RFID在电子收费系统路径识别的应用

《高速公路联网收费暂行技术要求》第13条明确指出："电子不停车收费技术中车辆自动识别系统所采用的专用短程通信频率推荐5．8 GHz，电子标签宜采用可读写的‘单片式’(可读写智能电子标签)或‘两片式’(带IC卡接口的电子标签)。‘两片式’电子不停车收费系统应与人工半自动收费系统兼容。"因此选取5．8 GHz短程通信标准为专用短程通讯DSRC(Dedicated Short Range Communication)标准，输出功率300 mW；调制方式为ASK、BPSK；通信距离10 m。

　　选用5．8 GHz作为微波短程通信中心频段有3个优点；(1)5．8 GHz频段背景噪声小，抗干扰性较好。(2)5．8 GHz频段的设备供应商较多，有利于我国ETC系统的设备引进，有利于降低系统成本。(3)有利于未来在此频段内开展智能运输系统的其他各项服务。

　　3．2 组合两片式电子标签的设计

　　针对我国具体国情，兼顾大部分收费站采用IC卡交易方式，系统采用组合两片式电子标签作为车辆身份、行驶路径记录和解缴通行费信息载体，设计结构如图2所示。

　　组合两片式标签综合RFID和IC卡技术的优点，由"两片式电子标签+双界面CPU卡"组成，既能精确记录车辆在路网内的行驶路径，又具备普通IC路网收费功能。采用标准的IC卡接口(通常为ISO7816规格的接触式IC卡接口或ISO14443规格的非接触IC卡接口)，与IC卡共同组成一套完整的组合两片式车载设备。为保证足够的信号强度，使用有源式标签。该设计具有优点：(1)系统以IC卡作为收费介质，充分兼容半自动收费(MTC)和电子收费 (ETC)的能力；(2)适合我国基本国情，既适于已建立的收费系统和MTC收费系统，又达到电子收费的功能要求。其设置安装如图3所示。

　　3．3 双路侧标识设计

　　双路侧标识设计指系统与标签信息读写分别采用车道路测标识和多路径标识。车道路测识别采用反射调制式读写，安装在车道出入口，其功能是与电子标签通信，完成ETC车辆检测、辨别车辆行驶路径和收费交易。由以下部分组成

　　(1)路边设备控制器是一台计算机设备，通常与天线及其控制器、抓拍系统等设备互联。对于具有收费岛的单车道ETC系统，与之互联的还有通行信号灯、电动栏杆等外设。路边设备控制器完成对所连接设备的各种控制、通信和处理功能。

　　(2)天线及其控制器实现与车载OBU之间的通信。

　　(3)抓拍系统是针对违章车辆以及无电子标签车辆的电子记录系统，用于事后对这些车辆进行通行费追缴和违章处罚。

　　车道天线接收天线控制器传输的数据信号，经调制和功率放大后由天线辐射出。当ETC用户驾车经ETC车道时，车道天线信号激活电子标签进入工作状态，电子标签根据接收的命令向车道天线回送相应响应数据。车道天线通常由电源单元、RS485(＄49.9800)／422通信接口、振荡器、发射单元、接收单元、数据处理单元、外部信号指示器、喇叭天线或微带天线构成。

　　天线控制器从车道控制计算机系统接收通信请求，形成符合DSRC标准通信协议的数据帧，通过车道天线将数据帧发给车道上的电子标签，并接收和解析从电子标签返回的数据，再上传给车道控制计算机系统。其内置多块控制模块，每个控制模块控制一个车道天线。天线控制模块通常由PC通信接口单元、双端口存储器 (DPRAM)、通信协议处理单元、RS485／RS422天线接口单元构成。PC通信接口单元负责天线控制模块与车道控制计算机的数据通信，采用 RS232(＄780.5000)接口。

　　多路径路测标识采用广播发射式，安装在产生多路径交叉口路测，根据车辆来往方向向电子标签中写入车辆的行驶路径记录，具体参数与车道路测标识单元一致。图4给出双路侧标识系统图。

　　4 结果验证

　　为验证设计方案的有效性，以陕西省高速公路网为例。陕西省高速公路网中有206个收费站、134个二义性路径。在206个收费站随机选取60个出入口和50个二义性路径进行仿真计算。表1给出设计方案所需参数。表2给出部分验证结果。

　　5 结论

　　针对目前高速公路联网收费存在的主要问题，提出基于RFID技术的电子收费系统设计方案，可较好解决高速公路二义性路径识别难题。该设计方案成本低、技术成熟、与现有系统能很好兼容、后期维护简单。仿真实验显示系统对车辆的识别率和识别时间达到性能指标要求，与传统收费方式相比．该方案车道通行能力提高 10倍以上，因此具有较强的实用性和可操作性。