RFID技術(shù)在ETC系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

秦璽淳

摘 要：無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）是一種新興的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，目前在國(guó)內(nèi)外各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文以RFID技術(shù)為研究對(duì)象，以電子不停車收費(fèi)（ETC）系統(tǒng)為例，通過對(duì)ETC系統(tǒng)的組成及工作流程的介紹，重點(diǎn)解釋RFID技術(shù)的原理和應(yīng)用，并對(duì)未來的智能交通進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：RFID；ETC；物聯(lián)網(wǎng)；智能交通；技術(shù)原理

1 ETC系統(tǒng)

隨著我國(guó)汽車保有量的迅速增加，緩慢的高速公路人工收費(fèi)（MTC）系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為緩解交通壓力的一個(gè)障礙。為了從源頭上緩解高速公路交通壓力，20世紀(jì)90年代，我國(guó)開始引進(jìn)一種全新的收費(fèi)系統(tǒng)技術(shù)——電子不停車收費(fèi)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱ETC系統(tǒng)）。面對(duì)全國(guó)錯(cuò)綜復(fù)雜的高速公路網(wǎng)，ETC聯(lián)網(wǎng)通行的需求也逐年增加，截止2015年9月底，全國(guó)29個(gè)省份已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了ETC聯(lián)網(wǎng)通行，極大緩解了我國(guó)的交通壓力。

1.1 ETC簡(jiǎn)介

ETC系統(tǒng)是目前最先進(jìn)的高速公路收費(fèi)系統(tǒng)，車輛車窗上的車載單元（On-Board Unit，OBU）和ETC專用通道上的路側(cè)單元（Road-Side Unit，RSU）通過微波專用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）進(jìn)行車輛自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)車型分類和收費(fèi)信息傳輸，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與銀行系統(tǒng)進(jìn)行后臺(tái)收費(fèi)結(jié)算，從而實(shí)現(xiàn)不停車全自動(dòng)收費(fèi)的電子收費(fèi)系統(tǒng)。具體的構(gòu)成如下圖所示：

1.2 ETC的構(gòu)成與工作流程

一個(gè)完善的ETC系統(tǒng)由3級(jí)系統(tǒng)構(gòu)成，它們分別是：收費(fèi)車道系統(tǒng)、收費(fèi)結(jié)算系統(tǒng)和收費(fèi)站管理系統(tǒng)，這樣的組合使得高速公路對(duì)外界呈現(xiàn)一種相對(duì)封閉的狀態(tài)。正如上圖所示，ETC系統(tǒng)的核心部件有車窗前的電子標(biāo)簽、車道旁的讀寫器、車道控制器、閘道、道路監(jiān)控?cái)z像機(jī)、車輛分離器、費(fèi)用顯示牌、報(bào)警燈等，其中最重要的是電子標(biāo)簽和讀寫器。

ETC系統(tǒng)的工作原理是：系統(tǒng)通過車道兩側(cè)的讀寫設(shè)備，識(shí)別車輛車窗前的電子標(biāo)簽，判斷車道中的車輛車型，按照對(duì)應(yīng)車型計(jì)算通行費(fèi)用，從車主綁定的銀行賬戶中自動(dòng)結(jié)算扣取通行費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)不停車收費(fèi)通行。對(duì)于車輛違章通行行為，ETC專用通道前安裝了攝像頭，可對(duì)車道上違章通行的車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)抓拍，上傳到相關(guān)系統(tǒng)，交警部門進(jìn)行及時(shí)處理。具體工作流程是：

（1）當(dāng)車輛行使進(jìn)入ETC專用車道入口的讀寫器感應(yīng)區(qū)域時(shí)，電子標(biāo)簽內(nèi)的感應(yīng)線圈接收到讀寫器發(fā)送的微波信號(hào)產(chǎn)生微弱的感應(yīng)電流，電子標(biāo)簽被激活，向讀寫器傳送信息。

（2）電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息以微波的方式通過天線傳輸出去，讀寫器接收到調(diào)制信號(hào)，進(jìn)行解調(diào)和解碼處理后，再將信息傳輸?shù)较到y(tǒng)主機(jī)。

（3）系統(tǒng)主機(jī)對(duì)接受到的電子標(biāo)簽的身份信息進(jìn)行核對(duì)之后，對(duì)閱讀器發(fā)出控制信號(hào)，儲(chǔ)存車輛的進(jìn)入信息，打開車輛閘道，指示燈由初始設(shè)定的紅色變?yōu)榫G色，指示允許車輛通過。

（4）當(dāng)車輛到達(dá)ETC車道出口讀寫器感應(yīng)區(qū)域時(shí)，讀寫器再次確認(rèn)車輛的詳細(xì)信息和進(jìn)入時(shí)間，核對(duì)無誤后，系統(tǒng)計(jì)算通行費(fèi)用，在費(fèi)用顯示牌上呈現(xiàn)通行費(fèi)數(shù)額，車道控制器將交易相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞召M(fèi)結(jié)算系統(tǒng)和收費(fèi)站，車輛離開通道，道閘關(guān)閉，指示燈變?yōu)榧t色。

（5）如果車輛在未安裝電子標(biāo)簽或安裝無效標(biāo)簽的情況下進(jìn)入ETC專用通行道，通道的讀寫器接受不到相關(guān)信息，指示燈會(huì)發(fā)出警報(bào)，道閘處于關(guān)閉狀態(tài)，禁止車輛通過，同時(shí)車道安裝的攝像機(jī)會(huì)抓拍到車輛的車牌號(hào)，最后上傳到交管部門。

2 RFID技術(shù)原理與組成

RFID（Radio Frequency Identification）即射頻識(shí)別，又稱為電子標(biāo)簽，它利用電磁感應(yīng)、無線電波等進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到電子信息識(shí)別和交換的目的。RFID具有非接觸式信息采集和處理的突出優(yōu)勢(shì)，將它應(yīng)用于ETC系統(tǒng)，能快速、準(zhǔn)確、有效地識(shí)別通過ETC專用通道的電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的車輛信息。

RFID技術(shù)由電子標(biāo)簽、閱讀器和天線3部分構(gòu)成。電子標(biāo)簽由耦合元件和芯片組成，擁有唯一的電子編碼，一般附著在被識(shí)別物體上，車窗前的電子標(biāo)簽內(nèi)一般設(shè)有車輛的詳細(xì)信息，能量從閱讀器發(fā)出的射頻信號(hào)中獲取，它本身不具有工作能量；閱讀器是用來為電子標(biāo)簽提供能量和接收讀取電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)的信息的設(shè)備，通過短程通信協(xié)議與系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行通信，獲取電子標(biāo)簽內(nèi)的車輛信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)解密，還可以將主機(jī)傳給標(biāo)簽的信息進(jìn)行加密傳輸；閱讀器和電子標(biāo)簽之間的通信需要安裝天線才能進(jìn)行最大的能量傳輸，使得電子標(biāo)簽獲得能量進(jìn)入被激活的工作狀態(tài)。

RFID系統(tǒng)的工作頻率主要有：低頻，125kHz；高頻，3.56MHz；甚高頻，869MHz；微波頻段，245GHz和5.8GHz等。一般來講，工作頻率越高，識(shí)別距離就越遠(yuǎn)，方向性也越強(qiáng)，但其穿透能力越差。其中微波頻段的5.8GHz系統(tǒng)主要應(yīng)用于交通領(lǐng)域，是我國(guó)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)目前作為車輛識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)的暫行標(biāo)準(zhǔn)。

3 ETC系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)及改進(jìn)

ETC系統(tǒng)相比較傳統(tǒng)的半自動(dòng)人工收費(fèi)（MTC）系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)突出，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

3.1 提高通行效率，降低運(yùn)營(yíng)成本

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在高速公路收費(fèi)站，人工收費(fèi)通道車輛繳費(fèi)通行時(shí)間為14秒，而ETC專用通道只需要2秒，通行能力是人工收費(fèi)通道的5倍以上，在交通繁忙的高速公路入口將極大減小交通壓力。同樣，1條ETC通道的通行能力相當(dāng)于5條以上的人工收費(fèi)通道的通行能力，投入ETC通道使用，可以減少收費(fèi)站的擴(kuò)建費(fèi)用和收費(fèi)工作人員服務(wù)成本，大大降低了運(yùn)營(yíng)成本。

3.2 減少燃油消耗，降低環(huán)境污染

ETC通道的不停車收費(fèi)減少了汽車因?yàn)榕抨?duì)而頻繁的啟動(dòng)、剎車次數(shù)，使得平均每輛車經(jīng)過收費(fèi)路口減少0.0314升的油耗，明顯降低收費(fèi)區(qū)域的噪聲污染和廢氣排放。

于此同時(shí)，ETC系統(tǒng)由于本身的特點(diǎn)，還需要做出一些改進(jìn)。首先，我國(guó)的ETC系統(tǒng)相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家來講起步很晚，使用的ETC設(shè)備主要靠國(guó)外進(jìn)口，由于不同廠商設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)不同，造成兼容性較差；其次，我國(guó)幅員遼闊，共有34個(gè)省級(jí)行政區(qū)域，他們各自為政，制定了差異不一的各類標(biāo)準(zhǔn)，缺乏統(tǒng)一的協(xié)調(diào)與管理；另外，由于RFID技術(shù)的特點(diǎn)，ETC系統(tǒng)容易出現(xiàn)干擾，例如跟車干擾和鄰道干擾；最后ETC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)通行收費(fèi)流程全自動(dòng)進(jìn)行，對(duì)通訊系統(tǒng)和電力系統(tǒng)依賴極大，一旦通訊系統(tǒng)和電路系統(tǒng)出現(xiàn)故障，很容易造成系統(tǒng)崩潰。ETC系統(tǒng)存在的這些缺陷，需要我國(guó)各部門之間進(jìn)行協(xié)調(diào)處理，制定統(tǒng)一的設(shè)備、管理標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)全國(guó)聯(lián)網(wǎng)通行；克服ETC系統(tǒng)中存在的技術(shù)難題；定期做好ETC的維護(hù)升級(jí)，修復(fù)系統(tǒng)漏洞，防止黑客攻擊；探索新技術(shù)，不斷完善系統(tǒng)功能，例如脫機(jī)功能，在通訊和電力系統(tǒng)故障時(shí)，ETC也能正常工作，待通訊和電力系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)，再將交易信息進(jìn)行上傳。只有這樣，我國(guó)才能在交通信息化的推動(dòng)下，逐漸發(fā)展成為智能交通大國(guó)。

4 總結(jié)

RFID技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于各領(lǐng)域中，作用突出，技術(shù)成熟，逐漸占據(jù)了主流地位，成為21世紀(jì)全球自動(dòng)識(shí)別技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。而RFID在ETC系統(tǒng)中的應(yīng)用，逐漸緩解了高速公路收費(fèi)站交通堵塞的現(xiàn)象，為全面實(shí)現(xiàn)以交通信息化為主的智能交通提供了突破口。雖然我國(guó)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，采用的是ETC和MTC共存的收費(fèi)方式但是隨著RFID技術(shù)的不斷完善升級(jí)，以RFID技術(shù)為主的ETC系統(tǒng)將會(huì)加大力度應(yīng)用于更多的路橋收費(fèi)站中，增加ETC的通道數(shù)量，最終實(shí)現(xiàn)全面ETC通道，為人們?cè)诮煌I(lǐng)域生活的快速、便捷謀得福祉。

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（作者單位：河南省鶴壁高中）