RFID在城市智能交通管理中的应用

　　引言
 
　　近年来，随着我国经济不断增长，机动车保有量和出行率均大幅度提高，急剧增长的、多样化的、时变的交通需求是造成交通拥挤程度不断增加和拥挤区域迅速扩大的直接原因。然而有限的土地资源和其它制约因素使得道路设施的建设无法满足不断增长的交通需求。因此，对交通信号控制的适应性、智能化提出了更高的要求。中国的汽车保有量已经超过8000万辆以上，仅2010年的增量超过1800万辆，已成为全球最大的汽车市场。汽车经常是运动的，对它的管理难度大，并且随着数量的不断增加，对它的管理难度成倍的增加，传统的管理方法已经越来越难以适应不断变化的需求，需要采用新技术新手段来解决新的问题。

 

　　一、RFID在车辆交通管理中的应用需求

　　1、特殊车辆的监管要求。比如，客货运车辆的管理，尤其是渣土车的管理，由于车牌严重污损，有些素质不高的司机常常违章行驶，甚至肇事逃逸。
　　2、治安管理的要求。比如，出现刑事案件或车辆被盗枪等，需要及时排查和跟踪有关人员和车辆。
　　3、路桥收费的要求。现在很多路桥都是贷款修建的，为了体现公平原则，谁使用谁付费，所以都是采用现用现付的方式，但当车流量很大时，目前这种停车收费的方式社会成本很高。还有高速公路网络复杂时如何识别车辆行驶路径的问题。

　　4、解决城市核心区车辆拥堵的要求。现在所有大城市的核心区都存在车辆拥堵的问题，解决的方法就是要用智能交通科技与经济的手段来调节车流量。
　　5、门禁控制的要求。比如，某单位或小区内常住车辆和临时车辆进出管理的要求。
　　6、车辆管理部门的要求。比如，逾期未年检的车辆，未缴纳强制保险的车辆等。
　　7、公交优先RFID智能信号灯系统中，动态车流量检测的要求。

　　所有这些要求，最终都归结为一个要求：那就是如何能够适应各种情况下快速、准确地识别所监控的车辆的身份。现在所采用的是视频采集加模式识别的方法，但由于视频质量的好坏受环境光线影响很大，尤其是夜间和雨雪天气，这样就严重影响识别的效果。

　　二、RFID技术的选择

　　RFID技术是一种无线射频识别技术，最基本的RFID系统由电子标签（或简称标签）、标签读写器（或简称读写器也有叫读头）和天线组成。简单地说，它是通过无线电波实现读写器和标签之间的信息交换，从而达到识别标签所附着的物体的目的。

　　从电子标签是否带有电源供电来分，RFID分为有源系统和无源系统；从所使用的无线电波的工作频率来分，可以分为低频（130KHz）、高频（13.56MHz）、超高频（900MHz）和微波（2.4GHz）频段。

　　有源RFID的优势是识别距离远、读写器功率小，缺点是成本高、需维护、远距离识别时定向性差；无源RFID的优势是成本低、免维护、远距离识别时定向性好，缺点是距离近、读写器功率大。无线电波频率越高，数据通信速率越高，但电波越容易受到阻挡（或者说绕射性越差）。

　　综合多方面的因素，包括识别距离、识别方向性、综合成本、可维护性、安装方便性等，我们认为选择超高频无源RFID系统作为大范围车辆管理用是最合适的。

　　1、RFID电子标签的要求

　　前面已经说明了采用超高频无源RFID系统作为大范围车辆管理用的一种技术，以下内容是针对此技术的。对于标签来说，有些人提出了很多方面的要求，但有些要求是只考虑了一方面，没有综合考虑其它方面的要求，我们经过认真研究，最终认为，如下几个方面的要求是必须的，也是比较合理的。

(汽车玻璃贴电子标签)

　　（1、）要保证标签内身份号码（ID号）的唯一性，这一点是需要技术和管理手段共同实现的。技术上保证克隆ID号有一定的门槛，管理上保证克隆是非法的行为。
　　（2、）保证最高车速时能够可靠读取数据（可靠识别），这是通过专门设计、安装等综合处理来保证的。
　　（3、）保证多车道、多车型、自由流情况下所有车辆的可靠识别，这是需要综合考虑通信协议、信号处理、安装方案等多方面的因素才能实现的。
　　（4、）安装后，不影响驾驶安全，不影响车辆性能。不易受车内人为阻挡和干扰，从而影响读取性能。
　　（5、）从车外看，标签颜色和安装位置醒目，便于和视频识别配合。
　　（6、）安装简单牢靠，保证6年以上使用寿命，这个生命周期要求也可以更长。
　　（7、）安装位置不易积水、积灰、积雪，不易受损。
　　（8、）能够尽可能适用所有类型的车辆。免维护或维护简单方便。

　　在保证上述要求的前提下，可以考虑一些特殊应用要求的满足，比如，增加一定的信息存储空间，满足在静止状态下的读取。

　　2、RFID读写器的要求

VANCH™高性能RFID读写器

　　读写器是RFID系统的关键设备，也是最复杂的设备，对RFID读写器的使用要求主要可以归纳为如下几点：
　　（1、）射频功率可以自动调节，最高允许长期运行的出口功率应该大于36dBm。
　　（2、）留有多种传感器接口，目的是适应不同用环境的需要。(VANCH™高性能RFID读写器)                                                        
　　（3、）读写标签的可靠性距离留有40%以上的余量，以抗击不可知的环境干扰。
　　（4、）能够满足单向四车道高速公路自由流可靠读取的要求。
　　（5、）具有串口、以太网口等数据接口。
　　（6、）具有故障自动诊断和服务等级控制功能，以便在某些情况下保证基本读取功能。
　　（6、）具备远程控制和软件升级功能。
　　（7、）具备一定的数据存储能力（可选）。
　　（8、）具备长期不间断运行的可靠性要求。

　　其它具体性能指标要求主要根据国家相关标准确定，功能性的要求可以根据实际需要定制，主要由软件实现。

　　3、RFID天线的要求

　　天线看上去简单，实际上非常重要，因为它是信号收发的载体，它的性能好坏直接影响最终效果。从技术指标来说，主要有增益、半功率角和电压驻波比等，但通带增益的平坦性（或者叫一致性）和接口阻抗的一致性是非常重要的，这些往往比一般移动通信要求高的多。

  
12dbi RFID天线

　　4、RFID空中接口协议的选择                 

　　目前，在国际上900MHz无源RFID系统主要有三种空中接口协议，分别是ISO-18000-6B，ISO-18000-6C和IPX。 
    
　　4.1、ISO-18000-6B协议出来比较早，它规定标签有一个唯一的64位（64bits）ID号，芯片出厂时写好无法修改，读取ID号效率最高，芯片也可以有用户数据存储空间，但读写用户数据区的内容时必须先读出该标签的ID号，再对指定ID号的标签进行用户数据读写，它的标签数据上传速率只有40Kbps，碰撞仲裁机制是二进制树搜索算法，效率低。 
   
　　4.2、ISO-18000-6C协议是在EPC C1G2基础上提出来的，它的存储区分为EPC（产品电子编码）区、TID（标签ID区）、PASSWORD（密码区）和用户区（有些厂家的芯片没有此区）。其中，TID区是芯片出厂时写好的，其它都是后写的，它读取EPC区效率最高，EPC区域的长度从16比特到496比特可变，一般是96比特，读写其它区域时必须先读取EPC区。它的标签数据上传速率为40——640Kbps，是可变的，根据读写器的处理能力确定，碰撞仲裁机制是Aloha算法，效率较高。

　　4.3、IPX协议和上述两种协议有很大的区别在于它是采用TTF（ITF）方式，也就是叫“标签先讲”的方式，而前面两种协议都是RTF方式，也就是叫“读写器先讲”的方式。它的优势是在单个标签的情况下读取速度非常快。它有不同速度的版本，最高256Kbps，有唯一的64比特ID号，

　　也有用户区。防碰撞算法采用改进的Aloha算法。
总结，以上三种协议各有特色，6C协议综合性能最好，但由于EPC码是可以现场写的，所以容易被复制，最好是向芯片厂家定制一种私有协议，但这个成本较高，

安装有RFID系统的车道

　　如果是大范围应用的话还是可以考虑的。如果选用6B协议，则可以满足所有门禁和车道中间有隔离的各种收费需求，但很难满足多车道自由流的应用；如果选用6C协议，通过车辆的其它信息和EPC码的关联性来保证其唯一性，而且这样可以制定统一的编码规范，便于大范围应用时的快速识别，主要靠立法来解决非法复制的问题；如果选用IPX协议，其优势是适合高速路段车流量不是很大的情况，而在多车道大流量的情况下其碰撞解决机制的能力难以满足要求。

　　5、RFID与视频技术的配合

　　由于大范围应用RFID技术来解决车辆管理问题是需要很长一段实施期的，也就是说，在很长时间内有无电子标签的车辆会同时存在的，同时也是为了在出现问题时便于人工识别，一般在设置RFID系统采集车辆信息的地方都要配置相应的视频采集设备作为补充。

　　三、车辆RFID智能管理系统组成

　　系统主要由数据采集系统（RFID读写器、天线、RFID电子标签）、数据传输系统（3G网络路由器、无线HUB、工控电脑等）、基于B/S架构的后台管理软件及数据库系统等组成。

　　万全智能技术有限公司由国际知名安防制造企业Vanch SecurityGroup投资设立，负责Vanch品牌产品的生产以及在国内市场的销售和售后服务。Vanch SecurityGroup产品范围涵盖RFID多频段无线射频识别、公共安全防范系统、移动数据采集终端等方面。VANCH品牌产品广泛应用于交通、物流、制造业、公共及城市一卡通等行业。  

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