RFID 技术在高速公路行车管理中的应用

1 引言

　　从上世纪90年代开始，中国进入了高速公路建设决速发展的时期。至去年底，我国高速公路已突破3万km，总里程位居世界第二。根据交通部规划，到2020年将达到7万km。然而，我国的高速公路行车管理水平却依然停留在以人为主的管理模式上，缺乏智能化的交通管理。因此提高高速公路的交通管理水平，改善高速公路行车环境和提升行车安全水平，是一件刻不容缓的大事。射频识别(Ratio Frequency Identification)技术(简称RFID技术)作为一种自动识别技术应用到高速公路管理中，可以实现行车管理的高效化和智能化，并且能大幅度降低高速公路的交通事故发生率，提高行车安全水平。

2 RFID技术及其应用

　　2．1 RFID 技术介绍

　　RFID技术是一种利用射频通信实现的非接触式自动识别技术。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理等功能。从上世纪9O年代开始，RFID技术得到了快速发展，发达国家和地区已经将其应用到了很多领域，并积极推动相关技术与应用标；隹的国际化。如今RFID的应用已相当广泛，主要包括：人员出入门禁监控、管制；可回收资产管理；物流运输的货物管理；不停车收费；公交智能卡等。按照能量供给方式的不同，RFID标签可以分为有源、无源和半有源三种；按照工作频率的不同，RFID标签可以分为低频(LF)、高频(HF)、超高频(UHF)和微波频率(MW )四种。其中UHF标签具有可远距离识别和低成本的优势，可以实现规模量产，用于智能交通管理 。

　　2．2 RFID的体系架构

　　RFID应用技术体系包括RFID标签和读写器两个部分，并且可以结合计算机系统快速处理相关的信息，从而组成完整的RFID应用体系。RFID标签是将几个主要模块集成到芯片中完成与读写器的通信。芯片的内存存储了各种信息， 比如车牌号、车辆型号、车主姓名等，芯片外围需要天线和电源，可以设置识别码和身份验证标志等。读写器又称作收发器，由发射单元、接收单元、信号处理控制单元和电源组成 。

3 高速公路管理中RFID的应用

　　3．1 高速公路RFID管理系统模

　　应用到高速公路的RFtD系统主要包括三个部分：车载标签、读卡器、计算机处理系统。车载标签安装在每辆机动车上，标签上记录车辆信息、车牌号码、车主信息；读卡器设置在高速公路出入口和路段上，用以保证车辆进出高速公路和行驶过程中对车辆的识别监控；计算机处理系统设置在高速公路管理中心，是整个系统的核心，如图1所示。

　　该系统的工作原理是：当安装有RFID标签的车辆经过读卡器附近时，读卡器发出的射频信号感应到车载标签同时产生感应电流，车载标签将标签记录的信息通过标签内置的天线发送出去，读卡器接受到该信息并将信息传输到计算机处理中心进行处理；计算机系统根据信息的动态捕捉，从而针对不同车辆的运动状态进行分别处理，并把处理结果发送到管理前台。

　　3．2 高速公路RFID管理系统应用

　　目前国内有部分地区采取人工计时的方法来判定某个行驶区间内机动车是否超速，但并未应用智能交通系统。因此采用高速公路RFID管理系统后，可以有效降低车辆的超速行驶比例，同时利用不停车收费提升高速公路的通行效率。RFID管理系统运行实例如下。

　　当车辆C1进入高速公路时，在匝道入口处的读卡器可以读取车辆C₁的RFID标签中的车牌号码N 以及车辆进入时间t₀等信息。假设完整的高速公路长度为S，高速公路最高限速为V_h，每隔距离h设置有RFID读卡器，距离h与高速公路实际出入口相关，由于国内高速公路车速限制为120km／h，所以检测以半小时为间隔，即路段读卡器设置应以50km～60km 为宜，如图2所示。

　　车辆在经过读卡器n_i时，读卡器获取到车辆瞬时通过的时间t_i并将车辆信息发送到计算机处理中心。计算机可以读取到设置读卡器n_i的位置距离车辆进入高速公路匝道位置为S_i，计算机通过计算公式(1)：

　　得到车辆的区间行驶速度为V_i，并比较V_i与V_h之间的大小，假如Vi高于V_h，则判定车辆在行驶S距离过程中有超速行为，并记录车辆C₁的超速行为。

　　当车辆驶出高速公路时，出口处读卡器获取车辆全程运行时间T，并计算全程行驶速度V即公式(2)：

　　计算机处理系统获得信息后，运算比较V与 V_h的大小，假如V>1.2V_h ，则说明车辆严重超速，计算机处理系统记录并处理车辆违章行为；如 V_h< h<1.2h ，则判定车辆在部分路段有超速行为，并结合路段记录来判定车辆的超速发生在哪部分路段，在车辆离开高速公路时，给予驾驶员警告信息。

4 结论

　　通过RFID高速公路管理系统的应用介绍，可以清楚地看到RFID技术能够很好地应用于高速公路行车管理当中。特别是针对目前比较严重的高速公路超速行驶问题，RFID技术能够从车辆进入高速公路开始进行全程速度监控，能够全面而有效地监测车辆行驶速度，从而大大降低车辆超速行为的发生几率，进一步提升高速公路的行车安全。