RFID射频识别技术在智能交通领域的应用

一、前言

交通拥堵是当今世界各大城市存在的诸多交通问题中最主要的一个，也是引发其他交通问题的重要原因之一。交通拥堵不仅影响城市道路系统的运营效率和秩序，同时还会引发交通事故，增加能源消耗和废气排放等，进而影响城市的可持续发展和城市生活品质的提高。为了应对交通拥堵这一城市化进程中的普遍问题，各个城市纷纷投入巨资建设道路以增加供给，交通管理部门亦想方设法以优化交通组织，实施交通管理制等来强化路面交通管理，但都难以从根本上解决供需失衡所带来的问题。

在长期的管理实践与对策研究中，人们逐渐认识到面对业已生成的交通需求，仅仅靠增加道路供给，强化路面管理等被动应对的方式是难以从根本上解决交通问题的。而应该考虑怎么样在有限的道路资源条件下，通过需求管理、发展公交、主动引导、提前预测、及时干预等主动方式来提高道路资源利用率，充分发挥交通资源效益，才是解决交通问题的关键。

上世纪后期以来，信息技术的迅猛发展和广泛应用，为进行主动引导交通生成和实施预测性干预管理提供了条件，智能交通的概念应运而生并成为解决城市交通问题的希望。各地纷纷开展智能交通研究和建设，并尝试运用各种科技手段提高交通管理的主动性、针对性、及时性与准确性。但是，由于交通系统是一个复杂动态综合系统，其主要管理目标和服务对象是移动的车辆，因此，基于传统的交通监管数据采集方式之上，要建立起一套实时、准确、完整、可靠、高效的交通管理与控制系统是困难的。而随着RFID射频识别技术的日渐成熟和在许多领域的成功应用，它所具有的对移动目标(车辆)的准确识别与严密监管的优势，无疑将在未来交通智能化进程中发挥十分重要的作用。

二、RFID射频识别技术的起源及发展历程

1、RFID概述

RFID技术全称为无线射频识别技术(Radio Frequency Identification)，是20世纪90年代开始兴起的一种非接触式智能自动识别技术。它可以作用于各种恶劣环境，可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息无需人工干预达到识别目的的技术。RFID技术同其他的自动识别技术(条形码技术、光学识别和生物识别技术，包括虹膜、面部、声音和指纹)相比，具有抗干扰能力强、信息量大、非视觉范围读写和寿命长等优点，被广泛应用于物流、供应链、动物和车辆识别、门禁系统、图书管理、自动收费和生产制造等领域。

2、RFID技术起源

RFID的基本技术原理起源于二战时期，最初盟军利用无线电数据技术来识别敌我双方的飞机和军舰。战后，由于较高的成本，该技术一直主要应用于军事领域，并未很快在民用领域得到推广应用。直到上世纪八九十年代，随着芯片和电子技术的提高和普及，欧洲开始率先将RFID技术应用到公路收费等民用领域。到二十一世纪初，RFID迎来了一个崭新的发展时期，其在民用领域的价值开始得到世界各国的广泛关注，特别是在西方发达国家，RFID技术大量应用于门票防伪、生产自动化、门禁、公路收费、停车场管理、身份识别、货物跟踪等民用领域中，其新的应用范围还在不断扩展，层出不穷。

3、RFID发展历程及趋势

RFID技术的发展经历了以下几个阶段：

1941-1950年，雷达的改进和应用催生了RFID技术，1948年奠定了RFID技术的理论基础;1951-1960年，为RFID技术的早期探索阶段，主要进行实验室研究，其相关理论和技术尚不成熟;1961-1970年，RFID技术的理论得到了发展，开始了一些应用领域的尝试;1971-1980年，RFID技术与产品研发处于快速发展时期，并出现了一些早期的RFID应用;1981-1990年，RFID技术及产品进入商业应用阶段，各种规模应用开始出现;1991-2000年，RFID技术标准化问题日趋得到重视，RFID产品得到了广泛应用，并逐渐成为人们生活中必不可少的一部分;2001年以后，RFID产品种类更加丰富，且成本不断降低，行业的应用规模不断扩大，促使RFID技术的理论得到了丰富和完善。

近年来，RFID技术已经在社会众多领域开始应用，对改善人们的生活质量、提高企业经济效益、保障公共安全以及提升社会信息化水平产生了重要的影响。在未来的几年中，RFID技术将继续保持高速发展的势头，电子标签、读写器、系统集成软件、公共服务体系、标准化等方面都将取得新的进展。随着关键技术的不断进步，RFID产品的种类将越来越丰富，应用和衍生的增值服务也将越来越广泛，通过构建RFID公共服务体系，将使RFID信息资源的组织、管理和利用更为深入和广泛。

三、RFID技术在智能交通领域的应用

RFID射频识别技术以其实时、准确地对高速运动目标的快速识别特性，相较于传统的交通信息采集技术有着无以比拟的优势。作为一项新兴并走向成熟的技术，RFID射频识别技术，将成为未来交通信息采集与监管的主要手段。它在交通管理中的广泛应用也必将成为未来智能交通的发展趋势。下面重点介绍RFID在城市智能交通管理领域的应用。

(一)交通信息检测与采集

1.机动车流量信息：系统可以实时获取每个采集点每个车道的实时过车数据，并精确获取车辆的类型，从而形成各个节点车流量、车道占有率、各种车车型比等流量相关信息。

2.道路平均车速：系统可以通过计算某个时间段所有经过该路段的车辆的平均车速，并以此判断该路段的交通通顺情况。通过对城市路网各个路段的平均车速计算，就可以实时掌握整个城市道路交通通顺情况。

3.道路拥堵状况：系统可以通过RFID射频识别设备，通过系统连续读取同一辆车RFID信息的次数(远远超过正常行驶的数值)以及对进入和离开车辆数量差的判别等分析运算，可以实现对单车道拥堵、多车道拥堵或缓行及路段拥堵等多种道路拥堵状况进行检测。

(二)智能交通控制

(1)交通信号优化控制：利用射频识别精确采集的优势，能够获取路口、路段及区域内在途车辆的流量、速度、车型等各类交通信息，支撑交通信号的实时协调控制。

(2)公交及特殊车辆信号优先控制：RFID识别技术可以准确判断检测到的目标车辆身份，从而保证公交优先信号的实施;同时也为公交专用道管理提供保障。另外，在系统中设定为VIP的车辆，也将会享受到信号优先的便利，以减少交通警卫对群众日常生活的影响。

(3)特定区域出入管理：依靠RFID的精确识别功能，对特定区域实施准入管理，凡未在系统中申请许可通行的车辆，将会被系统自动拦截，禁止驶入。

(三)综合交通管控

1、交通违法行为检测

通过与视频监控、视频抓拍系统配合，通过RFID射频识别设备对过往车辆进行检测、抓拍和身份判别。

(1)逆向：根据车辆在通过两RFID识别设备区间的时间先后次序，可以判断该车是否是在逆向行驶。

(2)不按车道行驶：通过在车道上部署的RFID识别设备的实时检测功能，可以判断该车是否在规定车道行驶，系统会自动记录违规不按道行驶的车辆。

(3)禁行检测：如违反单双号限制、或某些道路不允许特定车辆进入等，在系统中设置禁行条件，就可方便地对违法车辆进行抓拍。

(4)区间测速：系统可以通过检测某一辆车连续经过两个相邻节点的时间差，计算该车在该路段的平均车速。

(5)超载超限自动记录：利用RFID识别设备与路面自动称重设备结合，实现超载超限违法车辆的自动记录，提高执法效率。

2、交通治安管理

(1)车辆身份认定及套牌车辆检测：电子标签与车辆一一对应且不可拆卸，车辆号牌等信息可储存于电子标签中，从而奠定了数字化、智能化交通管理的基础。车辆的注册登记以及牌照管理一直以来都是交通管理部门的管理重点也是难点所在，黑车、假牌照等问题始终都没有得到根除，采用RFID技术实现车辆电子注册管理系统就是有效解决这一问题的方法之一。利用标签的ID号码唯一性的特性，实现车牌的防伪功能。由于标签可以被远距离识别，无需停车及人为干预就可以监查，因此公安交通管理部门可以加强对车辆的监查力度，加大对非法车辆的打击力度。

(2)电子号牌、电子驾驶证和行驶证管理：通过电子号牌/标签的使用，能够实现远距离、不停车监测;通过驾驶证和行驶证的电子化，方便执法人员快速获取驾驶人和车辆信息，实现高效、规范执法，大幅提升管控效率。

(3)治安卡口的车辆全天候自动监测：对城市主要出入口、关键道路及交叉口的连续监控，对所有通过该卡口的机动车辆进行记录，是解决违章逃逸、机动车盗抢及以机动车为工具流窜作案打击犯罪行为之有效的方法。鉴于摄像头的性能，拍摄角度和天气等原因，传统的视频监控无法拍摄到，拍摄清牌照号码，无法准确识别车辆。而且传统的视频监控在识别上是被动识别，即要人工识别，这会大大影响牌照的识别速度。采用RFID电子标签车辆牌照与识别系统，建设新型智能治安卡口系统可以做到对车辆号牌的自动识别、快速处理、定位报警，可为及时快速侦破这类案件提供强有力的技术保障。与传统的视频监控相比，RFID电子标签车辆牌照与识别系统具有主动性，及时性，准确性，无需人工干预的优点。

(4)重点车辆查缉布控：系统通过对全城(或更大范围)RFID采集设备的联网。将小区(单位)门禁、停车场收费等与遍布全市路网的RFID采集设备联网，织成一个严密的车辆管控网络，嫌疑车辆一旦经过任何一个采集点，系统将会自动报警，为查缉涉案嫌疑车辆提供帮助，同时还可以实现未年检车辆报警等。

(5)车辆实时跟踪与行驶轨迹回放：通过路网上的RFID采集设备的实时检测功能，监管部门能够实时跟踪目标车辆，回放目标车辆的行驶轨迹。

(6)抢盗车辆检测：RFID车辆防抢盗，是在车辆上安装一主一副两张RFID长距离卡，主卡固定安装在车辆前挡风玻璃上，副卡采用插卡式方式安装在主卡旁边，车辆正常行驶时，副卡插在主卡旁边，车辆经过城市里安装了RFID射频识别设备的各个检查点时，读卡器能同时读到主、副卡信息，则认为该车辆为正常情况。否则，则认为该车辆有被抢盗嫌疑。

3、涉车收费管理

(1)高速公路、路桥收费管理：在高速公路、专用道路、大桥、收费站等地方，通过安装RFID射频识别设备，读取过往车辆的RFID电子标签信息，判别车辆的身份信息，并通过后台结算的方式自动扣去相关费用的系统。

(2)停车场收费管理：通过在停车场安装基于RFID射频识别设备的收费管理系统，可以记录车辆的进出时间，判断车辆的收费类型，对固定车辆自动放行，对临时外来车辆自动计算停留的时间长短和收费信息，从而提高停车场的车辆进出效率，实现此类场合的非接触式控制和自动管理，提高工作效率和管理水平。

(3)城市道路停车路段收费管理：如果在停车路段安装RFID射频识别设备，通过读取进入、离开该路段的车辆信息，自动判断车辆是否停放及停放的时间长短、计算停车费用并从账户上扣除停车费用，则可以极大的提高路边车位的管理效率、减少各类收费纠纷、提高停车收费的透明度和自动化程度。

(4)拥堵收费管理：通过RFID射频识别设备读取高峰时段途经特定道路的车辆，对其进行实时扣款收取拥堵费，如与车辆关联的账号中没有余额，则用摄像机进行抓拍，通知车主补缴拥堵费。以此提高用车成本，通过需求管理政策缓解城市道路拥堵。

4、公交管理

(1)公交车辆位置管理：将RFID技术的无线识别功能运用到公交车辆的位置管理上，可以采集公交车辆实时位置信息，实现后台各类管理和服务。

(2)公交调度管理：可通过RFID技术实时监控掌握公交线路所有在途车辆的运营情况，并及时迅速地针对不同的突发状况作出反应，保证公交服务的稳定性。当公交车辆遇到堵车情况时，调度管理中心可通过联网电脑及时得知情况，并通过网络定位迅速判断出车辆所在的路段，在尽可能短的反应时间内，将相关路况信息提供给会经过该路段的其他车次，还可及时采取相应的调度措施。

(3)站点信息显示：通过对公交车辆的识别定位和数据网络的传送，可以向乘客实时显示该条公交线路的运行情况以及下一趟车离到站的情况，使乘客有更多的"知情权"，等车做到心中有数。

(4)公交停车场、加油站的智能化管理：公交车停车场出入口的读卡设备可在每辆公交车进出的同时自动读取相关信息，使停车场的管理人员能够即时了解停车场整体的运行情况、当前容纳的公交车数量的多少及进出车辆的相关信息等。而在停车场内部的几块停车区域内分别设置的读卡设备更可通过读到的数据判断当前该区域停车数量等，是停车场整体规划管理的有效数据来源。同样，无线射频识别技术还可为加油站实现公交车加油的规划管理。当公交车驶入加油站时，加油站配置的读卡设备可自动识别公交车上标识卡中的相关信息，从而将汽油费用自动从账户中扣除，并将加油的时间、数量等数据自动更新存档。这样的统一管理，不仅提高了公交车队的管理、运营效率，而且也减少了因管理不到位而造成的疏漏、提高了整体质量。

(5)车辆中途考勤管理：当携带车载标签的车辆经过设有RFID识别设备的站点，车辆上车载标签发送每一辆车辆对应的标识码。车站上的识别设备将自动记录下此表示车辆唯一号码的标识码和此刻的具体时间，实现考勤管理。

(6)城市交通规划依据：通过对各个线路的数据收集，城市政府的交通管理部门工作人员便拥有了真正的可视化监督管理工具，并且直观、真实、可靠，能够比较全面而客观地反映出当前城市公共交通存在的各种问题，从而促使其加大力度进行维护和改善。无论是当天实时的交通信息，还是一个阶段积累后所获得的历史数据，都可成为城市各条线路运营质量评估的参考依据与评价标准，对于运营状况不佳的，可及时加以整改，调整线路或停止运行;对交通不方便的路段增加基础设施建设或整修道路。此外，综合各条线路的运营状况，交通管理部门可以整体评估城市公共交通的现状，为公共交通问题的进一步发展与改善提供思路。