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RFID技术在ITS中的应用分析
作者：张海亮
来源：西省高速公路信息监控中心
日期：2009-06-12 08:52:29
摘要：ITS（智能交通）是将先进的传感器技术、通讯技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、信息发布技术等有机地运用于整个交通运输管理体系而建立起的一种实时的、准确的、高效的交通运输综合管理和控制系统。RFID是将各种信息化技术综合集成，服务于ITS的重要技术手段。
ITS（智能交通）是将先进的传感器技术、通讯技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、信息发布技术等有机地运用于整个交通运输管理体系而建立起的一种实时的、准确的、高效的交通运输综合管理和控制系统。RFID是将各种信息化技术综合集成，服务于ITS的重要技术手段。
RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别)技术，最初作为二战时期用于敌我飞机识别的技术，近年来在物流与供应链管理领域重新焕发了新机，得到了极大的重视与长足的发展。在交通运输领域，RFID技术也在智能公交卡、不停车收费、停车场管理、车辆类型及流量信息采集、高速公路车辆速度计算分析等方面取得了应用成效。
一、RFID 技术
RFID技术是通过无线电波的方式，把存储在RFID标签中的唯一标识码传送给RFID阅读器。当标签贴在被标识物体上时，就可以对被标识物体实现远距离的、非直接接触的识别。基于无线电波传输周期以及传输通道的特性，同时也就可以实现多目标、大批量、快速的识别。
其系统构成主要包括：标签、阅读器、以及用于后台控制与处理的计算机。其中标签包含一个微小的芯片用于存储其ID 号码，以及一个用于电波接收与反射的天线。阅读器是一个复杂的设备，它也包括一个用于信号发射与接收的天线。该天线根据信号接收的距离 在形状及大小上有很大的区别。按工作频率的不同，RFID技术主要分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、以及微波（MW）频段。不同频段在其工作的物理机制上有所不同，相应的在传输距离、传输速度、 以及应用领域上也各有不同。按标签的电源供应情况，还分为主动式与被动式标签。主动式的标签采用电池供电。被动式标签靠阅读器的电波能量供电。由于供电方 式的不同，造成其传播距离以及应用领域的不同。
二、RFID在ITS中的应用
智能交通系统（Intelligent Transport System）的概念是在本世纪90年代初期才形成的，在这之前一些发达国家，如美国、日本以及欧盟各国曾经对高速公路和机动车辆的智能化问题进行过不少研究，并取得了一批成果，当时美国取名为IVHS项目，即是Intelligent Vehicle-Highway System的简称。后来，随着交通智能化的要求日益迫切，交通产业现代化的任务日益繁重，确定了将道路交通智能化的研究成果扩大应用到铁路、水运和航空领域的发展方向，从综合交通系统的角度来研究交通网络智能化的问题，这就逐步形成了建立智能交通系统的新概念。
智能交通的内容非常广泛，比如：城市交通信号系统、公共调度和服务系统、区域联网不停车收费系统、公众出行信息服务系统等。RFID技术从交通部、省市交通管理部门到企业，都有着广泛的应用，主要应用领域包括：电子政务领域、智能交通领域、运输/物流领域等。智能交通领域具体包括高速公路联网收费、不停车收费、多路径识别、一卡通等方面。
1、城市公共交通
RFID应用在公交管理系统中实现的功能和特性有以下几个方面:不停车远距离自动识别，实时定点采集公交车辆进出站和通过站台的时间，确定公交车辆所处位置;调度中心LED 显示牌和站台显示牌可以分别显示公交车在某站台或站台之间的在线运行动态信息（包括车辆所处的位置、载客的拥挤程度、空车、正常信息提示），便于灵活调度车辆和方便乘客候车;便于稽查公交车辆是否按规定的线路运行，提高车辆到达站台的准时性;便于对车辆的调度、流量统计、车辆考勤、任务考核、路单报表生成，以及维修保养期提示、车辆维修记录、审验记录等方面的自动化管理。
2、电子不停车收费（ETC）
电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection，简称ETC）是一种用于公路、大桥和隧道的电子自动收费系统。它应用RFID 技术，通过路侧天线与车载电子标签之间的专用短程通讯，在不需要司机停车和其他收费人员采取任何操作的情况下，自动完成收费处理全过程。不停车收费涉及交通基础设施投资的回收，又是缓解收费站交通堵塞的有效手段，而且在使用中收费卡的用量又很大，因此各个国家都优先投入不停车收费系统应用系统的开发，并且积极推广，目前在欧美应用已经比较成熟，普遍，我国也已经在广东、四川等地的高速公路上投入应用。
RFID技术已在交通行业逐步成功推广应用，并且取得了良好的社会和经济效益。在智能交通领域，主要应用在电子不停车收费。比如，厦门市路桥管理有限公司在不停车收费系统中应用RFID技术，发行RFID电子标签共20万张，广东联合电子收费股份有限公司自2004年建立了不停车收费系统，发行16万张RFID电子标签，均取得了良好的使用效果。不停车收费系统的实施，有效地提高了车辆通过效率，防止收费站交通“瓶颈”的发生，同时实现了收费无人为干预，有效地遏制了偷逃过路费，收费人员玩忽职守、循私作弊等行为，同时降低收费站的管理成本，更快地收回基础设施的投资。
3、智能停车场管理
智能车场系统能有效、准确、智能的对进出停车场的系统车辆和非系统车辆的数据信息识别、采集、记录并按需上传，处理，并在必要时可以通过相应的人工干预进行补充，以避免非正常事件的影响。当车辆驶入/出门禁天线通信区时，天线以微波通讯的方式与电子识别卡进行双向数据交换，从电子车卡上读取车辆的相关信息，在司机卡上读取司机的相关信息，自动识别电子车卡和司机卡并判断车卡是否有效和司机卡的合法性，车道控制电脑显示与该电子车卡和司机卡一一对应的车牌号码及驾驶员等资料信息；车道控制电脑自动将通过时间、车辆和驾驶员的有关信息存入数 据库中，车道控制电脑根据读到的数据进行判断实现通行和收费管理。
4、多义性路径识别及高速公路收费拆分帐管理
随着高速公路越修越多，联网收费的路段出现了网状分布，这给确定车辆的行走路线带来了很大困难。在高速公路路网建设较为发达的省如山东、河南，高速公路已成网状，且由不同投资主体进行经营管理。目前，一般采用最短路径收取通行费，进行通行费拆帐，这就造成了一定的通行费流失与拆帐纠纷。如果采用RFID技术，在高速公路交叉路口，设立信息点。当车辆通过RFID信息点时，将通过的位置信息写入通行卡中，这样便可以根据通过的标志性位置，准确知道车辆的行驶路线，准确收取通行费，准确拆帐，并且不影响车辆的快速通过。同时，应用路径识别可以进一步加强收费运营管理，减少通行费的漏征。按照目前的收费管理，一旦出现个别收费站车辆逃费的情况，损失的不仅是本公司通行费，还会损失路网中其它公司的拆帐通行费。如果采用RFID方式，在识别车辆路径的同时，相应也就记录了车辆的行驶里程，并以此为收费拆帐的依据，即使有车辆逃费，也只影响出现逃费公司的拆帐结果，其它公司的损失由出现逃费的公司来弥补。采用这种方式有助于提高各公司的管理水平，减少整个路网的通行费漏征。
三、智能交通中RFID的应用分析
1、可行性分析
（1）针对区域性或局部范围内RFID的应用，不会受到国际化标准的制约和限制，易于进行推广应用；
（2）针对智能交通的应用中所采用的主动式、超高频标签，其读写距离远、安全性好、数据存储时间更有保障，技术更为成熟稳定。
（3）由于采用主动式标签，在安全性、保密性、隐私问题等方面解决了用户的后顾之忧。
2、面临的技术难题
（1）关于标准的问题
RFID技术是针对个体识别、定位、计算的一种技术，其应用在区
域性或局部范围应用时，不会受到标准化问题的制约与影响。但随着区域或局部应用不断扩大发展，如高速公路不停车收费联网，大区域或全国性将成为可能，如果有前瞻性的做好标准化工作对引导RFID良性发展有非常重要的意义和作用。
（2）多个体目标的干扰
在车辆管理自动识别中常常会遇到“邻道干扰”问题。所谓“邻道干扰”,指一个车道上的RFID读写器除了读到本车道上的电子标签外,还误读到了邻车道上的电子标签,影响到鉴别各自归属。完全解决好多个体目标的干扰问题也是RFID技术推广因公的一个关键问题。
（3）RFID在安全架构方面的问题（如防止标签的复制问题、标签自销毁问题）等。
标签本身的访问缺陷；由于标签本身的成本所限，标签本身很难具备能够足以保证安全的能力。这样，就面临了很大的问题。非法用户可以利用合法的阅读器或者自构一个阅读器，直接与标签进行通信。这样，就可以很容易地获取标签内所存数据。而对于读写式标签，还面临数据被改写的风险。
通信链路上的安全问题；RFID的数据通信链路是无线通信链路。与有线连接不一样，无线传输的信号本身是开放的。这就给非法用户的侦听带来了方便，导致黑客非法截取通信数据、业务遭受拒绝式攻击、利用冒名顶替标签发送虚假数据等
阅读器内部的安全风险。 在阅读器中，除了中间件被用来完成数据的遴选、时间过滤和管理之外，只能提供用户业务接口，而不能提供能够让用户自行提升安全性能的接口。
四、结语
随着RFID技术在最近几年的蓬勃发展，在智能交通领域，RFID也有了很多的应用。在RFID服务于智能交通的同时，我们也将遇到来自标准、通信、安全、成本等方面的困惑和难题，但我们相信，随着相关应用软环境的改善、RFID技术的不断发展完善，RFID将会成为智能交通发展的主流应用之一。
RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别)技术，最初作为二战时期用于敌我飞机识别的技术，近年来在物流与供应链管理领域重新焕发了新机，得到了极大的重视与长足的发展。在交通运输领域，RFID技术也在智能公交卡、不停车收费、停车场管理、车辆类型及流量信息采集、高速公路车辆速度计算分析等方面取得了应用成效。
一、RFID 技术
RFID技术是通过无线电波的方式，把存储在RFID标签中的唯一标识码传送给RFID阅读器。当标签贴在被标识物体上时，就可以对被标识物体实现远距离的、非直接接触的识别。基于无线电波传输周期以及传输通道的特性，同时也就可以实现多目标、大批量、快速的识别。
其系统构成主要包括：标签、阅读器、以及用于后台控制与处理的计算机。其中标签包含一个微小的芯片用于存储其ID 号码，以及一个用于电波接收与反射的天线。阅读器是一个复杂的设备，它也包括一个用于信号发射与接收的天线。该天线根据信号接收的距离 在形状及大小上有很大的区别。按工作频率的不同，RFID技术主要分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）、以及微波（MW）频段。不同频段在其工作的物理机制上有所不同，相应的在传输距离、传输速度、 以及应用领域上也各有不同。按标签的电源供应情况，还分为主动式与被动式标签。主动式的标签采用电池供电。被动式标签靠阅读器的电波能量供电。由于供电方 式的不同，造成其传播距离以及应用领域的不同。
二、RFID在ITS中的应用
智能交通系统（Intelligent Transport System）的概念是在本世纪90年代初期才形成的，在这之前一些发达国家，如美国、日本以及欧盟各国曾经对高速公路和机动车辆的智能化问题进行过不少研究，并取得了一批成果，当时美国取名为IVHS项目，即是Intelligent Vehicle-Highway System的简称。后来，随着交通智能化的要求日益迫切，交通产业现代化的任务日益繁重，确定了将道路交通智能化的研究成果扩大应用到铁路、水运和航空领域的发展方向，从综合交通系统的角度来研究交通网络智能化的问题，这就逐步形成了建立智能交通系统的新概念。
智能交通的内容非常广泛，比如：城市交通信号系统、公共调度和服务系统、区域联网不停车收费系统、公众出行信息服务系统等。RFID技术从交通部、省市交通管理部门到企业，都有着广泛的应用，主要应用领域包括：电子政务领域、智能交通领域、运输/物流领域等。智能交通领域具体包括高速公路联网收费、不停车收费、多路径识别、一卡通等方面。
1、城市公共交通
RFID应用在公交管理系统中实现的功能和特性有以下几个方面:不停车远距离自动识别，实时定点采集公交车辆进出站和通过站台的时间，确定公交车辆所处位置;调度中心LED 显示牌和站台显示牌可以分别显示公交车在某站台或站台之间的在线运行动态信息（包括车辆所处的位置、载客的拥挤程度、空车、正常信息提示），便于灵活调度车辆和方便乘客候车;便于稽查公交车辆是否按规定的线路运行，提高车辆到达站台的准时性;便于对车辆的调度、流量统计、车辆考勤、任务考核、路单报表生成，以及维修保养期提示、车辆维修记录、审验记录等方面的自动化管理。
2、电子不停车收费（ETC）
电子不停车收费系统（Electronic Toll Collection，简称ETC）是一种用于公路、大桥和隧道的电子自动收费系统。它应用RFID 技术，通过路侧天线与车载电子标签之间的专用短程通讯，在不需要司机停车和其他收费人员采取任何操作的情况下，自动完成收费处理全过程。不停车收费涉及交通基础设施投资的回收，又是缓解收费站交通堵塞的有效手段，而且在使用中收费卡的用量又很大，因此各个国家都优先投入不停车收费系统应用系统的开发，并且积极推广，目前在欧美应用已经比较成熟，普遍，我国也已经在广东、四川等地的高速公路上投入应用。
RFID技术已在交通行业逐步成功推广应用，并且取得了良好的社会和经济效益。在智能交通领域，主要应用在电子不停车收费。比如，厦门市路桥管理有限公司在不停车收费系统中应用RFID技术，发行RFID电子标签共20万张，广东联合电子收费股份有限公司自2004年建立了不停车收费系统，发行16万张RFID电子标签，均取得了良好的使用效果。不停车收费系统的实施，有效地提高了车辆通过效率，防止收费站交通“瓶颈”的发生，同时实现了收费无人为干预，有效地遏制了偷逃过路费，收费人员玩忽职守、循私作弊等行为，同时降低收费站的管理成本，更快地收回基础设施的投资。
3、智能停车场管理
智能车场系统能有效、准确、智能的对进出停车场的系统车辆和非系统车辆的数据信息识别、采集、记录并按需上传，处理，并在必要时可以通过相应的人工干预进行补充，以避免非正常事件的影响。当车辆驶入/出门禁天线通信区时，天线以微波通讯的方式与电子识别卡进行双向数据交换，从电子车卡上读取车辆的相关信息，在司机卡上读取司机的相关信息，自动识别电子车卡和司机卡并判断车卡是否有效和司机卡的合法性，车道控制电脑显示与该电子车卡和司机卡一一对应的车牌号码及驾驶员等资料信息；车道控制电脑自动将通过时间、车辆和驾驶员的有关信息存入数 据库中，车道控制电脑根据读到的数据进行判断实现通行和收费管理。
4、多义性路径识别及高速公路收费拆分帐管理
随着高速公路越修越多，联网收费的路段出现了网状分布，这给确定车辆的行走路线带来了很大困难。在高速公路路网建设较为发达的省如山东、河南，高速公路已成网状，且由不同投资主体进行经营管理。目前，一般采用最短路径收取通行费，进行通行费拆帐，这就造成了一定的通行费流失与拆帐纠纷。如果采用RFID技术，在高速公路交叉路口，设立信息点。当车辆通过RFID信息点时，将通过的位置信息写入通行卡中，这样便可以根据通过的标志性位置，准确知道车辆的行驶路线，准确收取通行费，准确拆帐，并且不影响车辆的快速通过。同时，应用路径识别可以进一步加强收费运营管理，减少通行费的漏征。按照目前的收费管理，一旦出现个别收费站车辆逃费的情况，损失的不仅是本公司通行费，还会损失路网中其它公司的拆帐通行费。如果采用RFID方式，在识别车辆路径的同时，相应也就记录了车辆的行驶里程，并以此为收费拆帐的依据，即使有车辆逃费，也只影响出现逃费公司的拆帐结果，其它公司的损失由出现逃费的公司来弥补。采用这种方式有助于提高各公司的管理水平，减少整个路网的通行费漏征。
三、智能交通中RFID的应用分析
1、可行性分析
（1）针对区域性或局部范围内RFID的应用，不会受到国际化标准的制约和限制，易于进行推广应用；
（2）针对智能交通的应用中所采用的主动式、超高频标签，其读写距离远、安全性好、数据存储时间更有保障，技术更为成熟稳定。
（3）由于采用主动式标签，在安全性、保密性、隐私问题等方面解决了用户的后顾之忧。
2、面临的技术难题
（1）关于标准的问题
RFID技术是针对个体识别、定位、计算的一种技术，其应用在区
域性或局部范围应用时，不会受到标准化问题的制约与影响。但随着区域或局部应用不断扩大发展，如高速公路不停车收费联网，大区域或全国性将成为可能，如果有前瞻性的做好标准化工作对引导RFID良性发展有非常重要的意义和作用。
（2）多个体目标的干扰
在车辆管理自动识别中常常会遇到“邻道干扰”问题。所谓“邻道干扰”,指一个车道上的RFID读写器除了读到本车道上的电子标签外,还误读到了邻车道上的电子标签,影响到鉴别各自归属。完全解决好多个体目标的干扰问题也是RFID技术推广因公的一个关键问题。
（3）RFID在安全架构方面的问题（如防止标签的复制问题、标签自销毁问题）等。
标签本身的访问缺陷；由于标签本身的成本所限，标签本身很难具备能够足以保证安全的能力。这样，就面临了很大的问题。非法用户可以利用合法的阅读器或者自构一个阅读器，直接与标签进行通信。这样，就可以很容易地获取标签内所存数据。而对于读写式标签，还面临数据被改写的风险。
通信链路上的安全问题；RFID的数据通信链路是无线通信链路。与有线连接不一样，无线传输的信号本身是开放的。这就给非法用户的侦听带来了方便，导致黑客非法截取通信数据、业务遭受拒绝式攻击、利用冒名顶替标签发送虚假数据等
阅读器内部的安全风险。 在阅读器中，除了中间件被用来完成数据的遴选、时间过滤和管理之外，只能提供用户业务接口，而不能提供能够让用户自行提升安全性能的接口。
四、结语
随着RFID技术在最近几年的蓬勃发展，在智能交通领域，RFID也有了很多的应用。在RFID服务于智能交通的同时，我们也将遇到来自标准、通信、安全、成本等方面的困惑和难题，但我们相信，随着相关应用软环境的改善、RFID技术的不断发展完善，RFID将会成为智能交通发展的主流应用之一。
