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                      RFID在智能交通及停車場管理中的應用

                      一、RFID技術簡介

                      射頻識別技術RFIDRadio Frequency Identification Technology)是從八十年代起走向成熟的一種非接觸式的自動識別技術它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。從概念上來講RFID 類似于條碼掃描對于條碼技術而言,它是將已編碼的條形碼附著于目標物并使用專用的掃描讀寫器利用光電信號將信息由條形磁傳送到掃描讀寫器;而RFID則使用專用的RFID讀寫器及專門的可附著于目標物的RFID單元,利用RF信號將信息由RFID單元傳送至RFID讀寫器。RFID單元中載有關于目標物的各類相關信息,如:該目標物的名稱,目標物運輸起始終止地點、中轉地點及目標物經過某一地的具體時間等,還可以載入諸如溫度等指標。RFID單元,如標簽、卡等可靈活附著于從車輛到載貨底盤的各類物品。

                      (1)、最基本的RFID系統組成:

                      閱讀器(Reader):讀取(有時還可以寫入)標簽信息的設備,可設計為手持式或固定式;

                      天線(Antenna):在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

                      電子標簽中一般保存有約定格式的電子數據,在實際應用中,電子標簽附著在待識別物體的表面。讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據,從而達到自動識別體的目的。通常閱讀器與電腦相連,所讀取的標簽信息被傳送到電腦上進行下一步處理。(在以上基本配置之外,還應包括相應的應用軟件)

                      標簽(Tag):由耦合元件及芯片組成,每個標簽具有唯一的電子編碼,附著在物體上標識目標對象;每個標簽都有一個全球唯一的ID號碼——UID,UID是在制作芯片時放在ROM中的,無法修改。用戶數據區(DATA)是供用戶存放數據的,可以進行讀寫、覆蓋、增加的操作。讀寫器對標簽的操作有三類:

                      識別(Identify):讀取UID;

                      讀取(Read):讀取用戶數據;

                      寫入(Write):寫入用戶數據

                      2RFID系統的工作原理:

                      RFID系統在實際應用中,電子標簽附著在待識別物體的表面,電子標簽中保存有約定格式的電子數據。閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據,從而達到自動識別物體的目的。閱讀器通過天線發送出一定頻率的射頻信號,當標簽進入磁場時產生感應電流從而獲得能量,發送出自身編碼等信息,被讀取器讀取并解碼后送至電腦主機進行有關處理。

                      3RFID系統的工作頻率:

                      通常閱讀器發送時所使用的頻率被稱為RFID系統的工作頻率。常見的工作頻率有低頻125kHz134.2kHz13.56MHz等等。低頻系統一般指其工作頻率小于30MHz,典型的工作頻率有:125KHz225KHz

                      高頻系統一般指其工作頻率大于400MHz 典型的工作頻段有:915MHz2.45GHz5.8GHz等。高頻系統在這些頻段上也有眾多的國際標準予以支持。高頻系統的基本特點是電子標簽及閱讀器成本均較高、標簽內保存的數據量較大、閱讀距離較遠(可達幾米至十幾米), 適應物體高速運動性能好,外形一般為卡狀,閱讀天線及電子標簽天線均有較強的方向性。

                      4RFID標簽類型

                      RFID標簽分為被動標簽(Passive tags)和主動標簽(Active tags)兩種。主動標簽自身帶有電池供電,讀/寫距離較遠時體積較大,與被動標簽相比成本更高,也稱為有源標簽, 一般具有較遠的閱讀距離,不足之處是電池不能長久使用,能量耗盡后需更換電池。

                      無源電子標簽在接收到閱讀器(讀出裝置)發出的微波信號后,將部分微波能量轉化為直流電供自己工作,一般可做到免維護,成本很低并具有很長的使用壽命,比主動標簽更小也更輕,讀寫距離則較近,也稱為無源標簽。相比有源系統,無源系統在閱讀距離及適應物體運動速度方面略有限制。

                      按照存儲的信息是否被改寫,標簽也被分為只讀式標簽(read only)和可讀寫標簽(read and write 只讀式標簽內的信息在集成電路生產時即將信息寫入,以后不能修改,只能被專門設備讀取;可讀寫標簽將保存的信息寫入其內部的存貯區,需要改寫時也可以采用專門的編程或寫入設備擦寫。一般將信息寫入電子標簽所花費的時間遠大于讀取電子標簽信息所花費的時間,寫入所花費的時間為秒級,閱讀花費的時間為毫秒級。

                      3RFID技術特點及優勢

                      RFID是一項易于操控,簡單實用且特別適合用于自動化控制的靈活性應用技術,識別工作無須人工干預它既可支持只讀工作模式也可支持讀寫工作模式,且無需接觸或瞄準;可自由工作在各種惡劣環境下:短距離射頻產品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環境,可以替代條碼,例如用在工廠的流水線上跟蹤物體;長距射頻產品多用于交通上,識別距離可達幾十米,如自動收費或識別車輛身份等。其所具備的獨特優越性是其它識別技術無法企及的。主要有以下幾個方面

                      讀取方便快捷:數據的讀取無需光源,甚至可以透過外包裝來進行。有效識別距離更大,采用自帶電池的主動標簽時,有效識別距離可達到以上;

                      識別速度快:標簽一進入磁場,解讀器就可以即時讀取其中的信息,而且能夠同時處理多個標簽,實現批量識別;

                      數據容量大:數據容量最大的二維條形碼(PDF417),最多也只能存儲2725個數字;若包含字母,存儲量則會更少;RFID標簽則可以根據用戶的需要擴充到數十K;

                      使用壽命長,應用范圍廣:其無線電通信方式,使其可以應用于粉塵、油污等高污染環境和放射性環境,而且其封閉式包裝使得其壽命大大超過印刷的條形碼;

                      標簽數據可動態更改:利用編程器可以向寫入數據,從而賦予RFID標簽交互式便攜數據文件的功能,而且寫入時間相比打印條形碼更少;

                      更好的安全性:不僅可以嵌入或附著在不同形狀、類型的產品上,而且可以為標簽數據的讀寫設置密碼保護,從而具有更高的安全性;

                      動態實時通信:標簽以與每秒50~100次的頻率與解讀器進行通信,所以只要RFID標簽所附著的物體出現在解讀器的有效識別范圍內,就可以對其位置進行動態的追蹤和監控。

                      二、             RFID技術在智能交通領域的應用

                      當今隨著社會經濟的發展,城市化進程加速,人口迅速向城市遷移聚集。人口、車輛數量不斷的增長,但是有限的可用土地以及經濟要素的制約卻使得城市道路擴建增容有限,因此不可避免的帶來一系列的交通問題。當今世界各地的大中城市無不存在著交通問題的困擾。交通擁堵使得人們每天將大量寶貴的時間消耗在路上、車中,同時也導致商業車輛在交通運輸中延誤,增加了運輸成本。交通事故率也不斷上升,每年都會帶來巨大的人員傷亡和經濟損失。據美國有關部門預測,到2020年,美國因交通事故造成的經濟損失每年將會超過1500億美元,而日本東京目前因交通擁堵每年造成的經濟損失為1230億美元。為解決日益嚴重的交通問題,各國政府采取各種措施,如對汽車課以重稅限制汽車的數量,實施交通管制等來加強管理。但是在做過各種嘗試,花費了巨大的管理成本后,交通狀況依然難有根本改觀。

                      人們逐漸認識到交通系統是一個復雜的綜合性系統,單獨從道路或車輛的角度來考慮,都將很難解決交通問題,必須把車輛和道路綜合起來,考慮如何在有限的道路資源條件下,提高道路資源的利用率,這才是解決問題的關鍵。同時自上世紀后期以來信息技術的迅猛發展和廣泛應用也給以上的解決思路提供了有效的技術手段支持。在這樣的背景下,智能交通的概念應用而生,成為研究應用的熱點。

                      所謂的智能交通系統是指將先進的信息技術、電子通訊技術、自動控制技術、計算機技術以及網絡技術等有機地運用于整個交通運輸管理體系而建立起的一種實時、準確、高效的交通運輸綜合管理和控制系統。它是由若干子系統所組成的,通過系統集成將道路、駕駛員和車輛有機地結合在一起,加強三者之間的聯系。借助于系統的智能技術將各種交通方式的信息及道路狀況進行登記、收集、分析,并通過遠程通訊和信息技術,將這些信息實時提供給需要的人們,以增強行車安全,減少行車時間,并指導行車路線同時管理人員通過采集車輛、駕駛員和道路的實時信息來提高其管理效率,以達到充分利用交通資源的目的。

                      RFID智能交通管理

                      RFID作為一種新興的自動識別技術,由于具有遠距離識別、可存儲攜帶較多的信息、讀取速度快、可應用范圍廣等優點,非常適合在智能交通和停車管理方面使用。目前RFID已經在交通領域開始逐步成功推廣應用,并且取得了良好的社會和經濟效益,其應用前景為業內人士一致看好。在智能交通領域,RFID主要應用在以下方面:

                      1)、電子不停車收費(ETC

                      電子不停車收費系統(Electronic Toll Collection,簡稱ETC)是一種用于公路、大橋和隧道的電子自動收費系統。它應用RFID 技術,通過路側天線與車載電子標簽之間的專用短程通訊,在不需要司機停車和其他收費人員采取任何操作的情況下,自動完成收費處理全過程。不停車收費涉及交通基礎設施投資的回收,又是緩解收費站交通堵塞的有效手段,而且在使用中收費卡的用量又很大,因此各個國家都優先投入不停車收費系統應用系統的開發,并且積極推廣,目前在歐美應用已經比較成熟,普遍,我國也已經在廣東、四川等地的高速公路上投入應用。通過應用不停車收費系統可以提高通過效率,防止收費站交通“瓶頸”的發生,同時通過RFID技術實現無人為干預的收費,有效地遏制了偷逃過路費,收費人員玩忽職守、循私作弊等行為,同時降低收費站的管理成本,更快地收回基礎設施的投資。

                      2)海關碼頭電子車牌系統(EVI) 

                      數量巨大的貨物在港口碼頭及海關的裝卸、進出港、通關,相當大的部分是用車輛作為運輸的手段。因此在港口碼頭及海關往來的車輛眾多,且可能屬于海關、船公司、船代公司、貨代公司、港務局、集裝箱場站等不同行業的不同單位,如果不采取統一的措施很難調度管理,給通關及貨物的流轉帶來很大的困難。采用RFID技術來實現的電子車牌管理系統能有效的解決這一問題。

                      該系統通過對往來的車輛統一管理登記、發放車載電子標簽,并在關鍵的出入監控點安放RFID識讀設備,可以使安裝電子車牌的監管車輛在通過監控通道時,可以被識別系統準確及時的識別,以完成車輛數據采集的要求。同時采用無線通訊等信息技術將采集到的車輛信息提交管理系統,來完成車輛身份的確認、以及查詢和統計,調度等功能。通過應用海關碼頭電子車牌系統可以有效提高海關車輛通行能力實時統計監測車輛信息防止誤檢、漏檢,提高通關效率,同時可以阻止組織偷竊、打擊走私等行為。

                      3)、城市交通調度管理系統(TMS):

                      車輛調度管理系統是智能交通系統的核心組成部分,采用先進的信息通訊技術,收集道路交通的動態、靜態信息,并進行實時地分析,并根據分析結果安排車輛的行駛路線,出行時間,以達到充分利用有限的交通資源,提高車輛的使用效率,同時也可以了解車輛運行情況,加強車輛的管理。

                      RFID技術可以作為交通調度系統信息采集的有效手段,在交通調度管理系統中得以應用。比如利用將RFID應用于公交車場管理系統,可以實現公交車進出站,信息自動、準確、遠距離、不停車采集,使公交調度系統準確掌握公交停車場公交車進出的實時動態信息。通過實施該系統可有效提高公交車的管理水平,對采集的數據利用計算機進行研究分析,可以掌握車輛運用規律,杜絕車輛管理中存在的漏洞,實現公交車輛的智能化管理,提升城市形象。同時采用RFID作為技術手段具有很高的經濟性,與全球衛星定位系統(GPS)等技術相比具有安裝方便、適應性強、成本低,車輛無需改造等特點。同時一些地區和城市也開始將RFID應用于垃圾運輸車輛、危險品運輸車輛等特殊服務車輛的調度和管理。通過在車上安放電子標簽,在特定路段的監控點放置識讀設備來監控車輛是否按照規定的路線行駛、在有泄漏等情況出現時及時發現事故車輛。

                      4)、電子注冊管理(EVR):

                      車輛的注冊登記以及牌照管理一直以來都是交通管理部門的管理重點也是難點所在,黑車、假牌照等問題始終都沒有得到根除。但是新技術也許會變得簡單,采用RFID技術實現車輛電子注冊管理系統就是有效解決這一問題的方法之一。車輛注冊登記后加載RFID電子車牌,由于每個標簽都有一個全球唯一的ID號碼——UID,UID是在制作芯片時放在ROM中的,無法修改,所以可以實現防偽功能。同時標簽可以被遠距離識別,無需停車及認為干預就可以監查,因此可以規范車輛管理手段,加強對車輛的監查力度,實現車輛年檢的智能化管理,加強對非法車輛的打擊力度。現在該系統已經在軍車等方面得到應用,取得了良好的社會和經濟效益。

                      5)、基于RFID的車輛智能稱重系統

                      通過將稱重系統和遠距離RFID自動識別技術結合可以實現基于車輛的智能稱重系統。該系統在原有稱重管理系統上附加了采用遠距離RFID自動識別實現的對稱重車輛的自動識別功能,并將自動采集到的稱重車輛信息合并到稱重管理系統中。應用智能稱重管理系統可提高稱重效率,減少車輛在待檢處的停留等待,同時通過車號自動識別和精確計量可有效地防止了人為舞弊給帶來的經濟損失。此外,系統實施后還大大降低了工作人員的勞動強度和人工稱重的失誤率。因此基于RFID的車輛智能稱重系統實現了識別、計量、監控的完美結合。該系統可以靈活應用到交通運輸的很多方面,如在高速路口自動稱重以治理超載,在碼頭等物資集散地可以加快車輛計重速度,減少擁堵等,具有巨大的應用價值。

                      三、應用RFID實現的停車管理

                      城市經濟和汽車工業的迅速發展,城市汽車尤其是私家車的數量激增,龐大的車流進入城市家庭。但是由于停車場及停車設施建設滯后等原因,停車難、停車管理難的問題也隨之而來,尤其是在一些高檔社區、企業、政府機構矛盾更是日益突出,停車管理漏洞百出,車主與物業等停車管理方糾紛不斷。采用無線射頻識別RFID技術結合圖像數字處理、自動控制的智能停車場管理系統可以有效解決上述停車管理問題。

                      系統特點

                      智能稱車場系統能有效、準確、智能的對進出停車場的系統車輛(裝有電子車牌的車輛)和非系統車輛(未裝有電子車牌的車輛)的數據信息識別、采集、記錄并按需上傳,處理,并在必要時可以通過相應的人工干預進行補充,以避免非正常事件(非系統車進出時)的影響,確保門禁系統有高效的車輛智能放行能力,此外通過正確設計、安裝,僅需用同一個頻點就可以在許多車道上同時完成車輛不停車通行而互不干擾。

                      RFID應用于停車管理主要有以下關鍵技術:車載電子標簽;車道微波天線;收費車道控制器;專用短程通信DSRC

                      系統工作流程:

                      當該車輛駛入/出門禁天線通信區時,天線以微波通訊的方式與電子識別卡進行雙向數據交換,從電子車卡上讀取車輛的相關信息,在司機卡上讀取司機的相關信息,自動識別電子車卡和司機卡并判斷車卡是否有效和司機卡的合法性,車道控制電腦顯示與該電子車卡和司機卡一一對應的車牌號碼及駕駛員等資料信息;車道控制電腦自動將通過時間、車輛和駕駛員的有關信息存入數據庫中,車道控制電腦根據讀到的數據進行判斷如下:1、正常卡:當讀到的車牌號和司機卡都是合法的,活動門自動打開,車輛離開線圈1后,活動門自動關閉;2、未授權卡:當讀到的車卡或司機卡是未授權的,系統報警并抓拍保存圖片,活動門閘不開啟;3、無卡車:當車輛觸發線圈2時,系統沒有讀到車卡和司機卡時,系統判定為無卡車,系統報警并抓拍保存圖片,活動門不開啟;4、非法卡:非本單位卡片,雖被讀卡器讀出數據,但不是本單位,系統報警并抓拍保存圖片,活動門不開啟。

                      應用該系統可以實現車輛自動識別和信息化管理,提高車輛的通行效率和安全性,并統計車輛出入數據,方便管理人員進行調度,減輕管理人員的勞動強度,并且有效防止收費漏洞。停車場智能管理系統將是智能大廈或智能住宅小區正常運營的必要條件,對小區的現代化文明建設,穩定地控制、管理車輛進出,公正嚴格地進行收費,保證寄存車輛的安全等,發揮了很大的作用。未來的停車場將更加大型化、復雜化、智能化,系統管理也將更開放、更靈活,將停車場管理系統納入樓宇自動化系統,形成一個計算機管理信息系統,使小區的綜合管理得到全面的提高。

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