基于RFID技术在高速公路不停车收费管理中的应用
RFID在高速公路不停车收费系统中的应用
RFID在高速公路不停车收费系统中的应用摘要：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。
RFID在高速公路收费系统中的研究与应用
动作 。 射 频 识 别 技 术 依 其 采 用 的频 率 不 同 可 分 为低 频 系 统 和 高 频 系 统
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两 大类 ； 据 电子 标 签 内是 否 装 有 电池 为其 供 电 ， 可 将 其 分 为 有 源 根 又 系统 和无 源 系 统 两大 类 ； 电 子标 签 内保 存 的信 息 注入 的方 式 可 将 其 从 为分 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
【 关键词】 Ｉ 高速公路 ； ＲＦＤ； 收费系统 １ ＲＦ Ｄ技 术 的原 理 及 组 成 Ｉ
３１２ 读 写 天线 与 车 载 电 子标 签 进 行 通讯 ． ．＿ 阅读 器 自动 读 取 车 载 电 子
标 签 的 旧 号 码 。 后 系 统 会将 此 标 签 的 旧号码 和车 辆 行 驶 的 相 关 信 息 然 射 频 识 别 （ ａｉ Ｆｅ ｕｎｙＩｅ ｔｉａｉ ， ＦＤ） 术 是 近 几 年 快 Ｒ ｄｏ ｒｑ ｅｃ ｎｉｃｔ ｎ Ｒ Ｉ 技 ｄ ｆ ｏ 传 送 到后 台 系统 进 行 处 理 ： 速 发 展起 来 的现 代 自动识 别 技 术 ， ＦＤ系 统 包 括 阅 读 器 、射 频 卡 、 ＲＩ 天 ３１ 系统 判 别 车 辆 电子 标 签 是 否 有效 ． 有 效 则 自动 将 过 往 费 用 从 ．３ 如 线 和 主机 等 。Ｒ Ｉ 技 术 利用 无 线 射频 方 式 在 阅 读 器 和射 频 卡 之 问进 ＦＤ 用户帐户上扣除 ， 额显示牌上显示交易信息 ， 费 指示 灯 及蜂 鸣 器 告 诉 行 非 接触 双 向数 据 传 输 ， 以达 到 目标识 别 和 数 据 交 换 的 目的 。 与传 统 司 机 收 费是 否 完 成 ， 用停 车 就 可 通 过 ； 效 则 报 警 并 保 持 车道 封 闭 ， 不 无 的 条 型 码 、 卡 及 Ｉ 卡 相 比 ， 频 卡 具 有 非 接 触 、 读 速 度 快 、 磨 磁 Ｃ 射 阅 无 直 到 车辆 离 开检 测 线 圈 ； 损 、 受环境影响 、 不 寿命 长 、 于 使 用 的 特 点 和 具 有 防 冲 突 功 能 ， 同 便 能 ３１ ．． 车辆 通 过 落 杆 线 圈后 ， 杆 自动 回落 ， 行 信 号 灯 变红 ； ４ 栏 通 时处 理 多 张 卡 片 。在 国 际上 ， Ｉ 技 术 已被 广 泛应 用 于工 业 自动 化 、 ＲＦＤ ３１ ．． 系统 保 存 交 易记 录 ， 将 其 上 传 至 收 费 站 服 务 器 中 ， 新 等 待 ５ 并 重 商业 自动 化 、 通 运输 控 制 管 理 等 众多 领 域 。 交 下 一 辆 车进 入 。 Ｒ Ｉ 系 统的 基 本 工 作 流程 是 ：阅 读 器 通过 发 射天 线 发 送 一 定 频 ＦＤ 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 ； 频 卡将 自身编 码 等 信 息 通 过卡 内置 发 送 天 线 射
RFID技术在ETC系统中的运用
系统功能及优势
3、统计图分析 本系统根据记录、统计信息，提供各种统计分析报表和图表。收费管理 中心可以通过网络进行连接各种收费站以进行数据交换及管理。管理中 心查看一些缴费情况，入账情况、各路段车辆的流量情况。对所有数据 进行汇总，归档、存储，并打印各种报表。 4、交通监管与管理 网络化系统保证了信息的及时传递和更新，在网络正常的情况下，路段 控制中心能够将系统定义的黑灰名单及时传递到各个收费站出入口，实 施对欠费车辆的告警提示，对不法车辆进行拦截、抓拍或报警等操作。 能够将各种费率表及时下发至各个收费站点，能够及时了解整个路网的 动态信息，及时发现路网的拥塞或其他异常情况。 5、环保节能，塑造更好形象 利用RFID技术实现不停车通过，改变了传统的车辆通行缓慢，停车次数 多，汽车尾气对环境的污染增加的方式。更加的节能环保，从而收费站 也会受到很好的社会评价，提高社会效益与经济效益。
01
二 背景
电子不停车收费系统简称ETC （Electronic Toll Collection），不停车 收费系统，是指车辆在通过收费站时， 通过车载设备实现车辆识别、信息写入 （入口）并自动从预先绑定的IC卡或银 行帐户上扣除相应资金（出口），是国 际上正在努力开发并推广普及的一种用 于道路、大桥和隧道的电子收费系统。 但存在众多问题，如：•人工收费或计算 机辅助收费，人工识别，收费时间长， 费额计算无监督，车辆通行慢。•收费设 施收费技术的落后，城市入口的收费站 形成交通的瓶颈，造成不好的形象。•车 辆通行缓慢，停车次数多，汽车尾气对 环境的污染增加。
2019/2/28
ETC系统工作原理示意图
2019/2/28
四 系统功能及优势
1、自动识别，无需停车 利用RFID技术在高速公路不停车收费系统中的应用，利 用RFID远距离自动识别的特性，进行通信的时候能够互不干 扰，使得标签在有限的功率范围内进行可靠的通信，增加系统 的稳定性，车辆只要适当减速，不需要停车，也不需要伸手刷 卡，就可以顺利通过道口。 2、信息档案管理 利用RFID电子标签的唯一ID性质，和后台数据库进行绑定。 所有的信息，包括用户资料，收费信息、车辆通行的情况等， 都会记录并形成信息档案。并且收费站能通过通信网络和收费 分中心与收费管理中心进行联系，方便管理维护电子标签所牵 引的账户信息。
RFID在智能高速公路收费系统的应用
制，最终发送控 制指令信号来控 制执行部件 材料 以及车辆 本身的材料直 接到达射频卡 内
的下一步动作 。
部 ，从而读取 射频卡 的数据 信息 ，而且无 线
信号覆盖 的范围较远 ，可 以远距 离读取 ，并
Ｒ Ｉ 即 无 线 射 频 识 别 技 术 ， 它 是 近 ＦＤ
年 来 高 速 发 展 起 来 的 一 种 自动 化 识 别 技
部件 、射 频卡 部件 、天 线部 件 、主 机部 件 主要 包括 非 接触 式 Ｉ卡 的方 式 ，对 应相 关 ｆＲＵ路侧单 元） Ｂ （ ｃ ＩＳ （ 、ＯＵ车载单 元） 实现数 据
等 部件 。而且 Ｒ Ｉ技 术 主要 是 使用 了无 线 的付 费方 法 可 以采 用现 金缴 费 ，预 付 卡缴 信息的传输 、交换 ，自动地 识别 目标车辆 ， ＦＤ 射频 的方 法实 现在 阅读器 以及射 频 卡之 间
分析 和 探 索 ，从而 提 高 收 费系 统的 性能 和 运 算 法则 来 判别 此射 频 卡 的有 效性 、合 法 识别 目标车辆 ，不需要依赖 于可见光 ，同时
效率 。
性 ，然后依据逻 辑程序执行对 应的处理及控 具备高 穿透 的特性 ，能够透 过射频卡对 外部
二 、Ｒ Ｉ技 术 ＦＤ ｌ ＦＤ 、Ｒ Ｉ 基本 概念
２ Ｆ Ｄ 术原 理 、Ｒ Ｉ 技 Ｒ Ｉ 技 术体 系 的基本 工作 原 理是 ：首 ＦＤ
以是储值 卡付 费，其实还 是属于半手工 收费
间 ，这 就 严重 地 降低 了高速 公 路收 费模 式 先 由阅读器部件 使用发射天线 生成 并发送特 模式 。而对 于不停车收 费模 式，则实现 了智 的 效 率 。近年 来 ， 高速 公 路收 费模 式开 始 定频率 的无线 射频信号 ，然后 射频卡一旦进 能化收 费，即全 自动 的电子缴费 ，主要 使用 进 入 了智 能 收 费的 时代 ， 而借 助于 无线 射 入 了发射天线支 持的信号 区域 时，射频卡就 无线射频 识别技术 。这种全 自动收 费模 式通 频 技术 （ＦＤ 为 开 创高 速 公路 智 能化 收费 会产生感应 的电流，这样就可 以为射频卡提 过在车辆 内部安装射频卡 ，通过无线信 号处 Ｒ Ｉ） 系 统 带来 了曙光 。为 了避 免高 速公 路 收费 供 了能量 ，射频 卡就会被激活 ；接 着， 由射 理实现 自 动化 缴费通行 ，完 全实现 了车辆 不
基于RFID技术的不停车收费系统的设计
文 章 编 号 ：６４ ４ ７ （０ １０ —０ ５ ０ １７ —５ ８ ２ １ ） １０ ３ —２
应 用 实践
基于 Ｒ Ｉ ＦＤ技 术 的 不停 车 收 费 系统 的设 计
谢 超 ，万泉全
（ 重庆 中宇工程 咨询监理 有 限责任 公 司， 庆 ４ ０６ ） 重 ００７
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数据交换 、 获取车辆的类 型和所属 用户等 相关数 据 ， 由计 并 算机系统控 制指挥 车辆通行 ， 费用通过 计算机 网络 ， 用 其 从 户所 在数据库 中专用账号 自动缴纳 。 当车辆通过拥有不停车 收费系统 （ ｌ ｔ ｎｃＴ ｌＣ ｌ ｃ Ｅｅ ｒ ｉ ｏ ｏ ｅ。 ｃｏ ｌ ｌ ｔ ｎ Ｅ Ｃ） ｉ ，Ｔ 的收费站时 ，Ｔ ｏ Ｅ Ｃ系统 自动完成所过车 辆的登记 、
１ Ｅ Ｃ 自动 收 费 系统 方案 Ｔ
封 闭式 网络 环 境 下 Ｅ Ｃ 系 统 按 车 型 和 行 驶 里 程 收 费 ， Ｔ
其基本工作原理 ： 电子标签进 入微 波通信 区域后 ， 安装 在路侧的标签读写器通 过天线向外发 射信 号 ， 电子标签被辐 射出的信号激活从 而进 入工作状 态 ， 根据接受到的命令 向读
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份辨析 。 ２ １ 电 子 标 签 的设 计 ．
与上网机连接 ， 把数据信 号传输 到上位机 ， 这样 就进行 整个 Ｅ Ｃ系 统 分 布 式 网络 化 布局 ， Ｒ 系统 主要 完成 控 制 ， Ｔ ＡＭ Ｍ Ｐ３ Ｓ ４ ０单片机则主要负责车辆缴费信 息的显示 ， 采用 Ｒ Ｉ ＦＤ
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RFID在高速公路不停车收费系统中的应用
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基于RFID的电子不停车收费系统研究
基于RFID的电子不停车收费系统研究随着城市交通的不断发展和人口的增加，传统的人工收费方式已经无法满足日益增长的车流量需求。
为了提高交通效率和降低人力成本，基于RFID（射频识别）技术的电子不停车收费系统应运而生。
RFID技术是一种通过无线电信号对物体进行识别和跟踪的技术。
在电子不停车收费系统中，RFID标签被安装在车辆的挡风玻璃或车牌上，而RFID读写器则被安装在收费站入口和出口的天线下方。
当车辆经过收费站时，RFID读写器会自动扫描车辆上的RFID标签，并将车辆信息与收费数据库进行匹配，完成收费操作。
基于RFID的电子不停车收费系统具有许多优势。
首先，它可以实现快速、自动化的收费过程，无需车辆停车等待，提高了交通的流动性和效率。
其次，RFID标签具有较高的读取速度和识别准确率，可以有效避免传统收费方式中可能出现的人为错误。
此外，RFID标签具有防水、耐高温和抗震等特性，能够适应各种恶劣天气和路况环境。
然而，基于RFID的电子不停车收费系统也存在一些挑战和问题。
首先，系统的建设和维护成本较高，包括RFID标签和读写器的购买、安装和维修等费用。
其次，由于车辆数量庞大，系统需要具备高并发处理能力，以确保收费过程的实时性和准确性。
此外，隐私和安全问题也是需要考虑的因素，如如何保护用户的个人信息和防止非法读取。
为了解决以上问题，研究人员需要不断提升RFID技术的性能和稳定性。
同时，政府和相关部门应加大对基于RFID的电子不停车收费系统的推广力度，提供相应的政策和法规支持，以促进其在城市交通中的广泛应用。
此外，加强数据安全和隐私保护意识，建立健全的管理机制和监督体系，以确保系统运行的安全性和可靠性。
综上所述，基于RFID的电子不停车收费系统是未来城市交通发展的重要方向之一。
它不仅能够提高交通效率和节约人力成本，还能够为城市交通管理提供更精准的数据支持。
然而，随着技术的不断发展和应用的推广，我们也需要认真思考和解决相关问题，以确保基于RFID的电子不停车收费系统的可持续发展。
RFID技术在ETC系统中的应用
RFID 技术在ETC 系统中的应用随着现代高速公路和城市道路的发展，交通拥堵已成为一个普遍的问题。
汽车在公路上行驶需要停下来验证缴费或者买票，这浪费了大量时间，同时也影响了道路的通行效率。
因此，为了解决这些问题，无感支付技术已经应用于自动收费系统中。
近年来，RFID 技术已经成为了ETC 系统中的一种主要技术手段，他可以大大提高公路和城市道路收费系统的操作效率。
本文将详细介绍RFID 技术在以上系统中的应用。
1.RFID 技术介绍RFID（Radio-Frequency Identification），即射频识别技术，是应用于物品识别领域的技术。
它利用射频电磁场来自动识别标签上的信息并读出相应的数据。
RFID 技术由传感器、读写器、标签三部分组成（如图1）。
标签通常是贴在物体上的，由一个芯片和一只天线组成。
读写器利用无线电波与标签进行通信并读取标签中的信息。
标签与读写器之间的距离一般在数厘米到数米之间。
这种技术具有回路自我验真、数据读取速度快、安全性强等优点。
与条形码技术相比，RFID 技术可识别距离较远的信息，并且不依赖于标签的朝向，可以大大提高识别效率和识别范围。
图1. RFID 技术原理2.RFID 技术在ETC 系统中的应用ETC（Electronic Toll Collection）是一种不需要停车即可完成缴费的自动收费系统，它是利用RFID 技术实现的。
在ETC 收费系统中，一辆车行驶到了收费站，读写器会读取安装在车窗上的RFID 标签的信息，系统便会自动划账，无需再进行交费或者投硬币过路费。
2.1RFID 标签在ETC 系统中的应用在ETC 系统中，RFID 标签通常被称为OBU（On Board Unit），它是一个嵌入式系统，安装在车辆的前挡风玻璃内。
OBU 标签主要由芯片、天线、电池、指示灯等部分组成。
芯片存储着与车辆相关的信息，天线则用于接收和发送无线电信号，电池是OBU 的电源，指示灯是用于指示OBU 的工作情况（如图2）。
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基于RFID技术在高速公路不停车收费管理中的应用
摘要：RFID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,其在高速公路中的应用可为不停车收费带来好处。
关键词：高速公路不停车收费RFID 付款
交通的高速发展是促进地区经济发展的重要因素。
通过筹资建设道路桥梁，然后通过收取桥梁通行费回收建设资金，实践证明是发展交通的必要手段。
但“收费站塞车”现象已经是一个较为普遍的社会现象，目前我国约有30%的高速公路是人工收费，其余基本上实现了半自动收费；只有少部分高速公路建立了监控中心和通信中心。
高速公路自动化收费是在车辆通过收费站时领取该站点特定识别卡，现代化自动收费站在相关技术试验和具体实施过程中，采用了多种不同的自动识别技术，如感应线圈识别技术、声表面波识别技术、条码识别技术、红外通信识别技术和射频识别技术等，但最终主流归结到采用无线射频识别技术作为不停车收费系统的车辆自动识别技术。
1.RFID系统组成
RFID是基于雷达技术发展起来的一种自动识别技术，它利用射频信号或空间耦合（电感或电磁耦合）的传输特性，实现对物体或商品的自动识别。
一个典型的RFID系统包括标签、读写器和数据库，如图1。
标签由耦合天线及芯片构成，每个标签具有唯一的电子产品代码（EPC），附着在被标识的物体或对象上。
读写器读取或擦写标签信息，可外接天线，用于发送和接受射频信号。
中央信息系统（数据库）包括了中间件、信息处理系统、数据库等，用以对读写器读取的标签信息进行处理，其功能涉及到具体的系统应用，如实现信息加密和安全认证等。
其工作过程为：读写器在数据管理系统的控制下发送出一定频率的射频信号，标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，并使用这些能量向读写器发送出自身的数据和信息，该信息被读写器接收并解码后送至中央信息管理系统行相关的处理，信息的收集和处理过程都是以无线射频通信方式进行的[1]。
图1RFID系统组成
2.高速公路不停车收费的过程
高速公路收费的特点是不仅要按照车型分类标准收费，而且按照入出口的距离标准进行收费。
所以在高速公路收费系统中比较特别的是有两部分车道系统。
高速公路入口的车道系统与出口的车道系统是有区别的。
入口只向卡中写入入口信息，出口则根据从卡中读出的入口信息决定收费额。
2.1系统工作情况描述
用户首先到车载标签发行点（调整公路管理公司指定的银行代办）去办理开户手续，交纳卡押金及预交一笔桥费，预先交的过桥、路费，由银行向用户按活期存款提供利息，用户得到的车载标签可以用来在提款机及储蓄所查询帐户余额，交纳通行费及进行有关挂失、转让等特殊操作，银行可以根据用户的信用情况给予用户适当的透支权利。
当开户操作完成后，用户便可以持车载标签驾车通过所有联网车载标签的专用车道。
2.2电子收费系统的运行程序
第一步车辆自动识别及计费。
当汽车驶入专用车道，到达微波有效范围的前端（有效范围为6-8m）。
设在地面的环形微波感应线圈就会启动微波天线（收发器天线），收发天线便读取了车载标签中的信息，并传递至中央单元，通过中央单无的解释给车道控制器进行判别，认定车辆车种并计算收费额，若有其它异常情况（该车为违章车、欠款车、被通辑车等）将通过车道控制进行报警、抓拍等处理。
第二步更新车载标签的数据（收费）。
若一切正常，收费器通过微波进行收费或更新车载标签的数据（所通过收费站的代码、时间、金额等）在车上的车载标签与车道控制系统发生数据交换时，系统可根据卡的实际状态进行相应的动作：
（1）用户合法且有足够的预交费：车道信号灯亮绿灯，放行。
（2）用户合法但已经透支：车道信号灯亮+绿灯，放行。
（3）用户合法但预交费已经接近0（小于一规定值）：车道信号灯亮黄+绿灯，放行。
（4）已经由银行指定止付：车道信号灯亮红+红灯，鸣响警报，银行止付的原因一般有恶意透支、挂失等原因。
（5）非法车载标签：车道信号灯亮红+红灯，鸣响警报，非法卡一般指未发出或注销卡，伪造卡或非本系统所用卡等。
在本系统中，为了提高识别精度，缴费区的阅读器根据车道分布情况分别架设在每个车道上方离地面有特定高度的横杆上（如图2所示）。
通过这样的阅读器，可以对驶入特定车道的车辆进行单独记录，从而避免了因多车并行而可能产生的径向干扰对天线信号接收的影响。
该子系统把车辆电子码发送给数据库系统进行信息处理，自动完成收费。
图2架设于车道上阅读的工作示意图
3结语
基于RFID的不停车收费技术非常适合在交通繁忙的高速公路或桥隧环境下保用。
实施不停车收费，可以允许车辆在较高的速度之内通过，故可大大提高公路的通行能力；不仅使公路收费走向电子化，还可降低收费管理的成本，有利于提高车辆的营运效益。
参考文献：
[1]陆东.无线射频识别技术的应用及发展研究[J].科技资讯，2007（14）：103-104.。