基于RFID技術的實時交通信息采集處理技術

張麒 劉育才

摘 要：RFID無線射頻識別，是一種利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術，它主要通過射頻信息來自動識別目標對象并采集相關的數據信息，識別過程無需人工干預，具有抗干擾能力強，速度快，傳輸距離遠等優勢，因此，廣泛應用于交通、物流、餐飲、醫療保健等領域。本文就主要對基于RFID技術的實時交通信息采集處理技術進行了簡要分析。

關鍵詞：RFID技術；交通；應用

中圖分類號：O434文獻標識碼： A

引言

隨著信息技術的飛速發展，全社會信息化建設的步伐不斷加快，信息化受益所涉及的領域也不斷的擴大，時下交通行業信息化建設也有了一定的發展，但仍然存在著一些問題，如由于受傳統思維和習慣的影響，當前的交通行業統計工作仍然以手工作業為主，受人的主觀因素制約較為明顯和突出，大大影響了工作的低效率和信息的準確度。RFID技術是一種非接觸的自動識別技術，是射頻技術在識別領域的應用，是本世紀十大重要技術之一。

一、RFID技術簡述

1、RFID的概念及其工作原理

無線射頻識別(Radio Frequency Identification簡稱RFID)通過射頻信號作非接觸式自動識別并獲取有用信息。射頻識別產品體積小，可附著在需辨別實體上，以非接觸方式快速讀取儲存信息。一般而言，RFID系統由讀寫器、電子標簽和數據管理系統三部分組成。讀寫器讀寫電子標簽信息，通過網絡與其他計算機通訊，獲取電子標簽信息，并進而解釋及數據管理。電子標簽由RED芯片和天線組成，每個芯片含唯一識別碼，表示電子標簽所附著物體。數據管理系統完成數據信息存儲及管理，可由簡單小型數據庫擔當，也可集成RFID管理模塊的大型ERP數據庫管理軟件。

RFID系統的組成及其工作原理。RFID系統因應用不同其組成會有所不同，但基本都由電子標簽（Tag）、閱讀器（Reader）和數據交換與管理系統（Processor）三大部分組成。電子標簽（或稱射頻卡、應答器等），由耦合元件及芯片組成，其中飽含帶加密邏輯、串行EEPROM（電可擦除及可編程式只讀存儲器）、微處理器CPU以及射頻收發及相關電路。電子標簽具有智能讀寫和加密通信的功能，它是通過無線電波與讀寫設備進行數據交換，工作的能量是由閱讀器發出的射頻脈沖提供。閱讀器，有時也被稱為查詢器、讀寫器或讀出裝置，主要由無線收發模塊、天線、控制模塊及接口電路等組成。閱讀器可將主機的讀寫命令傳送到電子標簽，再把從主機發往電子標簽的數據加密，將電子標簽返回的數據解密后送到主機。數據交換與管理系統主要完成數據信息的存儲及管理、對卡進行讀寫控制等。

RFID卡與讀寫器實現數據通信過程中起關鍵的作用是天線。一方面,無源的RFID卡芯片要啟動電路工作需要通過天線在讀寫器天線產生的電磁場中獲得足夠的能量；另一方面,天線決定了RFID卡與讀寫器之間的通信信道及方式。一般是15米以內，GPS定位輸出為每秒1次，經過CPU處理，向中心傳輸，一般30秒一個點，傳輸時間很短，就是GPRS上網時間。上網方式通常是HTTP或TCP，當然還有幾種，如客戶端方式等。

2、RFID的特性

讀寫速度快：傳統條碼、IC卡等識別技術一次只掃描一條記錄，而RFID非接觸方式及無方向性要求，標簽一進入磁場，解讀器即時讀取其中信息，幾毫秒就可完成一次讀寫。防沖撞機制使之可同時處理多個標簽，實現批量識別，每秒同時最多可識別50個，能在運動中識別；形狀多樣、體積?。篟FID讀取時不受形狀與尺寸限制，不需為讀取精度而配合紙張固定尺寸和印刷品質。此外，其標簽往小型化與多樣態發展，可用于不同產品；環境適應能力強：RFID對水、油、藥品等的抗污性強，RFID在臟污或黑暗中也可讀取數據；可重復使用：RFID為電子數據，可反復被覆寫回收標簽重復使用；穿透性好，無障礙閱讀：即使被覆蓋，RFID也可穿透木材、紙張和塑料等非金屬或非透明材質，作穿透性通信。不過其對于鐵質金屬就無法通訊；數據記憶容量大：容量隨記憶規格發展而擴大，未來物品所需攜帶資料愈來愈大，對卷標所能擴充容量需求也增加，而RFID不會受到限制；安全性高：RFID按國際統一電子產品代碼的編碼制在出廠前就固化在芯片中的，不重復、不可復制。數據可加密，扇區可獨立一次鎖定，并根據用戶需求鎖定重要信息，難仿冒、難侵入。

二、RFID系統在當今的交通運輸業發展中的應用分析

RFID作為一種交換性的標識技術，在西方發達國家已經出現了普及化的趨勢，而且該技術在西方發達國家的研制中越來越趨向專業化。在交通運輸行業中的物流管理、材料管理、服務性領域與工業自動化領域顯示出強大的優勢，有著光明的前景。而在中國，RFID系統發展相對緩慢，但是在交通運輸行業已經顯示出強大的應用效力，主要作用于鐵路列車的車號識別、交通運輸中集裝箱的管理、高速公路關卡的收費、當下比較推廣流行的門禁管理等方面。下面我們結合RFID的系統優勢進行具體的應用分析論述。

1、鐵路列車車號的識別應用分析

鐵路上比較苦惱的是列車車號的識別，眾多列車車廂，當遇到突發與危險情況時很難在短時間內確定出事列車車號，而RFID系統適用于所有的鐵路機車與貨車，通過在機車上安裝電子性標簽，并且在所有路段進、編組站點、中大型的貨運站分界點進行地面識別設備的安裝，通過車站信息中心樞紐的專門的計算機車站集中管理系統進行列車車號的掌握與分析，在各大鐵路部門之間建立有效聯系的鐵路運輸管理系統。對特定車號的車次進行分析與追蹤，十分便捷。

2、集裝箱的管理分析

RFID系統在集裝箱的管理中也優勢明顯。首先，基于RFID系統的集裝箱管理系統能夠實現對集裝箱運輸過程中的物流追蹤與定位，根據獲取的物流信息進行實時跟蹤記錄。最大程度的避免集裝箱在實際運輸過程中可能出現的集裝箱錯箱、露箱失誤。提高交通運輸速度，提高集裝箱運輸的安全與可靠性能，在整體上提升我國集裝箱運輸服務的管理水平。還可以通過集裝箱上的電子標簽定位集裝箱的固有信息，主要包括集裝箱的型號、集裝箱運輸內容、集裝箱的所有者、集裝箱的尺寸等信息。通過RFID系統還可以實現集裝箱錯誤信息的更改。如果集裝箱貨品類型，集裝箱所有者、運單號碼、集裝箱運輸路線發生錯誤時可以借助RFID系統進行自動的檢索與數據清點，確保集裝箱信息的準確無誤，這些更正都可以通過系統固有的無線傳輸技術完成。檢索與查找更加方便。

3、RFID系統支持的高速公路的自動收費管理

我國地域廣闊，交通運輸面臨著極大的考驗，而我國的交通運輸管理中最關鍵的是高速公路的收費管理。RFID系統有效的解決了這一難題，這也成為RFID系統在交通運輸行業中最為成功的應用。不僅提高了收費效率而且有效的避免了高速公路管理人員亂收費與貪污的現象。通過先進的非接觸識別技術，車輛在高速路口完成正確的自動繳費，繳費效率提高的同時也解決了高速公路常見的擁堵現象，尤其是在節假日高速公路不收費的情況下，RFID系統的優勢是十分明顯的。這是如何實現的呢，RFID系統的射頻卡安裝在車輛的擋風玻璃之后，面對多車道的情況，可以采用人工收費與自動收費并存的收費方式，高速公路管理更加規范與科學，并體現出人性化的特點。

4、城市交通調度管理系統

城市交通調度管理是智能交通管理系統的核心組成部分。RFID技術則是交通調度管理系統中信息采集的有效手段。利用將RFID應用于公交車場管理系統，可以實現公交車進出站時信息自動采集，不用停車，這樣公交調度系統能準確掌握公交停車場車輛進出的實時動態信息。通過對采集的數據進行分析，能更合理地安排車輛，從而實現公交車輛的智能化管理，提升城市形象。

RFID技術手段具有很高的經濟性，與全球衛星定位系統（GPS）等技術相比具有安裝方便、適應性強、成本低、車輛無需改造等特點。

5、智能停車場管理

智能車場體系能有效、精確、智能的對進出停車場的系統車輛和非系統車輛的數據信息進行辨認、收集、記錄并按需求上傳、處理，而且可經過相應人工干預進行彌補，避免非正常事件影響。當車輛駛入/出門禁天線通信區時，天線以微波通訊的方式與進行雙向數據交換，從電子車卡上讀取車輛的有關信息，在司機卡上讀取司機的有關信息，主動辨認電子車卡和司機卡并判斷車卡是不是有用和司機卡的合法性，車道操控電腦顯現與該電子車卡和司機卡一一對應的車牌號碼及駕駛員等材料信息；車道操控電腦主動將經過時刻、車輛和駕駛員的有關信息存入數據庫中，車道操控電腦依據讀到的數據進行判斷完成通行和收費辦理。

6、公共自行車管理

公共自行車體系由公共自行車、鎖柱、網點管理、后臺體系四大基礎部分構成。每個使用公共自行車的人都要辦理一張RFID卡，上面標有身份證等個人信息辨認記錄，并且在租車、還車時都要在公共自行車專用車架裝備的電腦鎖柱上刷卡。后臺體系中央管理中心能夠監控到每個網點每一輛車的狀況。自行車前旁邊面裝有車栓，與網點的鎖柱銜接，內置RFID對自行車的身份進行僅有辨認。鎖柱內還有讀卡器和處理芯片，能夠獨立主動處理市民的租借事務。

北京、上海、武漢等多個大中城市正在逐步完善公共自行車系統，市民憑智能卡從租賃網點取車，到達目的地后在另一網點存放，由智能系統識別和保存，使公共自行車成為公交體系末端組成部分，縮短市民在乘坐公交車等前后步行距離，方便市民出行。

7、基于RFID的車輛識別系統

（1）總體方案

車輛出入識別系統是在每一個車輛上安裝RFID識別卡，將電子識別標簽作為車輛信息的載體，利用射頻識別設備、車輛檢測設備和PC機等硬件設備構建車輛信息采集系統，然后通過軟件編程實現硬件設備的調用和通信，采集電子識別卡上的信息，實時記錄車輛的出入信息，對過往車輛進行自動識別和信息采集，加強對車輛的出入管理?；赗FID的車輛識別系統主要由前端信息采集單元、車載信息單元（電子車卡和司機卡）、數據處理中心、用戶終端應用系統、信息傳輸系統組成。

（2）硬件系統

基于RFID的車輛識別系統的硬件包括電子標簽、閱讀器和天線組成。電子標簽內記載所標識車輛在管理部門登記在冊的合法信息，通過系統軟件可以對每個標簽進行授權，以鑒別該車輛是否有權通過此門。本系統選用的汽車電子識別標簽尺寸同普通IC卡一樣，主要由紙質面層、以聚脂薄膜為基片的印刷電路層和紙質背層三部分粘合組成。智能讀寫器主要安裝在大門出入口、車輛經過需要監控的交通路口，負責驅動天線發射信號或接收天線返回的信號，分析處理放置在車輛上的電子標簽數據，同時將這些數據傳送到系統的PC服務器中，通過系統軟件對進出的車輛做出迅速的識別和記錄。射頻天線用來發射無線信號激活電子標簽，同時接收電子車證反饋的無線射頻信號，并將這些信號傳送給讀寫器。系統選用TDJ系列定向天線，能夠保證發射天線的極化方向始終與電子標簽接收天線的極化方向一致，全面接收能量。

（3）軟件系統

基于RFID的車輛識別系統由系統設置模塊、通訊模塊、卡信息管理操作、車輛出入數據監控模塊組成，各模塊采用SQL作為數據庫。系統設置模塊包括登錄密碼設置、管理員密碼設置、通訊端口設置、車型設置、單位設置和退出系統等功能。通訊功能模塊完成控制指令的發送和實時數據接收，是車輛識別管理系統能實時正常工作的核心。通訊功能模塊包括停止監控、監控器對表、發送黑名單（禁止通行）和刪除黑名單等功能?？ㄐ畔⒐芾砟K可以進行注冊卡發卡、修改信息、報失卡、取消報失、舊卡換新和讀卡信息等操作，系統操作人員在發卡時經由通信適配器讀取在RFID讀卡器上的卡片信息；每張卡通過卡號與車輛信息建立數據關聯，發卡的時候將射頻卡的卡號和車輛即車主進行綁定，并保存在計算機的數據庫里面。車輛出入數據監控模塊對射頻信號進行自動采集，實時監控出入的車輛狀態。當持卡車輛進出系統大門設置的識別區域時，其隨身攜帶的射頻卡被應用系統快速識別，數據采集系統自動采集電子車牌內數據，進入系統數據庫查詢并判斷該車輛是否為合法車輛，決定是否讓其通行。

三、RFID技術在交通領域的發展前景

1、RFID電子車牌。將RFID技術應用于電子車牌，可以在電子車牌內記錄詳細的車輛信息，各路面探測系統通過對電子車牌進行遠距離讀取，實現車輛識別監控管理等功能。

2、智能信號燈控制。通過安裝在路口的RFID閱讀器可以探測并計算出某兩個紅綠燈區間的車輛數目，從而智能地計算紅燈或綠燈的分配時間。如果一個道路走向上的車輛足夠多，該走向上的交通信號燈將自動變味綠燈，而另一個道路走向上將變為紅燈。RFID技術運用于智能信號燈控制可以有效的緩解城市的交通擁堵。

3、進入控制。通過裝在路口的RFID閱讀器，并輔以其他自動控制系統，可以不讓特定類型的車輛、或有違章記錄的車輛進入某區域或某路段，達到進入控制的目的。

4、智能停車場管理。不僅可以對停車場、小區車輛門禁自動收費監控管理，還具有停車場、小區泊位查詢管理功能。

5、特殊車輛的監控。對危險車輛、校車、公車、出租車、公共自行車進行統一管理。如將RFID技術運用于危貨運輸車輛的監管，時刻查詢車輛行駛路線，避免車輛進入人流車流密度大，交通事故多發路段，對車輛技術狀態實時監控。

6、配合無線傳感器網絡形成車聯網。RFID配合無線傳感器網絡（WSN）可以克服RFID抗干擾能力差、搜集數據依靠閱讀器的缺點，形成WSID網絡，實現車車、車路通信和定位等功能。

7、交通統計。運用RFID技術進行交通統計，克服現有統計制度統計數據精度不高，類別單一的缺點，為交通管理部門提供各種車輛、船舶的精確交通流數據，實現交通監管信息化、智能化，另外還可以為交通規劃提供基礎數據。

結束語

我們不難發現RFID系統在交通運輸業中的作用越來越被凸顯，作用越來越重要，即使RFID系統在實際使用的過程中也暴露出部分問題，但是從其總體發展趨勢來看，其應用將更加廣泛，涉及到各個領域，其管理、記錄與監控功能將在新技術的支撐下實現性能的更加優化，功能更加完善，設計更加人性，在各行各業中發揮其技術上的優勢，推動我國各項產業的穩定發展。

參考文獻

[1]孔俊.利用RFID技術提升物聯網的規模效應[J].移動Labs網站,2010，（03）.

[2]欒文利.無線射頻識別（RFID）技術的應用分析[J].黑龍江科技信息，2012，（17）.

[3]張歡歡，金琳，黃平平，聶道全，陳焰.基于RFID檢測技術的交通信號燈實時控制系統的研究與設計[J].中國水運（下半月刊），2010，（11）.

[4]趙泰洋，郭成安，金明錄.一種基于RFID原理的交通信息獲取系統與車輛定位方法[J].電子與信息學報，2010，（11）.

[5]林曉輝,曹成濤,張宇歡,邱建喜.車輛自動識別系統在城市年票征收管理中的應用研究[J].交通信息與安全，2010，（01）.