基于RFID的不停车收费系统研究

针对提高公路收费道口通行能力， 减少公路收费道口车辆阻塞的目的， 设计研发了基于RFID 的不停车收费系统，采用了无线射频识别（RFID） 、自动车辆识别（AVI） 、自动车型分类（AVCS）、短程通信、逃费抓拍等技术，通过安装在车辆挡风玻璃上的电子标签与在收费站ETC 车道上的微波天线之间的专用短程通讯， 利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车就能交纳费用的目的。通过乌昌高速公路收费站应用证明： ETC 车道通行能力比普通车道提高4～6 倍，有效的提高了收费道口通行能力与收费效率。

　　ETC （ElectrONic Toll Collection） 不停车收费系统是目前世界上最先进的路桥收费方式。通过安装在车辆挡风玻璃上的车载电子标签与在收费站ETC 车道上的微波天线之间的微波专用短程通讯，利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理，从而达到车辆通过路桥收费站不需停车而能交纳路桥费的目的。ETC 是国际上正在努力开发并推广的一种用于公路、大桥和隧道的电子自动收费系统，该技术在国外已有较长的发展历史，美国、欧洲等许多国家和地区的电子收费系统已经局部联网并逐步形成规模效益。我国以IC 卡、磁卡为介质， 采用人工收费方式为主的公路联网收费方式无疑也受到这一潮流的影响。

　　不停车收费技术特别适于在高速公路或交通繁忙的桥隧环境下采用。在传统采用车道隔离措施下的不停车收费系统通常称为单车道不停车收费系统，在无车道隔离情况下自由交通流下的不停车收费系统通常称为自由流不停车收费系统。实施不停车收费，可以允许车辆高速通过（几十公里以至100 多公里），故可大大提高公路的通行能力；公路收费走向电子化，可降低收费管理的成本，有利于提高车辆的营运效益； 同时也可以大大降低收费口的噪声水平和废气排放。由于通行能力得到大幅度的提高，所以，可以缩小收费站的规模，节约基建费用和管理费用。另外，不停车收费系统对于城市来说， 不仅仅是一项先进的收费技术， 它还是一种通过经济杠杆进行交通流调节的切实有效的交通管理手段。对于交通繁忙的大桥、隧道， 不停车收费系统可以避免月票制度和人工收费的众多弱点，有效提高这些市政设施的资金回收能力。

　　1 系统设计原理及构成

　　1.1 系统原理

　　1）射频自动识别不停车收费系统不需要专门的收费员进行操作，它利用微波自动识别技术，完全通过设备本身来完成对通行车辆的收费工作[2]。

　　2）存储有车型、车号、金额、有效期等信息的射频电子标签卡被安装在汽车前方挡风玻璃内侧的左下角。当持卡车辆进入不停车收费车道时，车辆感应器的“ENteR LOOP”线圈产生来车信号，激发射频自动识别读写器读取该车射频电子标签卡上的信息（车型、车号、剩余金额和有效期等），同时光栅、高度检测器和轴数检测器等车型差别设备，自动检测来车的实际车型。射频自动识别原理如图1 所示。

图1 射频自动识别原理

　　3）从车载射频电子标签卡读取的信息，以及车型判别设备所采集到的数据均被送到车道控制计算机内进行分析比较，如电子卡中所记录的车型与设备所判别的车型一致、卡中车号不在黑名单内、应缴金额小于等于剩余金额、车辆通过时间在卡的有效期范围内，则该卡被认为是有效卡； 如前述4 项比较中， 有一项不符合， 则该卡被认为是无效卡。

　　4）如来车所持射频电子标签卡为有效卡，则通行信号灯由红色变为绿色，偏叉信号灯呈绿色直行标志，自动栏杆抬起；当来车驶离EXIT LOOP 的检测范围后，通行信号灯由绿色变为红色， 偏叉信号灯熄灭， 自动栏杆关闭。驶离EXITLOOP 的检测范围后，通行信号灯由绿色变为红色，偏叉信号灯熄灭，自动栏杆关闭。

　　5）如来车所持射频电子标签卡为无效卡，则通行信号灯呈红色， 偏叉信号灯呈黄色左转通行标志， 自动栏杆关闭； 当来车左行驶离无卡车辆转向人工收费车道的车辆感应器的“ESC LOOP” 线圈的检测范围后，偏叉信号灯熄灭；如来车没有转向人工收费道（有些场合不设此转向旁道），而依然向前行驶，当其抵达车辆感应器线圈“ENTER LOOP的”检测范围时，警铃报警，将有收费员前来人工收费处理后，人工放行。

　　6）射频电子标签卡的销售和费用结算均在收费中心（即购卡中心）进行[3]。为适应不同用户的需要，一般发行两种电子卡，一种是预付费电子标签卡，一种是信用式电子标签卡。

　　7）预付费电子标签卡，顾名思义是必须先付费后通行的电子卡，该卡的发行面向整个社会。用户仅需直接到购卡中心购买存有一定金额的电子卡， 即可使用不停车收费车道。

在每次使用时