基于射频技术的高速公路不停车收费系统

基于射频技术的高速公路不停车收费系统
张仕铭
【摘要】文中论述了高速公路收费系统的应用情况,以及搭建高速公路不停车收费系统的可行性与必要性;分析了自动识别射频技术的基本原理和具体应用;将其同高速公路收费系统有机的结合,设计了高速公路不停车收费系统.
【期刊名称】《通信电源技术》
【年(卷),期】2017(034)006
【总页数】2页(P163-164)
【关键词】高速公路;不停车收费;射频技术
【作者】张仕铭
【作者单位】福建省高速公路有限责任公司龙岩管理分公司,福建龙岩364200【正文语种】中文
进入新世纪后，智能交通受到了广泛关注，它不仅是我国重点发展的交通新模式，还是我国科技部创新基金支持的重点项目之一。

1 高速公路不停车收费系统概述
1.1 高速公路收费系统介绍
我国的经济正处于高速发展的时期，但我国部分公路的收费模式还是人工模式，效率十分低下。

除无任何管理设备的人工收费之外，目前的收费模式还有半自动收费和全自动收费两种类型。

因此，高速公路的收费方式有下面三种，一为入口先进缴
费，出口自动放行；二为入口发放交通卡，出口收回依卡计费；其三为收卡与发卡同时开展，缴费通过驾驶员事先购买的充值卡完成。

1.2 建立不停车收费的必要性
高速公路在运输中占据重要地位，可以为长距离的运输提供便利。

人工收费模式使得高速公路的建设与运维成本大幅度的提升，不仅造成资源的浪费，还影响车辆的正常行驶。

尤其是交通流量较大的时间段，收费站成为通行的瓶颈。

将不停车收费电子系统应用到实践中，获得了不错的效果。

2 射频识别技术介绍
2.1 自动识别技术的发展
20世纪70年代后期，自动识别技术同计算机、声光电等成为一体，得到了快速
的发展，其实现了数据的自动采集、自动输入，是计算机实时处理数据的重要保证。

射频识别技术由射频标签和读写器构成，两者之间不接触，互相感应，通过无线电波通信，达到自动识别的效果。

其最为突出的优势在于非接触识别，可以识别高速运动的物体、抵抗外部的恶劣环境。

射频识别技术已经在很多领域得到了应用。

2.2 射频识别系统的基本原理
常见的射频识别系统由射频卡以及读写器两个模块构成，同时还有其他的一些辅助构建，如天线、智能控制设备等。

射频卡是基于射频识别技术的智能卡片，是一种通过无线模式传输数据的集成电路，其优势在于数据处理与安全认证。

读写器也被称为收发器，由发射模块、接收模块以及信号处理模块等构成。

读写器通过天线向射频卡发送射频调制信号，通过天线收到射频卡返回的信号，经过处理之后传递给智能控制设备。

天线实现射频信号的发射与接收，也是射频卡同阅读器之间的数据传输与接收装置。

智能控制设备，完成RFID信号的控制与处理，有计算机与自动控制单元两个模块，既有计算机的功能，同时还可以实现自动控制。

编程器向射频卡写入相关的数据装
置。

射频识别装置的基本工作原理：读写单元发出微波查询信号，安装在被识别物体上面的射频卡，将接收到部分的微波能量转变为直流电，提供给射频卡内部的电路，同时将另外部分的微波通过天线反馈给读写单元。

通过射频卡反射回的微波信号携带射频卡内部的储存数据信息，此信号经过读写单元进行数据处理之后，得到射频卡内部储存的识别代码信息。

射频卡的工作过程：(1)读写器不断向周边发出固定频率的电磁波，射频卡内部含有一个LC的串联谐振电路，在其进入到读写器工作区域内部时，频率与读写器发射频率一致之后，在电磁激励的模式下，LC谐振电路出现共振。

(2)共振使得卡内部的电容产生负荷，电容的另一端含有一个单向导通的电子泵，将电容内部的电荷传递到另一个电容储存。

如果所积累的电荷达到2 V，这一电容可以为电源集成电路提供工作电压。

(3)CMOS集成电路内部相关的控制逻辑电路对接收的信号进行分析，依赖解码信息判断读写器发来的命令需求。

读取信息是控制逻辑电路从储存器内部获得相关的信息。

修改信息则是相关控制逻辑启动电压泵将2 V的工作电压提升到5 V，以便于对储存器的内容重新编写。

如果电容放电，射频卡内部发射电路从储存器读取相关的数据信息并将这些信息发送给读写器，读写器对接收到的信号进行信息处理操作。

3 基于射频技术的高速公路收费系统设计
3.1 设计的可行性
我国的高速公路系统建设十分快速，对地区经济的发展奠定了良好的基础。

高速公路收费一直存在问题，其一为造成交通拥堵，其二为后期的管理不善。

射频技术的应用可以使高速公路自动收费系统实现非接触收费，车辆经过收费口时自动收费，同时还可以有效地解决经济犯罪等相关问题。

公路收费系统中车辆的大小有所不同，需要大约4 m的读写距离，也就是收费系
统的频率需要在900 MHz～2 500 MHz。

射频卡一般安装到挡风玻璃后。

最现实的方案是将收费口设计为两个模块，也就是自动收费口以及人工收费口。

将天线架设到道路的上方，距离收费口50～100 m位置。

车辆经过天线时，车辆的射频卡被头顶的天线接收到，分析车辆有效的射频卡是否读写器指示灯指示车辆进入到不同的车道，人工收费口维持现有的操作模式。

进入到自动收费口的车辆，养路费会在用户的账户自动扣除，同时相关的指示灯以及蜂鸣器告诉司机收费是否完成，不用停车就可以通过。

3.2系统的结构设计
本文设计包含有智能卡收费子系统以及车道实时控制子系统。

实时控制子系统的模块如图1所示。

图1 车道实时控制子系统的结构
通过RFID技术得到车辆的牌照、车型以及所绑定的用户、银行卡等相关数据信息，同时用车道实时控制子系统通过车道摄像机获得车辆的图像，经过数字化处理后，判断实际牌照同车辆的牌照是否相符。

如果相符且是合法的车辆，那么就会指挥车辆通行，其通行收费经过计算机网络开展，从用户的银行卡账户划取，进而实现了不停车收费。

不停车收费管理中心负责管理及监督某一个区域内部的不停车收费站，将相关的收费信息分类汇总之后同银行的网络系统开展数据的交换，以便于银行从用户的账户之中划取相关的费用，转入业主账号，进而保证了整个高速公路不停车收费系统可以正常的运行。

自动收费的数据记录通过数据库以加密的模式建立，收费管理人员不能进行修改或者是添加相关的记录。

自动收费记录文件由数据库自动生成，管理中心同银行网络系统之间进行数据传递，通过协议加密的模式开展，保证了系统的安全。

4 结束语
无论是从交通工程的角度还是从智能运输系统的角度来分析，先进的电子收费系统对于我国公路的发展以及管理水平的提升具有十分重要的意义，依赖于国家相关信息技术推进传统产业的改造与升级是技术发展的必然模式。

本文分析了射频技术在高速公路收费中的应用，为实现智能高速公路的建设提供了参考。

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