葉知春 上海交海信息科技有限公司

當(dāng)今車(chē)輛識(shí)別主要分為視讀和機(jī)讀兩種。視讀技術(shù)的代表為OCR，即視頻識(shí)別系統(tǒng)，主要由普通車(chē)牌、攝像頭、電腦、視頻識(shí)別軟件組成。機(jī)讀技術(shù)的代表是RFID，即射頻識(shí)別系統(tǒng)，主要由電子車(chē)牌、讀寫(xiě)器、電腦、讀寫(xiě)軟件組成。兩種識(shí)別方式在應(yīng)用上各有優(yōu)劣。但從防止黑車(chē)和套牌車(chē)的能力上來(lái)看，RFID車(chē)輛識(shí)別技術(shù)更勝一籌。

此次實(shí)驗(yàn)的RFID車(chē)輛識(shí)別場(chǎng)景是一個(gè)自動(dòng)化堆場(chǎng)，在這個(gè)場(chǎng)景中需要運(yùn)用RFID技術(shù)對(duì)堆場(chǎng)中的作業(yè)車(chē)輛信息和位置進(jìn)行識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果傳送給后臺(tái)，后臺(tái)再利用收到的車(chē)輛數(shù)據(jù)來(lái)通知自動(dòng)化吊車(chē)按計(jì)劃作業(yè)。

首先對(duì)無(wú)源RFID和有源RFID技術(shù)進(jìn)行了比較，經(jīng)過(guò)比較，有源RFID技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)非常明顯。并且，由于試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化設(shè)備上RFID讀寫(xiě)器安裝位置有限，讀寫(xiě)器天線無(wú)法正對(duì)集卡車(chē)頭，只能由側(cè)面朝向集卡車(chē)頭，而無(wú)源RFID天線對(duì)電子標(biāo)簽的方向要求非常高，因此經(jīng)過(guò)論證認(rèn)為該環(huán)境中不適合使用無(wú)源RFID識(shí)別技術(shù)。

在確定使用有源RFID識(shí)別方案后，要選定有源RFID的工作頻段。目前常用的有源RFID頻段有433Mhz、2.4Ghz、5.8Ghz。在此次的項(xiàng)目中由于需要對(duì)有源標(biāo)簽進(jìn)行一個(gè)相對(duì)精準(zhǔn)的定位，因此對(duì)頻段的要求是頻率越高越好。首先考慮的是5.8Ghz，其次是2.4Ghz，而433Mhz頻段適合遠(yuǎn)距離傳輸，因此不做此次項(xiàng)目的考慮。

目前5.8Ghz的設(shè)備非常稀少，因此不適合大范圍應(yīng)用。而2.4Ghz應(yīng)用廣泛，且作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)2.4Ghz頻段干擾弱，現(xiàn)場(chǎng)只有少量的間歇性工作的2.4Ghz設(shè)備，這樣的環(huán)境有利于2.4Ghz有源讀寫(xiě)器的正常工作。經(jīng)過(guò)上述分析決定此次選用2.4Ghz頻段的有源RFID設(shè)備。

2.4 Ghz設(shè)備由于其用途大多用作信號(hào)覆蓋，因此2.4Ghz有源RFID設(shè)備天線最常用的是全向天線。而采用全向天線的設(shè)備只要波瓣長(zhǎng)度能控制好就可以生成一個(gè)精確的讀卡邊界，但這種理想方式只是一種假設(shè)。在港口堆場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中由于周邊環(huán)境金屬物的反射和屏蔽，這個(gè)讀卡邊界往往形同虛設(shè)。在測(cè)試前搭了一個(gè)模擬港口堆場(chǎng)道路的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。2.4Ghz讀寫(xiě)器采用陶瓷高增益全向天線，設(shè)備放在三角支架頂端，離地高度1.5米，支架底部支撐在水泥地面，支架放置在道路一側(cè)。讀寫(xiě)器中的射頻芯片衰減共計(jì)32檔，考慮到常用的集卡長(zhǎng)度約為15米，因此測(cè)試時(shí)將衰減設(shè)為第八檔，對(duì)應(yīng)的讀卡參考距離=15米。2.4Ghz電子標(biāo)簽擺放在集卡車(chē)頭駕駛操作臺(tái)上。集卡以小于等于5公里/小時(shí)的時(shí)速向讀卡器行駛進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試了多輛集卡后發(fā)現(xiàn)每次的測(cè)試結(jié)果都不相同，但都不能達(dá)到理想值。測(cè)試結(jié)果顯示，在模擬的堆場(chǎng)環(huán)境中采用全向天線的有源RFID設(shè)備無(wú)法確保在指定區(qū)域中正常工作。

第二步測(cè)試時(shí)在讀寫(xiě)器上改用定向天線，此次試驗(yàn)選用的是PCB天線和八木天線。最終發(fā)現(xiàn)PCB和八木天線在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的測(cè)試中依然無(wú)法發(fā)揮出定向天線的優(yōu)勢(shì)，波瓣邊界模糊，寬度時(shí)大時(shí)小。

自此，根據(jù)以上兩大類的天線測(cè)試，得出的結(jié)論是有源RFID設(shè)備要用作堆場(chǎng)中對(duì)電子車(chē)牌識(shí)別的話，其天線不適合采用全向和定向的方式。最后決定采用對(duì)角線交叉極化的矩形同相口徑天線。

根據(jù)矩形同相口徑天線具有信號(hào)束縛能力強(qiáng)、波瓣邊界清晰、信號(hào)穩(wěn)定的特征，以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的頻段以及讀寫(xiě)器的讀卡波瓣需求，我們自己制作了一款矩形同相口徑天線，并且在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)調(diào)整天線角度，達(dá)到了令人滿意的讀卡效果。天線的設(shè)計(jì)主瓣寬度為3米，安裝角度是水平朝下45°，由于其口徑場(chǎng)向z方向傳播直線到達(dá)地面距離為10米，遠(yuǎn)小于波瓣長(zhǎng)度，因此天線正面干擾可以忽略不計(jì)。集卡進(jìn)入到自動(dòng)化堆場(chǎng)后都需要排隊(duì)等候在計(jì)劃貝位，等待自動(dòng)化機(jī)械前來(lái)吊裝集裝箱。此時(shí)集卡的隊(duì)伍都是按列排對(duì)，即后車(chē)車(chē)頭對(duì)前車(chē)車(chē)尾呈直線排列。常規(guī)的長(zhǎng)掛車(chē)總長(zhǎng)度約為15米，極少數(shù)的短掛車(chē)長(zhǎng)度約為9米，因此控制在寬度為3米的天線波瓣能準(zhǔn)確的讀到當(dāng)前集卡的電子標(biāo)簽，對(duì)于處在距離波瓣中軸左右各15米開(kāi)外的標(biāo)簽?zāi)芡耆苊庹`讀。

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)在軌道吊橫梁上以40尺貨柜作業(yè)位置為基準(zhǔn)安裝了第一臺(tái)讀寫(xiě)器，然后在這臺(tái)讀寫(xiě)器向前和向后3米位置再各安裝一臺(tái)獨(dú)立的同頻天線。三臺(tái)天線形成了一種天線陣列。按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行饋電和空間排列后，測(cè)試發(fā)現(xiàn)該陣列能準(zhǔn)確的讀到車(chē)輛信息。讀寫(xiě)器陣列精度提為3米。由于天氣及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的原因，為確保讀卡的準(zhǔn)確率因此我在配置時(shí)讓相鄰天線之間的輻射單元存在一個(gè)小交集，這一調(diào)整讓陣列天線輻射單元將集卡的位置信息控制在3米至6米的范圍內(nèi)。在堆場(chǎng)實(shí)際作業(yè)時(shí)還會(huì)遇到集卡提20尺貨柜，這種貨柜尺寸只有40尺貨柜的一半，箱子放置在掛車(chē)前半段或后半段。進(jìn)行此類小箱作業(yè)時(shí)集卡車(chē)頭位置會(huì)比40尺貨柜作業(yè)位置會(huì)向前或向后3米，憑借排列的這種天線陣列可以很好的識(shí)別當(dāng)前集卡停放的作業(yè)貝位，并將位置上報(bào)給自動(dòng)化機(jī)械，用作現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)計(jì)劃的參考。

應(yīng)用有源RFID技術(shù)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行識(shí)別的方案提升了自動(dòng)化吊車(chē)對(duì)集卡的識(shí)別準(zhǔn)確率及效率，大大減少了后臺(tái)人工干預(yù)的頻次。對(duì)減輕作業(yè)人員負(fù)擔(dān)，降低人力成本起到了很大的作用。

此項(xiàng)新技術(shù)在港口自動(dòng)化項(xiàng)目中是第一次嘗試，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看優(yōu)于國(guó)外類似的自動(dòng)化港口方案。