摘要：闡述RFID的工作原理、綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)和影響因素，介紹RFID在高速公路收費(fèi)、交通流檢測(cè)、車輛路徑識(shí)別管理和聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)拆帳管理中的應(yīng)用，以及RFID高速公路綜合管理系統(tǒng)軟件功能和設(shè)計(jì)等。
射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，簡(jiǎn)稱RFID)，主要由讀卡器、天線和電子標(biāo)簽組成。RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象，并獲取卡上的相關(guān)信息。RFID技術(shù)具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離大、標(biāo)簽上數(shù)據(jù)可以加密、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)容量大等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用將為高速公路的運(yùn)營(yíng)管理帶來(lái)革命性變化。目前，發(fā)達(dá)國(guó)家在智能交通方面已開(kāi)始推廣應(yīng)用RFID技術(shù)；我國(guó)在公路管理等方面還很少應(yīng)用該技術(shù)，只有幾家RFID業(yè)內(nèi)公司提出了各自的公路／車輛RFID管理系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)車輛進(jìn)行非接觸式信息采集處理，從而自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)管理車輛活動(dòng)，例如不停車收費(fèi)系統(tǒng)等。
本文論述的RFID高速公路綜合管理系統(tǒng)是基于RFID技術(shù)，對(duì)高速公路收費(fèi)管理、監(jiān)控管理、車輛路徑識(shí)別管理和道路擁擠情況管理等方面進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，同時(shí)將該系統(tǒng)與高速公路道路信息圖文發(fā)布系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，及時(shí)誘導(dǎo)交通，提高道路通行能力，保證交通安全。
1 RFID工作原理
RFID的工作原理比較簡(jiǎn)單，在系統(tǒng)工作過(guò)程中，讀卡器首先通過(guò)天線發(fā)送加密數(shù)據(jù)載波信號(hào)到RFID汽車標(biāo)簽，標(biāo)簽的發(fā)射天線工作區(qū)域被激活，同時(shí)將加密的載有車輛信息的加密載波信號(hào)發(fā)射出去，接收天線接收到射頻卡發(fā)來(lái)的載波信號(hào)，經(jīng)讀卡器接收處理后，提取出車輛信息送至計(jì)算機(jī)，完成預(yù)設(shè)的系統(tǒng)功能和自動(dòng)識(shí)別，實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)化管理。RFID工作原理見(jiàn)圖1：
2 RFID綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)
基于整個(gè)高速公路已建立的通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)高速公路收費(fèi)管理、車輛路徑識(shí)別管理和道路擁擠情況管理。
高速公路信息化的進(jìn)程正以前所未有的規(guī)模和速度影響著高速公路的管理決策。眾多系統(tǒng)為信息化管理提供了大量有關(guān)收費(fèi)、監(jiān)控等方面的信息，但由于各個(gè)系統(tǒng)之間不兼容而導(dǎo)致信息孤島現(xiàn)象?？焖俸蜏?zhǔn)確地獲取高速公路上的各種信息以便作出相應(yīng)的決策，已日益成為高速公路管理決策關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，大多數(shù)高速公路使用的各種信息系統(tǒng)均使用傳統(tǒng)的封閉式技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。如收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)等，均由不同的廠商用各自不同的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，而且互相獨(dú)立和封閉，各種信息無(wú)法匯集、分析和監(jiān)控，從而導(dǎo)致高速公路綜合管理成本上升，決策風(fēng)險(xiǎn)加大。
RFID綜合管理系統(tǒng)就是針對(duì)這一問(wèn)題而設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的。在充分考慮高速公路現(xiàn)有信息系統(tǒng)整合的復(fù)雜性和未來(lái)新增系統(tǒng)不確定性的情況下，實(shí)施完全開(kāi)放式的設(shè)計(jì)原則，整合了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID技術(shù)、收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等功能模塊，從而構(gòu)建高速公路管理的統(tǒng)一平臺(tái)。
2．1 RFID在收費(fèi)中的應(yīng)用
RFID在收費(fèi)中的應(yīng)用體現(xiàn)為不停車收費(fèi)?！安煌＼囀召M(fèi)”是交通部倡導(dǎo)的收費(fèi)技術(shù)的重要發(fā)展方向。不停車收費(fèi)系統(tǒng)可以減少不必要的啟、停車次數(shù)，不僅可以加快汽車行駛速度，節(jié)省車輛在收費(fèi)車道的通行時(shí)間，還能降低車輛燃油消耗，減少汽車尾氣排放量，促進(jìn)環(huán)境的改善。本系統(tǒng)將在半自動(dòng)聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行不停車收費(fèi)系統(tǒng)的研究、開(kāi)發(fā)和試點(diǎn)工作，重點(diǎn)是車輛自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、車型自動(dòng)分類系統(tǒng)和違章稽查系統(tǒng)，并不斷擴(kuò)大不停車收費(fèi)系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。不停車收費(fèi)系統(tǒng)是傳統(tǒng)的交通行業(yè)與目前較為先進(jìn)的信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是未來(lái)公路收費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。與現(xiàn)行的人工收費(fèi)、半自動(dòng)收費(fèi)相比，它具有明顯的優(yōu)勢(shì)。它可以提高服務(wù)質(zhì)量，提高客戶滿意度；最大限度地緩解收費(fèi)站處的交通瓶頸，避免因收費(fèi)效率低而引起的交通堵塞和車輛延誤；整個(gè)收費(fèi)過(guò)程中取消了人員的介入，可避免因個(gè)別收費(fèi)員服務(wù)態(tài)度不佳造成的客戶不滿；系統(tǒng)的建成將降低運(yùn)營(yíng)成本，降低收費(fèi)人員和財(cái)務(wù)人員的工作量，減少系統(tǒng)運(yùn)行所必需的人力成本；同時(shí)，減少管理環(huán)節(jié)，降低管理成本；可減少車輛在收費(fèi)口不必要的燃油消耗，降低收費(fèi)口的噪聲水平和廢氣排放，減輕車輛對(duì)環(huán)境的污染程度，達(dá)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的目的。
車道系統(tǒng)的工作流程如下：
收費(fèi)車輛進(jìn)入到不停車收費(fèi)車道工作區(qū)后，車道控制系統(tǒng)的控制天線控制器和天線(統(tǒng)稱電子標(biāo)簽讀寫設(shè)備)向車道的特定區(qū)域發(fā)出微波信號(hào)，喚醒電子標(biāo)簽；電子標(biāo)簽發(fā)射出本身數(shù)據(jù)信息，如發(fā)卡商(發(fā)卡銀行)編號(hào)、車輛的車牌號(hào)、車類參數(shù)、電子標(biāo)簽號(hào)等標(biāo)識(shí)信息；車道控制系統(tǒng)控制電子標(biāo)簽讀寫設(shè)備接收被喚醒的電子標(biāo)簽發(fā)射的數(shù)據(jù)，分析出車輛的標(biāo)識(shí)信息(車牌號(hào)碼、車輛類型參數(shù)和人口收費(fèi)站號(hào))；對(duì)進(jìn)入收費(fèi)車道的車輛進(jìn)行電子標(biāo)簽的合法性校驗(yàn)，并根據(jù)校驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行下一步操作。
采用RFlD可防止不同車輛之間換卡。不同車輛(特別是長(zhǎng)途車隊(duì)車)之間可以通過(guò)交換通行卡(票)來(lái)逃避應(yīng)繳的通行費(fèi)。高速公路的服務(wù)區(qū)、加油站、隧道口等經(jīng)常成為換卡頻繁的地點(diǎn)。傳統(tǒng)的收費(fèi)系統(tǒng)和管理措施都很難發(fā)現(xiàn)和杜絕這種現(xiàn)象。采用RFID后，車輛之間很難換卡；即使2輛車換卡，也不影響通行費(fèi)的收取額度。
2．2交通流檢測(cè)
隨著高速公路上車流量不斷增加，高速公路的交通狀況日趨擁擠，故解決交通問(wèn)題不能只依賴于修路，而是應(yīng)加強(qiáng)交通指揮、控制、疏導(dǎo)，提高道路利用率，因此深挖現(xiàn)有交通潛能也是非常重要的。而基于RFID技術(shù)的實(shí)時(shí)交通檢測(cè)，為管理人員及時(shí)掌握道路交通狀況(暢通、擁擠和阻塞)提供了快捷途徑，并可及時(shí)發(fā)布交通誘導(dǎo)信息，疏導(dǎo)交通。
目前，常用的道路車流檢測(cè)一般為線圈車輛檢測(cè)器和視頻車輛檢測(cè)器。線圈地下埋置技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是已經(jīng)成熟，易于掌握，計(jì)數(shù)非常精確；缺點(diǎn)是安裝過(guò)程對(duì)可靠性和壽命影響較大，修理或安裝時(shí)會(huì)中斷交通并且會(huì)影響路面壽命，易被重型車輛、路面修理等損壞。視頻車檢是最近發(fā)展起來(lái)的一種車流檢測(cè)技術(shù)，在進(jìn)行路面維修時(shí)一般不影響它的使用，但車流的檢測(cè)進(jìn)度，以及其較高的故障率，限制了其大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
RFID技術(shù)為道路車流檢測(cè)提供了一種可行方案。檢測(cè)車流量、分車型、確定道路暢通情況、確定車輛位置等便于高速公路的綜合管理，應(yīng)用RFID后其綜合成本也會(huì)隨之降低，因?yàn)榫C合應(yīng)用可以省掉高速公路為獲得車輛信息所增加的其他設(shè)備。RFID道路車流檢測(cè)如圖2所示。
2．3車輛路徑識(shí)別管理
隨著高速公路越修越多，聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的路段出現(xiàn)了網(wǎng)狀分布，這給確定車輛的行走路線帶來(lái)了很大困難。例如在山東，高速公路已成網(wǎng)狀，且歸數(shù)家公司經(jīng)營(yíng)管理。山東省高速公路路網(wǎng)如圖3所示。
目前，一般采用最短路徑收取通行，進(jìn)行通行費(fèi)拆帳，這就造成了一定的通行費(fèi)流失與拆帳糾紛。例如，A點(diǎn)到B點(diǎn)有2條路徑(圖4)，一條是A-B，另一條是A-c-D-B。若車輛行駛路線是A-C-D-B，目前通行費(fèi)的收取是按照A-B路線收取，且將通行費(fèi)拆分到了A-C-D-B路段內(nèi)。
在高速公路交叉路口，設(shè)立RFID信息點(diǎn)。當(dāng)車輛通過(guò)RFID信息點(diǎn)時(shí)，將通過(guò)的位置信息寫入通行卡中，這樣便可以根據(jù)通過(guò)的標(biāo)志性位置，準(zhǔn)確知道車輛的行駛路線，準(zhǔn)確收取通行費(fèi)，準(zhǔn)確拆帳，并且不影響車輛的快速通過(guò)。
2．4 RFID在聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)中的拆帳管理
在2．3節(jié)中討論了車輛路徑識(shí)別管理。通過(guò)路徑識(shí)別可以準(zhǔn)確地進(jìn)行通行費(fèi)的拆帳，且對(duì)于逃費(fèi)車輛，應(yīng)用路徑識(shí)別則更有優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)一步加強(qiáng)收費(fèi)運(yùn)營(yíng)管理，減少通行費(fèi)的漏征。
以山東省為例，高速公路已成網(wǎng)狀，且歸數(shù)家公司經(jīng)營(yíng)管理，各公司的管理水平有一定的差異。按照目前的收費(fèi)管理，一旦出現(xiàn)個(gè)別收費(fèi)站車輛逃費(fèi)的情況，損失的不僅是本公司通行費(fèi)，還會(huì)損失路網(wǎng)中其它公司的拆帳通行費(fèi)。其結(jié)果是，管理嚴(yán)格的公司對(duì)拆帳結(jié)果感到不公平。如果采用RFID方式，在識(shí)別車輛路徑的同時(shí)，相應(yīng)也就記錄了車輛的行駛里程，并以此為收費(fèi)拆帳的依據(jù)，即使有車輛逃費(fèi)，也只影響出現(xiàn)逃費(fèi)公司的拆帳結(jié)果，其它公司的損失由出現(xiàn)逃費(fèi)的公司來(lái)彌補(bǔ)。采用這種方式有助于提高各公司的管理水平，減少整個(gè)路網(wǎng)的通行費(fèi)漏征。
3軟件功能和設(shè)計(jì)
3．1軟件功能
高速公路綜合管理系統(tǒng)的軟件功能，主要在于將不停車收費(fèi)、高速公路車流檢測(cè)、車輛路徑識(shí)別管理信息等有機(jī)集成在一起。在進(jìn)行收費(fèi)時(shí)，可獲得車輛路徑識(shí)別信息；在進(jìn)行交通信息管理時(shí)，可獲得不停車收費(fèi)和車流檢測(cè)等信息。
3．1．1數(shù)據(jù)采集功能
主要完成RFID信息點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集、控制命令轉(zhuǎn)發(fā)等功能。
3．1．2控制功能
控制功能分為自動(dòng)控制和人工控制。根據(jù)RFID信息點(diǎn)檢測(cè)的信息，自動(dòng)生成控制方案，驅(qū)動(dòng)地圖信息標(biāo)志、可變信息標(biāo)志、可變限速標(biāo)志進(jìn)行交通誘導(dǎo)信息的發(fā)布。監(jiān)控管理人員也可以直接編輯地圖信息標(biāo)志、可變信息標(biāo)志和可變限速標(biāo)志的內(nèi)容，并進(jìn)行發(fā)布。
3．1．3設(shè)備狀態(tài)與故障檢測(cè)
采集RFID信息點(diǎn)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，在監(jiān)控分中心實(shí)時(shí)監(jiān)視。
3．1．4查詢功能
根據(jù)不同的查詢條件(單一或復(fù)合條件)，分別查詢某個(gè)檢測(cè)點(diǎn)和多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。
3．1．5統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表功能
根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)要求，完成日常統(tǒng)計(jì)報(bào)表的統(tǒng)計(jì)和打印。
3．1．6電子地圖功能
應(yīng)用地理信息軟件，顯示監(jiān)控分中心所轄路段的道路線形、RFID信息點(diǎn)圖標(biāo)等靜態(tài)信息，以及RFID信息點(diǎn)檢測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)信息。
3．1．7系統(tǒng)管理功能
滿足運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)備份、文件收發(fā)等業(yè)務(wù)需求。
3．2軟件設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)采集軟件在設(shè)計(jì)中，除考慮滿足業(yè)務(wù)需求外，應(yīng)著重考慮穩(wěn)定性和高效性。在系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法上，采用面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計(jì)方法，這樣可降低系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，提高代碼的可重用性和可維護(hù)性。網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用TCP／IP協(xié)議，通過(guò)串口通信進(jìn)行外場(chǎng)設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)采集。
數(shù)據(jù)庫(kù)采用Oracle。服務(wù)器操作系統(tǒng)采用Windows 2003 Server，通信計(jì)算機(jī)和控制計(jì)算機(jī)采用Windows XP，且分別安裝服務(wù)軟件、通信軟件和控制軟件。軟件架構(gòu)見(jiàn)圖5。
數(shù)據(jù)采集平臺(tái)：能采集各個(gè)外場(chǎng)設(shè)備的當(dāng)前信息和故障信息。
GIS平臺(tái)：采用GIS技術(shù)，構(gòu)建交通信息顯示與發(fā)布平臺(tái)，提供可變信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)管理的操作平臺(tái)。控制命令處理與發(fā)布平臺(tái)：建立控制命令處理中心，控制計(jì)算機(jī)發(fā)送的控制命令。
4影響因素分析
影響RFID高速公路綜合管理系統(tǒng)應(yīng)用效果的主要因素有車輛通行速度和車輛與RFID系統(tǒng)天線的距離。RFID在高速公路綜合管理系統(tǒng)中的應(yīng)用可采用2種運(yùn)行方式：在采用傳統(tǒng)車道隔離措施下應(yīng)用，即單車道應(yīng)用；在無(wú)車道隔離措施的自由交通流下應(yīng)用。
(1)單車道RFID應(yīng)用
單車道RFID應(yīng)用的設(shè)計(jì)速度為：主線收費(fèi)站60 km／h；匝道收費(fèi)站40 km／h。
(2)自由流RFID應(yīng)用
高速自由流RFID設(shè)施的設(shè)計(jì)速度一般應(yīng)大于120 km／h。采用自由流RFID系統(tǒng)將大大提高車輛的通行能力，自由流RFID是今后的發(fā)展方向，但就當(dāng)前我國(guó)國(guó)內(nèi)的車流量狀況、市場(chǎng)需求以及技術(shù)水平來(lái)看，尚不具備廣泛采用這種方式的條件。因此，在近期應(yīng)以發(fā)展單車道RFID系統(tǒng)為主，統(tǒng)籌規(guī)劃、應(yīng)用較先進(jìn)的技術(shù)，以便將來(lái)順利過(guò)渡到自由流系統(tǒng)。
5結(jié)語(yǔ)
目前，RFID技術(shù)的推廣應(yīng)用還存在前期投資較高問(wèn)題，但隨著RFID芯片制造成本的不斷降低和RFID技術(shù)的日漸成熟和完善，RFID技術(shù)必將在我國(guó)高速公路信息管理中得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)我國(guó)高速公路信息化水平的提高和發(fā)展。
（轉(zhuǎn)載）
