射頻識別技術應用在智能交通物聯網中的研究

甘琴瑜，陳玉峰

（1.新疆維吾爾自治區特種設備檢驗研究院，新疆 烏魯木齊 830011；2.新疆中泰化學阜康能源有限公司，新疆 阜康 831500）

0 引 言

射頻識別技術，是利用無線射頻方式在閱讀器和標簽之間進行非接觸雙向數據傳輸，達到目標識別和數據交換目的的技術；也是利用射頻方式進行非接觸雙向通信、交換數據，從而達到識別目的。RFID 技術具有精度高，適應環境能力強，操作快捷，使用壽命長，讀取距離大，標簽數據可加密，存儲數據容量大等優點。近些年來，射頻識別技術引入到智能交通、物流供應鏈、物聯網、停車場管理等領域，成為新時期的先進技術體現。智能交通物聯網是將傳感器技術、RFID技術、無線通信技術、數據處理技術、網絡技術、自動控制技術、視頻檢測識別技術、GPS信息發布技術等綜合用于整個交通運輸管理體系中，從而建立實時、準確、高效的交通運輸綜合管理和控制系統的資源網絡。

1 R FID 技術的組成及原理

射頻識別（Radio Frequency Identification,簡稱RFID）技術，是利用射頻通信實現的非接觸式自動識別技術，其特點為非接觸式雙向通信，具有定位、長期跟蹤管理、全天候信息采集等優點，且受環境影響較少。RFID 技術與互聯網、通訊等技術相結合，可實現全球范圍內的物品跟蹤與信息共享。

1.1 電子標簽

電子標簽由耦合元件和芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體目標對象上。電子標簽內的程序經過設定后可進行讀取和編寫。電子標簽的信息還可加入相關人員的數據信息，可按需要對數據分類管理，并可根據不同情況制作新的卡，電子標簽中的改寫內容可以通過一定方法加密保護。電子標簽中的芯片體積很小，可以印制在紙張、紡織品、塑料、木材、陶瓷、玻璃等材料上，厚度在0.35 mm 范圍內。電子標簽按供電方式分為無源標簽、有源標簽；按射頻識別系統工作頻率分為低頻標簽（30～300 kHz）、高頻標簽（3～30 MHz）、超高頻和微波標簽（300 MHz～3 GHz）。

1.2 閱讀器

閱讀器（Reader）又稱應答器、讀寫器、讀卡器等，它在射頻識別系統中起著關鍵作用。主要任務是：非接觸雙向與電子標簽通信，接收反射回來的信號，同時接收控制指令的來源，屬于主機系統。射頻識別系統的工作頻率取決于閱讀器的工作頻率，識別的有效距離也取決于閱讀器的工作頻率。閱讀器的讀或讀/寫裝置是根據使用的不同型號、使用范圍以及結構和技術的不同來選定的，它是信息處理中心和控制單元。

RFID閱讀器又稱讀出裝置，可讀取并識別電子標簽中保存的電子數據，達到自動識別物體的目的。閱讀器與電子標簽之間的通信是在無接觸方式下，利用交變磁場或電磁場的空間耦合、射頻信號調制與解調技術實現的。閱讀器除了提供與電子標簽進行數據傳輸的途徑外，還利用特定的算法對信號進行狀態控制、奇偶校驗、更正信息等。閱讀器根據使用的結構和技術不同可以是讀或讀/寫裝置，閱讀器可以是手持式或固定式。當前，閱讀器成本較高，大多只在單一頻率點工作。隨著技術的發展，閱讀器朝著小型化、便攜式、嵌入式、模塊化方向發展，成本將更低廉，并支持多個頻率點，尚能自動識別不同頻率的標簽信息。

1.3 天線

天線是RFID系統不可或缺的部件，它將電流信號轉變成電磁波信號發射出去，也將從電子標簽反射過來的電磁波信號轉變為電流信號發送給閱讀器。RFID系統中，能激活電子標簽的能量必須由閱讀器經過天線發射，才能形成電磁場，當電子標簽進入電磁場范圍就能被識別，所以閱讀器的可讀區域，就是天線形成的電磁場的覆蓋范圍。天線的作用是在標簽和讀寫器之間傳遞射頻信號。為使天線正常工作，它的尺寸必須與傳播波的波長一致，天線可以是無源器件，也可是有源器件。實際應用中，天線的形狀和相對位置也會影響到數據發射和接收，需由專業人員對天線進行設計和安裝。

1.4 R FID 工作原理

RFID 的工作原理可概述為：當裝有RFID 電子標簽的機動車駛入RFID閱讀器所發射的頻域范圍內，由RFID 閱讀器發出的發射信號經過天線發送給定頻率并加密的射頻信號給電子標簽，電子標簽的相應工作單元被接收到的能量喚醒或激活，則將電子標簽內的帶有加密的信息通過內部調制調節成相應射頻的信號發射出去，從而將電子標簽本身攜帶的信息傳送到RFID 閱讀器，閱讀器接收數據并解碼，又將提取出可用的識別碼再傳送到后臺進行處理工作，完成預先設定的功能；針對不同功能設定的應用系統軟件做出響應處理和控制，最后應用系統對閱讀器發出相應的響應指令，再由閱讀器接收到的響應指令來對電子標簽做出不同的讀寫指令操作。一套典型RFID 系統主要由電子標簽、閱讀器、RFID 中間件、應用系統軟件組成，一般情況下可將應用軟件和中間件合稱為應用系統，見圖1。

圖1 RFID 工作原理及組成圖

2 R FID 在智能交通物聯網中的應用

RFID技術是物聯網中的關鍵技術之一，也是物聯網感知層的基礎，起底層信息的采集作用；而信息采集可為后續的處理及信息服務提供依據。RFID 技術的特點主要有：非接觸式雙向通信，具有定位、長期跟蹤管理、可全天候信息采集等優點，且受環境影響較少，因此，RFID 技術在智能交通物聯網中具有較好應用前景。

RFID 最早應用是在二戰期間被美國用于識別判斷聯軍與敵方的戰機。后來因其具有容易識別、內容不能竄改等優點，被廣泛應用于物流行業中。目前交通領域，RFID主要用于公交車射頻卡、不停車收費、門禁系統管理、停車場管理、智能交通信號控制、公交車或特殊車輛的定位及電子站牌、交通流量檢測、交通路徑誘導、電子車牌等[1]。根據交通RFID 的可行性[2]可知，該技術用于智能交通系統中的實時動態采集交通基本信息具有一定優勢。

RFID技術是近幾年來發展較快的技術，與以往的視頻識別技術、地埋線圈、微波雷達等交通信息采集技術相比，RFID技術更具有優勢。它可將車牌號通過電子車牌的形式與RFID電子標簽[3]的ID號相聯系，存入到電子標簽內；安置在路網中的RFID檢測設備（閱讀器），可對通過該路段裝有電子標簽的車輛進行車輛身份信息、位置信息[4]以及其他交通信息（如車輛數、車輛位置、經過時間、速度等)的采集，并可實現違章自動處罰收費、自動查處違章車輛、記錄違章信息等功能[5]?，F時典型的工作頻率有:125 kHz、133 kHz、27.12 kHz、433 kHz、13.56 mHz、902～928 MHz，2.45 GHz、5.8 GHz等。具體參數見表1。

表1 R FID 系統不同頻率應用于交通的各領域

3 結束語

RFID技術用于智能交通物聯網中，既能充分發揮RFID技術擁有的特點，也能實現智能交通的實時信息溝通、實現資源共享、物與物相連，達到物聯網的目的。

[1] 王興文，黃礎章.RFID 技術在智能交通中的大規模應用模式分析[J].解決方案，2009(1)：20-24.

[2] 但雨芳，馬慶祿.RFID，GPS 和GIS 技術集成在交通智能監管系統中的應用研究[J].計算機應用研究，2009，26（12）：4628-4634.

[3] 張麗珍，李欣.基于RFID技術的實時交通信息采集處理技術[J].交通標準化，2007（12）：44-47.

[4] 趙泰洋，郭成安，金明錄.一種基于RFID原理的交通信息獲取系統與車輛定位方法[J].電子與信息學報，2010，32(11)：2612-2617.

[5] 肖維，徐任婷，陸林軍.基于RFID 的智能化城市公共交通系統信息采集與發布系統[J].道路交通與安全，2006，6(9)：25-28.