阅读器不位于低地上的性能会更好（射频代码，2012）。
这说明车辆的标签位置对射频识别性能有一定的影响。此外，文献综述表面，大多数读写器有防碰撞系统，可以同时读取多个标签。这可能会导致一个标签被遮挡，特别是在一个交通队列或收费设施车辆与射频识别标签的情况非常靠近的情况下，为了能进一步实施这项技术在交通运输相关的应用，理解这种影响是很是重要的。
基于上述讨论，本文有两个特定的目标。首先，研究RFID技术的性能通过改变车辆上标签的位置，安装在路标的读写器，车辆速度，以及读写器和标签之间的水平距离；第二，探讨标签遮挡对RFID性能的影响。
论文的其余部分组织如下。在第2节中，展示了在这项研究中采用的射频识别技术的细节。第3节首先讨论了站点的特点，然后介绍了实地测试和数据采集。第一部分的结果分部报告在不同的情况下，包括标签位置，地面读写器的位置组合，以及标签是否同步。第二部分，对回归分析结果的分析。最后，重点研究了标签和读写器的位置，驾驶速度，和过度遮蔽效应的影响，对无线射频识别技术的性能进行了研究，并提出了结论和建议，作为今后的研究。
1.无线射频识别技术
射频识别技术是利用无线电波来交换应答器和阅读器之间的信息。根据移动性，射频识别读写器被分类为固定的或移动的。固定的读写器检测标签活动，固定读写器，通常有较高的阅读范围，而移动的读写器安装在车辆上或任何移动物体上可以感应标签的可用性。另一方面，射频识别标签依据供电方式进行分类。有源标签是电池供电，半主动标签是半电池供电，无源标签是非电池供电。
用于特定的应用程序的标签的选择，主要取决于其成本，可靠性和性能。被动标签相比，半主动和主动标签更加便宜。通常情况下，主动标签之间的信息交换比被动标签更加可靠。如今许多有源标签操作范围达到数百米，以及拥有长达10年的电池寿命（lodgher 等，2010）。此外，标签分为只读或读写。前者有一个唯一的ID，是永远不会改变的，读写标签允许用户添加，或者使用阅读器读取现有的标签信息。因为其具有较高的阅读范围，本次研究采用CodeTM生产的固定式读写器的有源RFID只读标签。
2.位置特征
选择一个合适的地点进行测试，研究影响目标的因素是几何特征，限速，交通量，以及金属交通标志的存在。在这项研究中，选择了具有限速55英里每小时，低流量，和金属交通标志的路段进行测试运行的结果演示。选择这种道路，因为它具有低的交通量和有利的道路几何特征，其允许高速动态测试。此外，该站点在其附近的车道区有个审讯区，以方便测试车辆转弯。该路段沿着农场，非常靠近普雷里维A＆M大学主校区南北方向的农贸市场1098（FM 1098）。虽然高速公路可以高速行驶，但由于其有限的访问和高流量不予考虑。所选路段具有以下特点：双向高速公路，12英尺车道和6英尺路肩;交通标志是9英尺路肩，离道路中心20英尺;限速为55英里每小时;交通标志8 英尺高。
3.实地测试
现场测试的过程在确定需要的数据，创建数据收集协议，并确定所需的设备之后实施。测试所需的主要材料是读写器，笔记本电脑，电源，射频识别标签，和粘合剂。要测试一个广泛的场景，研究考虑了几个变量，可能会影响到标签的可读性。变量包括读写器/天线的高度，车辆的速度和车辆上的标签的位置。测试的标签位置是挡风玻璃，门把手，和车牌，分别约为3.42，5.5和1.33英尺，如图所示。挡风玻璃和车牌是被广泛使用，在实践中附加标签的位置。对于交通标志的读卡器放置，测试场景包括设置一个高度约4英尺和7英尺以上以上的地面水平高度的阅读器。两处选择代表不同类型的交通控制设备，在使用中如轮廓标，英里标志，限速标志等，高度低于4英尺不被认为是符合M200的制造商的规格说明的阅读器，将无法正确检测标签活动，如果读卡器/天线是低到地面。测试的车速包括5，10，15，20，25，在35英里每小时，检测率很低，因此，更高的速度没有进行 测试。对每个标签和读写器的高度位置，三个不同的速度进行了测试，每个测试了10次。
车辆标签放置在三个位置（车辆的门把手，前车牌，和挡风玻璃），通过附近的读卡器/天线在选定的测试速度和电脑连接，记录标签是否被检测，并记录检测的信号强度（接收信号强度指示器，RSSI）。在每个方向的双车道公路重复该步骤10次，以研究水平距离对检测率和信号强度的影响。
4.数据分析
方案1：读卡器高4英尺和非同步标签。图1展示了场景1的标签的可读性结果。图表显示了选定变量和标签的可读性之间的关系。每一个标签的位置进行了60次测试运行，分十次试验，三种不同的速度，以及每一种驾驶方向，即北和南。从图中观察到，相对于标签位置，挡风玻璃有较高的读取率，为百分之66.7，其次是门把手，百分之25，最后是车牌，百分之6.7。挡风玻璃，低速时检测率高，高速是检测率低。在15英里每小时时，检测率为百分之90，而在30英里每小时的检测率为百分之50。对车牌的测试也观察到类似的趋势，在15英里的检测率为百分之40和30，30英里时检测率为百分之15。对车牌标签的检测率呈现出意想不到的趋势。该标签是以10英里每小时检测到百分之15的检出率，但没有在15英里每小时和20英里每小时百分之5的检测率进行检测。这种趋势的原因目前尚不清楚，因此需要进一步研究。在一般情况下，相对于速度，检出率会随速度的增加而降低，这是与（耶茨，2009; Fedrowitz，2007年）等的研究的结果是一致的。对于信号强度，挡风玻璃和车门把手相比车牌取得最高值，这符合可读性的趋势。
方案2：读卡器高7英尺和非同步标签。图2描述了在金属交通标志上安装在地面7英尺以上的读卡器的结果。如图2所示，挡风玻璃上的标签上的检测率较高，而在车牌上的标签检出率较低。挡风玻璃上标签的检测率为百分之83.3，较4英尺的阅读器高百分之16.6，在1英尺的情况下，类似的结果出现在车门把手和牌照的标签上。门把手和车牌的检出率分别为百分之30.7，比那些在图1中测试的高6.6％。这意味着，读写器的位置越高，检测效果更好。在挡风玻璃上，标签在15英里，检出率为百分之95，百分之85和百分之70小时每小时25英里。这种趋势与预期一致，因为在较低的速度，车辆花更多的时间在检测区，因此有很高的机会检测，对以不同的速度行驶的车辆，门把手或车牌上的标签的检出率呈意想不到的趋势。在车门把手上的标签，以25英里每小时行驶，相比35英里每小时车牌上的标签检出率更高，且检出率在20英里每小时比10英里每小时增加5％。研究中所考虑的其他可能对射频识别技术的性能有一定的影响的因素，将在今后的研究进行探讨。关于信号强度，挡风玻璃和门把手与车牌相比产生更高的值，这符合检测率趋势。15英里每小时是常见的标签和读写器位置。进一步的分析和结果在图3显示。如图所示，检测率从车牌（LP）逐步提高到门把手（DH）到挡风玻璃（WS），在7英尺的阅读器相比在4英尺的更高。同样地，对于7英尺读卡器，信号强度（RSSI）值从车牌（LP）到门把手（DH）提高到挡风玻璃（WS）。然而，在4英尺的阅读器，DH和WS的RSSI值之间存在边缘差。车牌未检测到标签，因此没有检出率和RSSI值的数据。
方案3：读写器高度4英尺和同步标签。图4表示用于设定在4英尺地面上方的读写器，并对车辆上的标签同时设置三个位置的结果。这样做是为了研究掩盖RFID的性能的影响。从图中，可以观察到的检出率和方案一有同样的趋势，但挡风玻璃和门把手具有更高的检测率。由于同时标记，未检测到车牌上的标签。类似于在方案1中，与在挡风玻璃上的标签的结果相比，车速增加，对应的检测率降低。车门把手上的标签产生了意想不到的结果，百分之42的检出率当在每小时25英里的速度，在35英里每小时有42％的检出率。相比在门把手上的标签上，挡风玻璃的标签产生了更高的信号强度值。这可能是由于标签高度的差异。这种情况下，与方案1中的非同步性能进行比较，很明显，具有同步标签的门把手和挡风玻璃有更好的检测性能
方案4：高
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[152465]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
