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摘要：随着我国社会经济的不断发展，高速公路建设工程越来越庞大，高速公路上的车辆也越来越多，这不但增加了高速公路收费的工作量，也造成了公路拥堵。智能管理是交通管理发展的必然趋势，不停车收费系统是当前最先进的智能交通管理应用系统，其应用不但大大缩小了交通管理成本，也有效解决了交通拥堵问题。基于此，笔者将对射频识别技术(radio frequency identification，RFID)在高速公路不停车收费系统中的应用相关话题进行详细阐述。
关键词：RFID；不停车收费；高速公路
近年来，随着高速公路车辆的不断增多，车辆的便捷通行与传统的公路管理系统出现的矛盾日益明显，必须结合现代电子信息技术与我国交通管理的实际情况，进行改革与创新以缓解现代经济快速发展的交通压力。传统的每条高速公路通车都需要大量的收费站24小时值班，这样采用人工收费方式，不仅收费站的建成与运营本身就消耗了相当一部分资金，而且车辆交费需要完全停止，频繁的启刹车也造成了能源浪费和环境污染，效率很低，甚至在交通高峰期间，收费站成为高速公路的“瓶颈”，出现严重拥堵的情况。因此，不停车电子收费(Electronic toll collection,ETC)是高速公路的一种理想的收费方式。射频识别技术（RFID)的出现使它的实现成为可能，从而加快了智能交通的发展。
一、射频识别（RFID)系统的组成及工作原理
射频识别（RFID)技术主要由射频卡和读写器组成，射频标签和读写器之间互相不接触并利用感应、无线电波或微波进行数据通信，从而可以达到识别的目的，其系统的组成及工作原理见图1：
阅读器通过发射天线发送一定频率的射频信号，当射频卡进入发射天线工作区域时产生感应电流，射频卡获得能量被激活；射频卡将自身编码等信息通过卡内置发送天线发送出去；系统接收天线接收到从射频卡发送来的载波信号，经天线调节器传送到阅读器，阅读器对接收的信号进行解调和解码，然后送到后台主系统进行相关处理；主系统根据逻辑运算判断该卡的合法性，针对不同的设定做出相应的处理和控制，发出指令信号控制执行机构动作。在耦合方式、通信流程、从射频卡到阅读器的数据传输方法以及频率范围等方面，不同的非接触传输方法有根本的区别，但所有的阅读器在功能原理上，以及由此决定的设计构造上都很相似，所有阅读器均可简化为高频接口和控制单元两个基本模块。高频接口包含发送器和接收器，通过产生高频发射功率以启动射频卡并提供能量；对发射信号进行调制，用于将数据传送给射频卡。阅读器的控制单元与应用系统软件进行通信，并执行应用系统软件发来的命令；对一些特殊的系统还有执行反碰撞算法，对射频卡与阅读器间要传送的数据进行加密和解密，以及进行射频卡和阅读器间的身份验证等附加功能。影响射频卡读写距离的因素包括天线工作频率、阅读器的RF输出功率、阅读器的接收灵敏度、射频卡的功耗、天线及谐振电路的Q值、天线方向、阅读器和射频卡的耦合度，以及射频卡本身获得的能量及发送信息的能量等。
二、高速公路不停车收费系统中RFID技术应用实例分析
2.1 工程概述
我国某高速公路收费站一期工程已完成，共建设不停车收费系统车道96条，其中，省界车道12条，匝道站车道84条；专用车道26条，混合车道70条。该高速公路应用不停车收费系统产生的预期效益主要包括：①收费车道的通行能力提升至少3倍；②节省收费站的占地面积；③提升车主的时间效率；④节约车辆等候、停启时的消耗与磨损；⑤减少汽车尾气排放，降低与环境造成的污染。
2.2 系统设计
从逻辑结构上分析，该高速公路不停车收费系统是由用户层、操作层以及管理层构成。其中，管理层为整个系统的核心，由高速公路ETC联网收费清算中心、ETC客服系统、ETC卡中心系统构成，能够实现资金清算、对账数据处理等功能。操作层主要由车道系统构成，可分为专用车道与混合车道两种。用户层采用符合国家标准的双卡式OBU，即由“OBU+CPU卡”构成，其中CPU卡为非现金支付介质，其整体框架图如下：
2.2.1 高速公路ETC联网收费清算中心
高速公路ETC联网收费清算中心是一种清算系统，是按照不停车收费系统的功能建设起来的，整个系统分为服务层、通讯接入层、前台视图层三层。此清算中心具有独立性，且能够实现设备配置与功能的扩展性，可实现数据存储、数据传递、流水清分、收益规则管理、费率管理、对账处理、黑名单下发、查询统计、人口信息查询等多项功能，其前台视图层包括管理终端、监控终端以及统计分析，可连接收费中心系统、收费站系统、ETC卡中心系统，且能够实现与外部系统数据的双备份功能。
2.2.2 ETC卡中心系统
ETC卡中心系统的主要功能是实现数据传递、ETC交易流水校验、卡资金结算、划拨处理、黑名单管理、OBU与非现金支付卡的发行与管理，系统维护等。ETC卡中心系统不仅可对本地资金进行结算处理，也可以对省市结算中心间的资金进行结算处理。
2.2.3 车道系统
高速公路不停车收费系统的车道系统可以分为专用车道与混合车道两种。专用车道仅支持对安装了OBU的车辆进行收费，可实现系统的自动收费，无需收费人员值班。混合车道则需收费人员值班，以实现对不同车辆的收费处理。本工程根据实际需求，更多地建设了混合车道，
2.3 效果分析
经过一段时间的试运行与数据分析，发现该高速公路不停车收费系统基本实现了预期效益，即收费车道的通行能力提升了、节省了收费站占地面积、提升了车主的时间效率、降低了大气对环境的污染等。但仍然存在一些问题，主要包括车主数量有限、专用车道未得到有效应用、收费员操作不熟练、车主使用不当等。
三、RFID的发展前景与局限性
在中国交通繁忙的今天，RFID视频技术无疑是最终发展的趋势，无论从交通工程的角度还是从智能运输系统的角度来看，该电子收费技术对于我国公路运营管理效率和公路通行服务水平的提高有很大潜力。现在国内ETC，最成熟的应该是广东省的“粤通卡”，在广东实现了全省通用，在2014年就已有30万用户，但与总体车辆相比，还是比较少，目前在广东省大部分二三线城市依然还有很多车辆都没有用粤通卡。另外，对于公路收费系统，由于车辆的大小和形状不同，需要大约4m的读写距离和很快的读写速度，也就要求系统的频率应该在900MHz和2500MHz，因此成本非常高。一个普通的射频基站价格在20万元左右，而一张普通的射频读/写卡为400元左右，这是射频识别技术之所以在中国难以普及的根本性原因。
参考文献：
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[4]高速公路多路径识别技术研究及实现[D]. 孙凯.郑州大学 2016（03）
论文作者:郑佩洪
论文发表刊物:《防护工程》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/31
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