智能收費(fèi)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究及實(shí)現(xiàn)

【摘要】智能收費(fèi)系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)我國(guó)交通運(yùn)輸能力的提高，實(shí)現(xiàn)交通收費(fèi)的高效性和準(zhǔn)確性具有非常重要的作用。智能收費(fèi)系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，融合了通訊、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線(xiàn)服務(wù)、自動(dòng)化控制等多種學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)。本文對(duì)高速公路智能收費(fèi)系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行分析，從硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、射頻識(shí)別三方面探討智能收費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】智能收費(fèi)系統(tǒng)；車(chē)載系統(tǒng)；值守系統(tǒng)；射頻識(shí)別

高速公路具有高通行承載力，通行效率高的特點(diǎn)，是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮著非常重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，智能化交通系統(tǒng)得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，逐漸發(fā)展成為一個(gè)新興的綜合研究體系，對(duì)我國(guó)交通運(yùn)輸管理實(shí)現(xiàn)高效話(huà)、安全化、系統(tǒng)化、信息化具有十分重大的意義，同時(shí)對(duì)實(shí)現(xiàn)綠色通信、提高能源利用率也具有積極的作用。智能收費(fèi)系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，隨著車(chē)流量的不斷增加，交通壓力的不斷加大，設(shè)計(jì)一套高效的智能收費(fèi)系統(tǒng)，節(jié)省停車(chē)收費(fèi)的時(shí)間，提高車(chē)輛通過(guò)率的同時(shí)降低交通運(yùn)營(yíng)成本，對(duì)我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1、智能收費(fèi)系統(tǒng)的基本原理

高速公里智能收費(fèi)系統(tǒng)主要由兩部分組成，即車(chē)載系統(tǒng)和出入口系統(tǒng)。車(chē)輛進(jìn)入到高速公路入口的限速區(qū)，司機(jī)通過(guò)將入口站編號(hào)和通道編號(hào)利用鍵盤(pán)輸入進(jìn)去，然后將車(chē)載系統(tǒng)啟動(dòng)向位于入口處的值守系統(tǒng)將車(chē)輛基本信息和編號(hào)信息發(fā)射過(guò)去，在發(fā)射的過(guò)程中車(chē)載系統(tǒng)在自身的內(nèi)存中將信息存儲(chǔ)。車(chē)載系統(tǒng)在通過(guò)高速公路的入口后關(guān)閉。入口守值系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行核查檢驗(yàn)，以確定車(chē)輛自動(dòng)交費(fèi)功能是否正常，信息核查完畢確認(rèn)無(wú)誤后存儲(chǔ)并抬桿允許車(chē)輛通行。車(chē)輛行駛到高速公路的出口處時(shí)，司機(jī)將出口站編號(hào)和通道編號(hào)利用鍵盤(pán)輸入進(jìn)去，并啟動(dòng)車(chē)載系統(tǒng)向出口值守系統(tǒng)發(fā)射信息，出口值守系統(tǒng)核查信息確認(rèn)無(wú)誤后抬桿允許通行。同時(shí)出口值守系統(tǒng)將車(chē)輛基本信息以及出口信息等資料提取并確定收費(fèi)金額，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊想銀行收費(fèi)系統(tǒng)發(fā)送收費(fèi)請(qǐng)求。銀行收費(fèi)系統(tǒng)扣除費(fèi)用并向車(chē)主反饋收費(fèi)信息。

2、智能收費(fèi)系統(tǒng)的硬件模塊

2.1微處理器技術(shù)

本文研究設(shè)計(jì)的智能收費(fèi)系統(tǒng)，硬件模塊中的微處理模塊，選擇以51為核心的單片機(jī)中的AT89S8252型號(hào)單片機(jī)。此款單片機(jī)具有較強(qiáng)的微處理器功能，同時(shí)具有較高的性?xún)r(jià)比，在本文系統(tǒng)中優(yōu)先選用。其采用ATMEL的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，在車(chē)載系統(tǒng)中應(yīng)用，能夠?qū)︽I盤(pán)輸入進(jìn)行良好的識(shí)別、顯示并與出入口值守系統(tǒng)完成有效的數(shù)據(jù)通信和處理。

2.2無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)

無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)相比較藍(lán)牙技術(shù)而言，有效距離更長(zhǎng)，頻段更加自由，同時(shí)對(duì)多點(diǎn)通訊予以支持，并且傳輸速度更高，設(shè)計(jì)采用的是SOC方法，無(wú)需大量的外圍元件就能夠組成射頻電路，應(yīng)用非常簡(jiǎn)單方便。本文研究的系統(tǒng)采用Nrf2401無(wú)線(xiàn)收發(fā)一體芯片，省略了通信中復(fù)雜的協(xié)議，而是采用完全透明的方式，只要是同種類(lèi)的產(chǎn)品都能夠?qū)崿F(xiàn)相互的自由通信。nRF2401通過(guò)SPI接口與89S8252進(jìn)行通訊。

2.3GPRS技術(shù)

GPRS技術(shù)是智能收費(fèi)系統(tǒng)的重要技術(shù)之一，在出口值守系統(tǒng)，GPRS模塊會(huì)將用戶(hù)的信息數(shù)據(jù)打成IP包的形式，通過(guò)GPRS的空中接口接入到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)路，再通過(guò)移動(dòng)服務(wù)上向Internet網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接，最終到達(dá)銀行的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)操作。

3、智能收費(fèi)系統(tǒng)軟件模塊

視頻采集處理控制器視頻采集處理控制器連接視頻車(chē)位檢測(cè)單元和車(chē)位狀態(tài)指示燈，內(nèi)嵌的DSP單片機(jī)控制器，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)圖像圖片抓取和上傳。每個(gè)控制器最多控N8路視頻車(chē)位檢測(cè)終端和指示燈。采用以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議向上連數(shù)據(jù)處理控制器上傳圖片。數(shù)據(jù)處理控制器主要完成車(chē)牌號(hào)碼識(shí)別功能，可就近安裝在墻上或柱子上，也可安裝在管理控制室內(nèi)，把識(shí)別的車(chē)牌號(hào)碼、車(chē)位編碼、車(chē)位空滿(mǎn)狀態(tài)和車(chē)輛圖片等上傳到中心數(shù)據(jù)服務(wù)器。通過(guò)以太網(wǎng)連接下層的現(xiàn)場(chǎng)控制器，可連接控～j rJ3臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)視頻控制器，滿(mǎn)足24個(gè)車(chē)位需求。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是數(shù)據(jù)處理交換機(jī)和中央服務(wù)器以及查詢(xún)終端的以太網(wǎng)接入設(shè)備，為整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)提供了高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通訊服務(wù)。

本文研究的智能收費(fèi)系統(tǒng)軟件模塊包括車(chē)載系統(tǒng)、入口守值系統(tǒng)、出口守值系統(tǒng)三部分，其中車(chē)載系統(tǒng)軟件流程如下圖1所示：

如果在高速公路入口處，同時(shí)有兩輛車(chē)的車(chē)載系統(tǒng)向入口值守系統(tǒng)發(fā)送車(chē)輛基本信息，當(dāng)基站受到一幀信息后會(huì)將接受自動(dòng)中斷。如果先收到的信息來(lái)自第一輛車(chē)，則系統(tǒng)正常對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。如果先收到的信息來(lái)自第二輛車(chē)，第一輛車(chē)沒(méi)有發(fā)送信息或者沒(méi)收到信息就予以通行，當(dāng)?shù)谝惠v車(chē)到達(dá)出口值守系統(tǒng)時(shí)，會(huì)因?yàn)槌跏夹畔⒌娜笔Ф鵁o(wú)法正常通行，這時(shí)執(zhí)勤人員會(huì)對(duì)第一輛車(chē)進(jìn)行強(qiáng)制收費(fèi)。

4、射頻識(shí)別技術(shù)

基于射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）的智能收費(fèi)系統(tǒng)，由自動(dòng)車(chē)輛識(shí)別技術(shù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)組成。通過(guò)RFID技術(shù)獲取車(chē)輛牌照號(hào)、車(chē)型、所屬用戶(hù)和銀行專(zhuān)用賬戶(hù)等數(shù)據(jù)，并由實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)攝像機(jī)獲取車(chē)輛圖像。數(shù)字化處理后核對(duì)實(shí)際牌照號(hào)與車(chē)載信息卡的牌照號(hào)是否相符。相符即為合法車(chē)輛，其通行費(fèi)經(jīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，從用戶(hù)開(kāi)戶(hù)行的專(zhuān)用賬戶(hù)中自動(dòng)交納，從而實(shí)現(xiàn)不停車(chē)自動(dòng)收費(fèi)。反之則通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對(duì)違章車(chē)輛進(jìn)行懲處。

4.1RFID的特點(diǎn)

RFID是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)AEI在無(wú)線(xiàn)電技術(shù)方而的具體應(yīng)用與發(fā)展，其基本原理是利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識(shí)別的目的，并交換數(shù)據(jù)。與同期或早期的接觸式識(shí)別技術(shù)不同，RFID的突出特點(diǎn)是可非接觸識(shí)讀，可識(shí)別距離達(dá)幾十米的多個(gè)高速運(yùn)動(dòng)物體。RFID系統(tǒng)中，通過(guò)對(duì)RFID卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)物體或設(shè)備在不同狀態(tài)（移動(dòng)、靜止或惡劣環(huán)境）下的自動(dòng)識(shí)別和管理。

4.2射頻識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

射頻識(shí)別技術(shù)是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)射頻的方式以非接觸的形式進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)識(shí)別和交換。射頻識(shí)別系統(tǒng)由射頻卡、應(yīng)答器、讀寫(xiě)器組成，二者之間的數(shù)據(jù)通信時(shí)通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波、感應(yīng)或者微波來(lái)實(shí)現(xiàn)的。射頻卡安置于物體上，包含物體基本屬性信息。應(yīng)答器主要由耦合元件、微電子芯片組成，是數(shù)據(jù)的載體。應(yīng)答器工作所需能量和時(shí)鐘脈沖及數(shù)據(jù)采樣，由耦合單元傳輸給應(yīng)答器。讀寫(xiě)器由發(fā)射、接收、信號(hào)處理控制和電源等組成。

4.3工作原理

射頻識(shí)別系統(tǒng)的閱讀器利用發(fā)射天線(xiàn)將一定頻率的射頻信息發(fā)出，射頻卡進(jìn)入到發(fā)射天線(xiàn)的工作范圍內(nèi)會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，其產(chǎn)生的能力能夠激活射頻卡；射頻卡被激活后將編碼信息利用內(nèi)置的天線(xiàn)向系統(tǒng)發(fā)出，系統(tǒng)接收到載波信號(hào)后通過(guò)調(diào)節(jié)器向閱讀器傳送，同時(shí)對(duì)信號(hào)的編碼進(jìn)行解碼送往后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行信息處理。主系統(tǒng)依邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對(duì)不同設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號(hào)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

4.4射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)通過(guò)射頻信號(hào)對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別，穿透性強(qiáng)，無(wú)需光源，能夠?qū)h(yuǎn)距離數(shù)據(jù)進(jìn)行非接觸讀取，在智能收費(fèi)系統(tǒng)中應(yīng)用，能夠?qū)Ω咚龠\(yùn)行的車(chē)輛進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)交易錯(cuò)誤率低，能夠?qū)崿F(xiàn)較長(zhǎng)距離的通訊。在高速公里的出入口處安放閱讀器，配合地感線(xiàn)圈。當(dāng)配有電子標(biāo)簽的車(chē)輛進(jìn)入到地感線(xiàn)圈的范圍之內(nèi)，閱讀器就會(huì)對(duì)電子標(biāo)簽的信號(hào)進(jìn)行讀取，射頻識(shí)別系統(tǒng)就會(huì)對(duì)用戶(hù)以及車(chē)輛的信息進(jìn)行自動(dòng)化識(shí)別，同時(shí)開(kāi)始計(jì)算收費(fèi)。只能收費(fèi)系統(tǒng)根據(jù)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)直接將車(chē)輛通行的費(fèi)用從卡中扣除。

智能化收費(fèi)系統(tǒng)在高速公路收費(fèi)中應(yīng)用，有效的提高了交通運(yùn)輸?shù)男?，改善了人工收費(fèi)造成的停車(chē)時(shí)滯，提高了工作效率。隨著各項(xiàng)技術(shù)的不斷提高，新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，智能收費(fèi)系統(tǒng)必將越來(lái)越完善，功能越來(lái)越強(qiáng)大，在高速公路的運(yùn)行中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

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