基于RF技術(shù)的口岸虛擬閘口系統的設計與實(shí)現

　“加快電子口岸建設，提高口岸工作效率”是提高政府行政執法效能的需要。根據業(yè)務(wù)需求并結合口岸實(shí)際環(huán)境，應用射頻通訊技術(shù)研究開(kāi)發(fā)了一種雙頻識別語(yǔ)音導引的智能車(chē)載卡，并在口岸3～10 km2范圍內布設通訊基站，建立了一套虛擬閘口系統。
　1虛擬閘口需求分析

　　目前業(yè)界比較流行的基于RFID的電子閘口系統是在原有的獨立閘口通道基礎上改進(jìn)而來(lái)，在車(chē)輛必經(jīng)的閘口通道內安裝超高頻的射頻讀寫(xiě)器，用以識別安裝在車(chē)輛上的電子標簽，同時(shí)將識別結果和物理閘口相關(guān)聯(lián)，依靠物理閘口的關(guān)閉來(lái)強制讀寫(xiě)器進(jìn)行重復通信來(lái)彌補通信的失效，只有當識別成功時(shí)才開(kāi)閘放行。這種系統的設計與實(shí)現相對簡(jiǎn)單，當前國內各大口岸的閘口通道已有應用，但是由于受傳統物理閘口的限制，車(chē)輛仍需等到閘口打開(kāi)才能正常通過(guò)，因此只是簡(jiǎn)化了閘口管理人員的繁瑣操作，對車(chē)輛的通關(guān)效率并沒(méi)有很大提升。

　　如果能增加射頻通訊的覆蓋范圍，提高射頻識別的精確度，通過(guò)架設多個(gè)基站使得車(chē)輛在一進(jìn)入口岸區域就可以被識別，配合口岸監管人員有目標的稽查，就使得脫離傳統物理閘口的限制成為可能，一個(gè)完全依靠射頻通訊和識別技術(shù)而虛擬出的無(wú)形的電子閘口就是本文要設計與實(shí)現的目標，稱(chēng)之為口岸虛擬閘口系統。

　　由于出入境口岸的特殊性，該系統設計與實(shí)現體現出一些特有的技術(shù)難點(diǎn)：

　　(1)出入境口岸作業(yè)區域面積較大，車(chē)輛流向復雜，入境和出境車(chē)道空間相鄰，有些區域甚至沒(méi)有任何間隔，使得普通的RFID識別設備無(wú)用武之地。

　　(2)口岸車(chē)流密度非常高，使得大量的并行通訊數據很容易擁堵信道；車(chē)輛間距小，大型車(chē)信號遮蔽阻擋現象嚴重，無(wú)線(xiàn)通信質(zhì)量不高。

　　(3)出入境口岸并不是一個(gè)模型化的閘口設施，由于業(yè)務(wù)需求，特定車(chē)輛可能會(huì )在口岸內部長(cháng)時(shí)間停留，冗余的無(wú)線(xiàn)信號會(huì )影響正常的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信質(zhì)量，并使得對停留車(chē)輛自身的出入境判決出現困難。

　　(4)基站及服務(wù)器的位置自由度受限，經(jīng)常不能建在最佳位置點(diǎn)，對通訊距離提出很高的要求，部分節點(diǎn)要求通訊距離達到300 m。

　　2系統整體設計方案

　　由于脫離了固定物理閘口的依賴(lài)性，無(wú)法通過(guò)閘口通道的關(guān)閉來(lái)強制讀寫(xiě)器和電子標簽進(jìn)行重復通信彌補通信的失效，為了保證識別的精確性，本系統采用433 MHz和920 MHz兩個(gè)工作頻段相結合，定向天線(xiàn)與全向天線(xiàn)相結合的工作方式，據表1所列出的口岸現場(chǎng)測試結果表明，該工作方式的控制區域靈活可控，既可以大面積控制也可以定向控制范圍；穿透與繞射能力強，可以克服口岸中大型貨車(chē)、客車(chē)之間遮蔽阻擋現象頻繁，車(chē)流密度非常高的惡劣應用環(huán)境的影響；通過(guò)雙頻段的通訊冗余來(lái)保證系統的穩定性，當其中某頻段受到電磁干擾之后仍能通過(guò)另一個(gè)頻段進(jìn)行通訊。相對傳統的2.4 GHz頻段RFID類(lèi)設備來(lái)說(shuō)，采用433 MHz+920 MHz雙頻段的突出優(yōu)勢是識別范圍很大，只要車(chē)載卡終端在基站控制區內，一直有機會(huì )進(jìn)行識讀，識讀機會(huì )至少是2.4 GHz類(lèi)設備的10倍以上。

　　系統以車(chē)輛為基本識別單位，將有源車(chē)載電子卡安裝在車(chē)輛上，通過(guò)安裝在口岸通關(guān)路徑上的多個(gè)讀寫(xiě)基站來(lái)識別車(chē)載電子卡所對應的出入境車(chē)輛，將采集到的車(chē)輛信息提交給后臺信息管理系統，通過(guò)后臺數據庫處理和數據篩選判斷算法來(lái)判決出入境事件，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信的方式向過(guò)境車(chē)輛發(fā)布導引通關(guān)信息，迅速有效地完成車(chē)輛身份的確認、查詢(xún)、統計及調度等功能，防止誤檢、漏檢，對有違規等異常行為的過(guò)境車(chē)輛進(jìn)行預警，通知口岸稽查人員進(jìn)行攔車(chē)，形成一道無(wú)形的口岸電子閘口系統。新系統極大簡(jiǎn)化了通關(guān)手續，顯著(zhù)提高了檢驗檢疫的監管能力，因此具有通關(guān)速度快、車(chē)輛吞吐量大、口岸工作執行效率高等一系列的優(yōu)點(diǎn)。

　　3車(chē)載電子卡

　　口岸虛擬閘口系統不只是一個(gè)射頻識別系統，還需要通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通信的方式與過(guò)境車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊來(lái)導引通關(guān)，因此安裝在車(chē)輛上的電子卡必須是有源的(即自帶電源)。本系統所采用的IPQ-3R車(chē)載電子卡是一款成熟的商業(yè)化電子產(chǎn)品，其硬件組成如圖1所示。