基于RFID的高速公路無線智能交通監(jiān)控系統(tǒng)

康士虎

【摘 要】高速公路是保證我國經(jīng)濟運輸發(fā)展的重要因素，加強公路的現(xiàn)代化建設(shè)是我國社會、經(jīng)濟發(fā)展的綜合需要。對高速公路進(jìn)行智能化的監(jiān)控，能夠有效地降低交通事故發(fā)生率，做好對行車安全的監(jiān)控，提升高速公路的功能效率。RFID系統(tǒng)在高速公路中的運用，是一種新的設(shè)計思維和理念的運用，能夠?qū)崿F(xiàn)對高速公路路段的實時遠(yuǎn)程的監(jiān)控，形成一個交互式的監(jiān)控系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】RFID技術(shù)；高速公路；智能交通監(jiān)控系統(tǒng)

交通運輸是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要樞紐，在現(xiàn)代化的發(fā)展過程具有十分重要的意義。隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，交通運輸取得了不斷的進(jìn)步，高速公路的建設(shè)和發(fā)展速度也越來越快。我國高速公路現(xiàn)階段還處于管理落后于建設(shè)的狀態(tài)中，高速公路在不斷被建設(shè)，但我國的交通擁堵以及交通事故現(xiàn)象也在不斷攀升。衡量高速公路發(fā)展的健康有序，不應(yīng)僅以建設(shè)的高速公路數(shù)目為標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)該涉及到高速公路中的管理、監(jiān)控等各個環(huán)節(jié)。

一、智能交通系統(tǒng)與RFID技術(shù)

（一）智能交通系統(tǒng)

智能交通系統(tǒng)指的是對現(xiàn)代科技下的通訊、計算機、網(wǎng)絡(luò)、自動化以及交通工程方面的綜合運用，通過運用智能化的交通系統(tǒng)，能夠極大的改善高速公路的監(jiān)控過程，提高交通運輸?shù)母咝砸约鞍踩?，降低交通事故的發(fā)生，做好節(jié)能減排的工作，促使我國高速公路的現(xiàn)代化發(fā)展。智能交通系統(tǒng)在高速公路發(fā)展過程中，涵蓋了交通中的監(jiān)控、管理、安全保障以及收費服務(wù)等各個方面的內(nèi)容。目前，在我國的智能交通系統(tǒng)的運用中主要有兩個方面：ETC以及非現(xiàn)金支付。通過這兩種方式，能夠提高高速收費的效率，降低人工收費上的誤差。

（二）RFID技術(shù)

RFID的全稱是Radio Frequency Identification，中文含義為射頻識別，是一種帶有電子標(biāo)簽以及無線射頻識別特征的現(xiàn)代通信技術(shù)。RFID可以通過無線電訊號來進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫，簡化系統(tǒng)與目標(biāo)之間的連接過程。RFID是一種無線識別系統(tǒng)，主要由詢問器和標(biāo)簽兩個部分組成。RFID的相關(guān)理論誕生于二十世紀(jì)四五十年代，在二十世紀(jì)末進(jìn)入商業(yè)運用過程。在二十一世紀(jì)，RFID技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)生的產(chǎn)品也越來越豐富。對于RFID技術(shù)的發(fā)展前途看好的一些機構(gòu)，投入了更多的人力、物力進(jìn)行專門的研究生產(chǎn)，從而將RFID技術(shù)的運用范圍不斷擴充。RFID技術(shù)已經(jīng)在我國被成功地運用到公交行業(yè)，對于RFID技術(shù)在高速公路監(jiān)控系統(tǒng)中的運用形成了良好的借鑒作用。

二、RFID的高速公路無線智能交通監(jiān)控系統(tǒng)

高速公路的無線智能交通監(jiān)控系統(tǒng)引入RFID技術(shù)，能夠解決一些遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)上的讀取困難，在車載機中運用RFID技術(shù)，可以對高速公路監(jiān)控范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽進(jìn)行循環(huán)、高效的掃描，并且通過GPRS技術(shù)傳輸分析結(jié)果，從而建立起高效的監(jiān)控模式。高速公路的無線智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的流程如圖所示：

高速公路的無線智能交通監(jiān)控系統(tǒng)

（一）RFID系統(tǒng)的原理分析

RFID系統(tǒng)主要是以能量交換來實現(xiàn)讀寫器與電子標(biāo)簽的通訊連接，其系統(tǒng)組成主要有天線、讀寫器以及標(biāo)簽，天線主要用于接收信息，對于整個系統(tǒng)有著非常重要的作用。

電感耦合和反向散射耦合是加載在電子標(biāo)簽和讀寫器兩個部件之間的兩種耦合方式，兩種耦合方式在具體的作用效果中是不一樣的。電感耦合主要是一種閉式環(huán)形的天線形式，讀寫線圈，從而為電子標(biāo)簽提供能量。反向散射耦合與此不同，是以讀寫器和電子標(biāo)簽為天線，以反射回?fù)艿男问竭M(jìn)行讀寫過程。具體采用何種耦合方式，決定于信號頻率、天線與標(biāo)簽之間距離兩個方面的因素。

RFID系統(tǒng)按照頻率范圍的不同還可以分為微波、超高頻、高頻以及低頻四個范圍，不同頻率的系統(tǒng)在工作原理上是大不一樣的。超高頻以及微波頻比低頻以及高頻有更遠(yuǎn)的閱讀距離，在閱讀區(qū)域中會較多的出現(xiàn)多個射頻標(biāo)簽，形成多標(biāo)簽讀寫。

（二）智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

智能交通監(jiān)控系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的有機組成部分，主要是對高速公路進(jìn)行車輛的監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，從而為高速公路提供更加安全的行車環(huán)境。智能交通的監(jiān)控系統(tǒng)主要包括三級系統(tǒng)：分布在外場獨立的閉路檢測的子系統(tǒng)；多個監(jiān)控中心監(jiān)控各路段的外部設(shè)施；一個主要的監(jiān)控中心進(jìn)行命令總控制。除了這些主干系統(tǒng)，智能交通監(jiān)控系統(tǒng)還需要各個部分小系統(tǒng)的輔助作用，還包括有一些車輛上的外場設(shè)備、計算機系統(tǒng)、大屏幕系統(tǒng)以及閉路監(jiān)控系統(tǒng)等。智能交通監(jiān)控系統(tǒng)提升了高速公路的行車速度和安全，達(dá)到了較好的社會效益，為創(chuàng)造一個良好、健康的交通發(fā)揮了積極作用。

（三）RFID在智能交通監(jiān)控系統(tǒng)中的運用

RFID標(biāo)簽具有兩種類型，分為A類和B類。其標(biāo)簽對讀寫器傳遞過來的射頻能量進(jìn)行調(diào)制，然后將信息反射傳遞過去，實現(xiàn)信息交換。讀寫器主要的作用是收發(fā)信息。電子標(biāo)簽需要激活才能完成讀寫器和電子標(biāo)簽之間的通訊，按照標(biāo)簽反饋的相關(guān)公式，可以具體算出相應(yīng)數(shù)值。RFID系統(tǒng)中的電子標(biāo)簽的芯片有通用型和專用型兩大類，通用型是一種普通的集成電路的芯片模式，而專用型則是一種專門功能下的芯片，具有較高的實用性和安全性。在智能交通監(jiān)控系統(tǒng)中，根據(jù)實際的運用情況和需求，由于讀取距離較遠(yuǎn)采用了電磁反向的散射耦合方式，采用專用的標(biāo)簽芯片，從而更好地完成智能化的監(jiān)控、有效的防干擾等功能。RFID讀寫器主要用來獲取電子標(biāo)簽傳遞過來的ID信息，配合相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)完成智能交通監(jiān)控。

RFID系統(tǒng)中還涉及到數(shù)據(jù)調(diào)試以及方式的問題，這涉及到更加深入、細(xì)致的系統(tǒng)的工作原理。RFID讀寫模板選擇需要根據(jù)不同的工作目的、實際情況來進(jìn)行。不同的頻率方式有著不同的原理和作用效果。在RFID運用到智能交通監(jiān)控系統(tǒng)中時，應(yīng)該通過合理的產(chǎn)品改造和選擇，來對技術(shù)進(jìn)行完善，促進(jìn)智能交通監(jiān)控系統(tǒng)的不斷完善。

（四）RFID在ETC中的應(yīng)用

從實踐中來看，當(dāng)前車輛自動識別技術(shù)發(fā)展過程中已經(jīng)實驗并實施了很多的識別技術(shù)，比如感應(yīng)線圈、聲表面波、條形碼以及紅外通信與射頻等識別技術(shù)，但仍以RFID技術(shù)應(yīng)用在ETC系統(tǒng)中最為合適。ETC系統(tǒng)，又稱不停車收費系統(tǒng)，它是一種集通信、電子、自動控制以及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一身的現(xiàn)代高新技術(shù)，同時也實現(xiàn)了車輛不停車自動收費智能交通電子系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過路側(cè)天線與車載電子標(biāo)簽之間的專用短程通信，進(jìn)行車輛自動識別和有關(guān)收費數(shù)據(jù)的交換，通過計算機網(wǎng)絡(luò)對收費數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實現(xiàn)不停車自動收費的全電子收費管理系統(tǒng)。

RFID技術(shù)是利用安裝在車內(nèi)的射頻卡，即無線電收發(fā)裝置，存儲車輛編號及相關(guān)信息，安裝在車道的射頻天線可與該無線電收發(fā)裝置以專用短程通信（DSRC）方式交換信息，并對其存儲內(nèi)容進(jìn)行讀寫操作，從而識別出當(dāng)前通行車輛。不停車收費技術(shù)特別適于在高速公路或交通繁忙的橋隧環(huán)境。傳統(tǒng)的車道隔離收費系統(tǒng)稱為單車道不停車收費系統(tǒng)，在無車道隔離情況下的自由交流下的不停車收費系統(tǒng)通稱為自由流不停車收費系統(tǒng)。該技術(shù)不僅可以有效提高公路通行能力，使收費走實現(xiàn)自動化，而且還可以大大降低收費口的噪聲污染與廢氣排放，節(jié)約了基建、管理費用，同時也為生態(tài)城市的建設(shè)做出了一定的貢獻(xiàn)。

總結(jié)：

RFID技術(shù)運用到高速公路的無線智能交通的監(jiān)控系統(tǒng)中，是一種現(xiàn)代科技與現(xiàn)實發(fā)展需求的一種高效融合。RFID系統(tǒng)是一種射頻識別系統(tǒng)，電子標(biāo)簽、讀寫器以及天線是其中重要的三大組成部分，RFID系統(tǒng)在高速公路的無線智能交通中能夠完成其智能監(jiān)控的數(shù)據(jù)讀取功能，建立起一個高效、智能、遠(yuǎn)程的交通監(jiān)控系統(tǒng)。

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