大学设计高速公路不停车收费

1、高速公路不停车收费系统应用研究摘要高速公路是社会经济发展的必然产物。近年来，随着我国经济的快速发展，高速公路的发展变得越来越快，车辆的增加更为迅速，而现阶段，高速公路的收费系统，基本上都要求停车排队收费，在高峰期司机会面临排队付费的状况，这严重降低了高速公路快捷、高效的功能；同时也造成了环境的污染和能源的浪费。这对日益增长的车辆和越来越高的工作效率要求来说，停车缴费系统已渐渐满足不了发展的要求。本文主要是研究高速路不停车收费系统，该系统使高速公路收费走向电子化，可降低收费管理的成本，极大地改善了路上密集车辆所造成的环境污染，减少车辆阻塞现象，使行车更加安全，更为主要的是将大大提高过桥收费效率。

2、本文指出了目前我国高速公路收费系统的现状及发展前景，结合高速公路的实际情况，阐述了 ETC车道的工作原理和系统构成，进一步论述了ETC系统工作流程和实施不停车收费系统所遇到的问题及其解决方法，为下一步的研究打下基础。关键词 ：高速公路； ETC系统；关键技术；电子标签；路径识别Research of HighwayToll Collection System ApplicationsAbstractHighway is the inevitable product of social and economic development. In recent years, as China'

3、;s rapid economic development, highway development is becoming faster and faster, and vehicles increase are more rapid,but now， the highway toll collection system is basically a line charge， drivers will line upfacing the pay situation in the peak period , which seriously hindered the road fast, and

4、 efficient function 。 but also caused environmental pollution and energy waste. The parking payment system has been gradually can not meet the requirements of the development for more and more vehicles and more increasing efficiency.This paper is the study of highway toll collection system, which ma

5、kes electronic road toll to reduce the cost of management fees, improved road-intensive environmental pollution caused by vehicles, reducing vehicle congestion, thus making driving safer, more importantly that will greatly enhance the efficiency of the bridge toll.The paper points out the current st

6、atus and prospects of highway toll collection system ,combined with the actual situation of the highway, describes the working principle of the ETC lane and the system composition, and furtherdiscussed the ETC system and implementation of work flow system does not meetparkingproblemsandtheirsolution

7、s,laiesthefoundationforfurtherresearch.Keywords:Highway 。 ETC system。 key technology 。 electronic tags。Pathidentification目录第1章绪论 1 1.1 引言 11.2 不停车收费系统的现状及发展趋势 2不停车收费系统在国内的发展 3不停车收费系统在国外应用情况 3不停车收费系统的发展趋势 5 第 2 章不停车收费系统概述 62.1 不停车收费系统的定义6记账式自动收费系统6卡扣除式自动收费系统62.2 不停车收费系统的组成与工作原理7车道系统构成 7系统工作原理 82.3ETC

8、 系统的主要技术9技术 9车型识别技术 10车牌识别技术 11信息融合技术 12加密和安全技术 12专用短程无线通信 DSRC 技术 13 第 3 章关键技术 RFID 技术汇总 143.1 什么是 RFID 技术 143.2 RFID 的发展史 143.3 RFID 的组成及工作原理153.4 RFID 的工作频段 163.5 RFID 技术标准 17第 4 章 ETC 的技术设备和方案选择 18 4.1 ETC 的技术设备 18车载电子标签 19微波天线 20阅读器（ Reader） 204.2 技术方案 22可读写单片式电子标签的方案 22双片式电子标签的方案 22改进型双片式电子标签的

9、方案 234.3 方案分析 23可读写单片式电子标签方案分析 23双片式 ETC 电子标签组合式方案分析 23改进型双片式电子标签方案分析244.4 可靠性预测分析254.5 结论 27第 5 章 ETC 系统存在的问题和解决方法285.1 RFID 的碰撞问题及其解决方法285.2 车型的实时自动识别混乱315.3 众多用户和系统的兼容性问题325.4 ETC 在实际运营中存在的问题及其解决方法32误入车辆引起的 ETC 车道拥堵 33系统跟车干扰严重33其他需要解决的问题34总结 34参考文献 35致谢错误！未定义书签。第一章绪论1.1 引言高速公路被誉为一个国家走向现代化的桥梁，是一个国

10、家发展现代化交通业的必经之路，同时也是一个国家经济发展的重要助推器。目前，随着我国国民经济的快速发展，高速公路也呈现出强劲的增长势头。高速公路在中国内地的出现和发展仅仅走过了 20年的历程，到 2007年底全国高速公路总里程达到 5.3万公里，位居世界第二。高速公路正在为中国经济和社会的发展提供着便捷、高效率的运输服务，对中国经济、社会的发展以及公众的生活方式和质量产生重大而深远的影响。国家高速公路网规划完成后，可以形成“首都连接省会、省会彼此相通、连接主要地市、覆盖重要县市”的高速公路网络。这个网络能够覆盖 10多亿人口，直接服务区域 GDP占全国总量的 85以上，实现东部地区平均 30分钟

11、、中部地区平均一小时、西部地区平均两小时抵达高速公路，客货运输的机动性将有显著提升。高速公路网络是国家的重要战略资源。国家高速公路网的形成有利于加快建设全国统一市场，对发展生产力、增强竞争力具有十分重要的作用，从长远看，对中国人民生活方式的现代化也将产生重要影响。在国家和地方的共同努力下，依靠政府和公众的积极行动，加之国际合作的有力支持，相信国家高速公路网的建立必将在使中国人民享有更好的交通服务的历史进程中扮演越来越重要的角色。然而，随着高速公路通车里程的持续增加以及道路网结构复杂度持续增大，高速公路管理面临着巨大的挑战。首先，现如今公路上车辆的监督基本上是依靠传统的路面巡逻管理。而高速公路上

12、车辆的数量日益增加，这给路面巡逻管理部门带来巨大的压力，以致有时发生车辆监控和调度不当，使车辆管理处于混乱状态。此外，一些意想不到的事件和交通线路繁杂的地区经常会造成交通拥堵，导致交通的延误。其次，我国的高速公路基本上都是收费公路，而现阶段，高速公路的收费系统，基本上都是要求停车排队收费，在很多收费站路口都出现了要花很多时间排队缴费的现象，这严重降低了高速公路快捷、高效的功能，同时也造成了环境污染和能源浪费。此外，在这一阶段，我国公路虽然四通八达，但其在各省的分布却非常不均衡。而且高速公路的发展与地势是不一样的 , 所以道路网结构变得越来越复杂。所有的这些都导致了积极促进公路联网和实施一站式收

13、费过程中的二义性路径问题。最后，我国高速公路的信息化水平很低。在高速公路上，许多信息资源得不到有效整合与利用，因此不能向信息资源需求者提供必要的信息服务和支持 。这些问题的存在已经严重阻碍了未来高速公路的健康发展，同时也给国民经济的快速稳定发展带来了非常不利影响。与此同时，信息高速公路是高速公路的未来发展趋势，因此公路管理迫切需要实现信息化、网络化、智能化。为了有效地解决这些存在的问题并实现高速公路的智能化管理和有效使用，本文介绍了不停车电子自动收费系统，该系统从设计、技术上满足交通部高速公路联网收费暂行技术要求的所有规定，且该系统具有独特的自动高效的远程目标识别优势，并具有较强的环境适应能力

14、和较高可靠性，这样它就可以在各种恶劣的环境下准确地识别目标。本文结合射频识别技术的应用提出了一种基于射频识别技术的高速路不停车收费系统（又称电子收费系统 Electronic Toll Collection system ,简称 ETC系统）。它可以允许车辆高速通过，大大提高公路的通行能力；使公路收费走向电子化，降低收费管理的成本，有利于提高车辆的营运效益；缩小收费站的规模，节约基建费用和管理费用；避免了月票制度和人工收费的众多弱点，有效提高这些市政设施的资金回收能力；同时也可以大大降低收费口的噪声水平和废气排放。简而言之，它使高速公路管理更有效率，更加规范化和智能化 1 。1.2 不停车收费

15、系统的现状及发展趋势ETC电子不停车收费技术自 90年代初期出现以来，美国、日本及欧洲各国开通了大量的不停车收费车道。目前，许多国家和地区的ETC系统已经联网并形成规模效益，实现了明显的社会经济效益。我国也在九五期间，由交通部组织了“网络环境下不停车收费系统行业联合攻关”工程研究。与此同时，全国各大高等院校、研究机构也纷纷开展了 ETC电子不停车收费技术的研究。本文就国内外的发展情况做一简单介绍。不停车收费系统在国内的发展1995年，国家技术监督局正式批准交通部承担ISOPTC204国内归口工作，秘书处设在交通部公路科学研究所。 1996年，交通部成立了中国交通工程设施（公路）标委会。 199

16、8年，国家计委立项委托交通部公路科学研究所开展“交通工程标准化体系研究”，并要求尽快制定本领域急需的20多项国家标准，其中就包括“公路不停车收费应用技术条件”的编制工作。 1999年，山东、四川率先提出全省联网收费，伴随着众多主线收费站的拆除，我国公路收费系统从各路段独立收费的状态步入了联网统一收费、通行费多业主拆分的时代。到2003年，联网收费初具规模的省市有山东、江苏、浙江、四川、重庆、湖南等。还在实施中的有北京、广东、内蒙、河北、安徽、黑龙江等。在实施区域联网收费的进程中，为了保障联网收费能顺利实施，通常还需建设通信网络，以及必要的监控设施。数以亿计的投资吸引了大量的IT 企业包括设备制

17、造商和系统集成商参与工程建设，采购大量的计算机系统、通信设备、网络设备，基础软件、应用软件以及专用的收费设备等。这就是我国发展电子收费应用所必须面对的大环境。然而目前，不停车收费系统在我国有了较为成熟的开发和应用。 1994年底，广东佛山大桥管理站在国内首次开发成功了 1套基于微波检测技术的不停车收费系统，该系统于 1995年 1月 1日试开通。 1997年广州市开始实施全市路桥“一卡通”不停车收费推广工程，系统于 1999年1月 1日投入运行。此外深圳机荷、梅观高速公路也实施了不停车电子收费系统。在北京、上海等地的机场高速公路也先后实施了电子不停车收费系统，其中北京机场高速公路收费站采用的是

18、美国 AMTECH 公司的产品，而上海机场高速路则是使用日本丰田的路边设备和单、双片式车载机及世界上最先进的双界面卡。近年来，我国各个地区均先后提出了实施不停车收费的规划。不停车收费系统在国外应用情况美国、欧洲、日本很早就针对不停车收费系统中的研发技术、工程实施、标准规范进行了深入研究，并向国际标准化组织提交了有关不停车收费标准的草案，欧洲和日本提出的标准较为成熟，获得了较广泛的厂商支持。但各发达国家在 ETC技术推进和联网收费方面都经历了较为漫长的过程。在美国最著名的电子不停车系统是E-Zpass系统。 1997年 7月，该系统工程的方案开始实施和运行。经过仅一年半的时间，共计 23条电子收

19、费车道的不停车收费网络就承担了月平均交易量的 43%，充分体现了电子不停车系统的效益和吸引力。 E-Zpass系统采用专用车道和混合车道两种模式 , 车道都有收费员值班。规定车辆通过车道限速为 5英里。美国基本上是采用开放市收费制式构成的网络。目前，美国已有 11个州的 21条高速公路收费机构连合成立了 IAG 组织（ InterAgency Group），系统内车辆采用单一标准的车载设备，每个用户拥有单一账户。该组织下的收费系统已安装有3211条 ETC车道，每日交易量超过 300万。葡萄牙的 Via Varde电子收费系统可以算作欧洲具有代表意义的联网电子收费系统之一，由葡萄牙最大的公路运

20、营商BRISA 公司管理。收费系统采用封闭式和开放式相结合的模式。事实已证明，Via Varde电子收费系统是既有利于道路使用者又有利于道路运营商的有效收费手段。根据运营报表统计数据，人工收费车道（Manual Toll Collection ,简称 MTC ）。 MTG 的平均通行能力为 200辆 Ph，电子收费车道的平均通行能力为1500辆 Ph， 1条ETC车道的通行能力是 MTG 车道通行能力的 7倍。该 ETC 车道的显著特点是没有自动栏杆，车辆能以不低于80kmPh的速度通行。如果没有Via Varde系统，运营公司将不得不多修建题。2000多条人工收费车道以解决收费拥堵问目前，日

21、本已经建立起了全世界最大规模的联网电子不停车收费系统，运营管理方式为不同运营主体管理多条收费道路的方式，所有高速公路由四大道路集团运营管理。1997年，日本就编制了有关电子不停车收费标准草案（ARIB- T55PT75），并提交给国际标准化组织第204委员会（ ISOPTC 204）。 2001年3月起实施全国大规模的 ETC网络建设。目前，日本已经在全国范围内的所有高速公路收费站点开通了 ETC 系统，收费站点总数超过 1300个，用户数量超过 1000万。日本使用的电子收费系统应用接触式 CPU卡 + 5.8 GHz 的主动式电子标签；车道设置双 ETC天线，自动栏杆为双打开式高速栏杆，车

22、道无人值守，有很高的安全性和车道通行能力；与银行的信用结算体系有很好地衔接；人工收费与电子收费完全隔离，车道投资和电子标签的成本不是很高。尽管国外 ETC 系统运行很成功，具有一定特色，但有些技术特点和运营方法能否适合中国，需要结合我国道路使用者的行为特点深入评估分析。以车道部分为例，有专用车道、混合车道两种模式，有收费员值班管理和无人值班管理两种模式，有设高速栏杆和不设栏杆两种模式，有低速通行模式和高速通行模式。从违章逃费行为的处理看，有现场处理和图像抓拍事后处理两种模式。如果 ETC运营模式不能很好地提供免停车快速通行服务、不能减少收费值班员，将无法体现出明显的吸引力，推广应用的前景将无疑

23、受到影响。不停车收费系统的发展趋势在高速公路建设快速发展的同时，我国高速公路收费系统也有了很大的发展。 10多年来，高速公路收费系统已经由全面引进阶段逐步过渡到自主开发与引进相结合的阶段。主要体现在按区域联网收费、按线路联网收费、采用高新科学技术提高收费管理手段 3个方面。随着社会、经济的快速发展，特别是跨省市国道主干线高速公路网络的逐步形成，社会对收费系统的技术要求将会越来越高，自动化程度较高的收费技术必然逐步取代传统的人工作业方式， ETC 技术会在适宜的路段得到采用，但要形成网络尚需较长过程。国内已有部分运营了五六年的高速公路，其交通量已经达到相当水平，部分收费站的通行能力确实不能满足高

24、峰交通的需要，面临扩建收费站和改建 ETC车道的选择。在这个时候，实施 ETC收费显然要优于进行土建扩展。能够兼容 IC 卡收费和 ETC 电子收费的两片式电子标签及其组合式电子收费技术方案将成为公路网自动化收费技术发展的探索和关注焦点。在以 IC 卡收费为基础的系统中开展 ETC电子付费较为容易，仅需在交通拥堵的收费站或有特别需求的收费站安装 ETC车道系统就可以，没有必要让 ETC系统自身单独构成一个封闭式网络。涉及的主要工作是车道改造任务，有一定的工作量，但不存在重复投资或浪费的问题。从更长期的角度看，技术除了服务于电子收费外，很有潜力扩展到加油、停车、门禁、出入控ETC制等领域 2 。

25、在国际社会未来的发展中，区域范围内的互换性、多车道自由流技术、带智能卡的双片式电子标签将是研究和发展的热点。随着我国公路事业的发展和不停车收费系统的开发应用，也会随着增长的交通需求，我们相信不停车收费系统一定会被国家、被企业、被消费者广泛关注和接受。不停车收费系统在我国的市场一定会有着广阔的发展前景 3 。第二章不停车收费系统概述2.1 不停车收费系统的定义不停 车 收 费 系 统 （ 又 称电 子 收 费 系统 ElectronicTollCollectionSystem，简称 ETC 系统）利用专用短程微波通讯技术（Dedicated ShortRange Communication ，

26、DSRC ），通过收费车道或路侧单元（ RUS）与车载 单 元 （ OBU ） 的 信 息 交 换 ， 自 动 识 别 车 辆 （ Automatic Vehicle Identification 简称 AVI ）技术，采用电子支付方式，自动完成车辆通行费扣除的全自动收费方式。简单地讲，就是指车辆在正常行驶速度情况下通过收费口时，收费口的收费设备自动对其完成收费的全部操作过程。目前不停车收费的方式主要有2 种: 记账式自动收费和 IC卡扣除式自动收费 4 。记账式自动收费系统系统主要是由收费口站台设备和电子IC 卡组成。其收费过程是：当持有 IC 卡（贴在车前挡风玻璃上）的车辆通过收费口时，

27、IC 卡被站台设备激活，将卡内的卡号、车类、车号等信息发送给站台设备，站台计算机收到数据信息进行验证后，将该车的通过时间、地点、收费金额等信息做 1条记录，以供事后在该 IC 卡的车辆账户上扣下收费金额，这样就完成了一次不停车自动收费过程。卡扣除式自动收费系统系统主要由站台设备、车载POS机和电子 IC 卡组成。其收费过程是：当装有 POS机且机内插有 IC 资金卡的车辆驶进收费口时，收费口站台设备通过第一区域天线发出微波信号，唤醒车载POS机，让 POS机将其 POS机号、车类、 IC 卡号、卡内资金等信息发送给站台设备，站台计算机对数据验证合法后，通知车载POS机在 IC 卡上扣除费用，当

28、车载POS机完成扣款，车辆进入第二通讯区时，站台设备接受POS机送回扣除成功与否的信息，若发回信息是扣除成功，则控制站台设备将车辆经过时间、地点、收费金额等信息做 1条记录作为结账依据，完成1次自动收费过程。记账式自动收费需传送的信息量少，误码率低，可用于较高车速，站台设备比较简单，且通行费通过银行结账，不直接与客户发生经济纠葛，与顾客矛盾少。采用定期的统一付款方式，一般不会有透支或无资金支付的顾虑。IC 卡扣除式自动收费方式由于需要进行实时扣除款项，来回通讯的数据比较多，站台设备比较复杂、要求高、还需要车载 POS机等设备，投资大。2.2 不停车收费系统的组成与工作原理ETC 在我国经历 1

29、0多年的发展路程，技术较为成熟，达到国际先进水平。根据我国路网现状和ETC 应用实际，现在投入使用的ETC 多采用先进的 5.8GHz 微波频段的 DSRC 技术，系统车载单元（ OBU ）则多采用两片式电子标签和双界面 CPU 卡相结合的方式，成功地实现车辆的不停车收费。目前在我国正推广使用 5 。车道系统构成联网收费是当前收费的主要方式，而 ETC 系统是联网收费的组成部分。 ETC 系统包括站级子系统和车道级子系统两部分，其中车道级子系统负责实现 ETC 车道的电子不停车收费，站级子系统负责后台的 ETC 交易数据服务、运营参数管理以及系统运行监控，并通过数据接口软件，在站级实现 ETC

30、 系统与联网收费系统的数据处理工作6 。在各个设备中，电子标签读写天线通过 RS232串行线接到位于收费亭的车道计算机上，读写天线与车载电子标签之间的信息交换由应用程序直接控制；其它设备如自动栏杆、费额显示器、车道通行灯、车辆检测器等设备通过车道控制器与车道计算机连接；视频信号通过字符叠加器叠加在过车信息后传递到收费站的监视器上。ETC 车道系统构成图如图 2-1所示。RS232TCP/IP天线控制器车道收费台服务器计算机RS232RS232天车道控制器线字符叠加器收 费 站交监视器通信号车检器落杆机灯摄像机通信区域检测线圈抓拍线圈落杆线圈图 2-1 ETC 车道系统构成图系统工作原理当车辆进

31、入通信范围时，首先压到触发线圈，启动读写天线；读写天线与电子标签（车载机 +CPU卡）进行通信，判别车辆电子标签是否有效，如有效则进行交易，无效则报警并保持车道关闭，直到车辆离开检测线圈；如交易成功，系统控制栏杆抬升，通行信号灯变绿，费额显示牌上交易信息；车辆通过抓拍线圈时，系统进行图像抓拍，字符叠加器将过车信息叠加到抓拍图像中；车辆通过落杆线圈后，栏杆自动回落，通行信号灯变红；系统保存交易记录，并将其上传至收费站服务器中，等待下一辆车进入 7 。具体过车流程如图 2-2所示。2.3ETC 系统的主要技术ETC 系统采用的主要技术包括：射频识别技术、车型和牌照识别技术、信息融合技术、射频 IC

32、 卡加密和网络数据传输安全技术、专用短程通信技术等 8 。技术RFID （Radio Frequency Identification ），即射频识别，俗称电子标签。RFID 射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。 RFID 技术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。RFID 是一种简单的无线系统，只有两个基本器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体。系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成 9 。一套完整的 RFID 系统 , 是由阅读器（ Reader）与电子标签（ TAG

33、）也就是所谓的应答器（ Transponder ）及应用软件系统三个部分所组成，其工作原理是Reader 发射一特定频率的无线电波能量给Transponder ，用以驱动 Transponde 电路将内部的数据送出，此时Reader 便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。射频识别是应用于自动车辆识别的主要技术之一，通常通信距离830m ，我国选定的 5.8GHz 通信频率具有传输速度快、载波比高、抗干扰强、支持设备多等特点。通过射频天线读取电子标签中的车辆信息，然后通过 RS232 串口将数据传输给 DSP；车辆信息处理完毕后， DSP 将通行信息再通过串口由射频天线写入电子标签中。通

34、常选用两片式电子标签，由固定安装的车载机和可插拔的双界面CPU 卡组成。车载机里存储了车牌号、车型等车辆物理参数，用户的消费帐号、余额等信息则存储在 CPU 卡内。电子标签具有防拆功能，采用不同颜色区分车型，避免换卡作弊。射频卡电子标签为TCPU 型无源电子标签，是由读写器发出的无线电波作为能源对其供电，不需要安装电池10 。车型识别技术车型识别的研究主要针对基于视频的车型识别技术，通过对动态图像处理获得车辆的轮廓，并用 Freeman 链码表示轮廓，通过对 Freeman 链码的统计和计算获取了车长、车高、周长、面积、车长高比、圆形度、外接矩形与面积比等 7 个特征，同时还提取了车型图像的

35、7 个不变矩特征。然后应用 SVM 技术和决策树多类分类器相结合的策略进行分类，使得分类器具有良好的分类性能和鲁棒性，在选择合理参数的前提下，可达 98%以上的识别率。系统流程如图 2-3 所示。未到达摄像机、检查车辆到达?查图像预处理图像采集是否到达卡分类识别轮廓跟踪与目标输出结果特征提取识别图 2-3车型识别流程车型识别系统硬件有CCD 摄像机、图像采集卡、车型识别计算机组成。 CCD 摄像机将采集到的视频信号传输到图像采集卡，由图像采集卡转换为数字图像后送车型识别计算机处理，经运动目标检测与分割、图像（车型）特征提取、SVM 决策树分类等计算处理，最终识别出车型。车牌识别技术车牌识别是以

36、支持向量机为基础，研究特异性车牌的高可靠性识别问题。在实际应用中，抓拍的牌照图像往往模糊不清甚至倾斜，需要通过方向场计算来进行矫正。由于车牌特有的纹理和形状特点，采用先进性边缘粗提取，再利用形态学中的腐蚀和膨胀方法对车牌定位。定位后的车牌区域再经过 Top-Ha t 变换、二值化、反色处理、字符分割后，最终通过 SVM 决策树模型解决字符识别，得到完整的车牌。经大量的车牌样本识别实验证明，有效识别率高达 99. 6% 。车牌识别技术的系统流程图如图 2-4 所示。摄像机、图预区域搜索二反色处值像采集卡理与分别化处理归字滤出字符特符单子识别一切处理征提取化分图 2-4车牌识别流程信息融合技术信息

37、融合是 ETC 系统中的一个核心组件。通过信息融合技术，把采集自不同通道的数据进行综合处理，可以得到比单一数据源更全面、更准确的参数信息。信息融合的软件算法主要应用于出口车道的收费业务处理中。ETC 系统中的非接触 IC 卡、车辆检测器、摄像机采集到的数据，进行数据层融合处理，主要包括对采集到的车辆图片进行预处理后形成的车型、牌照识别结果，和采集自 IC 卡中的记录等信息进行融合。最终输出的判决结果关键在决策层的融合。决策层中根据 DS 组合规则计算所有证据联合作用下命题的可信度，然后将3 重证据（卡号、牌照、车型）融合为 2 重证据（牌照 +车型、卡号 +车型），得到在所有证据支持下的最终可

38、信度，有效避免了信息采集不精确、环境噪声和人为干扰等因素所造成的单个证据对命题判决（车辆合法性）的不可靠性。加密和安全技术研制的 ETC电子不停车收费系统采用了对称密钥加密算法AES和非对称密钥加密算法 RSA 两种数据加密方法来保证系统中敏感信息在网络中传输的安全性。不停车收费系统中敏感信息加密过程为：当费用结算管理中心 C和各收费站 F之间需要进行信息传输时，首先调用 AES加密程序对所要传输的内容进行加密处理。然后采用非对称密钥密码RSA算法对 AES加密密钥进行加密，最后和原有加密信息同时传输给信息接收方。接收方收到信息后，利用 RSA中自己的私钥将 AES的密钥进行解密，再解密原有加

39、密信息即可得到原有明文信息。不停车收费系统中敏感信息的加密过程如图 2-5所示。收费结算管理中心 C收费站 F敏感敏感信息信息AESAES密钥密钥AES 加RSA 加AES 加RSA密模块密模块密模块加密模加密后融合信息加密后融合信息图 2-5 不停车收费系统中敏感信息的加密过程专用短程无线通信DSRC 技术不停车收费系统采用专用短程通信技术。DSRC是一种无线通信系统，它通过信息的双向传输将车辆和道路有机地连接起来。 DSRC通讯系统主要包括三个部分：车载单元（ On Board Unit ， 简称 OBU ），路侧单元（ Road Side Unit ，简称 RSU）以及专用短程通信协议。

40、（1） 车载单元。组合式电子收费系统中，车载单元采用两片式电子标签， 由车载电子标签和双界面CPU卡两部分组成。双片式ETC 电子标签和双界面 CPU卡同时存储包括车主、车型、车辆物理参数等固定信息，双界面 CPU卡存储帐号、余额、交易记录、出入口编号等信息，双界面 CPU卡内存储的信息能以接触式和非接触式两种方式进行读写访问。（2） 路侧单元。路侧单元又称为路边单元、车道单元、车道设备，主要是指车道通信设备 路侧天线。其参数主要有：频率、发射功率、通信接口等等。路侧天线能够覆盖的通信区域大约为 3 30m。（3） DSRC协议。 DSRC协议的全称为道路交通运输信息通信 特定短距离通信（ R

41、oad Traficant Transport Telematics, RTTT Dedicated ShortRange Communication DSRC）。为针对固定于车道或路侧的路侧单元与装载于移动车辆上的车载单元（电子标签）间通信接口的规范， DSRC协议主要特征包括：主从式结构，以路侧单元为主，车载单元为从，即路侧单元拥有通信的主控权， 路侧单元可以主动下传信息，而车载单元必须听从路侧单元的指令才能上传信息。半双工通信方式，即传送和接收信息不能同时进行。非同步分时多重存取（Asynchronous TDMA ），即路侧单元与多个车载单元以分时多重存取方式通信，但彼此不需事先建立通

42、信窗口的同步关系。DSRC具有提供双向的满足所有智能交通（ITS）应用的高可靠性高速数据传输；适合于所有气候条件的高适应性，聚焦于非常小的通讯区域与道路上多个车辆通讯的高效性；抗干扰能力强（气候、电磁、物理）等特性。其在 ITS领域中的应用范围非常广泛，除了 ETC 以外还包括：车载标识、安全检查、车队管理等等。第三章关键技术 RFID 技术汇总3.1 什么是 RFID 技术RFID 射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。 RFID 技术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。短距离射频产品

43、不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境，可在这样的环境中替代条码，例如用在工厂的流水线上跟踪物体。长距射频产品多用于交通上，识别距离可达几十M，如自动收费或识别车辆身份等。 RFID 解决方案是RFID 技术供应商针对行业发展特点制定的RFID 应用方案，可根据不同企业的实际要求“量身定做”。RFID 解决方案可按照行业进行分类，物流、防伪防盗、身份识别、资产管理、动物管理、快捷支付等等 11。3.2 RFID 的发展史RFID 直接继承了雷达的概念，并由此发展出一种生机勃勃的AIDC 新技术 RFID 技术。 1948 年哈里 .斯托克曼发表的 “利用反射功率的通讯 ”奠定了射频识别 RFID 的理

44、论基础。RFID 技术发展的历程表。在20 世纪中，无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一。RFID技术的发展可按10 年期划分如下：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。早期RFID 技术的探索阶段，主要处于实验室实验研究。1961 1970 年。 RFID 技术的理论得到了发展，开始了一些应用尝试。1971 1980 年。 RFID 技术与产品研发处于一个大发展时期，各种RFID 技术测试得到加速。出现了一些最早的RFID 应用。1981 1990 年。 RFID 技术及产品进入商业应

45、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，广泛采用， RFID 产品逐渐成为人们生活中的一部分。RFID产品得到2001至今。标准化问题日趋为人们所重视，RFID产品种类更加丰富，有源电子标签、无源电子标签及半无源电子标签均得到发展，电子标签成本不断降低，规模应用行业扩大。RFID 技术的理论得到丰富和完善。单芯片电子标签、多电子标签识读、无线可读可写、无源电子标签的远距离识别、适应高速移动物体的RFID 正在成为现实。3.3 RFID 的组成及工作原理RFID系统因应用不同其组成会有所不同，但基本都由电子标签（ Tag） 、阅读器（ Rea

46、der） 和数据交换与管理系统（ Processor） 三大部分组成。电子标签（或称射频卡、应答器等），其签内存有一定格式的电子数据，常以此作为识别物品的标识性信息。应用中将电子标签附在待识别的物体上，作为识别物品的电子标记。电子标签由耦合元件及芯片组成，其中芯片包含带加密逻辑、存储器等相关电路。存储器容量为几个比特到几十千比特，可以存储永久性数据和非永久性数据。永久性数据可以是标签序列号，用来作为标签的唯一身份标识，不能更改。非永久性数据写在 EEPROM等可重写的存储器内，用来存储用户数据。电子标签具有智能读写和加密通信的功能，它是通过无线电波与阅读器进行数据交换；阅读器，有时也被称为查询

47、器、读写器或读出装置，主要由高频模块、控制模块、天线、及与计算机连接的通信接口（如RS232、RS485、RJ45等） 组成。阅读器可将主机的读写命令传送到电子标签，将电子标签返回的数据解密后送到主机。数据交换与管理系统主要完成数据信息的存储及管理、对标签进行读写控制等 12 。RFID 系统的工作原理如下：阅读器将要发送的信号，经编码后加载在某一频率的载波信号上由天线向外发送，进入阅读器工作区域的电子标签接收此脉冲信号，标签内芯片中的有关电路对此信号进行解调、解码、解密 ,然后对命令请求、密码、权限等进行判断。若为读命令，控制逻辑电路则从存储器中读取有关信息，经加密、编码、调制后通过电子标签

48、内天线再发送给阅读器，阅读器对接收到的信号进行解调、解码、解密后送至中央信息系统进行有关数据处理；若为修改信息的写命令，有关控制逻辑引起的内部电荷泵提升工作电压，提供擦写 EEPROM 中的内容进行改写，若经判断其对应的密码和权限不符，则返回出错信息。3.4RFID 的工作频段对一个 RFID 系统来说，它的工作频段是指读写器通过天线发送、接收并识别的标签信号频率范围。为了使射频识别系统工作时不对其他无线电服务造成干扰或削弱，特别是应保证射频识别系统不会干扰附近的无线电广播和电视广播、移动的无线电服务（警察、安全服务、工商业）、航运和航空用无线电服务和移动电话等。射频识别系统工作频率的选择要顾

49、及其他无线电服务，不能对其服务造成干扰和影响。因而通常只能使用特别为工业、科学和医疗（ ISM - Industrial - Scientific - Medical ） 应用而保留的频率范围，这些频率范围在世界范围内是统一划分的。除了 ISM 频率外，在135kHz以下的整个频率范围也是可用的（在北美洲和南美洲以及在日本：小于 400kHz），因为这里可以用较大的磁场强度工作，特别适用于电感耦合的射频识别系统。因此，对射频识别系统来说，最主要的频率是0135kHz ，以 及 ISM 频率 6.78MHz 、 13.56MHz 、 27.125MHz 、 40.68MHz 、433.92MHz

50、、 869.0MHz 、 860 960MHz 、 2.45GMHz 、 5.8GHz 以 及1324.125GHz。根据 RFID 系统的工作频率不同，RFID标签可以分为低频（ LF）、高频（ HF） 、超高频（ UHF）和微波等不同种类。1. 低频标签，典型的工作频率 125KHZ ，134.2KHZ。低频标签一般为无源标签，其工作能量通过电感耦合方式从阅读器耦合线圈的辐射近场中获得。2. 高频标签，典型的工作频率为 13.56MHz 。因其工作原理与低频标签完全相同，也采用电感耦合方式工作。3. 超高频与微波频段的射频标签简称为微波射频标签，其典型工作频率有 433.92MHz、 91

51、5MHz 、2.45GHz、5.8GHz。微波射频标签可分为有源标签与无源标签两类。标签与阅读器之间的耦合方式为电磁耦合方式。3.5 RFID 技术标准目前， RFID 还未形成统一的全球化标准，依然处于多种标准并存的局面 , 但随着全球物流行业 RFID 大规模应用的开始， RFID 标准的统一已经得到业界的广泛认同。 RFID 系统主要由数据采集和后台数据库网络应用系统两大部分组成。目前已经发布或者是正在制定中的标准主要是与数据采集相关的， 其中包括电子标签与读写器之间的空气接口、读写器与计算机之间的数据交换协议、 RFID 标签与读写器的性能和一致性测试规范、以及RFID 标签的数据内容编码标准等。后台数据库网络应用系统目前并没有形成正式的国际标准，只有少数产业联盟制定了一些规范，现阶段还在不断演变中。RFID 标准争夺的核心主要在 RFID