RFID在城市智能交通管理中的應(yīng)用

　　引言
 
　　近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量和出行率均大幅度提高，急劇增長(zhǎng)的、多樣化的、時(shí)變的交通需求是造成交通擁擠程度不斷增加和擁擠區(qū)域迅速擴(kuò)大的直接原因。然而有限的土地資源和其它制約因素使得道路設(shè)施的建設(shè)無(wú)法滿足不斷增長(zhǎng)的交通需求。因此，對(duì)交通信號(hào)控制的適應(yīng)性、智能化提出了更高的要求。中國(guó)的汽車(chē)保有量已經(jīng)超過(guò)8000萬(wàn)輛以上，僅2010年的增量超過(guò)1800萬(wàn)輛，已成為全球最大的汽車(chē)市場(chǎng)。汽車(chē)經(jīng)常是運(yùn)動(dòng)的，對(duì)它的管理難度大，并且隨著數(shù)量的不斷增加，對(duì)它的管理難度成倍的增加，傳統(tǒng)的管理方法已經(jīng)越來(lái)越難以適應(yīng)不斷變化的需求，需要采用新技術(shù)新手段來(lái)解決新的問(wèn)題。

 

　　一、RFID在車(chē)輛交通管理中的應(yīng)用需求

　　1、特殊車(chē)輛的監(jiān)管要求。比如，客貨運(yùn)車(chē)輛的管理，尤其是渣土車(chē)的管理，由于車(chē)牌嚴(yán)重污損，有些素質(zhì)不高的司機(jī)常常違章行駛，甚至肇事逃逸。
　　2、治安管理的要求。比如，出現(xiàn)刑事案件或車(chē)輛被盜槍等，需要及時(shí)排查和跟蹤有關(guān)人員和車(chē)輛。
　　3、路橋收費(fèi)的要求?，F(xiàn)在很多路橋都是貸款修建的，為了體現(xiàn)公平原則，誰(shuí)使用誰(shuí)付費(fèi)，所以都是采用現(xiàn)用現(xiàn)付的方式，但當(dāng)車(chē)流量很大時(shí)，目前這種停車(chē)收費(fèi)的方式社會(huì)成本很高。還有高速公路網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜時(shí)如何識(shí)別車(chē)輛行駛路徑的問(wèn)題。

　　4、解決城市核心區(qū)車(chē)輛擁堵的要求。現(xiàn)在所有大城市的核心區(qū)都存在車(chē)輛擁堵的問(wèn)題，解決的方法就是要用智能交通科技與經(jīng)濟(jì)的手段來(lái)調(diào)節(jié)車(chē)流量。
　　5、門(mén)禁控制的要求。比如，某單位或小區(qū)內(nèi)常住車(chē)輛和臨時(shí)車(chē)輛進(jìn)出管理的要求。
　　6、車(chē)輛管理部門(mén)的要求。比如，逾期未年檢的車(chē)輛，未繳納強(qiáng)制保險(xiǎn)的車(chē)輛等。
　　7、公交優(yōu)先RFID智能信號(hào)燈系統(tǒng)中，動(dòng)態(tài)車(chē)流量檢測(cè)的要求。

　　所有這些要求，最終都?xì)w結(jié)為一個(gè)要求：那就是如何能夠適應(yīng)各種情況下快速、準(zhǔn)確地識(shí)別所監(jiān)控的車(chē)輛的身份?，F(xiàn)在所采用的是視頻采集加模式識(shí)別的方法，但由于視頻質(zhì)量的好壞受環(huán)境光線影響很大，尤其是夜間和雨雪天氣，這樣就嚴(yán)重影響識(shí)別的效果。

　　二、RFID技術(shù)的選擇

　　RFID技術(shù)是一種無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，最基本的RFID系統(tǒng)由電子標(biāo)簽（或簡(jiǎn)稱標(biāo)簽）、標(biāo)簽讀寫(xiě)器（或簡(jiǎn)稱讀寫(xiě)器也有叫讀頭）和天線組成。簡(jiǎn)單地說(shuō)，它是通過(guò)無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)器和標(biāo)簽之間的信息交換，從而達(dá)到識(shí)別標(biāo)簽所附著的物體的目的。

　　從電子標(biāo)簽是否帶有電源供電來(lái)分，RFID分為有源系統(tǒng)和無(wú)源系統(tǒng)；從所使用的無(wú)線電波的工作頻率來(lái)分，可以分為低頻（130KHz）、高頻（13.56MHz）、超高頻（900MHz）和微波（2.4GHz）頻段。

　　有源RFID的優(yōu)勢(shì)是識(shí)別距離遠(yuǎn)、讀寫(xiě)器功率小，缺點(diǎn)是成本高、需維護(hù)、遠(yuǎn)距離識(shí)別時(shí)定向性差；無(wú)源RFID的優(yōu)勢(shì)是成本低、免維護(hù)、遠(yuǎn)距離識(shí)別時(shí)定向性好，缺點(diǎn)是距離近、讀寫(xiě)器功率大。無(wú)線電波頻率越高，數(shù)據(jù)通信速率越高，但電波越容易受到阻擋（或者說(shuō)繞射性越差）。

　　綜合多方面的因素，包括識(shí)別距離、識(shí)別方向性、綜合成本、可維護(hù)性、安裝方便性等，我們認(rèn)為選擇超高頻無(wú)源RFID系統(tǒng)作為大范圍車(chē)輛管理用是最合適的。

　　1、RFID電子標(biāo)簽的要求

　　前面已經(jīng)說(shuō)明了采用超高頻無(wú)源RFID系統(tǒng)作為大范圍車(chē)輛管理用的一種技術(shù)，以下內(nèi)容是針對(duì)此技術(shù)的。對(duì)于標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，有些人提出了很多方面的要求，但有些要求是只考慮了一方面，沒(méi)有綜合考慮其它方面的要求，我們經(jīng)過(guò)認(rèn)真研究，最終認(rèn)為，如下幾個(gè)方面的要求是必須的，也是比較合理的。

(汽車(chē)玻璃貼電子標(biāo)簽)

　?。?、）要保證標(biāo)簽內(nèi)身份號(hào)碼（ID號(hào)）的唯一性，這一點(diǎn)是需要技術(shù)和管理手段共同實(shí)現(xiàn)的。技術(shù)上保證克隆ID號(hào)有一定的門(mén)檻，管理上保證克隆是非法的行為。
　　（2、）保證最高車(chē)速時(shí)能夠可靠讀取數(shù)據(jù)（可靠識(shí)別），這是通過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)、安裝等綜合處理來(lái)保證的。
　?。?、）保證多車(chē)道、多車(chē)型、自由流情況下所有車(chē)輛的可靠識(shí)別，這是需要綜合考慮通信協(xié)議、信號(hào)處理、安裝方案等多方面的因素才能實(shí)現(xiàn)的。
　　（4、）安裝后，不影響駕駛安全，不影響車(chē)輛性能。不易受車(chē)內(nèi)人為阻擋和干擾，從而影響讀取性能。
　?。?、）從車(chē)外看，標(biāo)簽顏色和安裝位置醒目，便于和視頻識(shí)別配合。
　?。?、）安裝簡(jiǎn)單牢靠，保證6年以上使用壽命，這個(gè)生命周期要求也可以更長(zhǎng)。
　　（7、）安裝位置不易積水、積灰、積雪，不易受損。
　?。?、）能夠盡可能適用所有類(lèi)型的車(chē)輛。免維護(hù)或維護(hù)簡(jiǎn)單方便。

　　在保證上述要求的前提下，可以考慮一些特殊應(yīng)用要求的滿足，比如，增加一定的信息存儲(chǔ)空間，滿足在靜止?fàn)顟B(tài)下的讀取。

　　2、RFID讀寫(xiě)器的要求

VANCH™高性能RFID讀寫(xiě)器

　　讀寫(xiě)器是RFID系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，也是最復(fù)雜的設(shè)備，對(duì)RFID讀寫(xiě)器的使用要求主要可以歸納為如下幾點(diǎn)：
　?。?、）射頻功率可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，最高允許長(zhǎng)期運(yùn)行的出口功率應(yīng)該大于36dBm。
　　（2、）留有多種傳感器接口，目的是適應(yīng)不同用環(huán)境的需要。(VANCH™高性能RFID讀寫(xiě)器)                                                        
　　（3、）讀寫(xiě)標(biāo)簽的可靠性距離留有40%以上的余量，以抗擊不可知的環(huán)境干擾。
　　（4、）能夠滿足單向四車(chē)道高速公路自由流可靠讀取的要求。
　?。?、）具有串口、以太網(wǎng)口等數(shù)據(jù)接口。
　?。?、）具有故障自動(dòng)診斷和服務(wù)等級(jí)控制功能，以便在某些情況下保證基本讀取功能。
　?。?、）具備遠(yuǎn)程控制和軟件升級(jí)功能。
　?。?、）具備一定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力（可選）。
　　（8、）具備長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行的可靠性要求。

　　其它具體性能指標(biāo)要求主要根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)確定，功能性的要求可以根據(jù)實(shí)際需要定制，主要由軟件實(shí)現(xiàn)。

　　3、RFID天線的要求

　　天線看上去簡(jiǎn)單，實(shí)際上非常重要，因?yàn)樗切盘?hào)收發(fā)的載體，它的性能好壞直接影響最終效果。從技術(shù)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，主要有增益、半功率角和電壓駐波比等，但通帶增益的平坦性（或者叫一致性）和接口阻抗的一致性是非常重要的，這些往往比一般移動(dòng)通信要求高的多。

  
12dbi RFID天線

　　4、RFID空中接口協(xié)議的選擇                 

　　目前，在國(guó)際上900MHz無(wú)源RFID系統(tǒng)主要有三種空中接口協(xié)議，分別是ISO-18000-6B，ISO-18000-6C和IPX。 
    
　　4.1、ISO-18000-6B協(xié)議出來(lái)比較早，它規(guī)定標(biāo)簽有一個(gè)唯一的64位（64bits）ID號(hào)，芯片出廠時(shí)寫(xiě)好無(wú)法修改，讀取ID號(hào)效率最高，芯片也可以有用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，但讀寫(xiě)用戶數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容時(shí)必須先讀出該標(biāo)簽的ID號(hào)，再對(duì)指定ID號(hào)的標(biāo)簽進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，它的標(biāo)簽數(shù)據(jù)上傳速率只有40Kbps，碰撞仲裁機(jī)制是二進(jìn)制樹(shù)搜索算法，效率低。 
   
　　4.2、ISO-18000-6C協(xié)議是在EPC C1G2基礎(chǔ)上提出來(lái)的，它的存儲(chǔ)區(qū)分為EPC（產(chǎn)品電子編碼）區(qū)、TID（標(biāo)簽ID區(qū)）、PASSWORD（密碼區(qū)）和用戶區(qū)（有些廠家的芯片沒(méi)有此區(qū)）。其中，TID區(qū)是芯片出廠時(shí)寫(xiě)好的，其它都是后寫(xiě)的，它讀取EPC區(qū)效率最高，EPC區(qū)域的長(zhǎng)度從16比特到496比特可變，一般是96比特，讀寫(xiě)其它區(qū)域時(shí)必須先讀取EPC區(qū)。它的標(biāo)簽數(shù)據(jù)上傳速率為40——640Kbps，是可變的，根據(jù)讀寫(xiě)器的處理能力確定，碰撞仲裁機(jī)制是Aloha算法，效率較高。

　　4.3、IPX協(xié)議和上述兩種協(xié)議有很大的區(qū)別在于它是采用TTF（ITF）方式，也就是叫“標(biāo)簽先講”的方式，而前面兩種協(xié)議都是RTF方式，也就是叫“讀寫(xiě)器先講”的方式。它的優(yōu)勢(shì)是在單個(gè)標(biāo)簽的情況下讀取速度非?？?。它有不同速度的版本，最高256Kbps，有唯一的64比特ID號(hào)，

　　也有用戶區(qū)。防碰撞算法采用改進(jìn)的Aloha算法。
總結(jié)，以上三種協(xié)議各有特色，6C協(xié)議綜合性能最好，但由于EPC碼是可以現(xiàn)場(chǎng)寫(xiě)的，所以容易被復(fù)制，最好是向芯片廠家定制一種私有協(xié)議，但這個(gè)成本較高，

安裝有RFID系統(tǒng)的車(chē)道

　　如果是大范圍應(yīng)用的話還是可以考慮的。如果選用6B協(xié)議，則可以滿足所有門(mén)禁和車(chē)道中間有隔離的各種收費(fèi)需求，但很難滿足多車(chē)道自由流的應(yīng)用；如果選用6C協(xié)議，通過(guò)車(chē)輛的其它信息和EPC碼的關(guān)聯(lián)性來(lái)保證其唯一性，而且這樣可以制定統(tǒng)一的編碼規(guī)范，便于大范圍應(yīng)用時(shí)的快速識(shí)別，主要靠立法來(lái)解決非法復(fù)制的問(wèn)題；如果選用IPX協(xié)議，其優(yōu)勢(shì)是適合高速路段車(chē)流量不是很大的情況，而在多車(chē)道大流量的情況下其碰撞解決機(jī)制的能力難以滿足要求。

　　5、RFID與視頻技術(shù)的配合

　　由于大范圍應(yīng)用RFID技術(shù)來(lái)解決車(chē)輛管理問(wèn)題是需要很長(zhǎng)一段實(shí)施期的，也就是說(shuō)，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)有無(wú)電子標(biāo)簽的車(chē)輛會(huì)同時(shí)存在的，同時(shí)也是為了在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)便于人工識(shí)別，一般在設(shè)置RFID系統(tǒng)采集車(chē)輛信息的地方都要配置相應(yīng)的視頻采集設(shè)備作為補(bǔ)充。

　　三、車(chē)輛RFID智能管理系統(tǒng)組成

　　系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（RFID讀寫(xiě)器、天線、RFID電子標(biāo)簽）、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)（3G網(wǎng)絡(luò)路由器、無(wú)線HUB、工控電腦等）、基于B/S架構(gòu)的后臺(tái)管理軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等組成。

　　萬(wàn)全智能技術(shù)有限公司由國(guó)際知名安防制造企業(yè)Vanch SecurityGroup投資設(shè)立，負(fù)責(zé)Vanch品牌產(chǎn)品的生產(chǎn)以及在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的銷(xiāo)售和售后服務(wù)。Vanch SecurityGroup產(chǎn)品范圍涵蓋RFID多頻段無(wú)線射頻識(shí)別、公共安全防范系統(tǒng)、移動(dòng)數(shù)據(jù)采集終端等方面。VANCH品牌產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于交通、物流、制造業(yè)、公共及城市一卡通等行業(yè)。  

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