RFID 技術在高速公路行車管理中的應用

1 引言

　　從上世紀90年代開始，中國進入了高速公路建設決速發展的時期。至去年底，我國高速公路已突破3萬km，總里程位居世界第二。根據交通部規劃，到2020年將達到7萬km。然而，我國的高速公路行車管理水平卻依然停留在以人為主的管理模式上，缺乏智能化的交通管理。因此提高高速公路的交通管理水平，改善高速公路行車環境和提升行車安全水平，是一件刻不容緩的大事。射頻識別(Ratio Frequency Identification)技術(簡稱RFID技術)作為一種自動識別技術應用到高速公路管理中，可以實現行車管理的高效化和智能化，并且能大幅度降低高速公路的交通事故發生率，提高行車安全水平。

2 RFID技術及其應用

　　2．1 RFID 技術介紹

　　RFID技術是一種利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術。RFID標簽具有體積小、容量大、壽命長、可重復使用等特點，可支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理等功能。從上世紀9O年代開始，RFID技術得到了快速發展，發達國家和地區已經將其應用到了很多領域，并積極推動相關技術與應用標；隹的國際化。如今RFID的應用已相當廣泛，主要包括：人員出入門禁監控、管制；可回收資產管理；物流運輸的貨物管理；不停車收費；公交智能卡等。按照能量供給方式的不同，RFID標簽可以分為有源、無源和半有源三種；按照工作頻率的不同，RFID標簽可以分為低頻(LF)、高頻(HF)、超高頻(UHF)和微波頻率(MW )四種。其中UHF標簽具有可遠距離識別和低成本的優勢，可以實現規模量產，用于智能交通管理 。

　　2．2 RFID的體系架構

　　RFID應用技術體系包括RFID標簽和讀寫器兩個部分，并且可以結合計算機系統快速處理相關的信息，從而組成完整的RFID應用體系。RFID標簽是將幾個主要模塊集成到芯片中完成與讀寫器的通信。芯片的內存存儲了各種信息， 比如車牌號、車輛型號、車主姓名等，芯片外圍需要天線和電源，可以設置識別碼和身份驗證標志等。讀寫器又稱作收發器，由發射單元、接收單元、信號處理控制單元和電源組成 。

3 高速公路管理中RFID的應用

　　3．1 高速公路RFID管理系統模

　　應用到高速公路的RFtD系統主要包括三個部分：車載標簽、讀卡器、計算機處理系統。車載標簽安裝在每輛機動車上，標簽上記錄車輛信息、車牌號碼、車主信息；讀卡器設置在高速公路出入口和路段上，用以保證車輛進出高速公路和行駛過程中對車輛的識別監控；計算機處理系統設置在高速公路管理中心，是整個系統的核心，如圖1所示。

　　該系統的工作原理是：當安裝有RFID標簽的車輛經過讀卡器附近時，讀卡器發出的射頻信號感應到車載標簽同時產生感應電流，車載標簽將標簽記錄的信息通過標簽內置的天線發送出去，讀卡器接受到該信息并將信息傳輸到計算機處理中心進行處理；計算機系統根據信息的動態捕捉，從而針對不同車輛的運動狀態進行分別處理，并把處理結果發送到管理前臺。

　　3．2 高速公路RFID管理系統應用

　　目前國內有部分地區采取人工計時的方法來判定某個行駛區間內機動車是否超速，但并未應用智能交通系統。因此采用高速公路RFID管理系統后，可以有效降低車輛的超速行駛比例，同時利用不停車收費提升高速公路的通行效率。RFID管理系統運行實例如下。

　　當車輛C1進入高速公路時，在匝道入口處的讀卡器可以讀取車輛C₁的RFID標簽中的車牌號碼N 以及車輛進入時間t₀等信息。假設完整的高速公路長度為S，高速公路最高限速為V_h，每隔距離h設置有RFID讀卡器，距離h與高速公路實際出入口相關，由于國內高速公路車速限制為120km／h，所以檢測以半小時為間隔，即路段讀卡器設置應以50km～60km 為宜，如圖2所示。

　　車輛在經過讀卡器n_i時，讀卡器獲取到車輛瞬時通過的時間t_i并將車輛信息發送到計算機處理中心。計算機可以讀取到設置讀卡器n_i的位置距離車輛進入高速公路匝道位置為S_i，計算機通過計算公式(1)：

　　得到車輛的區間行駛速度為V_i，并比較V_i與V_h之間的大小，假如Vi高于V_h，則判定車輛在行駛S距離過程中有超速行為，并記錄車輛C₁的超速行為。

　　當車輛駛出高速公路時，出口處讀卡器獲取車輛全程運行時間T，并計算全程行駛速度V即公式(2)：

　　計算機處理系統獲得信息后，運算比較V與 V_h的大小，假如V>1.2V_h ，則說明車輛嚴重超速，計算機處理系統記錄并處理車輛違章行為；如 V_h< h<1.2h ，則判定車輛在部分路段有超速行為，并結合路段記錄來判定車輛的超速發生在哪部分路段，在車輛離開高速公路時，給予駕駛員警告信息。

4 結論

　　通過RFID高速公路管理系統的應用介紹，可以清楚地看到RFID技術能夠很好地應用于高速公路行車管理當中。特別是針對目前比較嚴重的高速公路超速行駛問題，RFID技術能夠從車輛進入高速公路開始進行全程速度監控，能夠全面而有效地監測車輛行駛速度，從而大大降低車輛超速行為的發生幾率，進一步提升高速公路的行車安全。