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基于UHF RFID的不停车收费系统关键技术的研究

作　者: 樊文静
导　师: 陈镜超
学　校: 东华大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: UHF RFID 防碰撞算法车型识别
分类号: TP399-C6
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 78次
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内容摘要

随着国民经济的发展,道路运行车辆的逐年增加,高速公路网络逐渐形成。但是,我国的高速公路收费系统,大多还是采用人工收费方式,由于收费时间长且效率低,导致收费站因车辆排队缴费而成为车辆快速通行的弊端之一。为了适应现代化交通的发展需求,本文讨论了一种基于超高频射频识别(UHF RFID, Ultrahigh Frequency Radio Frequency Identification)技术的不停车收费系统,并对该系统的关键技术进行了分析与研究。首先,在讨论目前高速公路收费系统现状的基础上,介绍了基于UHF RFID技术的不停车收费系统,从其框架、功能等方面进行了介绍,指出了系统应用到的关键技术,如防碰撞技术和车型图像识别技术。其次,介绍了UHF RFID系统,对UHF RFID系统的结构、通信标准、工作原理进行了简单介绍。接下来对UHF RFID通信标准里的三种防碰撞算法分别进行了介绍。介绍了Type A标准中的经典算法-ALOHA算法及其扩展的一些算法。并从数学方法和仿真方法两方面分别对这些算法进行了说明。通过论证可知,现有的概率型防碰撞算法有一定的缺点,识别效率普遍偏低,只是适用一些特殊的场合。在确定型防碰撞算法的基础上提出了一种改进算法IRBS算法。并在Matlab仿真平台上进行仿真,结果表明IRBS算法能有效降低搜索的总次数和减少每次命令传送的数据长度,从而能够迅速有效地识别出电子标签。分析了ISO18000-6C标准中的时隙随机(SR)防碰撞算法,在SR算法的基础上提出了改进算法ISR算法。该算法根据首次识别的标签碰撞情况来估算需要识别的标签数量,进而合理的设置Q值。并对ISR算法进行了仿真,结果表明ISR算法在通信次数和标签识别效率方面都优于SR算法,有效地提高了标签识别性能。最后,在不停车电子收费系统的实际应用中,为了避免诸如大型客车车主私自将UHF RFID电子标签的信息进行更改,以达到少交费的目的,因此,对车型的识别是很重要的。本文研究了一种基于图像处理模式的识别技术,并讨论了灰度变换、中值滤波、边缘检测等方法来实现对图像的轮廓提取。本文主要研究了不停车收费系统中的两类关键技术：UHF RFID防碰撞技术和车型图像识别技术。重点是在研究防碰撞技术中的两大类算法的基础上,分别提出了一种新的改进算法。理论分析与实验结果均表明了改进算法的优良特性；最后通过仿真实验说明了不停车收费系统中车型识别的过程。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-17
  1.1 研究背景及意义  12-14
  1.2 RFID技术国内外研究现状  14-15
  1.3 论文章节安排  15-17
第二章不停车收费系统的研究  17-21
  2.1 不停车电子收费系统概述  17-18
  2.2 系统结构  18-20
  2.3 系统的工作流程  20
  2.4 本章小结  20-21
第三章 UHF RFID系统介绍  21-28
  3.1 RFID技术标准介绍  21-22
  3.2 RFID系统频段划分  22-24
  3.3 UHF RFID系统结构  24-26
    3.3.1 电子标签  24-25
    3.3.2 数据处理系统  25
    3.3.3 天线  25-26
    3.3.4 阅读器  26
  3.4 UHF RFID系统工作原理  26-27
  3.5 本章小结  27-28
第四章 ISO18000-6A标准防碰撞算法及仿真  28-37
  4.1 多路存取技术  28-30
    4.1.1 空分多址(SDMA)  28-29
    4.1.2 频分多址(FDMA)  29
    4.1.3 码分多址(CDMA)  29
    4.1.4 时分多址(TDMA)  29-30
  4.2 ALOHA算法  30-32
  4.3 Slotted ALOHA算法  32-33
  4.4 帧时隙AOLHA算法  33-35
  4.5 动态帧时隙ALOHA算法  35-36
  4.6 本章小结  36-37
第五章 ISO18000-6B标准防碰撞算法与改进  37-51
  5.1 曼彻斯特编码技术  37-38
  5.2 二进制树搜索算法  38-41
  5.3 动态二进制搜索算法  41-42
  5.4 后退式搜索算法  42-44
  5.5 多状态二进制搜索算法  44
  5.6 改进算法  44-50
    5.6.1 改进算法基本思想  44-45
    5.6.2 算法流程  45-46
    5.6.3 算法举例  46-47
    5.6.4 仿真实验及结果分析  47-50
  5.7 本章小结  50-51
第六章 ISO18000-6C标准的防碰撞算法与改进  51-66
  6.1 阅读器操作和标签的状态  51-53
    6.1.1 清点过程中涉及的指令  52
    6.1.2 标签的状态  52-53
  6.2 阅读器与标签数据的传输过程  53-54
  6.3 时隙随机算法  54-59
    6.3.1 Q参数调整的方法  55-56
    6.3.2 SR算法流程图  56-57
    6.3.3 SR算法的实现  57-58
    6.3.4 SR算法的不足之处  58-59
  6.4 改进算法  59-63
    6.4.1 标签数量与最佳时隙数的关系  59-60
    6.4.2 标签数量的估算  60-61
    6.4.3 时隙数的确定  61-62
    6.4.4 ISR算法的实现  62
    6.4.5 ISR算法流程图  62-63
  6.5 仿真实验及结果分析  63-65
  6.6 本章小结  65-66
第七章车型识别技术的研究  66-73
  7.1 车型识别方法的分类  66
  7.2 车型识别流程  66-67
  7.3 图像预处理  67-69
    7.3.1 图像尺寸/格式归一化  67
    7.3.2 背景的选取与剔除  67-68
    7.3.3 灰度变换  68
    7.3.4 图像平滑去噪  68
    7.3.5 二值化处理  68-69
    7.3.6 边缘检测  69
    7.3.7 轮廓提取  69
  7.4 仿真实验  69-72
  7.5 本章小结  72-73
第八章总结与展望  73-75
  8.1 本文总结  73
  8.2 展望  73-75
参考文献  75-79
附录  79-82
攻读硕士期间发表的论文  82-83
致谢  83

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