芻議RFID技術(shù)在高速公路收費(fèi)管理的應(yīng)用

鐘國

（吉林省高速公路管理局）

芻議RFID技術(shù)在高速公路收費(fèi)管理的應(yīng)用

鐘國

（吉林省高速公路管理局）

高速公路管理已經(jīng)成為交通管理部門的主要職能之一。高速公路上的局部堵塞問題越來越嚴(yán)重，甚至?xí)绊懙匠鞘械慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。為了解決這些問題，在高速公路上實(shí)行不停車收費(fèi)模式將會(huì)展現(xiàn)科技的優(yōu)越性與便利性。本文對(duì)目前RFID技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并就其關(guān)鍵技術(shù)過程進(jìn)行描述。通過RFID技術(shù)在高速公路收費(fèi)管理中的應(yīng)用，大大提高高速公路的使用效率。

RFID；不停車收費(fèi)；收費(fèi)管理；高速公路；關(guān)鍵技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，汽車成為了目前最重要的出行交通工具。但人們對(duì)交通的要求越來越嚴(yán)格，快速通達(dá)成為了基本目標(biāo)。但由于高速公路的發(fā)展存在一定的問題，導(dǎo)致高速公路上的車輛行駛速度受到嚴(yán)重限制。高速公路公司的收費(fèi)是為了還清建設(shè)貸款，從而達(dá)到有效地運(yùn)轉(zhuǎn)。但是在收費(fèi)的過程中，卻有可能會(huì)帶來其他的問題。在高速公路的建設(shè)過程中，有多家主體參與其中，互相獨(dú)立收費(fèi)，造成了在短距離內(nèi)多家收費(fèi)站的情況，大大制約了通行能力的發(fā)揮。在收費(fèi)站附近，車輛行駛緩慢，而且頻繁制動(dòng)，造成了汽車部件受損嚴(yán)重，環(huán)境污染更為加劇，嚴(yán)重影響到了人們的出行心情以及城市的形象建設(shè)。若想改變這種局面，就要對(duì)高速公路的收費(fèi)管理模式進(jìn)行創(chuàng)新改革，提高工作效率。

1 RFID技術(shù)應(yīng)用研究意義與現(xiàn)狀分析

首先我們要看我國目前的高速公路收費(fèi)管理的現(xiàn)狀。我國的高速公路事業(yè)取得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，通車?yán)锍瘫徊粩嗨⑿?，在世界范圍?nèi)位列前三。但與之相配套的設(shè)施與管理卻存在著一些弊端。收費(fèi)站的管理不規(guī)范，是高速公路管理不善的重要問題。目前仍有約30%收費(fèi)站采用的是人工收費(fèi)，而其他的基本實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)收費(fèi)。高速收費(fèi)站已經(jīng)成為了制約高速公路發(fā)展的瓶頸。車輛在收費(fèi)站附近擁堵，造成高速公路局部出現(xiàn)大面積的擁擠問題，嚴(yán)重是影響道路使用效率。

RFID技術(shù)是一門新型的識(shí)別技術(shù)，它的作用已經(jīng)得到了認(rèn)可，它在高速公路的應(yīng)用將會(huì)在其在社會(huì)生活中更廣泛的應(yīng)用提供更好的思路與應(yīng)用基礎(chǔ)，同時(shí)是實(shí)現(xiàn)智能交通系統(tǒng)的必要條件。其次該技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)有利于資源節(jié)約，減少汽車尾氣排放，提高高速公路的運(yùn)行效率，滿足經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與服務(wù)水平的要求。

RFID技術(shù)的發(fā)展會(huì)涉及到信息、材料與工藝等多方面內(nèi)容，涵蓋了天線設(shè)計(jì)、制造、芯片設(shè)計(jì)、信息安全技術(shù)等。我國的RFID標(biāo)簽芯片設(shè)計(jì)技術(shù)水平已經(jīng)位于世界前列，自主開發(fā)了芯片，并應(yīng)用于城市交通一卡通與二代身份證項(xiàng)目中。國內(nèi)目前在低功耗技術(shù)與安全機(jī)制方面沒有完成超高頻RFID標(biāo)簽芯片的設(shè)計(jì)，并未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，目前主要依賴于進(jìn)口。RFID芯片設(shè)計(jì)中，芯片的推出速度將會(huì)更快，數(shù)量將會(huì)更多。芯片的功耗將會(huì)進(jìn)一步降低，作用的距離更遠(yuǎn)，可靠性提升，成本有效降低。另外我國在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定上仍然存在著一定的問題，標(biāo)準(zhǔn)完善，未完全參與到國際標(biāo)準(zhǔn)的制定工作中去。

2 基于RFID技術(shù)的信息化收費(fèi)管理

隨著網(wǎng)絡(luò)的普及，國民經(jīng)濟(jì)的很多工作都是通過計(jì)算機(jī)完成，現(xiàn)代化的解決方案可以讓我們的工作更加高效。高速公路同樣需要自己的統(tǒng)一的信息系統(tǒng)。通過信息網(wǎng)絡(luò)的建立，可以更加快捷準(zhǔn)確地采集到車輛行駛數(shù)據(jù)，便于后期統(tǒng)計(jì)及數(shù)據(jù)處理。在高速公路收費(fèi)站的職能應(yīng)用中，也發(fā)揮著不可低估的作用。

在無線射頻識(shí)別技術(shù)之前，有著專家已經(jīng)研究過多種識(shí)別技術(shù)，如感應(yīng)線圈識(shí)別技術(shù)、紅外通信識(shí)別技術(shù)等。最終射頻識(shí)別技術(shù)作為不停車收費(fèi)管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)利益于它本身的完善特點(diǎn)。

ETC系統(tǒng)（電子收費(fèi)系統(tǒng)）利用車輛自動(dòng)識(shí)別的技術(shù)來完成車輛與收費(fèi)處之間的無線數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)行必要的收費(fèi)數(shù)據(jù)交換，通過網(wǎng)絡(luò)來對(duì)收費(fèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的車輛不停止即可完成付費(fèi)。不停車收費(fèi)系統(tǒng)通過路旁的信號(hào)收發(fā)裝置來識(shí)別車輛的編號(hào)，從而對(duì)它的專用帳號(hào)進(jìn)行扣款。

使用RFID技術(shù)的不停車收費(fèi)系統(tǒng)具有車輛管理方便的特點(diǎn)，可靠性非常高，安全性也有了明顯的改善，它的安裝與維護(hù)相對(duì)操作簡(jiǎn)單。通過這樣一款設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，而不再使用人工進(jìn)行處理，從而避免了失誤與作弊的情況出現(xiàn)。基于RFID的不停車收費(fèi)系統(tǒng)是在車輛快速通過的狀態(tài)下完成自動(dòng)對(duì)車輛的識(shí)別，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)化運(yùn)營，系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)與其他專業(yè)技術(shù)結(jié)合在一起。它相當(dāng)于智能的交通信息采集設(shè)備與身份識(shí)別設(shè)備，是聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管的重要手段。

3 RFID高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的組成

RFID高速公路不停車收費(fèi)硬件系統(tǒng)主要包括射頻天線、智能RFID、讀寫器、電子車牌等。 電子車牌是將芯片植入到塑料片中，識(shí)別合法車輛編號(hào)與車主信息；射頻天線是利用發(fā)射無線信號(hào)來激活電子車牌，同時(shí)接收反饋信號(hào)，并傳輸給讀寫器。讀寫器是指在車輛通過需要監(jiān)控的路口時(shí)安裝，將會(huì)驅(qū)動(dòng)天線發(fā)射信號(hào)，分析處理電子車牌信息，同時(shí)與計(jì)算機(jī)相聯(lián)系。

RFID高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)主要涉及到的環(huán)節(jié)有發(fā)卡、數(shù)據(jù)采集與記錄查詢等方面的內(nèi)容。在發(fā)卡時(shí)，把信息上傳到計(jì)算機(jī)中，并在車輛使用時(shí)，將其貼在車窗玻璃上數(shù)據(jù)采集主要是實(shí)現(xiàn)車輛卡號(hào)，并上傳到服務(wù)器中，持卡車輛自動(dòng)識(shí)別紅綠交通信號(hào)燈，并對(duì)沒有卡的車輛進(jìn)行抓捕攝像。記錄查詢是根據(jù)時(shí)間與車輛的信息，查詢出車輛通告的數(shù)據(jù)，滿足管理需求。

從全面管理角度上講，RFID車輛收費(fèi)管理系統(tǒng)包括監(jiān)控中心、門禁系統(tǒng)、車載標(biāo)簽、視頻系統(tǒng)與通訊系統(tǒng)五大主要部分組成。視頻系統(tǒng)主要包括車輛在進(jìn)出時(shí)進(jìn)行的抓拍與錄像，通過全景攝像頭對(duì)進(jìn)出的車輛進(jìn)行錄像，并在系統(tǒng)中進(jìn)行存檔，監(jiān)控中心也可以對(duì)進(jìn)出口的車輛實(shí)行監(jiān)控；在進(jìn)出口與監(jiān)控中心之間會(huì)有語音對(duì)講系統(tǒng)，如果因?yàn)檫M(jìn)出口設(shè)備不能正常使用時(shí)，或者有特殊車輛需要通過時(shí)，可以通過語音對(duì)講系統(tǒng)與監(jiān)控中心管理人員通話，后臺(tái)控制放行；在出入口處，一般配有兩塊顯示屏，顯示路況信息及收費(fèi)站將要發(fā)布的相關(guān)信息。

4 系統(tǒng)功能

首先基于RFID的不停車收費(fèi)系統(tǒng)具有防偽性，在車輛信息中除了有明顯的基本信息外，還有可能存在著安全、防偽方面的因素。對(duì)于持假證的車輛則根本沒有辦法進(jìn)入到特定的區(qū)域內(nèi)部。另外具有明顯的防盜用特點(diǎn)。電子標(biāo)簽中可以設(shè)置密碼，保護(hù)安全使用，如果存在卡丟失的問題，則可以根據(jù)系統(tǒng)備案中，從車牌的編號(hào)進(jìn)行判定，還可以使之掛失，當(dāng)其他車輛通過掛失的電子標(biāo)簽進(jìn)入到某些特定的區(qū)域內(nèi)時(shí)，將會(huì)被當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行識(shí)別。

基于RFID的不停車收費(fèi)系統(tǒng)的電子標(biāo)簽是可讀寫的，在封閉高速公路中，進(jìn)入高速時(shí)，路邊的雷達(dá)則會(huì)向標(biāo)簽寫入入口的車輛信息，而在出口時(shí)，則會(huì)讀出入口信息，進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)算通告費(fèi)用數(shù)額。

機(jī)動(dòng)稽查車安裝有遠(yuǎn)距離的射頻識(shí)別系統(tǒng)后，車輛系統(tǒng)中會(huì)有車輛的信息數(shù)據(jù)庫，通過識(shí)別的車輛信息，從系統(tǒng)中調(diào)出圖像與車輛信息，認(rèn)定是否合法。

高速公路不停車收費(fèi)系統(tǒng)的運(yùn)行流程主要為以下：當(dāng)車輛到達(dá)進(jìn)口位置時(shí)，數(shù)字視頻設(shè)備會(huì)進(jìn)行視頻跟蹤，開始讀卡，來提取車輛信息，監(jiān)控中心將會(huì)從系統(tǒng)中判斷車輛是否合法被允許進(jìn)入。當(dāng)車輛被允許進(jìn)入時(shí)，控制車輛通道兩側(cè)的檔桿抬起，記錄下車輛經(jīng)過的相關(guān)信息，如果不能自動(dòng)抬起時(shí)，則可以通過對(duì)講機(jī)等語音系統(tǒng)向監(jiān)控室報(bào)告情況。

5 RFID系統(tǒng)中防碰撞技術(shù)

一般來講，識(shí)別技術(shù)每一次只識(shí)別一個(gè)目標(biāo)，當(dāng)有多個(gè)電子標(biāo)簽在同一頻率需要識(shí)別時(shí)，將會(huì)遇到信道爭(zhēng)用的問題，使得讀寫器發(fā)生判斷失誤，認(rèn)為標(biāo)簽不能使用，即發(fā)生了碰撞。讀寫碰撞是十分常見的問題，當(dāng)出現(xiàn)碰撞時(shí)，可以采用一些技術(shù)來進(jìn)行修正，避免錯(cuò)誤，稱為防碰撞技術(shù)。它的好處就是在讀寫器天線的識(shí)別區(qū)同時(shí)有很多電子標(biāo)簽存在時(shí)，可以通過一定的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)一對(duì)多的識(shí)別。

在高速公路射頻站點(diǎn)，車輛行駛速度快，電子標(biāo)簽數(shù)量繁多，在對(duì)所有的方法進(jìn)行比較后，優(yōu)先使用動(dòng)態(tài)調(diào)整傳輸時(shí)隙及數(shù)據(jù)包的大小，來達(dá)到減少碰撞的發(fā)生率。

6 總結(jié)與展望

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展與高速公路的不斷市場(chǎng)化，人工收費(fèi)方式因其效率的弊端與成本的支出勢(shì)必會(huì)被淘汰。高速公路上采取的這種不停車收費(fèi)方式，可以大大提高汽車的通行效率，展現(xiàn)出巨大的優(yōu)越性。上文對(duì)RFID的原理、系統(tǒng)組成、應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，提出系統(tǒng)的策略，結(jié)合社會(huì)的需求，提出此種基于RFID的不停車收費(fèi)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其所產(chǎn)生的碰撞現(xiàn)象進(jìn)行描述，初步提出解決辦法。

RFID技術(shù)在高速公路收費(fèi)管理中的應(yīng)用會(huì)越來越多，它的作用將會(huì)進(jìn)一步體現(xiàn)，由于目前研究水平的限制，還沒有完全挖掘出它的潛力。在未來RFID技術(shù)將會(huì)協(xié)助高速公路管理機(jī)構(gòu)完成自動(dòng)車輛識(shí)別系統(tǒng)、車型自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)與逃費(fèi)抓拍系統(tǒng)的研究工作，使防碰撞技術(shù)的應(yīng)用更加成熟與穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)更加快捷、人性化的收費(fèi)管理，從而大大降低管理成本，提高高速公路收費(fèi)站的汽車通行率，保障整個(gè)高速公路順暢，實(shí)現(xiàn)高速公路管理者與使用者的雙贏收益。