基于RFID的ETC系統設計應用

　　2.1 ETC系統概述

　　在車(chē)輛自動(dòng)識別技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，實(shí)驗和實(shí)施了多種不同的自動(dòng)識別技術(shù)，如感應線(xiàn)圈識別技術(shù)、聲表面波識別技術(shù)、條形碼識別技術(shù)、紅外通信識別技術(shù)和射頻識別技術(shù)等，但最終主流歸結到采用射頻識別技術(shù)作為ETC系統的車(chē)輛自動(dòng)識別技術(shù)。

　　ETC系統，即通常所說(shuō)的不停車(chē)收費系統，它是以現代通信技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計算機和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等高新技術(shù)為主導，實(shí)現車(chē)輛不停車(chē)自動(dòng)收費的智能交通電子系統。該系統通過(guò)路側天線(xiàn)與車(chē)載電子標簽之間的專(zhuān)用短程通信，進(jìn)行車(chē)輛自動(dòng)識別和有關(guān)收費數據的交換，通過(guò)計算機網(wǎng)絡(luò )對收費數據進(jìn)行處理，實(shí)現不停車(chē)自動(dòng)收費的全電子收費管理系統。

　　射頻識別系統是利用安裝在車(chē)內的射頻卡(無(wú)線(xiàn)電收發(fā)裝置)存儲車(chē)輛編號及相關(guān)信息，安裝在車(chē)道的射頻天線(xiàn)可與該無(wú)線(xiàn)電收發(fā)裝置以專(zhuān)用短程通信(DSRC)方式交換信息，并對其存儲內容進(jìn)行讀寫(xiě)操作，從而識別出當前通行車(chē)輛。

　　不停車(chē)收費系統有三個(gè)主要特點(diǎn)，不停車(chē)、無(wú)人操作和無(wú)現金交易。ETC技術(shù)在國外已有較長(cháng)的發(fā)展歷史，美國、歐洲等許多國家和地區的電子收費系統已經(jīng)局部聯(lián)網(wǎng)并形成規模效益。目前，關(guān)東高速已全面實(shí)現了ETC收費，只保留部分車(chē)道進(jìn)行ETC和半自動(dòng)混合收費。絕大部分的商業(yè)運營(yíng)車(chē)輛已經(jīng)裝備了ETC車(chē)載單元，我國很多地區已經(jīng)開(kāi)始使用ETC系統對高速公路收費管理系統進(jìn)行升級。

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

　　2.2 不停車(chē)收費系統的工作原理

　　2.2.1 ETC系統的技術(shù)原理

　　ETC系統是通過(guò)遠距離、非接觸采集射頻卡的信息，實(shí)現車(chē)輛在快速移動(dòng)狀態(tài)下的自動(dòng)識別從而實(shí)現目標的自動(dòng)化管理。目前，該系統的要求是，遠距離讀卡器能識讀至少十米的距離。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也不同。而就工作頻率范圍而言，目前電子收費系統是確定在5.8 GHz附近，歐洲、日本、美國、中國等大多數國家的標準定在5.8～5.9 GHz頻段。

　　在我國選用5.8 GHz頻段具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，我國通信系統標準體系靠近歐洲標準體系，無(wú)線(xiàn)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頻段的設備供應商較多，有利于我國ETC系統的設備引進(jìn)，有利于降低系統成本，也有利于將來(lái)開(kāi)展智能運輸系統領(lǐng)域的其他服務(wù)。

　　2.2.2 ETC系統的系統組成

　　ETC系統主要由ETC收費車(chē)道、收費站管理系統、ETC管理中心、專(zhuān)業(yè)銀行及傳輸網(wǎng)絡(luò )組成。車(chē)道控制子系統用于控制和管理各種外場(chǎng)設備與安裝在車(chē)輛上的電子標簽的通信，記錄車(chē)輛的各種信息，并實(shí)時(shí)傳送給收費站管理子系統。收費站管理子系統負責收集管理傳送過(guò)來(lái)的數據。ETC管理中心是ETC系統的最高管理層，既要進(jìn)行收費信息與數據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專(zhuān)營(yíng)公司、結算中心和客戶(hù)服務(wù)中心，根據收到的數據文件在公路收費專(zhuān)營(yíng)公司和用戶(hù)之間進(jìn)行交易、拆賬和財務(wù)結算，配有多臺功能強大的計算機，完成系統中各種數據、圖像的采集和處理。圖2為其結構框圖。

　　2.2.3 ETC系統的工作流程

　　車(chē)主到客戶(hù)服務(wù)中心或代理機構購置車(chē)載電子標簽，交納儲值。由發(fā)行系統向電子標簽輸入車(chē)輛識別碼(ID)與密碼，并在數據庫中存入該車(chē)輛的全部有關(guān)信息(如識別碼、車(chē)牌號、車(chē)型、顏色、儲值、車(chē)主姓名、電話(huà)等)。發(fā)行系統通過(guò)通信網(wǎng)將上述車(chē)主、車(chē)輛信息輸入收費計算機系統。車(chē)主將標識卡貼在車(chē)內前窗玻璃上即可。當車(chē)輛進(jìn)入ETC收費車(chē)道處于LI天線(xiàn)的發(fā)射區時(shí)，處在休眠狀態(tài)的電子標簽受到微波激勵而蘇醒，開(kāi)始工作；電子標簽以微波方式發(fā)出電子標簽和車(chē)型代碼；天線(xiàn)接收確認電子標簽有效后，以微波發(fā)出人LI車(chē)道代碼和時(shí)間信號，寫(xiě)入電子標簽的存儲器內。當車(chē)輛駛入收費車(chē)道出口天線(xiàn)發(fā)射范圍，經(jīng)過(guò)喚醒、相互認證有效性等過(guò)程，天線(xiàn)讀出車(chē)型代碼以及入LI代碼和時(shí)間，傳送給車(chē)道控制器，車(chē)道控制器存儲原始數據并編輯成數據文件，上傳給收費站管理子系統并轉送收費結算中心。

　　如果持無(wú)效標識或無(wú)卡車(chē)輛。在收費車(chē)道上高速沖卡而過(guò)，天線(xiàn)在確認無(wú)效性的同時(shí)，將啟動(dòng)快速自動(dòng)欄桿，關(guān)閉收費車(chē)道，當場(chǎng)將沖卡車(chē)輛攔截；在無(wú)專(zhuān)用收費車(chē)道的自由流收費時(shí)，可啟動(dòng)逃費抓拍攝像機，將逃費沖卡車(chē)輛的車(chē)頭和牌照號碼攝錄下來(lái)，隨同出LI代碼和沖卡時(shí)間一并傳送給車(chē)道控制機記錄在案，事后依法處理。

　　收費結算中心與管理銀行收到匯總好的各路公司的收費信息后，從各個(gè)用戶(hù)賬號中，扣除通行費和算出金額，撥入相應公司賬號。與此同時(shí)，銀行核對各用戶(hù)賬號剩余金額是否低于預定的臨界閾值，如低于，應及時(shí)通知用戶(hù)補交金額，繼續通行，導致剩余金額低于危險門(mén)限值，則應將其劃歸無(wú)效電子標簽，編人黑名單，并通知各收費站，拒絕無(wú)效電子標簽在高速公路電子收費車(chē)道通行。

　　收費結算中心設有用戶(hù)服務(wù)機構，向用戶(hù)出售識別卡、補收金額和接待客戶(hù)查詢(xún)。后臺有一套金融運行規則和強大的計算機網(wǎng)絡(luò )及數據庫的支持，處理事后收費等事項。

　　3 RFID的發(fā)展前景

　　目前，RFID技術(shù)已在我國很多行業(yè)得到應用，并取得良好成果。例如，我國已在有條件的部門(mén)和地方啟動(dòng)了RFID應用試點(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(chē)行業(yè)；生產(chǎn)管理；供應鏈管理與現代物流等。RFID技術(shù)已成為21世紀全球自動(dòng)識別技術(shù)發(fā)展的主要方向。特別是RFID技術(shù)在ETC系統中的應用，為交通收費行業(yè)的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻。從未來(lái)的交通網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展來(lái)看，ETC系統將成為交通業(yè)的主流，因而該系統在交通收費行業(yè)有著(zhù)廣闊的發(fā)展前景。

　　4 結 語(yǔ)

　　通過(guò)RFID技術(shù)在各行業(yè)的應用，并逐漸占據主流地位，可以看出該技術(shù)已從眾多的識別技術(shù)中脫穎而出，并且不斷發(fā)展完善。而基于RFID技術(shù)的ETC系統與傳統的收費系統相比，有著(zhù)絕對的發(fā)展優(yōu)勢，而且該系統的實(shí)現相對簡(jiǎn)單。隨著(zhù)RFID技術(shù)的發(fā)展，ETC系統也會(huì )逐漸得到完善。