對RFID集成“電子車牌”技術適用性的幾點建議

■羅俊儀

對RFID集成“電子車牌”技術適用性的幾點建議

■羅俊儀

實現(xiàn)信息化、智能化管理是完成道路交通管理最大公信力、最高實效性的基本途徑。采用RFID技術，集成“電子車牌”是實現(xiàn)道路交通管理信息化、智能化的最佳選擇。

集成“電子車牌”的技術需求

隨著RFID技術日臻完善，業(yè)內論及“電子車牌”的愈來愈多。但什么樣的號牌是“電子車牌”，至今沒有誰能說得清楚。大家常說的“電子車牌”，多是指類似把電子標簽粘貼在汽車前擋風玻璃上，為ETC快速通道（高速路匝口、場區(qū)通行口）提供信息的電子憑證或電子證卡。雖然同樣具有對機動車信息化管理功能，而且在交通運輸領域已經廣泛應用，但由于主要功能用于不停車收費，沒有與機動車號牌有任何內在聯(lián)系，叫“電子車牌”有些牽強。真正的“電子車牌”應該是把RFID技術嵌入到機動車號牌上，使其具有自動識別、傳輸、處理機動車相關信息的管理功能的汽車牌照?！半娮榆嚺啤钡纳鐣r值完全體現(xiàn)在其管理功能上，在全國范圍內，凡是有懸掛“電子車牌”車輛通行的地方，交通基礎信息的采集、傳輸、分析、發(fā)布、誘導、控制和指揮均可以同步進行。把成熟的RFID技術移植到機動車牌照上，可以將RFID技術潛質發(fā)揮到極致。一方面在交通管理領域開發(fā)產品，拓展市場，使智能交通有更多、更穩(wěn)固的硬件支持。另一方面將機動車技術參數(shù)、登記信息、年檢信息、違法信息等固定及可變信息加密寫入RFID芯片，頒發(fā)唯一識別的身份號碼，實現(xiàn)對機動車“一對一”即“百分百”的管理，解決社會上交通管理的突出問題：一是對機動車輛進行實時動態(tài)管理，增強交通誘導、交通組織能力，提高管理效率；二是打擊挪用、套用、盜用機動車號牌違法行為，保護合法車主的正當權益；三是實施對快速路匝口、城區(qū)道路監(jiān)控，進行車輛智能登記；四是對未年檢車輛適時監(jiān)控，提高年檢率，保障車輛安全狀況；五是識別、追蹤交通肇事車輛，追捕肇事逃逸人；六是識別、攔截報廢車輛，不讓報廢車上路，消除交通安全隱患等等。特別是近幾年來，對機動車管理沖擊最大的是“套牌”和“假牌”，許多地方尤其是南方經濟發(fā)達的城市，“克隆牌”、“鴛鴦車”現(xiàn)象比較嚴重，這部分非法機動車交通肇事的機率比較高，現(xiàn)有道路監(jiān)控設備對號牌圖像識別具有局限性，無法充分確定機動車真實身份，所以也就無法滿足公安部機動車管理信息系統(tǒng)百分百的對全國機動車實施監(jiān)管。據此，解決機動車號牌系統(tǒng)的安全性、唯一性和可監(jiān)管性就成為當務之急。

■圖1

■圖2

■圖3

RFID技術是相當成熟的技術，在國外國內、各行各業(yè)乃至各個領域都得到廣泛運用。目前，大規(guī)模采用RFID技術用于機動車號牌日常管理的國家多是“假牌”和“套牌”情況比較普遍、交通安全問題比較嚴重的發(fā)展中國家，比如南非、巴基斯坦、印度尼西亞、南美部分國家。發(fā)達國家主要是利用該技術的快速、準確識別性能，提高高速公路的收費站或者場區(qū)快速通道的通行能力，比如：美國-墨西哥邊境車輛進出國界管理，美、英、德、法、日等國ETC不停車收費管理等。

運用RFID技術集成“電子車牌”在國內已有先例?，F(xiàn)行的軍車、武警車輛的號牌都采用了RFID技術，識讀信息用的是手持讀寫器，識讀距離有限，尚有不盡人意的地方。但畢竟率先啟用了“電子車牌”，開創(chuàng)了技術先河。時至今日，“電子車牌”尚無技術標準，也無技術定位，所以無論是研究還是開發(fā)層面上都是初始階段。盡管如此，“電子車牌”的技術發(fā)展方向是毋庸置疑的。它是實現(xiàn)道路交通管理信息化、智能化的重要途徑。公安部交通管理局在制定“十二五”交通管理規(guī)劃時，已經提出在進一步改進和完善機動車號牌管理的同時，要研究啟用新版高防偽、高科技含量的機動車號牌。我們期待著不久的將來“電子車牌”能夠應運而生。

“電子車牌”應當滿足的技術指標

集成“電子車牌”的關鍵技術就是RFID技術。RFID無線射頻識別是一種非接觸式的自動識別射頻技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據，特別是可識別高速運動物體并可同時識別多個電子標簽，操作快捷方便，識讀無須人工干預，并可在各種惡劣環(huán)境下工作。RFID技術具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離遠、標簽數(shù)據可以加密、存儲信息容量大等優(yōu)點，在現(xiàn)代化交通管理中具有很大的技術潛力。（系統(tǒng)拓撲圖如圖1）

技術組合：最基本的RFID系統(tǒng)包括電子標簽、天線和讀寫器，作為一個完整的應用系統(tǒng)， 還包括應用系統(tǒng)硬件和應用系統(tǒng)軟件。（如圖2）

無源電子標簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象，無需電池供電即可工作。

讀寫器(Reader)：讀取或寫入標簽信息的設備，分固定式、手持式兩種。

天線(Antenna)：在電子標簽和讀寫器之間接收并傳遞射頻信號。

信息系統(tǒng)( Information System ):為采集、識別、處理機動車號牌特征信息、基礎信息而建立的技術應用平臺。

工作原理：當電子標簽進入磁場后，如果接收到讀寫器發(fā)出的特殊射頻信號，就能憑借感應電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的信息，讀寫器讀取信息并解碼后，將這些識別信息作為物體的特征數(shù)據上傳至中央信息系統(tǒng)進行數(shù)據處理，從而完成與物體有關信息的鑒別、查詢、調度、統(tǒng)計等管理應用。（原理圖如圖3）

RFID技術基本分類

以標簽能量來源劃分：有源和無源；

以標簽上傳通訊方式劃分：主動和被動；

以標簽與讀寫器的藕合方式劃分：近場和遠場；

以頻率劃分：L F、H F、UHF、MW；

以防碰撞算法劃分：隨機式和確定式；

以記憶體及接口劃分：只讀、讀寫和帶傳感器。

考慮到RFID電子標簽用戶端智能化、信息化、“免維護”的技術需求，選擇哪種頻率來支持RFID是首先要解決的技術問題。我們下面對四種頻率的性能指標進行比對分析。（表1）

從表1中我們可以發(fā)現(xiàn)，四種頻率的表征參數(shù)各有優(yōu)劣。我們進行技術比對的目的，是選擇能夠支持RFID技術，來對電子標簽實現(xiàn)屬性識別、信息采集，從而對機動車和駕駛人進行科學管理。因此，首先考慮的是，必須能夠滿足各種形式識別的性能的讀寫距離、讀寫速度、多標簽讀寫速度等關鍵性指標，如龍門架式、懸臂式識讀等，距離地面高度要求必須≥5.5米，高速公路的讀寫速度允許在60-200公里之間，同時必須能夠多標簽快速識別，能夠滿足這三項技術要求的只有超高頻（UHF）及微波（MW）。但是由于微波頻段的電子標簽一般都是有源標簽，用于有人值守的收費站比較合適，如果用于無人看守、無人維護的電子車牌上并不理想，所以超高頻（UHF）應是最佳選擇。

在技術集成方面，業(yè)內的科研部門和廠家已經有了一些技術嘗試，當設計一款具有快速自動識別功能的“電子車牌”時，還必須滿足以下性能指標：

讀取距離：＞7米；

讀取速度：＞160km/h；

讀取可靠度：＞99.99%；

定位要求：＜1m；

防偽要求：政府文件級別防拆或防折；

數(shù)據安全要求：無法復制和偽造；

標簽工作環(huán)境要求：汽車環(huán)境-40＋85攝氏度；

標簽要求：閉路應用；

標簽規(guī)格：小于車牌空余位置；

標簽維護：無需日常人工維護；

與此同時，還需要考慮讀寫系統(tǒng)的聯(lián)網及控制，即具有以太網接口，可以直接接入LAN；具有USB接口，方便連接當?shù)卦O備；具有RF232，以維持老系統(tǒng)的兼容；可以實現(xiàn)遠程控制和維護。

設計和集成“電子車牌”的技術方法

研究開發(fā)“電子車牌”有一定的技術難度，但采用RFID技術集成“電子車牌”就能事半功倍。當RFID技術指標基本達到集成要求后，如何設計把電子標簽嵌入到號牌最合適的位置上，就成為技術考量的主要問題。一是“電子車牌”必須符合GA36-2007機動車號牌標準；二是現(xiàn)行的“92式”號牌和少量的“2002式”號牌都是鋁板加反光膜，鋁板是射頻信號“不友好”材質，要保證識讀效果，就必須解決射頻干擾問題；三是把“電子標簽”直接嵌入到機動車號牌之中是最佳方案，但號牌空余位置十分有限，如何在確保識讀性能的前提下，把“電子標簽”嵌入到號牌之中，是我們重點考慮的關鍵技術問題。

推薦三種技術方案

將電子標簽嵌入到機動車號牌的托架上。把電子標簽安放在非金屬號牌架的上端或底部，無物體遮蓋、無金屬干擾、識讀效果好是其最大的優(yōu)點。不足之處是無形中使車號牌與號牌架合為一體，不可拆分。整體使用的社會成本和費用勢必增加，車主是否能夠承受，值得認真考量。（如圖4）

將電子標簽直接“粘貼”在號牌反光膜上。以2002新式號牌為例，由鋁板、雙面膠反光膜、打印面膜組合而成的平板印刷式號牌，可以將抗金屬電子標簽粘貼在號牌表層面膜適當?shù)奈恢蒙稀?2式號牌也可以如此操作。其優(yōu)點是無遮蓋、無干擾、宜識讀、低成本。不足之處是射頻芯片附著在號牌面膜表層，容易脫落或被劃傷損壞，以至于無法識讀，影響“電子車牌”的整體功能。（如圖5）

將電子標簽固定在號牌鋁板上、反光膜下的某個適當位置。經測試，把電子標簽固定在號牌鋁板后面，射頻信號衰減嚴重，故不可取。將抗金屬電子標簽固定在號牌鋁板上面，然后覆號牌反光膜，電子標簽居中，不會脫落，面膜起到了保護標簽的作用；電子標簽雖然有反光膜覆蓋，對反光膜局部去金屬化，射頻信號可穿透反光膜，不再影響識讀效果。但號牌嵌入電子標簽的位置是有限的，而且要根據號牌英文字母和阿拉伯數(shù)字的具體位置和空間來調整標簽的大小與形狀。研究開發(fā)這種“電子車牌”應該是主攻方向。（如圖6）

“電子車牌”信息讀取方式

研究和設計“電子車牌”時，如何發(fā)揮RFID識讀系統(tǒng)作用，準確判讀機動車信息，是實現(xiàn)智能化管理的重要環(huán)節(jié)。國內的RFID設備自動識讀距離一般可以達到8-10米，最遠的可達12米，完全可以滿足識讀要求。考慮的重點應當是：第一次可以讀取到電子標簽的概率和準確率，尤其是在多車道讀取的情況下，如何規(guī)避臨近車道的機動車號牌干擾，過濾無關信息，避免誤讀誤判。因此，如何安裝讀取設備，確保識讀效果，就尤為重要。從設計的角度，RFID讀取設備的安裝方式一般有以下三種方式：

由上至下式識讀

把天線和讀寫設備安裝在龍門架或懸臂架上，舉架高度應≥5.5米，根據車道決定安裝讀寫器數(shù)量，即幾條車道安裝幾個讀寫器，實施全方位覆蓋。這種識讀方式居高臨下，可以有效地規(guī)避相鄰車道車輛的干擾，識讀精準，誤差率低。但整套設備成本相當高。（見圖7）

側位式識讀

把天線和讀寫設備安裝在道路的內側或外側可固定物體上（高速路可安裝在T型護欄上），高度可在1-1.5米之間，讀寫器與電子標簽基本平行，識認距離相對縮短，識讀精準度提高，整套設備的安裝成本比較低。缺點是，臨車道車輛干擾比較嚴重，尤其在多車道的情況下，由于車輛遮擋甚至會出現(xiàn)識讀盲區(qū)。所以在單車道上安裝這種設備性價比最為適宜。裝有RFID設備的警用巡邏車也屬于這種情況。（見圖8）

由下至上式識讀

把讀寫系統(tǒng)經特殊加工或嵌入類似道釘一樣物件，或埋或粘在車道中央，根據車道數(shù)量來決定布設讀寫器的數(shù)量，同樣實現(xiàn)全方位布設的效果。從下至上來識讀電子標簽的信息，綜合了上述兩種方式的優(yōu)點：識認距離最近，識認效果最佳，無臨車道車輛干擾，無論是多車道的快速路，還是單雙道的城區(qū)路，均適宜安裝，且成本也低。（見圖9）

另外，如果系統(tǒng)再結合其他車輛識別系統(tǒng)，比如圖像執(zhí)法系統(tǒng)（AVS），自動車輛分類技術（AVC），可以滿足各類基于智能交通（ITS）需求應用。

結束語

“電子車牌”雖小，卻是一件社會性、政策性很強的大事。是否采用、何時采用“電子車牌”，全由國家行政管理部門視社會發(fā)展和交通管理需求而定。但設計和集成“電子車牌”等技術研究性工作理應先行。RFID技術已經為集成“電子車牌”提供了技術支撐，仍有一些關鍵技術和難題需要深入研究，逐一解決，為交通管理信息化、智能化搭建堅實的技術平臺 。

作者為中國道路交通安全協(xié)會副理事長，研究員，管理學博士