RFID技術(shù)在交通信息化建設(shè)中的應(yīng)用

文 / 江西省公路投資有限公司 秦小明 江西路通科技有限公司 喻全紅

在概述RFID技術(shù)原理及技術(shù)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，對(duì)該技術(shù)在公安交警查詢治理車輛違章、危險(xiǎn)品車輛行駛監(jiān)控、不停車收費(fèi)、運(yùn)營車輛監(jiān)控管理等方面的應(yīng)用進(jìn)行分析探討，結(jié)果表明，RFID技術(shù)因具備信息容量高、信息安全性好、可靠性高等顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，可快速推進(jìn)我國交通運(yùn)輸業(yè)信息化、智能化、社會(huì)化建設(shè)，在交通信息化建設(shè)方面應(yīng)用潛力巨大。

RFID技術(shù)原理

技術(shù)原理

射 頻 識(shí) 別（Radio Frequency Identification， RFID）技術(shù)主要借助電磁感應(yīng)或微波展開非接觸雙向通信，通過數(shù)據(jù)交換最終達(dá)到目標(biāo)識(shí)別的目的。該技術(shù)在20世紀(jì)80年代開始便進(jìn)入實(shí)用化階段，此后便在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

RFID系統(tǒng)通常由讀寫器、天線和標(biāo)簽等部分組成，其中讀寫器是RFID系統(tǒng)的核心元件，主要起到控制射頻模塊、并向其發(fā)射讀寫信號(hào)、接收標(biāo)簽應(yīng)答，同時(shí)將信息傳輸至主機(jī)處理的作用。

RFID系統(tǒng)中的標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器所發(fā)射無線射頻信號(hào)區(qū)域后，便能精準(zhǔn)接收讀寫器所發(fā)射的射頻信號(hào)，如果是無源標(biāo)簽，則主要借助線圈上感應(yīng)電流獲取能量啟動(dòng)標(biāo)簽控制電路，并將存儲(chǔ)于芯片內(nèi)的數(shù)據(jù)向射頻電路發(fā)送；如果是有源標(biāo)簽，則會(huì)主動(dòng)發(fā)送某一頻率信號(hào)，由讀寫器直接接收后解碼，并恢復(fù)出標(biāo)簽原始信息后將其發(fā)送至計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)處理后得出相關(guān)信息，達(dá)到識(shí)別目標(biāo)的目的。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

RFID技術(shù)最突出的特征是非接觸、高可靠、超大信息容量、防沖突、安全加密、追蹤定位等方面。

1.非接觸

應(yīng)用RFID技術(shù)進(jìn)行交通運(yùn)行信息采集、處理及使用的過程中，電子標(biāo)簽讀寫過程均在非接觸情況下完成，接收及閱讀距離可以達(dá)到數(shù)十米，對(duì)于短距離信息無線傳輸場(chǎng)合較為適用。

2.高可靠性

電子標(biāo)簽和讀寫器之間不接觸，能有效避免因接觸不良而引發(fā)的讀寫錯(cuò)誤，即使電子標(biāo)簽上存在灰塵、油污、光線不足或反光，均不影響信息讀寫和傳輸?shù)臏?zhǔn)確性；此外，電子標(biāo)簽表面并無裸露芯片，不存在芯片脫落、彎曲損壞、靜電擊穿等問題。

3.超大信息容量

RFID技術(shù)中的電子標(biāo)簽信息容量可達(dá)296碼，而當(dāng)前的EAN/UPC條形碼容量也不過數(shù)十個(gè)字符，容量最大的PDF417條形碼容量也只能存儲(chǔ)2725個(gè)數(shù)字。射頻內(nèi)存在諸多分區(qū)，各分區(qū)又存在對(duì)應(yīng)的密碼。故而可將不同分區(qū)應(yīng)用于不同應(yīng)用。

4.防沖突、安全加密

電子標(biāo)簽內(nèi)設(shè)置有防沖突機(jī)制，可有效避免數(shù)據(jù)干擾，并能同時(shí)處理多張非接觸式電子標(biāo)簽。RFID電子標(biāo)簽在出廠前即固化設(shè)定，不可更改，電子標(biāo)簽和讀寫器之間可互相進(jìn)行合法性驗(yàn)證，并在通信過程中對(duì)所有數(shù)據(jù)加密處理。

5.追蹤定位

RFID電子標(biāo)簽?zāi)芨街谖矬w上實(shí)時(shí)追蹤定位，如果將電子標(biāo)簽和GPS結(jié)合，便能追蹤帶有電子標(biāo)簽的車輛、貨艙、貨柜等物體。

RFID技術(shù)在交通信息化領(lǐng)域的應(yīng)用

RFID技術(shù)可靠性高、容納信息量大、安裝維護(hù)簡(jiǎn)便，隨著交通建設(shè)及運(yùn)行規(guī)模的不斷擴(kuò)大，車輛和地面之間需要傳遞的信息量越來越大，尤其對(duì)于車站、區(qū)間信號(hào)點(diǎn)、彎道等特殊區(qū)域，原電路信息量很難滿足要求。必須在車載和地面之間開拓其他信息傳輸通道、增加車載控制設(shè)備，從而保證車輛安全舒適運(yùn)行。RFID系統(tǒng)可充當(dāng)車輛和地面之間信息傳輸?shù)耐ǖ?，并成為交通控制系統(tǒng)的重要模塊。

RFID技術(shù)應(yīng)用參數(shù)

1.工作頻率

RFID射頻技術(shù)發(fā)送頻率可以分為30～300kHz的低頻、3～30MHz的高頻或射頻、300MHz～3GHz的超高頻及3GHz以上的微波。其中低頻系統(tǒng)典型的使用頻率為6.75MHz、13.56MHz及27.125MHz，其電子標(biāo)簽成本低、能耗不高，且標(biāo)簽內(nèi)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息容量小，閱讀距離短，但是閱讀天線方向性不強(qiáng)；該系統(tǒng)大多應(yīng)用于低成本、低能耗、短距離等安全性要求較高的情況，如高速公路和地面之間點(diǎn)式信息傳輸。高頻系統(tǒng)電子標(biāo)簽和讀寫器成本均較高，標(biāo)簽信息容量大，閱讀距離遠(yuǎn)，對(duì)于高速運(yùn)行的車輛車號(hào)識(shí)別、不停車收費(fèi)等較為適用。

2.數(shù)據(jù)傳輸方式

根據(jù)反射波頻率和閱讀器發(fā)射頻率是否一致，可將應(yīng)答器和閱讀器之間數(shù)據(jù)傳輸方式分為三類，分別為反射、方向式散射、負(fù)載調(diào)制式傳輸?shù)?。方向式散射方式下反射波頻率和閱讀器信息發(fā)射頻率基本一致，負(fù)載調(diào)制式傳輸方式下，閱讀器電磁場(chǎng)受到應(yīng)答器影響較大。

3.電子標(biāo)簽種類

有源標(biāo)簽主要通過卡內(nèi)電池向微型芯片提供能量，但不向電子標(biāo)簽和應(yīng)答器之間數(shù)據(jù)的傳送提供能量，識(shí)別距離可達(dá)到數(shù)十米，使用壽命3～10a，價(jià)格較高；無源標(biāo)簽不裝配電池，以讀寫器所發(fā)射的電磁波為主要能量來源，使用壽命長，但發(fā)射距離較短，對(duì)讀寫器發(fā)射功率有較高要求。

4.調(diào)制方式

RFID系統(tǒng)調(diào)制方式主要分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種。主動(dòng)式調(diào)制方式下，電子標(biāo)簽可主動(dòng)將數(shù)據(jù)信息發(fā)送至讀寫器；而被動(dòng)式調(diào)制方式下，主要借助讀寫器載波調(diào)制信號(hào)發(fā)送數(shù)據(jù)，讀寫器能保證激活一定范圍內(nèi)的電子標(biāo)簽，且標(biāo)簽之間必須保持一定距離，應(yīng)用不方便。RFID系統(tǒng)中的電子標(biāo)簽還具有防碰撞功能，即數(shù)個(gè)電子標(biāo)簽同時(shí)進(jìn)入識(shí)別區(qū)域后信號(hào)不會(huì)互相干擾，能大大提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

公安交警查詢治理車輛違章方面

車輛安裝具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、無線傳輸、數(shù)據(jù)加密等特征的電子標(biāo)簽后在行駛過程中會(huì)與路邊RFID基站閱讀器不斷發(fā)生數(shù)據(jù)交換，當(dāng)車輛進(jìn)入限行車道或禁停車道時(shí)，路旁的RFID基站閱讀器和攝像機(jī)則會(huì)與車輛電子標(biāo)簽發(fā)生數(shù)據(jù)交換，并采集車輛信息，上傳至后臺(tái)數(shù)據(jù)中心處理，根據(jù)處理結(jié)果作出車輛是否違章的判定。

應(yīng)用RFID技術(shù)還可以迅速識(shí)別限號(hào)、套牌、肇事逃逸、超速等車輛信息，發(fā)布實(shí)時(shí)路況，提供交通誘導(dǎo)，車輛導(dǎo)航等服務(wù)。

危險(xiǎn)品車輛行駛監(jiān)控方面

按照《中華人民共和國道路運(yùn)輸條例》，危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛行駛路線必須經(jīng)公安及消防等部門批準(zhǔn)后方可行駛。但在交通運(yùn)行環(huán)境等的影響下，當(dāng)前仍有部分危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛擅自改變行駛路線，嚴(yán)重危害社會(huì)公共安全。在智能交通系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)用RFID技術(shù)，將RFID基站閱讀器和攝像機(jī)安裝在城市道路重要節(jié)點(diǎn)，同時(shí)向危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛安裝電子標(biāo)簽，在危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛行駛的過程中，基站閱讀器會(huì)將車輛行駛中電子標(biāo)簽所發(fā)送的信息傳輸至數(shù)據(jù)中心，經(jīng)由計(jì)算機(jī)分析處理后為公安、交警和消防部門提供危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛行駛軌跡實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和視頻圖像。

不停車收費(fèi)方面

當(dāng)前，為避免路費(fèi)征稽、高速公路收費(fèi)站及停車場(chǎng)等區(qū)域發(fā)生交通擁堵，實(shí)現(xiàn)不停車收費(fèi)，主要采用的是ETC技術(shù)，在該技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過RFID技術(shù)與客戶賬戶捆綁，便可在不停車收費(fèi)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電子錢包結(jié)算，有效緩解收費(fèi)站、停車場(chǎng)出口等區(qū)域因車輛數(shù)量多、收費(fèi)效率低下而導(dǎo)致的交通擁堵，提升交通運(yùn)行能力。

具體而言，應(yīng)將RFID閱讀器天線架設(shè)在與收費(fèi)口相距50～100m的道路上方，當(dāng)行車處于天線 接收范圍內(nèi)時(shí)，天線將激活車上的電子標(biāo)簽，接收電子標(biāo)簽所發(fā)出的車牌號(hào)、車型、電子標(biāo)簽好等車輛ID信息，由閱讀器接收后傳輸至車道控制器，并同時(shí)校驗(yàn)車輛電子標(biāo)簽的合法性，自動(dòng)計(jì)算并扣除通行費(fèi)用。

運(yùn)營車輛監(jiān)控管理方面

將基于RFID技術(shù)的電子標(biāo)簽安裝在營運(yùn)車輛上，借助RFID電子標(biāo)簽特性和數(shù)字防偽技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)信息加密儲(chǔ)存和車輛信息遠(yuǎn)距離自動(dòng)識(shí)別。RFID閱讀器和營運(yùn)車輛之間信息通信完全通過非接觸方式進(jìn)行，車輛電子標(biāo)簽向RFID閱讀器發(fā)送自身信息，RFID閱讀器接收后解碼并通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸至后臺(tái)計(jì)算機(jī)處理，進(jìn)行運(yùn)營車輛身份識(shí)別、合法性判別、行駛路線記錄及監(jiān)控，為客貨運(yùn)公司提供車輛進(jìn)出場(chǎng)站自動(dòng)登記、運(yùn)行軌跡查詢，同時(shí)為交通運(yùn)輸管理部門打擊車輛非法運(yùn)營、車輛稽查、特種運(yùn)營車輛監(jiān)控管理等提供便捷模式。

結(jié)語

綜上所述，射頻識(shí)別技術(shù)在我國交通運(yùn)行方面具有巨大的應(yīng)用潛力。在現(xiàn)代信息社會(huì)，對(duì)各種信息獲取、處理的準(zhǔn)確性、時(shí)效性要求越來越高，RFID技術(shù)則能有效滿足交通運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)量巨大，交通運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)效性強(qiáng)等方面的要求。

就技術(shù)和設(shè)備層面而言，當(dāng)前主要使用的是安全可靠、技術(shù)成熟的歐洲標(biāo)準(zhǔn)查詢應(yīng)答器，國內(nèi)也正處于不斷研發(fā)及實(shí)行階段。

總之，RFID技術(shù)應(yīng)用于交通信息化建設(shè)，既能推進(jìn)智慧交通建設(shè)，又能使信息采集處理方式更加快捷、準(zhǔn)確和可靠，能為城市道路及路網(wǎng)建設(shè)科學(xué)規(guī)劃、車流量分析、交通誘導(dǎo)、行業(yè)監(jiān)管、物聯(lián)網(wǎng)等建設(shè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。