RFID在智能交通管理中的应用

I R RF FI ID D 在在城城市市智智能能交交通通中中应应用用 II 目目 录录 引言 引言 3 一 一 RFID在车辆交通管理中的应用需求 在车辆交通管理中的应用需求 3 二 二 RFID技术的选择 技术的选择 4 1 RFID电子标签的要求电子标签的要求 5 2 RFID读写器的要求读写器的要求 6 3 RFID天线的要求天线的要求 6 4 RFID空中接口协议的选择空中接口协议的选择 7 5 RFID与视频技术的配合与视频技术的配合 8 三 车辆三 车辆RFID智能管理系统组成 智能管理系统组成 8 四 主要硬件介绍 四 主要硬件介绍 9 五 工程实施及售后服务五 工程实施及售后服务 11 六 培训计划六 培训计划 12 3 一 引言一 引言 近年来 随着我国经济不断增长 机动车近年来 随着我国经济不断增长 机动车 保有量和出行率均大幅度提高 急剧增长的 保有量和出行率均大幅度提高 急剧增长的 多样化的 时变的交通需求是造成交通拥挤多样化的 时变的交通需求是造成交通拥挤 程度不断增加和拥挤区域迅速扩大的直接原程度不断增加和拥挤区域迅速扩大的直接原 因 然而有限的土地资源和其它制约因素使因 然而有限的土地资源和其它制约因素使 得道路设施的建设无法满足不断增长的交通得道路设施的建设无法满足不断增长的交通 需求 因此 对交通信号控制的适应性 智需求 因此 对交通信号控制的适应性 智 能化提出了更高的要求 中国的汽车保有量能化提出了更高的要求 中国的汽车保有量 已经超过已经超过 80008000 万辆以上 仅万辆以上 仅 20102010 年的增量年的增量 超过超过 18001800 万辆 已成为全球最大的汽车市场 万辆 已成为全球最大的汽车市场 汽车经常是运动的 对它的管理难度大 并且随着数量的不断增加 对它的管汽车经常是运动的 对它的管理难度大 并且随着数量的不断增加 对它的管 理难度成倍的增加 传统的管理方法已经越来越难以适应不断变化的需求 需理难度成倍的增加 传统的管理方法已经越来越难以适应不断变化的需求 需 要采用新技术新手段来解决新的问题 要采用新技术新手段来解决新的问题 一 一 RFID 在车辆交通管理中的应用需求 在车辆交通管理中的应用需求 1 1 特殊车辆的监管要求 比如 客货 特殊车辆的监管要求 比如 客货 运车辆的管理 尤其是渣土车的管理 由运车辆的管理 尤其是渣土车的管理 由 于车牌严重污损 有些素质不高的司机常于车牌严重污损 有些素质不高的司机常 常违章行驶 甚至肇事逃逸 常违章行驶 甚至肇事逃逸 2 2 治安管理的要求 比如 出现刑事 治安管理的要求 比如 出现刑事 案件或车辆被盗枪等 需要及时排查和跟案件或车辆被盗枪等 需要及时排查和跟 踪有关人员和车辆 踪有关人员和车辆 3 3 路桥收费的要求 现在很多路桥都 路桥收费的要求 现在很多路桥都 是贷款修建的 为了体现公平原则 谁使是贷款修建的 为了体现公平原则 谁使 用谁付费 所以都是采用现用现付的方式 但当车流量很大时 目前这种停车用谁付费 所以都是采用现用现付的方式 但当车流量很大时 目前这种停车 收费的方式社会成本很高 还有高速公路网络复杂时如何识别车辆行驶路径的收费的方式社会成本很高 还有高速公路网络复杂时如何识别车辆行驶路径的 问题 问题 4 4 4 解决城市核心区车辆拥堵的要求 现在所有大城市的核心区都存在车辆 解决城市核心区车辆拥堵的要求 现在所有大城市的核心区都存在车辆 拥堵的问题 解决的方法就是要用智能交通科技与经济的手段来调节车流量 拥堵的问题 解决的方法就是要用智能交通科技与经济的手段来调节车流量 5 5 门禁控制的要求 比如 某单位或小区内常住车辆和临时车辆进出管理 门禁控制的要求 比如 某单位或小区内常住车辆和临时车辆进出管理 的要求 的要求 6 6 车辆管理部门的要求 比如 逾期未年检的车辆 未缴纳强制保险的车 车辆管理部门的要求 比如 逾期未年检的车辆 未缴纳强制保险的车 辆等 辆等 7 7 公交优先 公交优先 RFIDRFID 智能信号灯系统中 动态车流量检测的要求 智能信号灯系统中 动态车流量检测的要求 所有这些要求 最终都归结为一个要求 那就是如何能够适应各种情况下快速 所有这些要求 最终都归结为一个要求 那就是如何能够适应各种情况下快速 准确地识别所监控的车辆的身份 现在所采用的是视频采集加模式识别的方法 准确地识别所监控的车辆的身份 现在所采用的是视频采集加模式识别的方法 但由于视频质量的好坏受环境光线影响很大 尤其是夜间和雨雪天气 这样就但由于视频质量的好坏受环境光线影响很大 尤其是夜间和雨雪天气 这样就 严重影响识别的效果 严重影响识别的效果 二 二 RFID 技术的选择 技术的选择 RFIDRFID 技术是一种无线射频识别技术 最基本的技术是一种无线射频识别技术 最基本的 RFIDRFID 系统由电子标签 或系统由电子标签 或 简称标签 标签读写器 或简称读写器也有叫读头 和天线组成 简单地说 简称标签 标签读写器 或简称读写器也有叫读头 和天线组成 简单地说 它是通过无线电波实现读写器和标签之间的信息交换 从而达到识别标签所附它是通过无线电波实现读写器和标签之间的信息交换 从而达到识别标签所附 着的物体的目的 着的物体的目的 从电子标签是否带有电源供电来分 从电子标签是否带有电源供电来分 RFIDRFID 分为有源系统和无源系统 从所使分为有源系统和无源系统 从所使 用的无线电波的工作频率来分 可以分为低频 用的无线电波的工作频率来分 可以分为低频 130KHz130KHz 高频 高频 13 56MHz13 56MHz 超高频 超高频 900MHz900MHz 和微波 和微波 2 4GHz2 4GHz 频段 频段 有源有源 RFIDRFID 的优势是识别距离远 读写器功率小 缺点是成本高 需维护 远的优势是识别距离远 读写器功率小 缺点是成本高 需维护 远 5 距离识别时定向性差 无源距离识别时定向性差 无源 RFIDRFID 的优势是成本低 免维护 远距离识别时定的优势是成本低 免维护 远距离识别时定 向性好 缺点是距离近 读写器功率大 无线电波频率越高 数据通信速率越向性好 缺点是距离近 读写器功率大 无线电波频率越高 数据通信速率越 高 但电波越容易受到阻挡 或者说绕射性越差 高 但电波越容易受到阻挡 或者说绕射性越差 综合多方面的因素 包括识别距离 识别方向性 综合成本 可维护性 安装综合多方面的因素 包括识别距离 识别方向性 综合成本 可维护性 安装 方便性等 我们认为选择超高频无源方便性等 我们认为选择超高频无源 RFIDRFID 系统作为大范围车辆管理用是最合系统作为大范围车辆管理用是最合 适的 适的 1 RFID 电子标签的要求电子标签的要求 前面已经说明了采用超高频无源前面已经说明了采用超高频无源 RFIDRFID 系统作为大范围车辆管理用的一系统作为大范围车辆管理用的一 种技术 以下内容是针对此技术的 种技术 以下内容是针对此技术的 对于标签来说 有些人提出了很多方对于标签来说 有些人提出了很多方 面的要求 但有些要求是只考虑了一面的要求 但有些要求是只考虑了一 方面 没有综合考虑其它方面的要求 方面 没有综合考虑其它方面的要求 我们经过认真研究 最终认为 如下我们经过认真研究 最终认为 如下 几个方面的要求是必须的 也是比较合理的 几个方面的要求是必须的 也是比较合理的 汽车玻璃贴电子标签汽车玻璃贴电子标签 1 1 要保证标签内身份号码 要保证标签内身份号码 IDID 号 的唯一性 这一点是需要技术和管理号 的唯一性 这一点是需要技术和管理 手段共同实现的 技术上保证克隆手段共同实现的 技术上保证克隆 IDID 号有一定的门槛 管理上保证克隆是非号有一定的门槛 管理上保证克隆是非 法的行为 法的行为 2 2 保证最高车速时能够可靠读取数据 可靠识别 这是通过专门设计 保证最高车速时能够可靠读取数据 可靠识别 这是通过专门设计 安装等综合处理来保证的 安装等综合处理来保证的 3 3 保证多车道 多车型 自由流情况下所有车辆的可靠识别 这是需要综 保证多车道 多车型 自由流情况下所有车辆的可靠识别 这是需要综 合考虑通信协议 信号处理 安装方案等多方面的因素才能实现的 合考虑通信协议 信号处理 安装方案等多方面的因素才能实现的 4 4 安装后 不影响驾驶安全 不影响车辆性能 不易受车内人为阻挡和干 安装后 不影响驾驶安全 不影响车辆性能 不易受车内人为阻挡和干 扰 从而影响读取性能 扰 从而影响读取性能 5 5 从车外看 标签颜色和安装位置醒目 便于和视频识别配合 从车外看 标签颜色和安装位置醒目 便于和视频识别配合 6 6 安装简单牢靠 保证 安装简单牢靠 保证 6 6 年以上使用寿命 这个生命周期要求也可以更长 年以上使用寿命 这个生命周期要求也可以更长 7 7 安装位置不易积水 积灰 积雪 不易受损 安装位置不易积水 积灰 积雪 不易受损 6 8 8 能够尽可能适用所有类型的车辆 免维护或维护简单方便 能够尽可能适用所有类型的车辆 免维护或维护简单方便 在保证上述要求的前提下 可以考虑一些特殊应用要求的满足 比如 增加在保证上述要求的前提下 可以考虑一些特殊应用要求的满足 比如 增加 一定的信息存储空间 满足在静止状态下的读取 一定的信息存储空间 满足在静止状态下的读取 2 RFID 读写器的要求读写器的要求 读写器是读写器是 RFIDRFID 系统的关键设备 也是最复系统的关键设备 也是最复 杂的设备 对杂的设备 对 RFIDRFID 读写器的使用要求主要可以读写器的使用要求主要可以 归纳为如下几点 归纳为如下几点 1 1 射频功率可以自动调节 最高允许长期运 射频功率可以自动调节 最高允许长期运 行的出口功率应该大于行的出口功率应该大于 36dBm36dBm 2 2 留有多种传感器接口 目的是适应不同 留有多种传感器接口 目的是适应不同 用环境的需要 用环境的需要 高性能高性能 RFIDRFID 读写器读写器 3 3 读写标签的可靠性距离留有 读写标签的可靠性距离留有 40 40 以上的余量 以抗击不可知的环境干扰 以上的余量 以抗击不可知的环境干扰 4 4 能够满足单向四车道高速公路自由流可靠读取的要求 能够满足单向四车道高速公路自由流可靠读取的要求 5 5 具有串口 以太网口等数据接口 具有串口 以太网口等数据接口 6 6 具有故障自动诊断和服务等级控制功能 以便在某些情况下保证基本读 具有故障自动诊断和服务等级控制功能 以便在某些情况下保证基本读 取功能 取功能 6 6 具备远程控制和软件升级功能 具备远程控制和软件升级功能 7 7 具备一定的数据存储能力 可选 具备一定的数据存储能力 可选 8 8 具备长期不间断运行的可靠性要求 具备长期不间断运行的可靠性要求 其它具体性能指标要求主要根据国家相关标准确定 功能性的要求可以根据实其它具体性能指标要求主要根据国家相关标准确定 功能性的要求可以根据实 际需要定制 主要由软件实现 际需要定制 主要由软件实现 3 RFID 天线的要求天线的要求 天线看上去简单 实际上非常重要 因为它是天线看上去简单 实际上非常重要 因为它是 信号收发的载体 它的性能好坏直接影响最终效信号收发的载体 它的性能好坏直接影响最终效 果 从技术指标来说 主要有增益 半功率角和果 从技术指标来说 主要有增益 半功率角和 7 电压驻波比等 但通带增益的平坦性 或者叫一致性 和接口阻抗的一致性是电压驻波比等 但通带增益的平坦性 或者叫一致性 和接口阻抗的一致性是 非常重要的 这些往往比一般移动通信要求高的多 非常重要的 这些往往比一般移动通信要求高的多 12dbi12dbi RFIDRFID 天线 天线 4 RFID 空中接口协议的选择空中接口协议的选择 目前 在国际上目前 在国际上 900MHz900MHz 无源无源 RFIDRFID 系统主要有三种空中接口协议 分别是系统主要有三种空中接口协议 分别是 ISO 18000 6BISO 18000 6B ISO 18000 6CISO 18000 6C 和和 IPXIPX 4 14 1 ISO 18000 6BISO 18000 6B 协议出来比较早 它规定标签有一个唯一的协议出来比较早 它规定标签有一个唯一的 6464 位位 64bits64bits IDID 号 芯片出厂时写好无法修改 读取号 芯片出厂时写好无法修改 读取 IDID 号效率最高 芯号效率最高 芯 片也可以有用户数据存储空间 但读写用户数据区的内容时必须先读出片也可以有用户数据存储空间 但读写用户数据区的内容时必须先读出 该标签的该标签的 IDID 号 再对指定号 再对指定 IDID 号的标签进行用户数据读写 它的标签数号的标签进行用户数据读写 它的标签数 据上传速率只有据上传速率只有 40Kbps40Kbps 碰撞仲裁机制是二进制树搜索算法 效率低 碰撞仲裁机制是二进制树搜索算法 效率低 4 24 2 ISO 18000 6CISO 18000 6C 协议是在协议是在 EPCEPC C1G2C1G2 基础上提出来的 它的存储区基础上提出来的 它的存储区 分为分为 EPCEPC 产品电子编码 区 产品电子编码 区 TIDTID 标签 标签 IDID 区 区 PASSWORDPASSWORD 密码区 密码区 和用户区 有些厂家的芯片没有此区 其中 和用户区 有些厂家的芯片没有此区 其中 TIDTID 区是芯片出厂时写区是芯片出厂时写 好的 其它都是后写的 它读取好的 其它都是后写的 它读取 EPCEPC 区效率最高 区效率最高 EPCEPC 区域的长度从区域的长度从 1616 比特到比特到 496496 比特可变 一般是比特可变 一般是 9696 比特 读写其它区域时必须先读取比特 读写其它区域时必须先读取 EPCEPC 区 它的标签数据上传速率为区 它的标签数据上传速率为 4040 640Kbps640Kbps 是可变的 根据读 是可变的 根据读 写器的处理能力确定 碰撞仲裁机制是写器的处理能力确定 碰撞仲裁机制是 AlohaAloha 算法 效率较高 算法 效率较高 4 34 3 IPXIPX 协议和上述两种协议有很大的区别在于它是采用协议和上述两种协议有很大的区别在于它是采用 TTFTTF ITFITF 方式 也就是叫方式 也就是叫 标签先讲标签先讲 的方式 而前面两种协议都是的方式 而前面两种协议都是 RTFRTF 方式 方式 也就是叫也就是叫 读写器先讲读写器先讲 的方式 它的优势是在单个标签的情况下读取的方式 它的优势是在单个标签的情况下读取 速度非常快 它有不同速度的版本 最高速度非常快 它有不同速度的版本 最高 256Kbps256Kbps 有唯一的 有唯一的 6464 比特比特 IDID 号 号 也有用户区 防碰撞算法采用改进的也有用户区 防碰撞算法采用改进的 AlohaAloha 算法 算法 8 总结 以上三种协议各总结 以上三种协议各 有特色 有特色 6C6C 协议综合协议综合 性能最好 但由于性能最好 但由于 EPCEPC 码是可以现场写的 所以容易被复制 最好是向芯片厂码是可以现场写的 所以容易被复制 最好是向芯片厂 家定制一种私有协议 但这个成本较高 家定制一种私有协议 但这个成本较高 安装有安装有 RFIDRFID 系统的车道系统的车道 如果是大范围应用的话还是可以考虑的 如果选用如果是大范围应用的话还是可以考虑的 如果选用 6B6B 协议 则可以满足所有协议 则可以满足所有 门禁和车道中间有隔离的各种收费需求 但很难满足多车道自由流的应用 如门禁和车道中间有隔离的各种收费需求 但很难满足多车道自由流的应用 如 果选用果选用 6C6C 协议 通过车辆的其它信息和协议 通过车辆的其它信息和 EPCEPC 码的关联性来保证其唯一性 而码的关联性来保证其唯一性 而 且这样可以制定统一的编码规范 便于大范围应用时的快速识别 主要靠立法且这样可以制定统一的编码规范 便于大范围应用时的快速识别 主要靠立法 来解决非法复制的问题 如果选用来解决非法复制的问题 如果选用 IPXIPX 协议 其优势是适合高速路段车流量不协议 其优势是适合高速路段车流量不 是很大的情况 而在多车道大流量的情况下其碰撞解决机制的能力难以满足要是很大的情况 而在多车道大流量的情况下其碰撞解决机制的能力难以满足要 求 求 5 RFID 与视频技术的配合与视频技术的配合 由于大范围应用由于大范围应用 RFIDRFID 技术来解决车辆管理问题是需要很长一段实施期的 技术来解决车辆管理问题是需要很长一段实施期的 也就是说 在很长时间内有无电子标签的车辆会同时存在的 同时也是为了在也就是说 在很长时间内有无电子标签的车辆会同时存在的 同时也是为了在 出现问题时便于人工识别 一般在设置出现问题时便于人工识别 一般在设置 RFIDRFID 系统采集车辆信息的地方都要配系统采集车辆信息的地方都要配 置相应的视频采集设备作为补充 置相应的视频采集设备作为补充 三 车辆三 车辆 RFID 智能管理系统组成 智能管理系统组成 系统主要由数据采集系统 系统主要由数据采集系统 RFIDRFID 读写器 读写器 9 天线 天线 RFIDRFID 电子标签 数据传输系统 电子标签 数据传输系统 3G3G 网络路由器 无线网络路由器 无线 HUBHUB 工控电 工控电 脑等 基于脑等 基于 B SB S 架构的后台管理软件及数据库系统等组成 架构的后台管理软件及数据库系统等组成 电子车牌数据采电子车牌数据采 集系统 集系统 公共交通优先 公共交通优先 RFIDRFID 智能控制系统模拟图 智能控制系统模拟图 四 主要硬件四 主要硬件介绍 介绍 1 1 基于 基于RFIDRFID 的智的智 能车辆管理能车辆管理电子标签数电子标签数 据采集系统据采集系统硬件设备 硬件设备 类型类型型号型号参数说明参数说明单位单位参考图片参考图片 RFID 读写器读写器VF 547N协议 ISO18000 6C Epc Class 1 Gen2台台 10 接口 RJ45 Rs232 频率 902 928 MHZ 天线数量 4 个 SMA 口天线 读卡距离 15 米 RFID 天线天线VA 912 R 连接接头 N 母座 增益 12dBi 频率 902 928MHZ 极化方式 圆极化 输入阻抗 50 欧姆 尺寸 405 405 35mm 支支 联接馈线联接馈线1 2 超柔馈缆超柔馈缆 直径 13 4mm