RFID技術在ETC系統中的應用分析

秦璽淳

摘 要：無線射頻識別技術（RFID）是一種新興的自動識別技術，目前在國內外各個領域得到了廣泛應用。本文以RFID技術為研究對象，以電子不停車收費（ETC）系統為例，通過對ETC系統的組成及工作流程的介紹，重點解釋RFID技術的原理和應用，并對未來的智能交通進行展望。

關鍵詞：RFID；ETC；物聯網；智能交通；技術原理

1 ETC系統

隨著我國汽車保有量的迅速增加，緩慢的高速公路人工收費（MTC）系統已經逐漸成為緩解交通壓力的一個障礙。為了從源頭上緩解高速公路交通壓力，20世紀90年代，我國開始引進一種全新的收費系統技術——電子不停車收費系統（簡稱ETC系統）。面對全國錯綜復雜的高速公路網，ETC聯網通行的需求也逐年增加，截止2015年9月底，全國29個省份已經實現了ETC聯網通行，極大緩解了我國的交通壓力。

1.1 ETC簡介

ETC系統是目前最先進的高速公路收費系統，車輛車窗上的車載單元（On-Board Unit，OBU）和ETC專用通道上的路側單元（Road-Side Unit，RSU）通過微波專用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）進行車輛自動識別、自動車型分類和收費信息傳輸，利用計算機網絡技術與銀行系統進行后臺收費結算，從而實現不停車全自動收費的電子收費系統。具體的構成如下圖所示：

1.2 ETC的構成與工作流程

一個完善的ETC系統由3級系統構成，它們分別是：收費車道系統、收費結算系統和收費站管理系統，這樣的組合使得高速公路對外界呈現一種相對封閉的狀態。正如上圖所示，ETC系統的核心部件有車窗前的電子標簽、車道旁的讀寫器、車道控制器、閘道、道路監控攝像機、車輛分離器、費用顯示牌、報警燈等，其中最重要的是電子標簽和讀寫器。

ETC系統的工作原理是：系統通過車道兩側的讀寫設備，識別車輛車窗前的電子標簽，判斷車道中的車輛車型，按照對應車型計算通行費用，從車主綁定的銀行賬戶中自動結算扣取通行費用，實現全自動不停車收費通行。對于車輛違章通行行為，ETC專用通道前安裝了攝像頭，可對車道上違章通行的車輛進行實時抓拍，上傳到相關系統，交警部門進行及時處理。具體工作流程是：

（1）當車輛行使進入ETC專用車道入口的讀寫器感應區域時，電子標簽內的感應線圈接收到讀寫器發送的微波信號產生微弱的感應電流，電子標簽被激活，向讀寫器傳送信息。

（2）電子標簽內存儲的信息以微波的方式通過天線傳輸出去，讀寫器接收到調制信號，進行解調和解碼處理后，再將信息傳輸到系統主機。

（3）系統主機對接受到的電子標簽的身份信息進行核對之后，對閱讀器發出控制信號，儲存車輛的進入信息，打開車輛閘道，指示燈由初始設定的紅色變為綠色，指示允許車輛通過。

（4）當車輛到達ETC車道出口讀寫器感應區域時，讀寫器再次確認車輛的詳細信息和進入時間，核對無誤后，系統計算通行費用，在費用顯示牌上呈現通行費數額，車道控制器將交易相關數據傳輸到收費結算系統和收費站，車輛離開通道，道閘關閉，指示燈變為紅色。

（5）如果車輛在未安裝電子標簽或安裝無效標簽的情況下進入ETC專用通行道，通道的讀寫器接受不到相關信息，指示燈會發出警報，道閘處于關閉狀態，禁止車輛通過，同時車道安裝的攝像機會抓拍到車輛的車牌號，最后上傳到交管部門。

2 RFID技術原理與組成

RFID（Radio Frequency Identification）即射頻識別，又稱為電子標簽，它利用電磁感應、無線電波等進行非接觸雙向通信，以達到電子信息識別和交換的目的。RFID具有非接觸式信息采集和處理的突出優勢，將它應用于ETC系統，能快速、準確、有效地識別通過ETC專用通道的電子標簽內存儲的車輛信息。

RFID技術由電子標簽、閱讀器和天線3部分構成。電子標簽由耦合元件和芯片組成，擁有唯一的電子編碼，一般附著在被識別物體上，車窗前的電子標簽內一般設有車輛的詳細信息，能量從閱讀器發出的射頻信號中獲取，它本身不具有工作能量；閱讀器是用來為電子標簽提供能量和接收讀取電子標簽內存儲的信息的設備，通過短程通信協議與系統主機進行通信，獲取電子標簽內的車輛信息，并進行數據解密，還可以將主機傳給標簽的信息進行加密傳輸；閱讀器和電子標簽之間的通信需要安裝天線才能進行最大的能量傳輸，使得電子標簽獲得能量進入被激活的工作狀態。

RFID系統的工作頻率主要有：低頻，125kHz；高頻，3.56MHz；甚高頻，869MHz；微波頻段，245GHz和5.8GHz等。一般來講，工作頻率越高，識別距離就越遠，方向性也越強，但其穿透能力越差。其中微波頻段的5.8GHz系統主要應用于交通領域，是我國高速公路聯網收費系統目前作為車輛識別標準的暫行標準。

3 ETC系統的優勢及改進

ETC系統相比較傳統的半自動人工收費（MTC）系統優勢突出，主要體現在以下兩個方面。

3.1 提高通行效率，降低運營成本

據相關數據顯示，在高速公路收費站，人工收費通道車輛繳費通行時間為14秒，而ETC專用通道只需要2秒，通行能力是人工收費通道的5倍以上，在交通繁忙的高速公路入口將極大減小交通壓力。同樣，1條ETC通道的通行能力相當于5條以上的人工收費通道的通行能力，投入ETC通道使用，可以減少收費站的擴建費用和收費工作人員服務成本，大大降低了運營成本。

3.2 減少燃油消耗，降低環境污染

ETC通道的不停車收費減少了汽車因為排隊而頻繁的啟動、剎車次數，使得平均每輛車經過收費路口減少0.0314升的油耗，明顯降低收費區域的噪聲污染和廢氣排放。

于此同時，ETC系統由于本身的特點，還需要做出一些改進。首先，我國的ETC系統相對發達國家來講起步很晚，使用的ETC設備主要靠國外進口，由于不同廠商設計的標準不同，造成兼容性較差；其次，我國幅員遼闊，共有34個省級行政區域，他們各自為政，制定了差異不一的各類標準，缺乏統一的協調與管理；另外，由于RFID技術的特點，ETC系統容易出現干擾，例如跟車干擾和鄰道干擾；最后ETC系統實現整個通行收費流程全自動進行，對通訊系統和電力系統依賴極大，一旦通訊系統和電路系統出現故障，很容易造成系統崩潰。ETC系統存在的這些缺陷，需要我國各部門之間進行協調處理，制定統一的設備、管理標準，實現全國聯網通行；克服ETC系統中存在的技術難題；定期做好ETC的維護升級，修復系統漏洞，防止黑客攻擊；探索新技術，不斷完善系統功能，例如脫機功能，在通訊和電力系統故障時，ETC也能正常工作，待通訊和電力系統恢復時，再將交易信息進行上傳。只有這樣，我國才能在交通信息化的推動下，逐漸發展成為智能交通大國。

4 總結

RFID技術已經應用于各領域中，作用突出，技術成熟，逐漸占據了主流地位，成為21世紀全球自動識別技術發展的主要方向之一。而RFID在ETC系統中的應用，逐漸緩解了高速公路收費站交通堵塞的現象，為全面實現以交通信息化為主的智能交通提供了突破口。雖然我國在較長時間內，采用的是ETC和MTC共存的收費方式但是隨著RFID技術的不斷完善升級，以RFID技術為主的ETC系統將會加大力度應用于更多的路橋收費站中，增加ETC的通道數量，最終實現全面ETC通道，為人們在交通領域生活的快速、便捷謀得福祉。

參考文獻

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（作者單位：河南省鶴壁高中）