RFID技术在高速公路多路径识别及不停车收费中的应用

RFID技术在高速公路多路径识别及不停车收费中的应用

上世纪90年代以来，我国公路建设和机动车保有量增长都进入快速发展期，截至2008年底，我国高速公路通车里程已突破6万公里，全国机动车保有量近1.6亿辆。随着我国高速公路建设的蓬勃发展，联网收费规模不断扩大，使高速公路联网收费管理出现了两个难题：

一是路径识别及通行费拆分问题。随着我国高速公路网的逐渐形成，高速公路纵横交错、四通八达，这给车辆通行提供了较多的路径选择，并有利于分散交通量，缓解交通压力，但也产生按什么标准对多路径车辆收取通行费的问题，而我国现行的高速公路建设投资主体多元化的格局，又使问题更为复杂化——模糊的通行费拆分模式势必引起越来越多的歧义，直接影响高速公路使用者、投资者和管理者的利益。尽管吉林省目前高速公路通车里程较少，但已出现了环路拆分难的困惑，如长春绕城高速环路，由于难以区分行驶车辆的精确路径，只能实行最短路径收费，这样既少收了通行费，又造成通行费拆分的不明确。随着高速里程不断增加，环路也在增多，路径识别问题已成为精确拆分工作所难逾越的障碍。这就要求我们必须根据车辆行驶路径准确记录车辆行驶路径和里程，准确记录各路段车辆通行费收入，并合理准确地将通行费收入分配至各公路业主，体现“谁投资，谁受益”。

二是通行效率问题。逐年攀升的交通量已越发成为收费站不能承受之重，特别是节假日等交通高峰时期，长长的车龙给收费站造成瞬间拥堵，传统的人工收费方式已成为制约高速公路通行效率的“瓶颈”。单靠提高员工的工作效率无法解决上述问题，必须依靠先进的科技手段。

上述问题的出现促使业内人士从全新的角度进行思考——收费工作不仅仅

是简单的收费亭加收费员，道路运输对先进的通信、信息和电子技术依赖度正在不断提高，高速公路管理也要从劳动密集型向技术密集型“进化”。特别是200 9年以来，RFID技术以其能够自动识别物品并获取相关数据而被广泛应用于国民经济和社会发展的方方面面，显示出巨大的发展潜力与应用空间，被认为是21世纪的最有发展前途的信息技术之一。采用RFID技术可以实现车辆的自动识别，实现车辆的数字化管理，从而解决前面提到的高速公路的两大管理难题。

二、RFID技术实现路径识别及不停车收费的工作原理

在车辆上一次性粘贴一张电子标签，并在数据库中将电子标签号和车牌号绑定，同时为该标签在银行开立一个信用卡账户或储蓄卡账户。当该车驶入不停车收费车道时，车道读头从电子标签中读取车辆的识别信息，按照收费要求控制车道控制器将车辆放行，同时将该车的识别信息和车道信息（如收费站名称或编号、车道、通过时间等）上传到管理中心；途中车辆经过标识站时，标识站读取电子标签信息并将车辆的通行信息上传至管理中心。当车辆行驶至不停车收费出口车道时，则通过标签信息获得车辆经驶的入口和标识站，形成车辆行驶的精确路径并收费放行，完成一次不停车收费。

对于行成环路的路段，由于已经得到了车辆行驶的精确路径，则可按照实际行驶路径将所收取的通行费拆分到相应的高速公路业主账户中。这样即解决了形成环路后的路径识别问题，实现了通行费的精确拆分，又实现了无现金收费。

三、应用的关键技术

1．车辆的高速识别

要想实现高速公路路径识别和不停车收费，首先要解决的问题就是实现车辆的高速识别。如图2所示，本系统采用的基于RFID技术的车辆识别系统的电

子标签具有识别距离远（6～8米）、识别速度快（大于260公里/小时）等特征。由于采用只读工作方式，因此车辆可以在极短的时间内被电子读头设备识别出来。同时，由于采用无源设计，用户可以避免因更换电池而带来的麻烦。

图2 超高频无源射频标签

基于RFID技术的车辆识别系统主要由车载电子标签（超高频无源射频标签）和电子读头设备（高速远距离超高频阅读器）组成。RFID是一种非接触的射频通信方式，通过读写器与标签的无线通信实现数据采集，从而识别标签载体的身份等特征。系统中采用无源只读电子标签作为信息的载体，无源电子标签本身不需要辅助电池为标签提供工作的能量，而是通过标签内设计的电感耦合方式将部分射频能量转换为标签所需工作的能量。在能够满足实现车辆的高速识别等系统功能的前提下，采用无源只读电子标签具有很多优势：

1）减少电磁的空间辐射。无源只读RFID系统所需射频信号能量要低于有源的读写系统，从而减小电磁波对空间的辐射，减少对相邻设备的干扰；

2）信息可靠度高。只读取信息，不需写入信息，每次通讯所需时间短，这样就可以在一次交易中读取多次数据，进行多次校验，保障了数据的可靠性。

3）成本低。无源只读标签及其读写设备的成本较低，一般只是有源电子标签及设备成本的1/10左右，成本低可以减少运营上的投入资金，有利于市场推广。

4）寿命长。有源电子标签的寿命主要取决与电池的寿命，而电池的寿命又与标签读写数据的次数和数据量有直接的关系，这样就造成了有源标签寿命短，一般就能工作2～3年，而且很难界定电池的实际寿命。而无源电子标签的寿命主要取决于其物理寿命，只要不是物理损坏，一般可用10年以上。使用寿命长既便于标签管理，又减少了运营成本。

如图3所示，高速长距离超高频阅读器（也称电子读头），是用于识别RFI D电子标签的的重要设备，主要安装在各个路段的监测点和高速公路的进出口，用来自动读取驶过检测点和公路出入口的车辆所携带的射频标签中的信息，以便系统对车辆的行驶路径进行记录。

图3 高速长距离超高频阅读器

2．数据传输

由于采用只读标签，系统对数据传输的可靠性要求较高，数据传输的可靠性是系统能够长期稳定工作的关键所在。以前利用只读电子标签实现的收费系统一般都是开放式收费，开放式收费不需要实时的数据传输，只读电子标签收费系统具有天然的优势。而对于我国高速公封闭式收费方式来说，采用只读电子标签系统进行不停车收费，则必须有稳定的网络来确保数据传输的可靠性。为保障数据传输的可靠性，系统设计了以高速公路光纤网作为基础，无线网络为补充的数据传输方案。无线网络选择了CDMA，CDMA峰值速率153.6K bps，平均速率80K 以上，不掉线，连接稳定，尤其在高速移动情况下表现卓越。目前，3G网络正