摘要：闡述RFID的工作原理、綜合管理系統架構和影響因素，介紹RFID在高速公路收費、交通流檢測、車輛路徑識別管理和聯網收費拆帳管理中的應用，以及RFID高速公路綜合管理系統軟件功能和設計等。

    射頻識別（Radio Frequency Identification，簡稱RFID），主要由讀卡器、天線和電子標簽組成。RFID是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象，并獲取卡上的相關信息。RFID技術具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離大、標簽上數據可以加密、存儲數據容量大等優點，其應用將為高速公路的運營管理帶來革命性變化。目前，發達國家在智能交通方面已開始推廣應用RFID技術；我國在公路管理等方面還很少應用該技術，只有幾家RFID業內公司提出了各自的公路／車輛RFID管理系統，通過對車輛進行非接觸式信息采集處理，從而自動識別和自動管理車輛活動，例如不停車收費系統等。 
    
    本文論述的RFID高速公路綜合管理系統是基于RFID技術，對高速公路收費管理、監控管理、車輛路徑識別管理和道路擁擠情況管理等方面進行綜合設計，同時將該系統與高速公路道路信息圖文發布系統結合起來，及時誘導交通，提高道路通行能力，保證交通安全。 

1 RFID工作原理 

    RFID的工作原理比較簡單，在系統工作過程中，讀卡器首先通過天線發送加密數據載波信號到RFID汽車標簽，標簽的發射天線工作區域被激活，同時將加密的載有車輛信息的加密載波信號發射出去，接收天線接收到射頻卡發來的載波信號，經讀卡器接收處理后，提取出車輛信息送至計算機，完成預設的系統功能和自動識別，實現車輛的自動化管理。RFID工作原理見圖1： 

2 RFID綜合管理系統架構 

    基于整個高速公路已建立的通信網，實現高速公路收費管理、車輛路徑識別管理和道路擁擠情況管理。 

    高速公路信息化的進程正以前所未有的規模和速度影響著高速公路的管理決策。眾多系統為信息化管理提供了大量有關收費、監控等方面的信息，但由于各個系統之間不兼容而導致信息孤島現象。快速和準確地獲取高速公路上的各種信息以便作出相應的決策，已日益成為高速公路管理決策關注的焦點。目前，大多數高速公路使用的各種信息系統均使用傳統的封閉式技術和標準。如收費系統、監控系統、ERP系統和網絡安全系統等，均由不同的廠商用各自不同的技術和標準生產，而且互相獨立和封閉，各種信息無法匯集、分析和監控，從而導致高速公路綜合管理成本上升，決策風險加大。 

    RFID綜合管理系統就是針對這一問題而設計和開發的。在充分考慮高速公路現有信息系統整合的復雜性和未來新增系統不確定性的情況下，實施完全開放式的設計原則，整合了互聯網技術、RFID技術、收費系統、監控系統等功能模塊，從而構建高速公路管理的統一平臺。 

2．1 RFID在收費中的應用 

    RFID在收費中的應用體現為不停車收費。“不停車收費”是交通部倡導的收費技術的重要發展方向。不停車收費系統可以減少不必要的啟、停車次數，不僅可以加快汽車行駛速度，節省車輛在收費車道的通行時間，還能降低車輛燃油消耗，減少汽車尾氣排放量，促進環境的改善。本系統將在半自動聯網收費系統開發的基礎上，進行不停車收費系統的研究、開發和試點工作，重點是車輛自動識別系統、車型自動分類系統和違章稽查系統，并不斷擴大不停車收費系統的應用范圍。不停車收費系統是傳統的交通行業與目前較為先進的信息技術相結合的產物，是未來公路收費系統的發展趨勢。與現行的人工收費、半自動收費相比，它具有明顯的優勢。它可以提高服務質量，提高客戶滿意度；最大限度地緩解收費站處的交通瓶頸，避免因收費效率低而引起的交通堵塞和車輛延誤；整個收費過程中取消了人員的介入，可避免因個別收費員服務態度不佳造成的客戶不滿；系統的建成將降低運營成本，降低收費人員和財務人員的工作量，減少系統運行所必需的人力成本；同時，減少管理環節，降低管理成本；可減少車輛在收費口不必要的燃油消耗，降低收費口的噪聲水平和廢氣排放，減輕車輛對環境的污染程度，達到節約能源、保護環境的目的。 

    車道系統的工作流程如下： 

    收費車輛進入到不停車收費車道工作區后，車道控制系統的控制天線控制器和天線（統稱電子標簽讀寫設備）向車道的特定區域發出微波信號，喚醒電子標簽；電子標簽發射出本身數據信息，如發卡商（發卡銀行）編號、車輛的車牌號、車類參數、電子標簽號等標識信息；車道控制系統控制電子標簽讀寫設備接收被喚醒的電子標簽發射的數據，分析出車輛的標識信息（車牌號碼、車輛類型參數和人口收費站號）；對進入收費車道的車輛進行電子標簽的合法性校驗，并根據校驗結果進行下一步操作。

    采用RFlD可防止不同車輛之間換卡。不同車輛（特別是長途車隊車）之間可以通過交換通行卡（票）來逃避應繳的通行費。高速公路的服務區、加油站、隧道口等經常成為換卡頻繁的地點。傳統的收費系統和管理措施都很難發現和杜絕這種現象。采用RFID后，車輛之間很難換卡；即使2輛車換卡，也不影響通行費的收取額度。 

2．2交通流檢測 

    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，故解決交通問題不能只依賴于修路，而是應加強交通指揮、控制、疏導，提高道路利用率，因此深挖現有交通潛能也是非常重要的。而基于RFID技術的實時交通檢測，為管理人員及時掌握道路交通狀況（暢通、擁擠和阻塞）提供了快捷途徑，并可及時發布交通誘導信息，疏導交通。

    目前，常用的道路車流檢測一般為線圈車輛檢測器和視頻車輛檢測器。線圈地下埋置技術的優點是已經成熟，易于掌握，計數非常精確；缺點是安裝過程對可靠性和壽命影響較大，修理或安裝時會中斷交通并且會影響路面壽命，易被重型車輛、路面修理等損壞。視頻車檢是最近發展起來的一種車流檢測技術，在進行路面維修時一般不影響它的使用，但車流的檢測進度，以及其較高的故障率，限制了其大規模的推廣應用。 

    RFID技術為道路車流檢測提供了一種可行方案。檢測車流量、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，應用RFID后其綜合成本也會隨之降低，因為綜合應用可以省掉高速公路為獲得車輛信息所增加的其他設備。RFID道路車流檢測如圖2所示。 

    圖2中三角形表示RFID檢測點，圓圈表示車輛。當檢測點足夠多時，可以確定車速，分清車流量、車型，確定車輛的實時位置、實際行車路線。如果一輛車在2個檢測點之間不動了或者說一輛車遲遲沒有通過下一個檢測點，說明此車在這2個信息點中可能發生故障。同樣，多輛車以上則說明這里存在堵車或交通事故。 

2．3車輛路徑識別管理 

    隨著高速公路越修越多，聯網收費的路段出現了網狀分布，這給確定車輛的行走路線帶來了很大困難。例如在山東，高速公路已成網狀，且歸數家公司經營管理。山東省高速公路路網如圖3所示。

    目前，一般采用最短路徑收取通行費，進行通行費拆帳，這就造成了一定的通行費流失與拆帳糾紛。例如，A點到B點有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，目前通行費的收取是按照A-B路線收取，且將通行費拆分到了A-C-D-B路段內。

    在高速公路交叉路口，設立RFID信息點。當車輛通過RFID信息點時，將通過的位置信息寫入通行卡中，這樣便可以根據通過的標志性位置，準確知道車輛的行駛路線，準確收取通行費，準確拆帳，并且不影響車輛的快速通過。 

2．4 RFID在聯網收費中的拆帳管理

    在2．3節中討論了車輛路徑識別管理。通過路徑識別可以準確地進行通行費的拆帳，且對于逃費車輛，應用路徑識別則更有優勢，可以進一步加強收費運營管理，減少通行費的漏征。 

    以山東省為例，高速公路已成網狀，且歸數家公司經營管理，各公司的管理水平有一定的差異。按照目前的收費管理，一旦出現個別收費站車輛逃費的情況，損失的不僅是本公司通行費，還會損失路網中其它公司的拆帳通行費。其結果是，管理嚴格的公司對拆帳結果感到不公平。如果采用RFID方式，在識別車輛路徑的同時，相應也就記錄了車輛的行駛里程，并以此為收費拆帳的依據，即使有車輛逃費，也只影響出現逃費公司的拆帳結果，其它公司的損失由出現逃費的公司來彌補。采用這種方式有助于提高各公司的管理水平，減少整個路網的通行費漏征。 

3軟件功能和設計 

3．1軟件功能 

    高速公路綜合管理系統的軟件功能，主要在于將不停車收費、高速公路車流檢測、車輛路徑識別管理信息等有機集成在一起。在進行收費時，可獲得車輛路徑識別信息；在進行交通信息管理時，可獲得不停車收費和車流檢測等信息。 

3．1．1數據采集功能

    主要完成RFID信息點的數據采集、控制命令轉發等功能。 

3．1．2控制功能 

    控制功能分為自動控制和人工控制。根據RFID信息點檢測的信息，自動生成控制方案，驅動地圖信息標志、可變信息標志、可變限速標志進行交通誘導信息的發布。監控管理人員也可以直接編輯地圖信息標志、可變信息標志和可變限速標志的內容，并進行發布。 

3．1．3設備狀態與故障檢測

    采集RFID信息點實時狀態信息，在監控分中心實時監視。 

3．1．4查詢功能 

    根據不同的查詢條件（單一或復合條件），分別查詢某個檢測點和多個檢測點的數據。 

3．1．5統計分析報表功能 

    根據實際業務要求，完成日常統計報表的統計和打印。 

3．1．6電子地圖功能 

    應用地理信息軟件，顯示監控分中心所轄路段的道路線形、RFID信息點圖標等靜態信息，以及RFID信息點檢測的實時數據和設備狀態信息。 

3．1．7系統管理功能 

    滿足運行過程中的數據備份、文件收發等業務需求。 

3．2軟件設計 

    數據采集軟件在設計中，除考慮滿足業務需求外，應著重考慮穩定性和高效性。在系統分析與設計方法上，采用面向對象的分析與設計方法，這樣可降低系統結構的復雜度，提高代碼的可重用性和可維護性。網絡通信協議采用TCP／IP協議，通過串口通信進行外場設備的控制和數據采集。 

    數據庫采用Oracle。服務器操作系統采用Windows 2003 Server，通信計算機和控制計算機采用Windows XP，且分別安裝服務軟件、通信軟件和控制軟件。軟件架構見圖5。 

     數據采集平臺：能采集各個外場設備的當前信息和故障信息。 

    GIS平臺：采用GIS技術，構建交通信息顯示與發布平臺，提供可變信息系統業務管理的操作平臺。控制命令處理與發布平臺：建立控制命令處理中心，控制計算機發送的控制命令。 

4影響因素分析 

    影響RFID高速公路綜合管理系統應用效果的主要因素有車輛通行速度和車輛與RFID系統天線的距離。RFID在高速公路綜合管理系統中的應用可采用2種運行方式：在采用傳統車道隔離措施下應用，即單車道應用；在無車道隔離措施的自由交通流下應用。 

（1）單車道RFID應用 

    單車道RFID應用的設計速度為：主線收費站60 km／h；匝道收費站40 km／h。 

（2）自由流RFID應用 

    高速自由流RFID設施的設計速度一般應大于120 km／h。采用自由流RFID系統將大大提高車輛的通行能力，自由流RFID是今后的發展方向，但就當前我國國內的車流量狀況、市場需求以及技術水平來看，尚不具備廣泛采用這種方式的條件。因此，在近期應以發展單車道RFID系統為主，統籌規劃、應用較先進的技術，以便將來順利過渡到自由流系統。 

5 結語

    目前，RFID技術的推廣應用還存在前期投資較高問題，但隨著RFID芯片制造成本的不斷降低和RFID技術的日漸成熟和完善，RFID技術必將在我國高速公路信息管理中得到廣泛應用，促進我國高速公路信息化水平的提高和發展。