基于RFID的ETC系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用

　　2.1 ETC系統(tǒng)概述

　　在車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)和實(shí)施了多種不同的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，如感應(yīng)線圈識(shí)別技術(shù)、聲表面波識(shí)別技術(shù)、條形碼識(shí)別技術(shù)、紅外通信識(shí)別技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)等，但最終主流歸結(jié)到采用射頻識(shí)別技術(shù)作為ETC系統(tǒng)的車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。

　　ETC系統(tǒng)，即通常所說(shuō)的不停車收費(fèi)系統(tǒng)，它是以現(xiàn)代通信技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)為主導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)車輛不停車自動(dòng)收費(fèi)的智能交通電子系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)路側(cè)天線與車載電子標(biāo)簽之間的專用短程通信，進(jìn)行車輛自動(dòng)識(shí)別和有關(guān)收費(fèi)數(shù)據(jù)的交換，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)收費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)收費(fèi)的全電子收費(fèi)管理系統(tǒng)。

　　射頻識(shí)別系統(tǒng)是利用安裝在車內(nèi)的射頻卡(無(wú)線電收發(fā)裝置)存儲(chǔ)車輛編號(hào)及相關(guān)信息，安裝在車道的射頻天線可與該無(wú)線電收發(fā)裝置以專用短程通信(DSRC)方式交換信息，并對(duì)其存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行讀寫操作，從而識(shí)別出當(dāng)前通行車輛。

　　不停車收費(fèi)系統(tǒng)有三個(gè)主要特點(diǎn)，不停車、無(wú)人操作和無(wú)現(xiàn)金交易。ETC技術(shù)在國(guó)外已有較長(zhǎng)的發(fā)展歷史，美國(guó)、歐洲等許多國(guó)家和地區(qū)的電子收費(fèi)系統(tǒng)已經(jīng)局部聯(lián)網(wǎng)并形成規(guī)模效益。目前，關(guān)東高速已全面實(shí)現(xiàn)了ETC收費(fèi)，只保留部分車道進(jìn)行ETC和半自動(dòng)混合收費(fèi)。絕大部分的商業(yè)運(yùn)營(yíng)車輛已經(jīng)裝備了ETC車載單元，我國(guó)很多地區(qū)已經(jīng)開始使用ETC系統(tǒng)對(duì)高速公路收費(fèi)管理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。

　　不停車收費(fèi)技術(shù)特別適于在高速公路或交通繁忙的橋隧環(huán)境。傳統(tǒng)的車道隔離收費(fèi)系統(tǒng)稱為單車道不停車收費(fèi)系統(tǒng)，在無(wú)車道隔離情況下的自由交流下的不停車收費(fèi)系統(tǒng)通稱為自由流不停車收費(fèi)系統(tǒng)。不停車收費(fèi)技術(shù)的實(shí)施，不僅可以大大提高公路的通行能力，使公路收費(fèi)走向自動(dòng)化，同時(shí)也可以大大降低收費(fèi)口的噪聲水平和廢氣排放。從而，節(jié)約了基建費(fèi)用和管理費(fèi)用，也為城市環(huán)境的改善做出了突出貢獻(xiàn)。電子收費(fèi)系統(tǒng)代表當(dāng)今最先進(jìn)的收費(fèi)技術(shù)，也是未來(lái)發(fā)展的方向，有著廣闊的發(fā)展前景。

　　2.2 不停車收費(fèi)系統(tǒng)的工作原理

　　2.2.1 ETC系統(tǒng)的技術(shù)原理

　　ETC系統(tǒng)是通過(guò)遠(yuǎn)距離、非接觸采集射頻卡的信息，實(shí)現(xiàn)車輛在快速移動(dòng)狀態(tài)下的自動(dòng)識(shí)別從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)化管理。目前，該系統(tǒng)的要求是，遠(yuǎn)距離讀卡器能識(shí)讀至少十米的距離。由于技術(shù)要求和實(shí)際情況的不同，所采用的讀卡器的型號(hào)也不同。而就工作頻率范圍而言，目前電子收費(fèi)系統(tǒng)是確定在5.8 GHz附近，歐洲、日本、美國(guó)、中國(guó)等大多數(shù)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)定在5.8～5.9 GHz頻段。

　　在我國(guó)選用5.8 GHz頻段具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，我國(guó)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系靠近歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系，無(wú)線電頻率資源的分配大致相同。其次，5.8 GHz頻段背景噪聲小，而且解決該頻段的干擾和抗干擾問(wèn)題要比解抉915 MHz，2.45 GHz容易。再次，5.8 GHz頻段的設(shè)備供應(yīng)商較多，有利于我國(guó)ETC系統(tǒng)的設(shè)備引進(jìn)，有利于降低系統(tǒng)成本，也有利于將來(lái)開展智能運(yùn)輸系統(tǒng)領(lǐng)域的其他服務(wù)。

　　2.2.2 ETC系統(tǒng)的系統(tǒng)組成

　　ETC系統(tǒng)主要由ETC收費(fèi)車道、收費(fèi)站管理系統(tǒng)、ETC管理中心、專業(yè)銀行及傳輸網(wǎng)絡(luò)組成。車道控制子系統(tǒng)用于控制和管理各種外場(chǎng)設(shè)備與安裝在車輛上的電子標(biāo)簽的通信，記錄車輛的各種信息，并實(shí)時(shí)傳送給收費(fèi)站管理子系統(tǒng)。收費(fèi)站管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集管理傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)。ETC管理中心是ETC系統(tǒng)的最高管理層，既要進(jìn)行收費(fèi)信息與數(shù)據(jù)的處理和交換又要行使必要的管理職能，它包括各公路的收費(fèi)專營(yíng)公司、結(jié)算中心和客戶服務(wù)中心，根據(jù)收到的數(shù)據(jù)文件在公路收費(fèi)專營(yíng)公司和用戶之間進(jìn)行交易、拆賬和財(cái)務(wù)結(jié)算，配有多臺(tái)功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，完成系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)、圖像的采集和處理。圖2為其結(jié)構(gòu)框圖。

　　2.2.3 ETC系統(tǒng)的工作流程

　　車主到客戶服務(wù)中心或代理機(jī)構(gòu)購(gòu)置車載電子標(biāo)簽，交納儲(chǔ)值。由發(fā)行系統(tǒng)向電子標(biāo)簽輸入車輛識(shí)別碼(ID)與密碼，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中存入該車輛的全部有關(guān)信息(如識(shí)別碼、車牌號(hào)、車型、顏色、儲(chǔ)值、車主姓名、電話等)。發(fā)行系統(tǒng)通過(guò)通信網(wǎng)將上述車主、車輛信息輸入收費(fèi)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。車主將標(biāo)識(shí)卡貼在車內(nèi)前窗玻璃上即可。當(dāng)車輛進(jìn)入ETC收費(fèi)車道處于LI天線的發(fā)射區(qū)時(shí)，處在休眠狀態(tài)的電子標(biāo)簽受到微波激勵(lì)而蘇醒，開始工作；電子標(biāo)簽以微波方式發(fā)出電子標(biāo)簽和車型代碼；天線接收確認(rèn)電子標(biāo)簽有效后，以微波發(fā)出人LI車道代碼和時(shí)間信號(hào)，寫入電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)器內(nèi)。當(dāng)車輛駛?cè)胧召M(fèi)車道出口天線發(fā)射范圍，經(jīng)過(guò)喚醒、相互認(rèn)證有效性等過(guò)程，天線讀出車型代碼以及入LI代碼和時(shí)間，傳送給車道控制器，車道控制器存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)并編輯成數(shù)據(jù)文件，上傳給收費(fèi)站管理子系統(tǒng)并轉(zhuǎn)送收費(fèi)結(jié)算中心。

　　如果持無(wú)效標(biāo)識(shí)或無(wú)卡車輛。在收費(fèi)車道上高速?zèng)_卡而過(guò)，天線在確認(rèn)無(wú)效性的同時(shí)，將啟動(dòng)快速自動(dòng)欄桿，關(guān)閉收費(fèi)車道，當(dāng)場(chǎng)將沖卡車輛攔截；在無(wú)專用收費(fèi)車道的自由流收費(fèi)時(shí)，可啟動(dòng)逃費(fèi)抓拍攝像機(jī)，將逃費(fèi)沖卡車輛的車頭和牌照號(hào)碼攝錄下來(lái)，隨同出LI代碼和沖卡時(shí)間一并傳送給車道控制機(jī)記錄在案，事后依法處理。

　　收費(fèi)結(jié)算中心與管理銀行收到匯總好的各路公司的收費(fèi)信息后，從各個(gè)用戶賬號(hào)中，扣除通行費(fèi)和算出金額，撥入相應(yīng)公司賬號(hào)。與此同時(shí)，銀行核對(duì)各用戶賬號(hào)剩余金額是否低于預(yù)定的臨界閾值，如低于，應(yīng)及時(shí)通知用戶補(bǔ)交金額，繼續(xù)通行，導(dǎo)致剩余金額低于危險(xiǎn)門限值，則應(yīng)將其劃歸無(wú)效電子標(biāo)簽，編人黑名單，并通知各收費(fèi)站，拒絕無(wú)效電子標(biāo)簽在高速公路電子收費(fèi)車道通行。

　　收費(fèi)結(jié)算中心設(shè)有用戶服務(wù)機(jī)構(gòu)，向用戶出售識(shí)別卡、補(bǔ)收金額和接待客戶查詢。后臺(tái)有一套金融運(yùn)行規(guī)則和強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫(kù)的支持，處理事后收費(fèi)等事項(xiàng)。

　　3 RFID的發(fā)展前景

　　目前，RFID技術(shù)已在我國(guó)很多行業(yè)得到應(yīng)用，并取得良好成果。例如，我國(guó)已在有條件的部門和地方啟動(dòng)了RFID應(yīng)用試點(diǎn)工作，主要涉及領(lǐng)域包括：工業(yè)自動(dòng)化；商業(yè)自動(dòng)化；汽車行業(yè)；生產(chǎn)管理；供應(yīng)鏈管理與現(xiàn)代物流等。RFID技術(shù)已成為21世紀(jì)全球自動(dòng)識(shí)別技術(shù)發(fā)展的主要方向。特別是RFID技術(shù)在ETC系統(tǒng)中的應(yīng)用，為交通收費(fèi)行業(yè)的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。從未來(lái)的交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來(lái)看，ETC系統(tǒng)將成為交通業(yè)的主流，因而該系統(tǒng)在交通收費(fèi)行業(yè)有著廣闊的發(fā)展前景。

　　4 結(jié) 語(yǔ)

　　通過(guò)RFID技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用，并逐漸占據(jù)主流地位，可以看出該技術(shù)已從眾多的識(shí)別技術(shù)中脫穎而出，并且不斷發(fā)展完善。而基于RFID技術(shù)的ETC系統(tǒng)與傳統(tǒng)的收費(fèi)系統(tǒng)相比，有著絕對(duì)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，而且該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。隨著RFID技術(shù)的發(fā)展，ETC系統(tǒng)也會(huì)逐漸得到完善。