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基于RFID技术的高速公路不停车收费系统分析
文章来源：RFID世界网 发布时间：2018-04-16 访问量：人 无线射频识别技术作为一种新兴自动识别技术，近年来在国内外已得到了迅速发展。以RFID为研究对象，分析工作原理以及主要特点，通过对不停车收费系统组成及工作流程介绍，重点说明RFID中间件技术在系统中的应用。基于RFID技术的高速公路不停车收费系统作为智能交通系统领域中一个重要方面，是缓解收费站交通堵塞“瓶颈”有效手段，对环境污染降低起到重要的作用。
随着公路建设飞速发展，我省高速公路通车里程不断增加，2010年通车里程达到3400km，居西部第一。在通车公路里程增加同时，交通流量也在不断的增加，人工跟半自动收费方式已经不能满足高速路上通行车辆对收费管理系统的需求。原始收费方式严重制约高速公路向现代化方向发展，存在很多弊端，主要是表现在：
(1)收费设施以及收费技术落后，停车收费造成收费站交通的拥堵。
(2)在收费站停车次数的增多，汽车耗油增加，汽车尾气对环境污染增加。
为了解决以上的问题，2009年我省高速公路开始建设电子公路不停车收费系统(EleefronieTollCollection，ETC)，通过对车载电子标签自动识别完成不停车情况下通行费的自动收取处理的全过程。自动车辆识别技术主要是通过射频识别技术(RadioFrequencyIdentifICation，RFID)来采集车载电子标签的数据信息而实现的。RFID是一种非接触射频通信方式，通过RFID读写器跟RFID电子标签的无线通信可以进行信息采集功能，从而识别车载RFID电子标签载体的身份等特征，达到了提高收费站通行效率的目的。
RFID是一种无线的、非接触方式自动识别技术，作为快速、实时、准确采集跟处理信息的高新技术和信息标准化的基础，被公认为20世纪十大重要的技术之一。这项技术最大优点就在于非接触，在完成识别工作时无须人工干预，适于实现自动化跟远程实时监控以及管理，可以识别高速运动物体并可同时识别多个RFID电子标签，操作快捷方便。典型射频识别系统的工作原理如图1所示。
系统通电工作以后，RFID读写器通过其内部线圈周期性地发出一个固有频率电磁波(激发信号)。当RFID电子标签处于RFID读写器的感应范围内的时候，RFID电子标签内的线圈在“激发信号”的感应下产生微弱电流作为集成芯片电源。RFID电子标签上电复位以后，原本处于“休眠状态”的RFID电子标签被激活并且将含有自身种类识别码标志、制造商标志等信息代码调制到载波上面，经RFID电子标签内天线发射出去。
ETC是一个集中射频识别、计算机网络、信息处理及自动控制等多项高新技术，在公路自动收费综合系统中应用。它利用了车载RFID电子标签自动跟安装在路侧或门架上的RFID阅读器进行信息交换，中心控制计算机根据RFID电子标签中存储的信息识别出车主的信息，然后自动从车主银行账号中扣除通行费。ETC收费系统可做到通行车辆不停车、车辆通行时无人操作跟无现金交易。
高速路收费站ETC通道采用了智能型远距离非接触RFID阅读器，当车辆驶抵收费站ETC通道入口时候，RFID阅读器将收费站入口信息数据写入了车载RFID电子标签内。车辆在驶至下个收费站ETC通道出口时候，RFID读写器读取出车载RFID电子标签的信息并且将读取到的信息传送到ETC后台管理系统。
经ETC后台收费管理系统核对无误后完成一次网上银行自动收费，并且开启绿灯或其他放行信号，控制道闸抬杆，指示车辆正常通过。如核对该车辆通行合法性有误，则维持红灯或其他停车信号，指示该车辆属于非正常通行车辆，同时安装高速摄像系统能将车辆有关信息数据快速记录下来并且通过管理人员进行处理。该系统的工作流程如下：
(1)车主办理ETC通行及网上银行业务。车主到高速公路管理部门购置RFID电子标签。由于发行系统向RFID电子标签输入车辆识别码，并且在数据库中存入该车辆的全部有关信息，并在银行的系统开通网上银行业务，使银行账户跟车主信息绑定。
(2)车辆信息入库。发行系统将上述车主、车辆信息输入收费计算机系统。RFID电子标签贴在车上相应部位，能够立即使用。
(3)收费站ETC通道入口写信息。当车辆通过高速公路ETC通道入口时候，该站收费系统的RFID阅读器发出射频信号，由于RFID电子标签的天线接收射频信号，激活RFID电子标签以后，该RFID读写器同时还向RFID电子标签写入入口信息。写入信息也由电子标签的天线接收，写入了RFID电子标签芯片中。
(4)收费站ETC通道出口读信息。当车辆通过高速公路ETC通道出口时候，该站的收费系统的RFID阅读器发出射频信号，由RFID电子标签的天线接收射频信号，激活RFID电子标签以后，RFID读写器读写出RFID电子标签中存储的入口的信息。
(5)车辆处理。收费计算机系统向执行机构输出执行信号。当网上银行储值，即结余金额足够支付过站的费用时候，出站口绿灯亮，给予放行;若结余金额已经不多，处于警告值以下，则黄灯亮，提示车主应再购买储值，但是仍予以放行;若结余金额不足或已无余款，则红灯亮，不予放行。对于闯红灯的车辆，将由站内摄像机自动摄下站牌号，并且由计算机系统记录冲红灯的时间，以便追究其责任。
(6)收费完成。上述过程，均于瞬间完成，ETC系统可保证车辆高速通过收费站，收费计算机系统将通过该站的车辆识别码以及其新储值等信息，经通信网络，送至有关中心与其他收费系统当中。
关键技术研究
项目采用的主要技术包括：RFID技术、网络数据传输安全技术跟处理数据的RFID中间件技术等。本文着重介绍处理数据的RFID中间件技术。
RFID中间件在上位机应用程序和读写器的数据采集之间扮演着枢纽角色，其为上层应用程序提供的一组通用应用程序接口(API)，应用的程序能实现到RFID读写器的透明连接。RFID中间件是在物联网三层架构中的应用层实现具体功能，主要分为三个层次：数据采集层、事件处理层、信息发布层。中间件数据采集层负责感知车载RFID电子标签的信息，整个系统可用性、可靠性都以此为基础;中间件事件处理层是RFID中间件至关重要的一层，在该层中对采集到的RFID电子标签信息进行归纳整理，从无意义的数据中，提取出含有一定实际意义的事件信息。并且进一步封装RFID电子标签返回信息包，为上层应用提供更全面的信息与服务;中间件信息发布层负责为上位机软件提供安全可靠的数据。就如何实时地对巨量RFID数据进行处理，如何充分挖掘RFID数据所包含的有用信息方面建立了模型。RFID中间件模型架构图如图所示。
RFID由单一识别向多功能识别发展的同时，并且将结合射频识别、计算机网络、信息处理以及自动控制等技术，实现了跨地区、跨行业应用。而基于RFID无线射频识别技术的ETC系统与传统的收费系统相比，有着绝对的发展优势，随着RFID无线射频识别技术的发展，ETC系统也会逐渐得到完善，在高速公路收费系统中得到广泛的应用。
随着公路建设飞速发展，我省高速公路通车里程不断增加，2010年通车里程达到3400km，居西部第一。在通车公路里程增加同时，交通流量也在不断的增加，人工跟半自动收费方式已经不能满足高速路上通行车辆对收费管理系统的需求。原始收费方式严重制约高速公路向现代化方向发展，存在很多弊端，主要是表现在：
(1)收费设施以及收费技术落后，停车收费造成收费站交通的拥堵。
(2)在收费站停车次数的增多，汽车耗油增加，汽车尾气对环境污染增加。
为了解决以上的问题，2009年我省高速公路开始建设电子公路不停车收费系统(EleefronieTollCollection，ETC)，通过对车载电子标签自动识别完成不停车情况下通行费的自动收取处理的全过程。自动车辆识别技术主要是通过射频识别技术(RadioFrequencyIdentifICation，RFID)来采集车载电子标签的数据信息而实现的。RFID是一种非接触射频通信方式，通过RFID读写器跟RFID电子标签的无线通信可以进行信息采集功能，从而识别车载RFID电子标签载体的身份等特征，达到了提高收费站通行效率的目的。
RFID射频识别技术
RFID是一种无线的、非接触方式自动识别技术，作为快速、实时、准确采集跟处理信息的高新技术和信息标准化的基础，被公认为20世纪十大重要的技术之一。这项技术最大优点就在于非接触，在完成识别工作时无须人工干预，适于实现自动化跟远程实时监控以及管理，可以识别高速运动物体并可同时识别多个RFID电子标签，操作快捷方便。典型射频识别系统的工作原理如图1所示。
系统通电工作以后，RFID读写器通过其内部线圈周期性地发出一个固有频率电磁波(激发信号)。当RFID电子标签处于RFID读写器的感应范围内的时候，RFID电子标签内的线圈在“激发信号”的感应下产生微弱电流作为集成芯片电源。RFID电子标签上电复位以后，原本处于“休眠状态”的RFID电子标签被激活并且将含有自身种类识别码标志、制造商标志等信息代码调制到载波上面，经RFID电子标签内天线发射出去。
ETC实施方案
ETC是一个集中射频识别、计算机网络、信息处理及自动控制等多项高新技术，在公路自动收费综合系统中应用。它利用了车载RFID电子标签自动跟安装在路侧或门架上的RFID阅读器进行信息交换，中心控制计算机根据RFID电子标签中存储的信息识别出车主的信息，然后自动从车主银行账号中扣除通行费。ETC收费系统可做到通行车辆不停车、车辆通行时无人操作跟无现金交易。
高速路收费站ETC通道采用了智能型远距离非接触RFID阅读器，当车辆驶抵收费站ETC通道入口时候，RFID阅读器将收费站入口信息数据写入了车载RFID电子标签内。车辆在驶至下个收费站ETC通道出口时候，RFID读写器读取出车载RFID电子标签的信息并且将读取到的信息传送到ETC后台管理系统。
经ETC后台收费管理系统核对无误后完成一次网上银行自动收费，并且开启绿灯或其他放行信号，控制道闸抬杆，指示车辆正常通过。如核对该车辆通行合法性有误，则维持红灯或其他停车信号，指示该车辆属于非正常通行车辆，同时安装高速摄像系统能将车辆有关信息数据快速记录下来并且通过管理人员进行处理。该系统的工作流程如下：
(1)车主办理ETC通行及网上银行业务。车主到高速公路管理部门购置RFID电子标签。由于发行系统向RFID电子标签输入车辆识别码，并且在数据库中存入该车辆的全部有关信息，并在银行的系统开通网上银行业务，使银行账户跟车主信息绑定。
(2)车辆信息入库。发行系统将上述车主、车辆信息输入收费计算机系统。RFID电子标签贴在车上相应部位，能够立即使用。
(3)收费站ETC通道入口写信息。当车辆通过高速公路ETC通道入口时候，该站收费系统的RFID阅读器发出射频信号，由于RFID电子标签的天线接收射频信号，激活RFID电子标签以后，该RFID读写器同时还向RFID电子标签写入入口信息。写入信息也由电子标签的天线接收，写入了RFID电子标签芯片中。
(4)收费站ETC通道出口读信息。当车辆通过高速公路ETC通道出口时候，该站的收费系统的RFID阅读器发出射频信号，由RFID电子标签的天线接收射频信号，激活RFID电子标签以后，RFID读写器读写出RFID电子标签中存储的入口的信息。
(5)车辆处理。收费计算机系统向执行机构输出执行信号。当网上银行储值，即结余金额足够支付过站的费用时候，出站口绿灯亮，给予放行;若结余金额已经不多，处于警告值以下，则黄灯亮，提示车主应再购买储值，但是仍予以放行;若结余金额不足或已无余款，则红灯亮，不予放行。对于闯红灯的车辆，将由站内摄像机自动摄下站牌号，并且由计算机系统记录冲红灯的时间，以便追究其责任。
(6)收费完成。上述过程，均于瞬间完成，ETC系统可保证车辆高速通过收费站，收费计算机系统将通过该站的车辆识别码以及其新储值等信息，经通信网络，送至有关中心与其他收费系统当中。
关键技术研究
项目采用的主要技术包括：RFID技术、网络数据传输安全技术跟处理数据的RFID中间件技术等。本文着重介绍处理数据的RFID中间件技术。
RFID中间件模型的建立
RFID中间件在上位机应用程序和读写器的数据采集之间扮演着枢纽角色，其为上层应用程序提供的一组通用应用程序接口(API)，应用的程序能实现到RFID读写器的透明连接。RFID中间件是在物联网三层架构中的应用层实现具体功能，主要分为三个层次：数据采集层、事件处理层、信息发布层。中间件数据采集层负责感知车载RFID电子标签的信息，整个系统可用性、可靠性都以此为基础;中间件事件处理层是RFID中间件至关重要的一层，在该层中对采集到的RFID电子标签信息进行归纳整理，从无意义的数据中，提取出含有一定实际意义的事件信息。并且进一步封装RFID电子标签返回信息包，为上层应用提供更全面的信息与服务;中间件信息发布层负责为上位机软件提供安全可靠的数据。就如何实时地对巨量RFID数据进行处理，如何充分挖掘RFID数据所包含的有用信息方面建立了模型。RFID中间件模型架构图如图所示。
RFID由单一识别向多功能识别发展的同时，并且将结合射频识别、计算机网络、信息处理以及自动控制等技术，实现了跨地区、跨行业应用。而基于RFID无线射频识别技术的ETC系统与传统的收费系统相比，有着绝对的发展优势，随着RFID无线射频识别技术的发展，ETC系统也会逐渐得到完善，在高速公路收费系统中得到广泛的应用。
