射頻識(shí)別技術(shù)在高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的應(yīng)用

1、射頻識(shí)別技術(shù)在高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的應(yīng)用    摘要：  對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，同時(shí)結(jié)合高速公路不停車收費(fèi)的特征，對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)在高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了具體介紹。    射頻識(shí)別(RFID)是一項(xiàng)易于操控、簡(jiǎn)單實(shí)用且特別適合于自動(dòng)化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù)，其所具備的獨(dú)特優(yōu)越性是其他識(shí)別技術(shù)無(wú)法企及的。它既可支持只讀工作模式也可支持讀寫工作模式，且無(wú)需接觸或瞄準(zhǔn)，讀寫距離可達(dá)幾十米，可自由工作在各種惡劣環(huán)境下，可進(jìn)行高度的數(shù)據(jù)集成。另外，由于該技術(shù)很難被仿冒、侵入，使RFID具備了極高的安全防護(hù)

2、能力。    從概念上來(lái)講，RFID類似于條碼掃描。對(duì)于條碼技術(shù)而言，它是將已編碼的條形碼附著于目標(biāo)物，并使用專用的掃描讀寫器，利用光信號(hào)將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器；而RFID則使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著于目標(biāo)物的RFID單元，利用RF信號(hào)將信息由RFID單元傳送至RFID讀寫器。    RFID單元中載有關(guān)于目標(biāo)物的各類相關(guān)信息，如該目標(biāo)物的名稱、目標(biāo)物運(yùn)輸起終點(diǎn)及目標(biāo)物經(jīng)過(guò)某一地的具體時(shí)間等等，還可以載入諸如溫度等指標(biāo)。RFID單元如標(biāo)簽、卡等一樣，可靈活附著于從車頂?shù)捷d貨底盤的各類物品。  &

3、#160; RFID技術(shù)所使用的電波頻率為50 kHz58 GHz。一個(gè)最基本的RFID系統(tǒng)一般包括以下幾個(gè)部份：(1)一個(gè)載有目標(biāo)物相關(guān)信息的RFID單元(應(yīng)答機(jī)或卡、標(biāo)簽等)；(2)在讀寫器及RFID單元間傳輸RF信號(hào)的天線；(3)一個(gè)產(chǎn)生RF信號(hào)的RF收發(fā)器(RF transceiver)；(4)一個(gè)接收從RFID單元上返回的RF信號(hào)，并將解碼的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)手統(tǒng)以供處理的讀寫器；(5)天線、讀寫器、收發(fā)器及三機(jī)可局部或全部集成為一個(gè)整體，或集成為少數(shù)的e部件(不同制造商有各自不同的集成方法)。1讀取距離的簡(jiǎn)易計(jì)算    在天線的發(fā)射遠(yuǎn)場(chǎng)，其波的傳輸特性我們

4、可將其近似看為自由空間中波的傳播。我們知道，在自由空間中，功率的損耗可用以下公式1求得：  L(dB)=3245+20lgf+20lgd （1）  式中：f為工作頻率，MHz；d為傳播距離，km。  根據(jù)式(1)，我們很容易求得在RFID系統(tǒng)中，閱讀器天線發(fā)射功率與讀取距離的關(guān)系。    如圖1所示，假設(shè)電子標(biāo)簽在距離閱讀器天線d距離處可讀到，而由閱讀器天線發(fā)射功率到電子標(biāo)簽的傳輸損耗為L(zhǎng)(dB)，則我們知道，它們之間的關(guān)系滿足公式(1)。故只需要知道讀寫電子標(biāo)簽所需的最小功率以及閱讀器的功率，即可計(jì)算出電子標(biāo)簽的讀寫距離。就高速公路

5、收費(fèi)業(yè)務(wù)而言，要滿足在4 m的有效讀寫范圍內(nèi)，按160 kmh的車速穿越此通信區(qū)，能完成所需的讀寫業(yè)務(wù)。2 58 GHz頻段頻率的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)    國(guó)際上根據(jù)射頻電波頻率的特性，不同的電波頒率有不同的應(yīng)用范圍。而58 GHz頻段頻率主要應(yīng)用于智能交通另因?yàn)橄鄬?duì)于其他的頻段頻率，58 GHz頻段頻率有以下的優(yōu)點(diǎn)。    (1)數(shù)據(jù)傳輸速率大。58 GHz系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率是下行500 kbps(寫入功能)、上行250 kbps(讀出功能)，這樣的傳輸速率可以確保收費(fèi)處理交易的正確完成，也可以在將來(lái)提供ITS領(lǐng)域內(nèi)的其他服務(wù)。 &#

6、160;  (2)通訊距離長(zhǎng)。58 GHz系統(tǒng)DSRC(專用短程通信，Dedicated Short Range Communication)協(xié)議的基礎(chǔ)技術(shù)，保證其至少有10 m的雙向通訊距離。反向散射原理使下行和上行的通訊互不干擾，從而使得標(biāo)簽可以在有限的功率范圍內(nèi)可靠地進(jìn)行通訊。因此，根據(jù)反向散射原理工作的系統(tǒng)，讀和寫的通訊距離相當(dāng)長(zhǎng)。    (3)系統(tǒng)安全?；贒SRC的58 GHz系統(tǒng)，在用戶界面上提供了一套較完備的信息安全管理機(jī)制，包括了基于DES及TripleDES算法的RSR對(duì)OBU的訪問(wèn)許可管理，以及OBU對(duì)RSE的合法性認(rèn)證的管理。這些

7、安全性能，包括電子標(biāo)簽及智能IC卡均有一系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)作保障，使它們都能符合世界范圍內(nèi)各國(guó)銀行所要求的安全性能水平。    (4)抗干擾性強(qiáng)。由于國(guó)際上58 GHz系統(tǒng)屬于DSRC協(xié)議中智能交通的專用頻段，不會(huì)和其他設(shè)備相互干擾，故其抗干擾性優(yōu)越。    (5)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性強(qiáng)?；贒SRC的射頻系統(tǒng)是完全開(kāi)放的，它可以兼容從簡(jiǎn)單的只讀電子標(biāo)簽，一直到支持多種應(yīng)用的更為先進(jìn)的電子標(biāo)簽。這使得使用該系統(tǒng)的用戶可以輕易地從單一業(yè)務(wù)擴(kuò)展到其他的ITS服務(wù)領(lǐng)域，從而為用戶擴(kuò)展多種業(yè)務(wù)，進(jìn)而帶來(lái)多種收入。    鑒于

8、58 GHz頻段頻率的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，參考國(guó)際上的主流標(biāo)準(zhǔn)，中華人民共和國(guó)信息產(chǎn)業(yè)部在2002年7月2日發(fā)布了關(guān)于使用58 GHz頻段頻率事宜的通知(信部無(wú)2002277號(hào))，文中明確指出：自發(fā)文之日起，5 7255 850 MHz頻段作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)擴(kuò)頻通信系統(tǒng)、高速無(wú)線局域網(wǎng)。不可否認(rèn)，915 MHz和245 GHz的RFID系統(tǒng)可以用于諸如物流、門禁控制等自動(dòng)物品分類識(shí)別領(lǐng)域，但其各項(xiàng)性能指標(biāo)對(duì)于電子收費(fèi)這樣高速、高安全性要求的應(yīng)用來(lái)講，是不適宜的。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISOTC204在其報(bào)告中明確指出，58 GHz的DSRC系統(tǒng)適用于與安全(Safety&Security)相關(guān)的ITS

9、應(yīng)用領(lǐng)域，首先就是電子不停車收費(fèi)領(lǐng)域。3電子不停車收費(fèi)(ETC)    ETC(Electronic Toll of Collection)是一個(gè)集中了RFID技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及信息處理、自動(dòng)控制等多項(xiàng)高新技術(shù)，在高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中綜合應(yīng)用的新型收費(fèi)系統(tǒng)。ETC收費(fèi)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)后臺(tái)處理和人工收費(fèi)的數(shù)據(jù)后臺(tái)處理是一致的，所不同的是前端處理方式，其原理如圖2所示。ETC收費(fèi)系統(tǒng)利用車載電子標(biāo)簽，自動(dòng)與安裝在路側(cè)或門架上的RFID天線進(jìn)行信息交換，中心控制計(jì)算機(jī)根據(jù)電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)的信息識(shí)別出道路使用者，然后自動(dòng)從道路使用者的預(yù)先儲(chǔ)值或銀行賬號(hào)中扣除通行費(fèi)。其最明顯的優(yōu)點(diǎn)是

10、可以不停車收費(fèi)，從而大幅度提高了車道收費(fèi)站的處理效率和收費(fèi)公路的通行能力。    (1)應(yīng)用于ETC典型的RFID產(chǎn)品，主要是電子標(biāo)簽和RFID天線(圖3)，其中電子標(biāo)簽根據(jù)工作原理的不同可以分為單片式和雙片式。單片式與雙片式電子標(biāo)簽的區(qū)別為：僅具有RFID通訊功能的電子標(biāo)簽稱之為單片式電子標(biāo)簽；雙片式電子標(biāo)簽指的是，同時(shí)具有讀寫接觸式IC卡功能和RFID通訊功能的電子標(biāo)簽。    (2)應(yīng)用RFID技術(shù)的ETC典型車道，根據(jù)RFID技術(shù)的特點(diǎn)和國(guó)際上在ETC領(lǐng)域的應(yīng)用，可以分為單一低速通過(guò)的ETC車道和自由流ETC車道。 

11、   單一低速通過(guò)的ETC車道(圖4)的建設(shè)和傳統(tǒng)的MTC車道建設(shè)相似，主要由ETC天線、車道控制器、費(fèi)額顯示器、自動(dòng)欄桿機(jī)、車輛檢測(cè)器等組成。我國(guó)的ETC大多采用這種收費(fèi)模式，其主要原因是國(guó)內(nèi)目前尚無(wú)配套法規(guī)來(lái)治理逃費(fèi)現(xiàn)象。在發(fā)達(dá)國(guó)家，非法進(jìn)入專用車道的車輛，在被現(xiàn)場(chǎng)拍照后，依據(jù)照片可索回通行費(fèi)并將依法予以處罰。目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)該方面的法規(guī)，無(wú)法進(jìn)行追費(fèi)與處罰，故單一低速通過(guò)的ETC車道，是我國(guó)目前ETC車道的主要建設(shè)模式。    自由流ETC車道(圖5)的建設(shè)取消了匝道收費(fèi)站，在主車道上每隔一定里程，設(shè)置一個(gè)橫跨車道上空的龍門架，龍門架上安裝電

12、子收費(fèi)設(shè)備，實(shí)施開(kāi)放式電子收費(fèi)。車輛無(wú)需減速，以正常行駛車速行駛，通過(guò)安裝在車輛擋風(fēng)玻璃上的車載器，與在收費(fèi)站ETC車道上的RFID天線進(jìn)行專用短程通訊(DSRC)，利用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與銀行進(jìn)行后臺(tái)結(jié)算處理，從而達(dá)到車輛不需停車交費(fèi)的目的。采用自由流電子收費(fèi)系統(tǒng)后，可減少車輛在收費(fèi)口因交費(fèi)、找零等動(dòng)作而引起的排隊(duì)等候；提高了電子不停車收費(fèi)車道的通行能力，比人工收費(fèi)車道的效率提高46倍；采用自由流電子收費(fèi)系統(tǒng)后，通行能力大大提高，節(jié)省了收費(fèi)廣場(chǎng)的投資費(fèi)用和土地資源；減少車輛因怠速等候時(shí)的耗油和廢氣排放，節(jié)省能源，提高環(huán)保質(zhì)量；實(shí)現(xiàn)了市政設(shè)施的科學(xué)管理手段，提高道路使用效率。自由流ETC車道在法規(guī)完善的國(guó)家，如歐美的應(yīng)用是比較廣泛的，而我國(guó)現(xiàn)階段對(duì)于環(huán)路及多路徑識(shí)別的標(biāo)式站，也是有十分廣泛的應(yīng)用價(jià)值。4結(jié)語(yǔ)    射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)及產(chǎn)品，是現(xiàn)代多種高科技技術(shù)的結(jié)晶，隨著RFID技術(shù)和產(chǎn)品制造工藝的日趨完善，RFID無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具備有線網(wǎng)絡(luò)通信難以比擬的靈活性、移動(dòng)性、可擴(kuò)展性和可伸縮性。由RFID技術(shù)發(fā)展的ETC系統(tǒng)與傳統(tǒng)的MTC系統(tǒng)相比，具有更高的通行能力、更低