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摘 要：高速公路是在我国近几十年来发展最快的新型交通设施,具有良好的交通环境,高速公路具有迅速、安全、经济、舒适的特点.但同样存在着投资大、造价高、管理复杂等问题.所以为了能及时收回投资,高速公路的收费及收费管理工作成为高速公路经营管理的重要组成部分.本文主要讨论了射频自动识别不停车收费系统在高速公路上的设计与实现,论文首先对现今高速路的收费系统的现状进行简单地阐述,然后提出了射频识别不停车收费系统在高速公路的设计与实现.最后详细介绍这个系统地组成和原理.
关 键 词：射频；收费系统；高速公路
中图分类号：TP29
电子不停车收费系统（ElectronicTollCollection,简称ETC）,是在高速公路人工收费基础上,实行电子自动收费方式的创新尝试,更是高速公路收费方式发展的必然趋势.本文介绍了智能交通系统中比较成熟的部分一高速路收费系统.
1高速路收费系统的现状
在国外,电子不停车收费系统早在上世纪80年代就已经产生了,现在已经有很长的发展史了,最早的是美国、欧洲等发达国家.从近几年来看,该技术发展较快,现在已经形成了局部联网的规模效益,在1990年,我过才开始使用不停车收费系统.起步相对来说较晚.最开始只是在北京、广东、上海等发达城市使用.随着我国高速公路的加强建设,高速公路的运营管理是确保其发挥其安全、舒适、快捷的运输等特点的保障,为了充分发挥其优势,必须完善与其相配套的机电系统的管理.其中收费系统的智能化是高速公路通行费征收的安全、快捷、高效的重要保证.高速路收费直接影响高速路通行的效率和运营的经济效益,为了保证投资效益和通行安全,高速路建设了许多收费站和交通监控中心,这样过多的建立收费站,降低了高速公路的通行率.但射频自动识别不停车收费系统（ETC）是目前世界上最先进的路桥收费方式.通过安装在车辆挡风玻璃上的电子标签与在收费站ETC车道上的微波天线之间的专用短程通讯,利用计算机联网技术与银行进行后台结算处理,从而达到车辆通过路桥收费站不需停车就能交纳费用的目的.
2射频自动识别不停车收费系统
2.1自动识别技术的发展
自动识别技术在国外发展较早也较快,尤其是发达国家具有较为先进成熟的自动识别系统,而我国在2010年左右也实现了自动识别技术的产业化.美国的军品管理、中国的二代、中国的火车机车管理系统、日本的手机支付与近场通信等都是自动识别技术比较成功的大规模应用案列.自动识别技术是物流信息化的基础技术,是物流信息的自动提取技术,自动识别技术是数据自动采集、自动输入的基础,保证了计算机进行“实时‘”处理.条形码识别技术、磁及智能卡识别技术、生物识别技术、射频识别技术、光字符识别技术等都是含在自动识别技术里的.
射频识别,（RadioFrequencyIDentification,简称RFID）技术,是一种无线通信技术,可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据,而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触.RFID技术可以识别高速运动物体并可以同时识别多个标签,操作简单快捷.FRID是一种简单地无线系统,只有两个几本器件,该系统用于控制、检测和跟踪物体.
2.2射频识别系统结构及工作原理
RFID系统在具体的应用过程中,根据不同的应用目的和应用环境,RFID系统的组成会有所不同.一套完整的射频识别系统,是由阅读器与射频卡及其它的一些部件（如：编程器、天线、信号发射机、信号接收机等）所组成.
（1）阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置,是RFID系统信息控制和处理中心.阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成.阅读器发射一特定频率的无线电波能量给相应的应答器,用以驱动电路将内部的数据送出,此时阅读器便依序接收解读数据,送给应用程序做相应的处理；（2）射频卡是一种基于射频识别技术的智能卡,凭借无线方式来传送数据,有着数据处理及安全认证的功能；（3）信号发射机在RFID系统中,信号发射机为了不同的应用目的,会以不同的形式存在,典型的形式是标签（TAG）.标签相当于条码技术中的条码符号,用来存储需要识别传输的信息,另外,与条码不同的是,标签必须能够自动或在外力的作用下,把存储的信息主动发射出去.标签一般是带有线圈、天线、存储器与控制系统的低电集成电路.信号接收机在RFID系统中,信号接收机一般叫做阅读器.根据支持的标签类型不同与完成的功能不同,阅读器的复杂程度是显著不同的.阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径.另外,阅读器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等.标签中除了存储需要传输的信息外,还必须含有一定的附加信息,如错误校验信息等.识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在一起,并按照特定的顺序向外发送.阅读器通过接收到的附加信息来控制数据流的发送.一旦到达阅读器的信息被正确的接收和译解后,阅读器通过特定的算法决定是否需要发射机对发送的信号重发一次,或者知道发射器停止发信号,这就是“命令响应协议”.使用这种协议,即便在很短的时间、很小的空间阅读多个标签,也可以有效地防止“欺骗问题”的产生；（4）编程器只有可读可写标签系统才需要编程器.编程器是向标签写入数据的装置.编程器写入数据一般来说是离线（OFF-LINE）完成的,也就是预先在标签中写入数据,等到开始应用时直接把标签黏附在被标识项目上.也有一些RFID应用系统,写数据是在线（ON-LINE）完成的,尤其是在生产环境中作为交互式便携数据文件来处理时；（5）天线是标签与阅读器之间传输数据的发射、接收装置.在实际应用中,除了系统功率,天线的形状和相对位置也会影响数据的发射和接收,需要专业人员对系统的天线进行设计、安装.
射频识别工作原理：射频识别系统三个基本部分：RF卡（射频卡）、天线、读写单元.（1）读写器不断向周围发一组固定频率的电磁波；（2）射频卡内有一个lc串联谐振电路,当它进入读写器的工作区域内,而且频率与读写器发送的频率相同,这样,在电磁激励下,lc谐振电路长生共振；（3）共振使卡内的电容有了负荷,在电容的另一端,接有一个单向导通的电子泵,将电容内的电荷送到另一个电容内存储,当所积累的电荷达到2v时,此电容可作为电源为集成电路提供工作电流、（4）CMOS集成电路中有关控制逻辑电路对接收到的信号进行解码；（5）根据解码信息判断读写器发来的命令要求,若是读取信息则控制逻辑电路从存储器中读取相关信息；若是修改信息则有关控制逻辑启动电压将2V工作电压提升到15V,以使对存储器内容进行从新编程；（6）当电容放电时,射频卡内的发射电路将从存储器中读取的信息及相关的消息发给读写器；（7）读写器对接收道德消息进行处理.
3射频技术在高数公路收费系统中的应用
3.1系统可行性研究
不同的车辆大小和形状各不同,对于不停车收费需要4s左右的读写距离和特快的速度来读写,读写频率应该大于1000mhz才能正常运转,不会造成堵车现象,一般不停车收费系统收费需要占用时间为3-5秒,而其他收费方式占用时间较长,比如人工收费需占用30秒以上,而人工半自动收费也需要15秒左右,由此比较,不停车收费系统可以极大程度的减少堵车概率,节约大量的时间资源和人力资源.是应该大力发展的收费系统!
3.2系统结构
方案主要分为智能卡收费子系统和车道实时控制子系统,实时控制子系统模块结构.首先是判断出合法的车辆,怎样来判断是否为合法车辆呢?通过车道实时控制子系统将车道摄像机获取的车辆图像,经过数字化处理后核对实际牌照号与车载信息卡的牌照号是否对应,假如符合且是合法车辆,则车道实时控制子系统就会允许车辆通行,车辆的通行费通过计算机网络从用户在银行开设的专用账户自动缴纳,继而实现不停车收费.系统工作如图1描述.
图1车道实时控制收费系统工作过程
各个高速公路的不停车收费站是由不停车收费管理系统管理,每天不停车收费管理系统自动收集各个收费站的相关信息,并且把其信息自动汇总.然后通过网络与银行网络系统相互交换信息.银行根据管理中心发来的信息从用户开设的专用账户扣除相关费用,同时银行可以把各车站的相关信息通过网络传给各个收费系统管理中心,然后在传给各个收费站.收费站把信息传给每个车主.这样就可以保证不通车收费系统可以自动运转起来了.如图2所示：
图2不停车收费系统管理中心总体结构图
4结束语
不管从交通运输还是物流成本的角度,基于射频技术为基础的高速公路不停车收费系统对于我国的高速公路管理效率及交通服务水平的提高都有很大的提升.根据国家关于信息技术推进传统产业技术进步的总体思路,电子收费等技术必将在我国逐步得到运用,为高速公路收费问题的解决提供积极的探索.