基于RF技术的口岸虚拟闸口系统的设计与实现

　“加快电子口岸建设，提高口岸工作效率”是提高政府行政执法效能的需要。根据业务需求并结合口岸实际环境，应用射频通讯技术研究开发了一种双频识别语音导引的智能车载卡，并在口岸3～10 km2范围内布设通讯基站，建立了一套虚拟闸口系统。
　1虚拟闸口需求分析

目前业界比较流行的基于RFID的电子闸口系统是在原有的独立闸口通道基础上改进而来，在车辆必经的闸口通道内安装超高频的射频读写器，用以识别安装在车辆上的电子标签，同时将识别结果和物理闸口相关联，依靠物理闸口的关闭来强制读写器进行重复通信来弥补通信的失效，只有当识别成功时才开闸放行。这种系统的设计与实现相对简单，当前国内各大口岸的闸口通道已有应用，但是由于受传统物理闸口的限制，车辆仍需等到闸口打开才能正常通过，因此只是简化了闸口管理人员的繁琐操作，对车辆的通关效率并没有很大提升。

如果能增加射频通讯的覆盖范围，提高射频识别的精确度，通过架设多个基站使得车辆在一进入口岸区域就可以被识别，配合口岸监管人员有目标的稽查，就使得脱离传统物理闸口的限制成为可能，一个完全依靠射频通讯和识别技术而虚拟出的无形的电子闸口就是本文要设计与实现的目标，称之为口岸虚拟闸口系统。

由于出入境口岸的特殊性，该系统设计与实现体现出一些特有的技术难点：

(1)出入境口岸作业区域面积较大，车辆流向复杂，入境和出境车道空间相邻，有些区域甚至没有任何间隔，使得普通的RFID识别设备无用武之地。

(2)口岸车流密度非常高，使得大量的并行通讯数据很容易拥堵信道；车辆间距小，大型车信号遮蔽阻挡现象严重，无线通信质量不高。

(3)出入境口岸并不是一个模型化的闸口设施，由于业务需求，特定车辆可能会在口岸内部长时间停留，冗余的无线信号会影响正常的无线网络通信质量，并使得对停留车辆自身的出入境判决出现困难。

(4)基站及服务器的位置自由度受限，经常不能建在最佳位置点，对通讯距离提出很高的要求，部分节点要求通讯距离达到300 m。

2系统整体设计方案

由于脱离了固定物理闸口的依赖性，无法通过闸口通道的关闭来强制读写器和电子标签进行重复通信弥补通信的失效，为了保证识别的精确性，本系统采用433 MHz和920 MHz两个工作频段相结合，定向天线与全向天线相结合的工作方式，据表1所列出的口岸现场测试结果表明，该工作方式的控制区域灵活可控，既可以大面积控制也可以定向控制范围；穿透与绕射能力强，可以克服口岸中大型货车、客车之间遮蔽阻挡现象频繁，车流密度非常高的恶劣应用环境的影响；通过双频段的通讯冗余来保证系统的稳定性，当其中某频段受到电磁干扰之后仍能通过另一个频段进行通讯。相对传统的2.4 GHz频段RFID类设备来说，采用433 MHz+920 MHz双频段的突出优势是识别范围很大，只要车载卡终端在基站控制区内，一直有机会进行识读，识读机会至少是2.4 GHz类设备的10倍以上。

　　系统以车辆为基本识别单位，将有源车载电子卡安装在车辆上，通过安装在口岸通关路径上的多个读写基站来识别车载电子卡所对应的出入境车辆，将采集到的车辆信息提交给后台信息管理系统，通过后台数据库处理和数据筛选判断算法来判决出入境事件，通过无线网络通信的方式向过境车辆发布导引通关信息，迅速有效地完成车辆身份的确认、查询、统计及调度等功能，防止误检、漏检，对有违规等异常行为的过境车辆进行预警，通知口岸稽查人员进行拦车，形成一道无形的口岸电子闸口系统。新系统极大简化了通关手续，显著提高了检验检疫的监管能力，因此具有通关速度快、车辆吞吐量大、口岸工作执行效率高等一系列的优点。

3车载电子卡

口岸虚拟闸口系统不只是一个射频识别系统，还需要通过无线网络通信的方式与过境车辆进行实时通讯来导引通关，因此安装在车辆上的电子卡必须是有源的(即自带电源)。本系统所采用的IPQ-3R车载电子卡是一款成熟的商业化电子产品，其硬件组成如图1所示。

　　车载电子卡依靠3节3.6 V的锂电池供电，由于需要在不更换电池的前提下独立工作一年，因此对节能提出了很高的要求。核心处理器选用TI公司的MSP430F2350，这种新的基于闪存的MCU系列具有极低的功耗和处理能力达16 MIPS，且可以在1.8～3.6 V下工作，它包括集成的±2％数字控制振荡器(DCO)、超低功耗振荡器(VLO)、内部上拉／下拉电阻并增加了模拟输入的数目。车载电子卡在平时均处于休眠状态以节省电能，只当车辆进入口岸后，电子卡才被唤醒而转为工作状态。很多车辆会由于各种原因在口岸停车区域长时间停留，故需要设计振动传感器，当车辆熄火以后，电子卡进入休眠状态以达到省电目的。