射頻識別技術在高速公路收費系統中的應用

        一、目前高速公路收費現狀

　　1、通行速度問題

　　隨著中國人均汽車保有量的不斷提高，在重點交通路段，特別是進出市區的高速公路收費段。收費速度的快慢極大的影響著進出市區車輛的通行速度。很多時候會發生，收費站一邊是冗長的車輛等待交費通過，另一邊是空蕩的路面少有車輛通行的尷尬局面。提高收費站的工作效率成為人們日漸關心的問題。

　　2、通行道路的識別和交通費的拆分

　　中國高速公路逐漸成網，公路四通八達。不僅在給車輛提供更多通行選擇，也分散了交通壓力。但是隨之產生的是采用何種標準對行駛于不同路段的車輛收費的問題。因為高速公路的投資是多方共同建設的結果，絕大多數道路的收費是歸屬于不同的利益主體。現行的收費制度對于這點的界定非常模糊，一面造成投資主體利益的流逝，另一面也造成車主的通行費用的增加，更加重了物流成本，影響地區的經濟建設。因此，準確界定車輛行駛旅程及行駛路段，公正公平收費是車主、物流企業的共同呼聲。

　　二、射頻技術原理及特點

　　射頻技術是一種自動識別技術，簡單的射頻技術是由射頻卡與讀寫器組成的無線識別系統。射頻卡與讀寫器并不接觸，通過無線電或者微波進行數據傳輸，從而實現相互識別的。最明顯的特點是可以從幾厘米至十幾米的距離進行信息交換，能夠在高速運行過程中、惡劣環境下互相通信。由于應用環境不同，射頻裝置的構成不盡相同，但射頻裝置基本配置有以下幾部分：

　　1、應答器

　　即射頻卡，內有電子標簽，主要包含物體的屬性等信息。應答器是射頻系統的數據載體。應答器一般由耦合元件和微電子芯片組成。應答器本身并不具備供電電源，但在閱讀器的響應范圍內，應答器才能利用電磁波作為能量。應答器工作時所利用的能量通過耦合單元傳輸至應答器。

　　2、閱讀器

　　也叫掃描器，通過掃描應答器，得到電子標簽中包含的數據信息。考慮到具體應用環境不同，采用的結構和技術不一，有讀裝置和寫裝置之分。典型閱讀器有發送器和接受部、控制單元和與耦合元件。許多閱讀器數據接口便于截獲的數據傳輸至計算機或其他控制裝置。

　　3、數據庫軟件

　　管理收集的數據，此部分沒有特定的要求，只要保證能夠識別、存儲并輸出數據即可，市面上的商業數據庫或特定的庫存數據庫系統。

　　4、射頻系統的流程

　　當射頻卡進入閱讀器工作區域時產生電流時，射頻卡獲得能量發射特定頻率的射頻信號；射頻卡將已存儲的屬性等信號經內置天線發送出去；從射頻卡從出的載波信號，經調節器傳送至閱讀器，而閱讀器對接收來的載波信號解密，并送至后臺系統進行處理；主系統依照邏輯運算確定射頻卡的合法性，并依照不同的設定做相應的控制和處理，并發送指令，控制執行單元采取相應動作。

　　三、基于射頻技術的不停車收費系統

　　1、不停車電子收費系統單元

　　不停車電子收費系統單元包括：數據采集單元、車道交通的管理、車道控制機及結算網絡接口單元、業主管理單元、查詢系統單元。

　　簡單的講，車輛駛進自動收費車道的感線圈，生產感應而形成脈沖信號，脈沖信號啟動射頻系統將進站的車輛的數據信息通過網絡傳送至收費分中心；收費分中心將數據信息判斷收集來的信息是否合法，并將計算結果通過網絡傳送至收費管理中心；收費管理中心按照傳送過來的數據，參考該數據的歷史信息最初判斷，并將處理結果逆傳輸至收費站；收費站依據判斷結果作出相應動作。

　　2、不停車收費系統的幾個關鍵性技術

　　(1)行進中車輛的識別：射頻技術的車輛識別系統的能夠識別的距離遠、識別的速度快。車輛能夠在短時間內被識別出來。又因為是無源設計，避免因電源問題造成的不能識別。車輛識別系統由車載射頻卡和閱讀設備組成。射頻技術是非接觸通信方式，讀寫器和射頻卡通過無線通信收集數據，識別載體的屬性特征。無源射頻卡無需電池輔助為其提供能量，只需經電感耦合的方式將微波能量轉化為工作所需能量。

　　(2)數據信息的傳輸：保證傳輸數據安全是系統長期工作的關鍵。由于射頻技術的數據傳輸只需要幾分之一秒的時間，能夠被利用的時間段。并且由于是微波輻射，頻率低，被竊取的幾率低。這就保證了在數據采集階段的安全性。在數據傳送至處理中心的過程中，采用的是專線傳輸方式，也能夠保證數據傳輸的安全性。為保障數據傳輸的可靠性，不停車收費系統為保證傳輸數據的安全、可靠，設計以光纖網為基礎，無線網為補充的傳輸方式。(3)數據庫的管理：系統庫管理是系統功能的中心，主要分兩部分：不停車收費系統的數據管理單元與銀行數據的管理單元。不停車收費系統的數據管理承擔車輛相關數據收集、費用的運算、系統安全的管理、車輛通行費用的拆分、相關報表管理等工作；銀行數據的管理承擔同車載射頻卡聯名卡辦理、扣繳通行費等服務。不停車收費系統采用預付費方式，用戶在射頻卡聯名儲蓄卡中存儲費用，在高速公路行駛的過程中從賬戶扣繳通行費。若銀行卡存儲的金額小于規定金額，會提醒所有者充值。當然也可以使用信用卡付費，通過與車載射頻卡綁定的信用卡，所有人在高速公路行駛中產生費用時，該系統會記載所產生的費用，定期同銀行對賬，實現了高速公路的先消費后還款。

　　3、不停車收費系統的優勢

　　(1)減少電磁的空間輻射：由于射頻技術采用微波輻射的方式運行，因此，電磁波間的干擾是不得不考慮的問題之一。由于射頻系統是依據收費站的發出的射頻信號作為能量供給，其工作需要的能量信號要遠低于一般設備發出的輻射能量。極大的減少了電磁波對與空間的輻射，能夠有效的減少對附近設備的電磁波干擾。

　　(2)信息可靠性高：因為射頻卡采用的是微波輻射，信號頻率低，且通訊時間近幾分之一秒的時間，保證了在數據通信過程中不被其他設備竊取。同時，因通訊時間短，可以在車輛通過的幾秒鐘內，多次進行數據的讀取和寫入，數據中心能夠對射頻卡進行多次的校驗，保障射頻信號的準確。

　　(3)設備使用壽命長：由于射頻卡主要采用電磁波感應供源，無需存儲電池。能夠保證在兩到五年內的使用時長。而收費站內的閱讀器采用無接觸的運行方式，也避免了外力損壞的可能。因此，該系統一經采用，能夠保證近十年的運營時間。同時考慮到我國一般公路收費時間通常為建成通車后的十至二十年的時間，因此，若運行得當，能夠保證設備在整個收費期內的正常運轉，減少了運營成本。

　　(4)降低企業的運營成本低：如前文所述，簡單的收費系統只需簡單的射頻卡、閱讀器、感應圈、數據庫等簡單的系統單元既能組合成一個簡單的不停車收費系統。不論是硬件還是軟件的采購成本大大的降低。特別是該系統對于數據庫系統無特別的要求，這就保證了新系統對原有信息管理系統的有效兼容。對于采購企業來說，極大的降低了設備升級換代的成本。

　　4、不停車收費系統的問題

　　因為我國幅員遼闊，高速公路路網絡規模龐大，如要采取不停車收費系統，所需要建設的規模也十分龐大，將造成前期投資金額高，且系統建設的周期很長，投資風險加大；很多收費站的交通量很小，且車道少，如果在每個車道上建設不停車收費系統，不能保證利用率，也在資金投入上有很大的困難。如果不能保證整個網絡的全面覆蓋，不停車收費系統將的可靠性和實效性將不能保證。

　　四、結論

　　不管從交通運輸還是物流成本的角度，基于射頻技術為基礎的高速公路不停車收費系統對于我國高速公路管理效率及交通服務的水平的提高都有很大的提升。根據國家關于信息技術推進傳統產業技術進步的總體思路，電子收費等技術必將在我國逐步得到運用，為高速公路的收費問題的解決提供積極的探索。

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