基于RFID的車輛自動(dòng)化智能管理系統(tǒng)研究

張麗然，沈勝利

（鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南 鄭州 450121）

近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，人民的生活水平得到了極大的提高，各地城市化進(jìn)程更是加速推進(jìn)，在這個(gè)過(guò)程中居民對(duì)私家汽車的擁有率逐漸增高，而這與城市日益擁堵的交通狀況形成了明顯的對(duì)比。目前，我國(guó)許多大中城市的交通情況令人堪憂。以北京來(lái)說(shuō)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，北京市機(jī)動(dòng)車的保有量超過(guò)500萬(wàn)輛，而且還在以每天1 900輛的速度直線增長(zhǎng)。在我們的各大城市的交通要道，已經(jīng)建設(shè)了以ETC技術(shù)的為基礎(chǔ)的不停車收費(fèi)基礎(chǔ)設(shè)施，盡量避免因?yàn)槭召M(fèi)帶來(lái)的交通停滯，取得了較好的效果。其中，ETC使用了RFID識(shí)別技術(shù)，不僅提高了識(shí)別的速度，而且識(shí)別的效果也令人滿意。

隨著各種私有車輛的進(jìn)入千萬(wàn)家庭，以前的行路難問(wèn)題變成了如今的停車難。停車的區(qū)域大都集中位于工作單位、娛樂(lè)購(gòu)物場(chǎng)所、居民自己的生活小區(qū)。工作單位有專門的車位管理人員，而娛樂(lè)購(gòu)物場(chǎng)所則一般設(shè)有規(guī)定的商場(chǎng)停車區(qū)域，但是在居民自己的生活小區(qū)內(nèi)由于各種原因，導(dǎo)致沒(méi)有專門的管理措施，而且由于車位較為固定和缺少，車輛的管理較為困難?，F(xiàn)在，越來(lái)越多的房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商也將停車位公開(kāi)出售，更加導(dǎo)致了停車問(wèn)題的惡化。在現(xiàn)實(shí)生活中，自己的車位被其他車輛使用，而且由于沒(méi)有一套可靠的技術(shù)手段，導(dǎo)致自己的停車權(quán)益無(wú)法得到有效的維護(hù)。針對(duì)這種情況，論文基于ETC技術(shù)，設(shè)計(jì)了小區(qū)車輛的自動(dòng)化管理系統(tǒng)，特別對(duì)車輛的停泊給出了解決方案。

1 基于RFID技術(shù)的ETC電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)

1.1 RFID技術(shù)概述

RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識(shí)別技術(shù)，俗稱電子標(biāo)簽。RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境[1]。如圖1所示，典型的RFID識(shí)別系統(tǒng)通常由RFID電子標(biāo)簽（Tag）、RFID 讀寫器（Reader）以及后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)（Database）3 部分組成[2]。

1.2 ETC概述

電子不停車收費(fèi)系統(tǒng) （ETC，Electronic Toll Collection）也就是利用ETC技術(shù)當(dāng)汽車通過(guò)高速公路收費(fèi)站時(shí)不需要停車，通過(guò)5.8 GHz的射頻，將裝在汽車擋風(fēng)玻璃上的電子標(biāo)簽與收費(fèi)車道上的路側(cè)單元進(jìn)行識(shí)別確認(rèn)扣費(fèi)，無(wú)需任何操作的情況下，使得汽車快速通過(guò)收費(fèi)站[3]。ETC的簡(jiǎn)單原理圖如圖2所示。

圖1 典型的RFID識(shí)別系統(tǒng)Fig.1 Typical RFID identification system

圖2 ETC原理圖Fig.2 Principle diagram of ETC

不停車收費(fèi)系統(tǒng)（ETC）主要包括如下的部分：

1）安裝于收費(fèi)通道的路側(cè)單元（RSU），相對(duì)于RFID讀寫器，負(fù)責(zé)檢測(cè)和識(shí)別車輛的進(jìn)出，并記錄相應(yīng)的信息；

2）安裝于車輛內(nèi)的車載單元（On Board Unit，OBU），相對(duì)于RFID發(fā)射裝置，負(fù)責(zé)向RSU通信，發(fā)送車輛自身的身份信息；

3）車道控制器設(shè)備，受管理設(shè)備控制車道的放行和攔截；

4）ETC IC卡，相對(duì)于RFID電子標(biāo)簽；

5）計(jì)算機(jī)扣費(fèi)管理系統(tǒng)，實(shí)際的不停車收費(fèi)執(zhí)行者；

6）輔助系統(tǒng)（如攝像系統(tǒng)、紅外探測(cè)系統(tǒng)等），負(fù)責(zé)采集車輛的圖像及其他參數(shù)信息，為車輛的收費(fèi)和稽查提供數(shù)據(jù)[4]。

由ETC原理圖可知，當(dāng)汽車進(jìn)入收費(fèi)區(qū)域后，首先由路側(cè)單元RSU檢測(cè)到行駛的車輛，存儲(chǔ)有車輛信息的IC卡通過(guò)車載單元OBU，發(fā)射車輛的識(shí)別信息，然后RSU收到信息，通過(guò)數(shù)據(jù)中心和輔助系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行確認(rèn)，然后對(duì)車道控制系統(tǒng)發(fā)送命令，開(kāi)啟車道，并通知收費(fèi)管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際的扣費(fèi)操作[5]。

2 基于ETC技術(shù)的車輛自動(dòng)化管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的車輛自動(dòng)化管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 車輛自動(dòng)化管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of vehicle automatic management system

如圖3所示，整個(gè)系統(tǒng)可以分為3個(gè)部分：車輛出入管理、車輛定位管理以及車輛停車管理。其中，車輛出入管理對(duì)進(jìn)入的車輛進(jìn)行身份的自動(dòng)識(shí)別，如果是本小區(qū)的車輛，則自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)RSU可以準(zhǔn)確識(shí)別其身份信息，如果是非本小區(qū)的車輛，則需要進(jìn)行臨時(shí)身份IC的配發(fā)，之后車道控制系統(tǒng)開(kāi)啟，放行車輛；車輛定位管理則負(fù)責(zé)對(duì)在小區(qū)中行駛的車輛進(jìn)行追蹤定位，一方面可以指導(dǎo)車輛更迅速地找到對(duì)應(yīng)的車位，節(jié)約時(shí)間，另一方面可以更好地掌握車輛的行蹤，防止車輛的丟失；車輛停車管理為進(jìn)入車輛自動(dòng)分配車位，并在車輛到來(lái)時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟車位鎖，允許車輛進(jìn)入。

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.2.1 車輛出入管理

本系統(tǒng)中，生活小區(qū)應(yīng)該在各個(gè)出入口處建立路側(cè)單元RSU，車道控制系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施，可以檢測(cè)車輛信息、控制車道橫杠啟停和發(fā)送全局車輛管理控制信息。其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 車輛出入管理結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Structure of vehicle in and out

在各個(gè)小區(qū)的出入口處，RSU單元可以完成小區(qū)車輛的信息比對(duì)確認(rèn)[6]，并控制非小區(qū)的車輛的任意進(jìn)出。當(dāng)安裝了OBU的小區(qū)車輛進(jìn)入小區(qū)時(shí)，主要經(jīng)歷的過(guò)程如下：

1）車輛進(jìn)入小區(qū)通道時(shí)，與埋在地下的地感線圈發(fā)生感應(yīng)。

2）地感線圈檢測(cè)到來(lái)車信號(hào)，通知RSU啟動(dòng)，RSU通過(guò)DSRC專用車輛通信信道向車載OBU發(fā)送開(kāi)啟命令。

3）車載OBU接收啟動(dòng)命令，讀取IC開(kāi)中的信息，通過(guò)OBU發(fā)射模塊發(fā)射車輛的識(shí)別信息。

4）RSU接收到車輛識(shí)別信息，與數(shù)據(jù)中心中的信息進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)進(jìn)入的車輛是否是本小區(qū)的車輛。

5）RSU控制顯示屏幕，顯示車輛的相關(guān)信息。

6）RSU通知車道控制系統(tǒng)開(kāi)啟攔截欄桿。

7）RSU通知車輛停車管理進(jìn)行車位的分配和車位鎖的開(kāi)啟。

2.2.2 車輛定位管理

車輛定位管理的功能較為簡(jiǎn)單，在小區(qū)內(nèi)的主要道路兩側(cè)放置多個(gè)無(wú)線傳感器，當(dāng)車輛進(jìn)入固定區(qū)域時(shí)，便會(huì)觸發(fā)OBU模塊中的RFID模塊，無(wú)線傳感器可以讀取RFID中的信息，并將其傳送給數(shù)據(jù)中心進(jìn)行各種控制。車輛定位管理示意圖如圖5所示。

圖5 車輛定位管理示意圖Fig.5 Scheme of vehicle positioning management

2.2.3 車輛停車管理

圖6 車輛停車管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Structure of vehicle parking management system

小區(qū)的車輛停車管理功能主要由3個(gè)部分互相協(xié)作完成組成：車輛的車載OBU、小區(qū)車輛出入RSU、小區(qū)的車位鎖系統(tǒng)。根據(jù)停車管理的要求，3個(gè)部分各應(yīng)該具有的功能如下：

l）車輛的車載OBU：在進(jìn)入小區(qū)時(shí)發(fā)射車輛信息，而在其他正常行駛過(guò)程中不進(jìn)行工作。

2）小區(qū)車輛出入RSU：當(dāng)車輛信息確認(rèn)完畢后，向車輛停車管理系統(tǒng)發(fā)送車輛停泊命令，并把車輛的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)中心供停車管理系統(tǒng)使用。由于小區(qū)的位置結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使用DSRC通信信道的節(jié)點(diǎn)間的有效通信距離較短，所以需要在最大的通信距離處加裝中繼器，而中繼器[7]的功能是將收到的信息完全不做改變地進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

3）小區(qū)的車位鎖系統(tǒng)：接收小區(qū)車輛出入RSU傳來(lái)的信號(hào)，根據(jù)當(dāng)前車位情況分配車位，并和車輛定位管理系統(tǒng)協(xié)作，當(dāng)車輛靠近所分配的車位時(shí)開(kāi)啟車位鎖。

車輛停車管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)交通工具的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，以車代步成為了流行的趨勢(shì)，但汽車的普及帶來(lái)了嚴(yán)重的交通擁塞和社區(qū)停車難的尷尬。在主要交通要道實(shí)施的ETC系統(tǒng)，一定程度上緩解了交通的擁堵。借鑒ETC的思想，本文設(shè)計(jì)了小區(qū)的車輛管理系統(tǒng)，為小區(qū)停車難等問(wèn)題提出了思路。

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