广东飞达交通工程有限公司
摘要：电子不停车收费系统在高速公路收费环节的广泛应用，极大地推动了我国高速公路产业的发展。文章分析了RFID技术在高速公路不停车收费系统中应用。
关键词：RFID；高速公路；不停车收费系统
引言
电子不停车收费系统，即ETC系统，最大特点是不停车收费，即车辆可以以一定的速度通过收费口，无须在收费站前停车交费。电子不停车收费系统的应用对于预防交通阻塞起到了良好作用，大大提高了收费站的通行能力，保证了高速公路的畅通性，降低油耗和车辆不必要的损耗，减少废气排放，达到了节约能源与保护环境的目的。本文基于射频识别技术（RFID），对 ETC车道收费系统进行了详细的研究。
1.不停车收费系统概述
不停车收费系统简称ETC，逐渐得到广泛的推广应用。尤其适合交通流量较大的高速公路使用。应用ETC收费系统即为在车辆上安装系统可以识别的电子标签设备，在收费站ETC通道上会安装读写电子标签装置与计费装置。当带有电子标签的车辆在通过收费站点时驾驶员不需要停车读卡缴费，只需要在系统能够读出的速度范围内通过，车载电子标签就可以与收费站安装的标签读写装置进行信息读取，服务器进而通过所提供的信息来调取车辆信息，再将其上传至后台服务器，当服务器通过信息辨别出车辆信息后即可在通行者账户中扣取相应的费用。如当前ETC用户车辆电子标签出现故障或用户余额不足，则会被人工拦截或摄取汽车牌照以便日后处理。
2.RFID技术概述
RFID技术 RFID（Radio Frequency Identification）射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别过程中再无须手动干预，受外部环境影响较小，比较稳定。RFID技术具有可识别高速运动物体的功能，高速公路不停车收费就是一个典型例子，同时他可识别多个标签，队列处理，操作快捷方便。DSRC即Dedicated Short Range Communications（专用短程通信技术），在ETC系统中，通过信息的双向传输将车辆和收费系统有机地连接起来。一套射频识别系统主要由电子标签（tag）、阅读器（reader）和应用系统三部分组成，其中应用系统包括应用软件和中间件。电子标签中存储着目标物的特征信息，每一个电子标签都含有独特的识别代码（EPC），在实际应用中，电子标签可装置在车体表面。阅读器主要作用是对标签内的信息进行读取和写入新信息。应用系统的主要作用是存储和管理由阅读器读取的电子标签内数据信息，可以是一个简单的数据库，也可以是数据管理软件。
3.RFID在高速公路不停车收费系统中应用
3.1电子标签
RFID技术的基本工作原理并不复杂。标签进入天线发出的磁场后，接收天线发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息，或者主动发送某一频率的信号，读写器读取信息并解码后，送至系统的信息处理中心进行有关数据处理。电子标签根据内部保存信息方式的不同，可将其分为集成电路固化式、现场有线改写式和现场无线改写式三大类；根据读取电子标签数据的技术实现手段，可将其分为广播发射式、倍频式和反射调制式三大类；按能量供给方式（电池供电）的不同，射频识别技术又可分为有源、无源和半有源三种。RFID通常流行的分类方法是，按照工作频率（单位：Hz）的不同，分为低频（LF）、高频（HF）、超高频（UHF）和微波频段（MW）4种。
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3.2读写器
读写器是用来读写电子标签内存储信息的设备，有时候也称为阅读器，读写器由两个模块组成，分别是控制模块和射频接口模块，射频接口主要提供电子标签所需要的能量，对输出的信息进行调制，然后将这些信息传达给标签，对收到的信号进行解调，然后输送给控制模块，它由是由发射器和接收器组成。控制模块对比他高一级模块下达的指令进行编码，并掌控他与电子标签的数据通信，对下达的指令信号进行解码，并上报更高一级。读写器与电子标签是通过电子无线耦合来进行通信的，根据时序关系，在完成数据传递的同时也进行能量传递，电子标签天线耦合主要有两种方法。第一种方法是电感耦合方式，采取的模型是变压器模型，它以以电磁感应定律为基础，通过高频交变磁场来实现耦合，它识别的距离比较短，有一定的局限性。第二种方法是电磁反向散射耦合方式，其模型为雷达模型，自行发射电磁波信号，碰到障碍物将会迅速反射，然后将障碍物的信息搜集反馈，依据的是电磁波空间传播规律，这种方法传播的距离一般比较大，使用范围广。
3.3微波天线
车道天线一直不停的发射信号。当装有电子标签（OBU）的用户驶入不停车收费车道时，电子标签被车道天线发出的信号激活，变为激活状态，然后它依据收到的信号指令向天线做出呼应，发回相应的信号。天线控制器收到反馈信号后，建立通讯状态，形成符合短程通信协议的数据帧，通过车道天线将数据帧发给刚才驶入车辆的电子标签，并分析从电子标签传送来的各种信息，再输送给天线控制系统。天线控制器经常包含有多个控制模块，单一的控制模块可以控制一个车道天线。天线控制模块通常由微机通信接口端、双端口存贮器（DPRAM）、通信协议处理单元、RS485/RS422串行天线接口单元构成。微机通信接口端负责天线控制模块与车道控制计算机的数据通信，它能是PC总线接口，也能是RS232接口。
3.4应用系统
应用系统包括应用软件和中间件。主要作用是存储和管理由阅读器读取的电子标签内数据信息，可以是一种独立的服务程序或系统软件，中间件可以使不同的技术在分布式应用软件中实现资源共享。中间件管理网络通信和计算机资源，它处于服务器、客户机的操作系统的上层。应用程序和电子标签之间的连接是通过RFID中间件来实现的，所以说中间件是这两者的“桥梁”。RFID系统的中间件的相应通用的应用程序接口（API）被连接到应用程序端，通过中间件的通用的接口连接上RFID阅读器，进而就可以通过阅读器读取电子标签的信息，按照应用程序—中间件—阅读器—电子标签的顺序来实现信息的读取工作。因此，在出现用户端应用程序添加或相应的数据库软件增加或替换、阅读器型号的不同等情况时，也不会出现维护的复杂性，实现了无障碍多对多的连接方式。
4射频识别过程原理分析
天线在有效的范围内持续发射电磁波，根据电磁波范围、读写器的发射频率，天线功率尺寸大小等参数，形成电磁场。当标签（OBU）进入到由天线发射的电磁波而形成的电磁场时，通过标签内自带的稳压电路，对接收到的信号脉冲进行整流滤波，对电容进行充电，从而形成内部的工作电压。收到数据信息后，电子标签内部的逻辑控制器开始工作，对其进行解码，进行读、写等操作，并将得到的数据信息进行编码，通过射频天线将数据信息发送给读写器。读写器对接受到的数据信息进行解码，校验，也进行相似的信息处理。需要说明的是读写器必须在同一时间处理收到的大量的电子标签信息，假使一下子处理不完这么多的标签信息，那么这些数据信息将会在读写器外部发生数据碰撞，从而造成对电子标签识别的延时，影响到响应的速度，造成不良后果。因此要让读写器和电子标签之间存在相关协议，当多个标签信息同时到达读写器时，在保证正确的基本前提下，读写器能行之有效的将碰撞减少到最小，避免不必要的重复识别的无用过程，做到高效识别。
结束语
高速公路不停车收费技术给高速公路通行带来了极大的便利与快捷，射频技术是不停车收费系统中的关键技术，决定着不停车收费系统的效率及性能。相信在以后必将会出现更多的成熟技术来提高高速公路的通过效率。
参考文献：
[1]郑伯金.高速公路不停车收费系统的技术研究[J].电子技术与软件工程，2014（14）.
[2]李丛晖，周玲.对高速公路电子不停车收费稽查系统的分析[J].中国新技术新产品.2012（10）.
论文作者:汤永成
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/11/30
标签：电子标签论文; 天线论文; 信息论文; 收费系统论文; 射频论文; 高速公路论文; 读写器论文; 《基层建设》2015年17期论文;