RFID在智能交通及停车场管理中的应用

一、RFID技术简介  

射频识别技术RFID（Radio Frequency Identification Technology）是从八十年代起走向成熟的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。从概念上来讲，RFID 类似于条码扫描，对于条码技术而言，它是将已编码的条形码附着于目标物并使用专用的扫描读写器利用光电信号将信息由条形磁传送到扫描读写器；而RFID则使用专用的RFID读写器及专门的可附着于目标物的RFID单元，利用RF信号将信息由RFID单元传送至RFID读写器。RFID单元中载有关于目标物的各类相关信息，如：该目标物的名称，目标物运输起始终止地点、中转地点及目标物经过某一地的具体时间等，还可以载入诸如温度等指标。RFID单元，如标签、卡等可灵活附着于从车辆到载货底盘的各类物品。  

（1）、最基本的RFID系统组成：  

阅读器(Reader)：读取(有时还可以写入)标签信息的设备，可设计为手持式或固定式；  

天线(Antenna)：在标签和读取器间传递射频信号。  

电子标签中一般保存有约定格式的电子数据，在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面。读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别体的目的。通常阅读器与电脑相连，所读取的标签信息被传送到电脑上进行下一步处理。(在以上基本配置之外，还应包括相应的应用软件)  

标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象；每个标签都有一个全球唯一的ID号码——UID，UID是在制作芯片时放在ROM中的，无法修改。用户数据区(DATA)是供用户存放数据的，可以进行读写、覆盖、增加的操作。读写器对标签的操作有三类：  

识别(Identify):读取UID；  

读取(Read):读取用户数据；  

写入(Write):写入用户数据  

（2）RFID系统的工作原理：   

RFID系统在实际应用中，电子标签附着在待识别物体的表面，电子标签中保存有约定格式的电子数据。阅读器可无接触地读取并识别电子标签中所保存的电子数据，从而达到自动识别物体的目的。阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息，被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。   

（3）RFID系统的工作频率：   

通常阅读器发送时所使用的频率被称为RFID系统的工作频率。常见的工作频率有低频125kHz、134.2kHz及13.56MHz等等。低频系统一般指其工作频率小于30MHz，典型的工作频率有：125KHz、225KHz、13.56M等，这些频点应用的射频识别系统一般都有相应的国际标准予以支持。其基本特点是电子标签的成本较低、标签内保存的数据量较少、阅读距离较短、电子标签外形多样（卡状、环状、钮扣状、笔状）、阅读天线方向性不强等。  

高频系统一般指其工作频率大于400MHz， 典型的工作频段有：915MHz、2.45GHz、5.8GHz等。高频系统在这些频段上也有众多的国际标准予以支持。高频系统的基本特点是电子标签及阅读器成本均较高、标签内保存的数据量较大、阅读距离较远（可达几米至十几米）， 适应物体高速运动性能好，外形一般为卡状，阅读天线及电子标签天线均有较强的方向性。  

（4）RFID标签类型   

RFID标签分为被动标签(Passive tags)和主动标签(Active tags)两种。主动标签自身带有电池供电，读/写距离较远时体积较大，与被动标签相比成本更高，也称为有源标签， 一般具有较远的阅读距离，不足之处是电池不能长久使用，能量耗尽后需更换电池。  

无源电子标签在接收到阅读器（读出装置）发出的微波信号后，将部分微波能量转化为直流电供自己工作，一般可做到免维护，成本很低并具有很长的使用寿命，比主动标签更小也更轻，读写距离则较近，也称为无源标签。相比有源系统，无源系统在阅读距离及适应物体运动速度方面略有限制。  

按照存储的信息是否被改写，标签也被分为只读式标签（read only）和可读写标签（read and write） 只读式标签内的信息在集成电路生产时即将信息写入，以后不能修改，只能被专门设备读取；可读写标签将保存的信息写入其内部的存贮区，需要改写时也可以采用专门的编程或写入设备擦写。一般将信息写入电子标签所花费的时间远大于读取电子标签信息所花费的时间，写入所花费的时间为秒级，阅读花费的时间为毫秒级。  

3、RFID技术特点及优势  

RFID是一项易于操控，简单实用且特别适合用于自动化控制的灵活性应用技术，识别工作无须人工干预，它既可支持只读工作模式也可支持读写工作模式，且无需接触或瞄准；可自由工作在各种恶劣环境下：短距离射频产品不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可以替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体；长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十米，如自动收费或识别车辆身份等。其所具备的独特优越性是其它识别技术无法企及的。主要有以下几个方面：  

读取方便快捷：数据的读取无需光源，甚至可以透过外包装来进行。有效识别距离更大，采用自带电池的主动标签时，有效识别距离可达到30米以上；  

识别速度快：标签一进入磁场，解读器就可以即时读取其中的信息，而且能够同时处理多个标签，实现批量识别；  

数据容量大：数据容量最大的二维条形码(PDF417)，最多也只能存储2725个数字；若包含字母，存储量则会更少；RFID标签则可以根据用户的需要扩充到数十K；  

使用寿命长，应用范围广：其无线电通信方式，使其可以应用于粉尘、油污等高污染环境和放射性环境，而且其封闭式包装使得其寿命大大超过印刷的条形码；  

标签数据可动态更改：利用编程器可以向写入数据，从而赋予RFID标签交互式便携数据文件的功能，而且写入时间相比打印条形码更少；  

更好的安全性：不仅可以嵌入或附着在不同形状、类型的产品上，而且可以为标签数据的读写设置密码保护，从而具有更高的安全性；  

动态实时通信：标签以与每秒50～100次的频率与解读器进行通信，所以只要RFID标签所附着的物体出现在解读器的有效识别范围内，就可以对其位置进行动态的追踪和监控。   

二、  RFID技术在智能交通领域的应用  

当今随着社会经济的发展，城市化进程加速，人口迅速向城市迁移聚集。人口、车辆数量不断的增长，但是有限的可用土地以及经济要素的制约却使得城市道路扩建增容有限，因此不可避免的带来一系列的交通问题。当今世界各地的大中城市无不存在着交通问题的困扰。交通拥堵使得人们每天将大量宝贵的时间消耗在路上、车中，同时也导致商业车辆在交通运输中延误，增加了运输成本。交通事故率也不断上升，每年都会带来巨大的人员伤亡和经济损失。据美国有关部门预测，到2020年，美国因交通事故造成的经济损失每年将会超过1500亿美元，而日本东京目前因交通拥堵每年造成的经济损失为1230亿美元。为解决日益严重的交通问题，各国政府采取各种措施，如对汽车课以重税限制汽车的数量，实施交通管制等来加强管理。但是在做过各种尝试，花费了巨大的管理成本后，交通状况依然难有根本改观。  

人们逐渐认识到交通系统是一个复杂的综合性系统，单独从道路或车辆的角度来考虑，都将很难解决交通问题，必须把车辆和道路综合起来，考虑如何在有限的道路资源条件下，提高道路资源的利用率，这才是解决问题的关键。同时自上世纪后期以来信息技术的迅猛发展和广泛应用也给以上的解决思路提供了有效的技术手段支持。在这样的背景下，智能交通的概念应用而生，成为研究应用的热点。  

所谓的智能交通系统是指将先进的信息技术、电子通讯技术、自动控制技术、计算机技术以及网络技术等有机地运用于整个交通运输管理体系而建立起的一种实时、准确、高效的交通运输综合管理和控制系统。它是由若干子系统所组成的，通过系统集成将道路、驾驶员和车辆有机地结合在一起，加强三者之间的联系。借助于系统的智能技术将各种交通方式的信息及道路状况进行登记、收集、分析，并通过远程通讯和信息技术，将这些信息实时提供给需要的人们，以增强行车安全，减少行车时间，并指导行车路线。同时管理人员通过采集车辆、驾驶员和道路的实时信息来提高其管理效率，以达到充分利用交通资源的目的。  

RFID作为一种新兴的自动识别技术，由于具有远距离识别、可存储携带较多的信息、读取速度快、可应用范围广等优点，非常适合在智能交通和停车管理方面使用。目前RFID已经在交通领域开始逐步成功推广应用，并且取得了良好的社会和经济效益，其应用前景为业内人士一致看好。在智能交通领域，RFID主要应用在以下方面：  

（1）、电子不停车收费（ETC）  

电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection，简称ETC）是一种用于公路、大桥和隧道的电子自动收费系统。它应用RFID 技术，通过路侧天线与车载电子标签之间的专用短程通讯，在不需要司机停车和其他收费人员采取任何操作的情况下，自动完成收费处理全过程。不停车收费涉及交通基础设施投资的回收，又是缓解收费站交通堵塞的有效手段，而且在使用中收费卡的用量又很大，因此各个国家都优先投入不停车收费系统应用系统的开发，并且积极推广，目前在欧美应用已经比较成熟，普遍，我国也已经在广东、四川等地的高速公路上投入应用。通过应用不停车收费系统可以提高通过效率，防止收费站交通“瓶颈”的发生，同时通过RFID技术实现无人为干预的收费，有效地遏制了偷逃过路费，收费人员玩忽职守、循私作弊等行为，同时降低收费站的管理成本，更快地收回基础设施的投资。  

（2）海关码头电子车牌系统(EVI) ：  

数量巨大的货物在港口码头及海关的装卸、进出港、通关，相当大的部分是用车辆作为运输的手段。因此在港口码头及海关往来的车辆众多，且可能属于海关、船公司、船代公司、货代公司、港务局、集装箱场站等不同行业的不同单位，如果不采取统一的措施很难调度管理，给通关及货物的流转带来很大的困难。采用RFID技术来实现的电子车牌管理系统能有效的解决这一问题。  

该系统通过对往来的车辆统一管理登记、发放车载电子标签，并在关键的出入监控点安放RFID识读设备，可以使安装电子车牌的监管车辆在通过监控通道时，可以被识别系统准确及时的识别，以完成车辆数据采集的要求。同时采用无线通讯等信息技术将采集到的车辆信息提交管理系统，来完成车辆身份的确认、以及查询和统计，调度等功能。通过应用海关码头电子车牌系统可以有效提高海关车辆通行能力，实时统计监测车辆信息，防止误检、漏检，提高通关效率，同时可以阻止组织偷窃、打击走私等行为。    

（3）、城市交通调度管理系统（TMS）：  

   

车辆调度管理系统是智能交通系统的核心组成部分，采用先进的信息通讯技术，收集道路交通的动态、静态信息，并进行实时地分析，并根据分析结果安排车辆的行驶路线，出行时间，以达到充分利用有限的交通资源，提高车辆的使用效率，同时也可以了解车辆运行情况，加强车辆的管理。  

RFID技术可以作为交通调度系统信息采集的有效手段，在交通调度管理系统中得以应用。比如利用将RFID应用于公交车场管理系统，可以实现公交车进出站，信息自动、准确、远距离、不停车采集，使公交调度系统准确掌握公交停车场公交车进出的实时动态信息。通过实施该系统可有效提高公交车的管理水平，对采集的数据利用计算机进行研究分析，可以掌握车辆运用规律，杜绝车辆管理中存在的漏洞，实现公交车辆的智能化管理，提升城市形象。同时采用RFID作为技术手段具有很高的经济性，与全球卫星定位系统（GPS）等技术相比具有安装方便、适应性强、成本低，车辆无需改造等特点。同时一些地区和城市也开始将RFID应用于垃圾运输车辆、危险品运输车辆等特殊服务车辆的调度和管理。通过在车上安放电子标签，在特定路段的监控点放置识读设备来监控车辆是否按照规定的路线行驶、在有泄漏等情况出现时及时发现事故车辆。  

（4）、电子注册管理（EVR）：  

车辆的注册登记以及牌照管理一直以来都是交通管理部门的管理重点也是难点所在，黑车、假牌照等问题始终都没有得到根除。但是新技术也许会变得简单，采用RFID技术实现车辆电子注册管理系统就是有效解决这一问题的方法之一。车辆注册登记后加载RFID电子车牌，由于每个标签都有一个全球唯一的ID号码——UID，UID是在制作芯片时放在ROM中的，无法修改，所以可以实现防伪功能。同时标签可以被远距离识别，无需停车及认为干预就可以监查，因此可以规范车辆管理手段，加强对车辆的监查力度，实现车辆年检的智能化管理，加强对非法车辆的打击力度。现在该系统已经在军车等方面得到应用，取得了良好的社会和经济效益。  

（5）、基于RFID的车辆智能称重系统  

通过将称重系统和远距离RFID自动识别技术结合可以实现基于车辆的智能称重系统。该系统在原有称重管理系统上附加了采用远距离RFID自动识别实现的对称重车辆的自动识别功能，并将自动采集到的称重车辆信息合并到称重管理系统中。应用智能称重管理系统可提高称重效率，减少车辆在待检处的停留等待，同时通过车号自动识别和精确计量可有效地防止了人为舞弊给带来的经济损失。此外，系统实施后还大大降低了工作人员的劳动强度和人工称重的失误率。因此基于RFID的车辆智能称重系统实现了识别、计量、监控的完美结合。该系统可以灵活应用到交通运输的很多方面，如在高速路口自动称重以治理超载，在码头等物资集散地可以加快车辆计重速度，减少拥堵等，具有巨大的应用价值。  

三、应用RFID实现的停车管理  

城市经济和汽车工业的迅速发展，城市汽车尤其是私家车的数量激增，庞大的车流进入城市家庭。但是由于停车场及停车设施建设滞后等原因，停车难、停车管理难的问题也随之而来，尤其是在一些高档社区、企业、政府机构矛盾更是日益突出，停车管理漏洞百出，车主与物业等停车管理方纠纷不断。采用无线射频识别RFID技术结合图像数字处理、自动控制的智能停车场管理系统可以有效解决上述停车管理问题。  

系统特点   

智能称车场系统能有效、准确、智能的对进出停车场的系统车辆（装有电子车牌的车辆）和非系统车辆（未装有电子车牌的车辆）的数据信息识别、采集、记录并按需上传，处理，并在必要时可以通过相应的人工干预进行补充，以避免非正常事件（非系统车进出时）的影响，确保门禁系统有高效的车辆智能放行能力，此外通过正确设计、安装，仅需用同一个频点就可以在许多车道上同时完成车辆不停车通行而互不干扰。   

RFID应用于停车管理主要有以下关键技术：车载电子标签；车道微波天线；收费车道控制器；专用短程通信DSRC   
当该车辆驶入/出门禁天线通信区时，天线以微波通讯的方式与电子识别卡进行双向数据交换，从电子车卡上读取车辆的相关信息，在司机卡上读取司机的相关信息，自动识别电子车卡和司机卡并判断车卡是否有效和司机卡的合法性，车道控制电脑显示与该电子车卡和司机卡一一对应的车牌号码及驾驶员等资料信息；车道控制电脑自动将通过时间、车辆和驾驶员的有关信息存入数据库中，车道控制电脑根据读到的数据进行判断如下：1、正常卡：当读到的车牌号和司机卡都是合法的，活动门自动打开，车辆离开线圈1后，活动门自动关闭；2、未授权卡：当读到的车卡或司机卡是未授权的，系统报警并抓拍保存图片，活动门闸不开启；3、无卡车：当车辆触发线圈2时，系统没有读到车卡和司机卡时，系统判定为无卡车，系统报警并抓拍保存图片，活动门不开启；4、非法卡：非本单位卡片，虽被读卡器读出数据，但不是本单位，系统报警并抓拍保存图片，活动门不开启。   

应用该系统可以实现车辆自动识别和信息化管理，提高车辆的通行效率和安全性，并统计车辆出入数据，方便管理人员进行调度，减轻管理人员的劳动强度，并且有效防止收费漏洞。停车场智能管理系统将是智能大厦或智能住宅小区正常运营的必要条件，对小区的现代化文明建设，稳定地控制、管理车辆进出，公正严格地进行收费，保证寄存车辆的安全等，发挥了很大的作用。未来的停车场将更加大型化、复杂化、智能化，系统管理也将更开放、更灵活，将停车场管理系统纳入楼宇自动化系统，形成一个计算机管理信息系统，使小区的综合管理得到全面的提高。