射频识别技术在高速公路收费系统中的应用分析

射频识别技术在高速公路收费系统中的应用分析

黄科

广东飞达交通工程有限公司

摘要：RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。本章主要介绍了射频识别技术的基本组成、应用、发展趋势。

关键词：射频识别技术；组成；应用

引言

射频识别技术，即是从八十年代起走向成熟的一项自动识别技术。由于大规模集成电路技术的成熟，射频识别系统的体积大大缩小，因而刁`进入实用化的阶段。它利用射频方式进行非接触双向通信，以达到识别目的并交换数据。它和同期或早期的接触式识别技术不同、工系统的射频卡和读写器之间不用接触就可完成识别。

RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。工技术可识别高速运动物休并可同时识别多个标签，操作快捷方便。

一、RFID无线射频识别系统的组成

①信号发射机

在工系统中，信号发射机为了不同的应用目的，会以不同的形式存在，典型的形式是标签。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息主动发射出去。

②信号接收机

在RFID系统中，信号接收机一般叫做阅读器。根据支持的标签类型不同与完成的功能不同，阅读器的复杂程度是显著不同的。阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，阅读器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信自、，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起，并按照特定的顺序向外发送。阅读器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送。

在耦合方式（电感一电磁）、通信流程（FDX、HDX、SEQ）、从射频卡到阅读器的数据传输方法负载调制、反向散射、高次谐波以及频率范围等方面，不同的非接触传输方法有根本的区别，但所有的阅读器在功能原理上，以及由此决定的设计构造上都很相似，所有阅读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。高频接口包含发送器和接收器，其功能包括产生高频发射功率以启动射频卡并提供能量对发射信号进行调制，用于将数据传送给射频卡接收并解调来自射频卡的高频信号。不同射频识别系统的高频接口设计具有一些差异，电感耦合系统的高频接口原理图如图一所示。

图一

③编程器

只有可读可写标签系统才需要编程器。编程器是向标签写入数据的装置。编程器写入数据一般来说是离线（OFF-LINE）工完成的，也就是预先在标签中写入数据，等到开始应用时直接把标签黏附在被标识项目上。也有一些RFID应用系统，写数据是在线（ON-LINE）工完成的，尤其是在生产环境中作为交互式便携数据文件来处理时。

④天线

天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置。在实际应用中，除了系统功率，天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收，需要专业人员对系统的天线进行设计、安装。

系统的基本工作流程是阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码然后送到后台主系统进行相关处理主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。

二、射频识别技术的应用

1、高速公路自动收费及交通管理

高速公路自动收费系统是RFID技术最成功的应用之一。目前中国的高速公路发展非常快，地区经济发展的先决条件就是有便利的交通条件，而高速公路收费却存在一些问题，一是交通堵塞，收费站口，许多车辆要停车排队，成为交通瓶颈问题二是少数不法的收费员贪污路费、使国家损失了相当的财政收入。RFID技术应用在高速公路自动收费上能够充分体现它非接触识别的优势。让车辆高速通过收费站的同时自动完成收费。同时可以解决收费员贪污路费及交通拥堵的问题。

一般来说对于公路收费系统、车辆的大小和形状不同、需要大约米的读写距离和很快的读写速度、也就要求系统的频率应该在900MHz和2500MHz。射频卡一般在车的挡风玻璃后面。现在最现实的方案是将多车道的收费口分两个部分自动收费口、入工收费口。天线架设在道路的上方。在距收费口约50-100米处，当车辆经过天线时，车上的射频卡被头顶上的天线接收到，判别车辆是否带有有效的射频卡。读写器指示灯指示车辆进人不同车道，人工收费口仍维持现有的操作方式，进入自动收费口的车辆，养路费款被自动从用户帐户上扣除，且用指示灯及蜂鸣器告诉司机收费是否完成，不用停车就可通过，挡车器将拦下恶意闯入的车辆。

在城市交通方面，交通的状况日趋拥挤，解决交通问题不能只依赖于修路、加强交通的指挥、控制、疏导，提高道路的利用率，深挖现有交通潜能也是非常重要的。而基于RFID技术的实时交通督导和最佳路线电子地图很快将成为现实。用RFID技术实时跟踪车辆，通过交通控制中心的网络在各个路段向司机报告交通状况，指挥车辆绕开堵塞路段，并用电子地图实时显示交通状况。能够使得交通流向均匀，大大提高道路利用率。还可用于车辆特权控制，在信号灯处给警车、应急车辆、公共汽车等行驶特权自动查处违章车辆，一记录违章情况。另外、公共汽车站实时跟踪指示公共汽车到站时间及自动显示乘客信息，给乘客很大的方便。用RFID技术能使交通的指挥自动化、法制化，有助于改善交通状况。

2、射频识别技术在电子不停车收费系统中的应用

为适应现代公路交通运输的发展要求，高速公路应用射频技术实现了不停车收费，保证了收费口处的无障碍通行，创造了便利的交通环境。当车辆通过收费口时，车道摄像机会对车辆图像进行采集，车道实时控制子系统会对车辆图像进行数据化处理，得出车辆实际牌照号，而过往车辆的车型，牌照号，车辆户主和银行所用账号等数据信息可通过射频技术获得，对照由两种渠道获得的不同信息，若信息统一则允许车辆通行。

三、射频识别技术发展趋势

近年来，RFID技术己经在社会众多领域开始应用，对改善人们的生活质量、提高企业经济效益、加强公共安全以及提高社会信息化水平产生了重要影响。根据预测，尺标签技术将在未来一年逐渐开始大规模应用，到年标签仅在全球供应链领域的市场需求将达到亿美元。

RFID芯片设计与制造技术的发展趋势是芯片功耗更低，作用距离更远，读写速度与可靠性更高，成本不断降低。芯片技术将与应用系统整体解决方案紧密结合。

RFID标签封装技术将和印刷、造纸、包装等技术结合，导电油墨印制的低成本标签天线、低成本封装技术将促进RFID标签的大规模生产，并成为未来一段时间内决定产业发展速度的关键因素之一。

RFID读写器设计与制造的发展趋势是读写器将向多功能、多接口、多制式，并向模块化、小型化、便携式、嵌入式方向发展。同时，多读写器协调与组网技术将成为未来发展方向之一。

RFID技术与条码、生物识别等自动识别技术，以及与互联网、通信、传感网络等信息技术融合，构筑一个无所不在的网络环境。海量RFID信息处理、传输和安全对RFID的系统集成和应用技术提出了新的挑战。RFID系统集成软件将向嵌入式、智能化、可重组方向发展，通过构建尺公共服务体系，将使信息资源的组织、管理和利用更为深入和广泛。

结束语

综上所述，RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。在未来的几年中，RFID技术将继续保持高速发展的势头。电子标签、读写器、系统集成软件、公共服务体系、标准化等方面都将取得新的进展。随着关键技术的不断进步，RFID产品的种类将越来越丰富，应用和衍生的增值服务也将越来越广泛。

参考文献：

[1]韩贵琴.不停车收费系统的现状及发展趋势[J].山西科技，2015

[2]杨李莎.高速公路不停车收费系统车道收费的研究与仿真[D].长安大学，2017

[3]李祖君.联网收费环境下的不停车收费方案[D].华中科技大学，2016

[4]胡绪美.高速公路收费系统设计与实现[D].北方交通，2014

[5]潘虹.高速公路收费站ETC车道仿真研究[D].东南大学，2015