基于RFID在車牌識(shí)別技術(shù)的研究與應(yīng)用

摘 要：與傳統(tǒng)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)相比，射頻識(shí)別技術(shù)具有諸多優(yōu)勢。非接觸式讀取無需人為干預(yù)并且可以實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息更新，提高了自動(dòng)識(shí)別的速度，在汽車車牌識(shí)別中發(fā)揮著重要的作用。本文主要對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了簡單介紹，并對(duì)射頻識(shí)別技術(shù)在車牌識(shí)別方面的運(yùn)用進(jìn)行了分析，文章的最后對(duì)未來的發(fā)展進(jìn)行展望，并對(duì)文章進(jìn)行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：高頻信號(hào)能量；RFID；車牌識(shí)別；車牌管理；電子標(biāo)簽；自動(dòng)識(shí)別

中圖分類號(hào)：TP332.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）04-000-03

DOI：10.16667/j.issn.2095-1302.2024.04.002

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，射頻識(shí)別技術(shù)產(chǎn)業(yè)將成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增長點(diǎn)。RFID技術(shù)的研究和RFID產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義，因?yàn)樗鼘?duì)提高社會(huì)信息化水平，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，提高人民生活質(zhì)量，加強(qiáng)公共安全和國防安全都有重要影響。

進(jìn)入21世紀(jì)以來，RFID技術(shù)[1]開始普及，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，技術(shù)水平也越來越高。RFID技術(shù)可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)中的識(shí)別系統(tǒng)，這主要得益于軍事領(lǐng)域雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展；20世紀(jì)50年代，人們開始在實(shí)驗(yàn)室中探索RFID技術(shù)；20世紀(jì)六七十年代，射頻識(shí)別技術(shù)相關(guān)理論技術(shù)越來越成熟，逐步應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生活；20世紀(jì)八九十年代是RFID發(fā)展的黃金時(shí)代，技術(shù)進(jìn)一步突破，大量產(chǎn)品應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)；21世紀(jì)初，該技術(shù)在人們的生活中愈發(fā)重要。

1 RFID相關(guān)概述及系統(tǒng)組成

射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification， RFID）技術(shù)是一種利用射頻通信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，是基于無線電的信息識(shí)別技術(shù)。與條形碼相比，RFID技術(shù)具有更多的功能，因?yàn)樵诳拷黂FID讀寫器時(shí)，幾乎可以同時(shí)讀取多個(gè)標(biāo)簽，而且RFID標(biāo)簽可以包含更多的信息。射頻識(shí)別技術(shù)可以與互聯(lián)網(wǎng)和電子通信技術(shù)相結(jié)合[2]，在全球范圍內(nèi)跟蹤和共享信息。RFID技術(shù)可以應(yīng)用于交通管理、物流運(yùn)輸、信息服務(wù)等行業(yè)，以提高管理與運(yùn)營效率，降低成本[3]。

RFID系統(tǒng)主要由標(biāo)簽、讀寫器和天線三部分組成[4]，如圖1所示。一般讀寫器收集的數(shù)據(jù)信息將會(huì)傳送到后臺(tái)進(jìn)行處理。標(biāo)簽，也稱為電子標(biāo)簽[5]，由耦合元件和芯片組成，每一個(gè)電子標(biāo)簽有且只有一個(gè)電子編碼附著在目標(biāo)物體上，識(shí)別目標(biāo)對(duì)象信息，作為數(shù)據(jù)載體和應(yīng)答器。內(nèi)置芯片上的邏輯單元實(shí)現(xiàn)了待識(shí)別對(duì)象相關(guān)電子信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。RFID標(biāo)簽[6]的特點(diǎn)是體積相對(duì)較小、壽命長、可復(fù)用，可以進(jìn)行快速讀寫、非可視及移動(dòng)識(shí)別、多目標(biāo)識(shí)別、定位及長期跟蹤管理。讀寫器是用來讀取和寫入信息數(shù)據(jù)的設(shè)備，是電子標(biāo)簽與管理系統(tǒng)間的橋梁。讀寫器的讀取范圍可能會(huì)受到許多因素的影響，如頻率、天線增益、讀寫器天線的方向和極化、應(yīng)答器天線和位置[7]。為了實(shí)現(xiàn)非接觸式智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，射頻信號(hào)與相應(yīng)的電子標(biāo)簽交互，識(shí)別和讀取相應(yīng)被測物體上的標(biāo)簽內(nèi)容，然后把收集的數(shù)據(jù)內(nèi)容傳送到后臺(tái)系統(tǒng)進(jìn)行處理。天線主要用來傳輸標(biāo)簽和讀寫器之間的信號(hào)[8]。在射頻電路中，讀寫器以電磁輻射的形式通過天線向空間發(fā)送高頻信號(hào)能量，當(dāng)電子標(biāo)簽的天線進(jìn)入空間時(shí)接收電磁能量，但只是其中的一小部分。

2 傳統(tǒng)的車牌識(shí)別技術(shù)

傳統(tǒng)的車牌識(shí)別技術(shù)主要分為2種：基于字符分割的方法和基于特征提取的方法[9]。

基于字符分割的方法是將整個(gè)車牌圖像按照字符的形狀和大小進(jìn)行分割，然后對(duì)每個(gè)字符進(jìn)行識(shí)別，最終得到車牌號(hào)碼。該方法的特點(diǎn)是簡單易實(shí)現(xiàn)，但由于車牌中字符的大小和形狀變化較大，容易受到外部光照、角度等影響，識(shí)別率較低。基于特征提取的方法是通過對(duì)車牌圖像進(jìn)行特征提取，如顏色、紋理、形狀等，然后將提取的特征與已知的車牌特征進(jìn)行比對(duì)，得出車牌號(hào)碼。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于無須進(jìn)行字符分割，能夠較好地解決車牌字符變化和光照變化等問題。但由于特征提取過程中需要較大的計(jì)算量和較高的計(jì)算精度，因此實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。傳統(tǒng)的車牌識(shí)別技術(shù)已相對(duì)成熟，但仍然存在一些問題，例如對(duì)于光照變化、遮擋、反光等因素的適應(yīng)性不強(qiáng)，對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)車牌和特殊車牌的識(shí)別效果較差。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，射頻識(shí)別等新技術(shù)的應(yīng)用，車牌識(shí)別技術(shù)將得到更好的發(fā)展。

3 RFID技術(shù)在車牌識(shí)別的應(yīng)用及研究

3.1 RFID技術(shù)在車牌識(shí)別中的應(yīng)用

RFID技術(shù)在車牌識(shí)別中的應(yīng)用主要分為兩種方式：一種是利用RFID標(biāo)簽替代傳統(tǒng)的車牌識(shí)別，另一種是與傳統(tǒng)的車牌識(shí)別相結(jié)合，提高識(shí)別準(zhǔn)確率和速度。

3.1.1 利用RFID標(biāo)簽替代傳統(tǒng)的車牌識(shí)別[10]

傳統(tǒng)的車牌識(shí)別技術(shù)通常使用圖像識(shí)別技術(shù)，但由于環(huán)境和光線等因素的影響，往往會(huì)出現(xiàn)誤識(shí)別的情況。而利用RFID標(biāo)簽識(shí)別車輛則可以避免這些問題。將RFID標(biāo)簽粘貼在車輛的前擋風(fēng)玻璃上，讀寫器可以通過接收標(biāo)簽發(fā)出的信號(hào)識(shí)別車輛。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是識(shí)別準(zhǔn)確率高、速度快，并且不受環(huán)境和光線等因素的影響。但是需要注意的是，這種方式需要在所有車輛上安裝RFID標(biāo)簽，成本較高。

使用RFID標(biāo)簽進(jìn)行車輛識(shí)別的一般步驟如下：

（1）在車輛上安裝RFID標(biāo)簽：RFID標(biāo)簽通常安裝在車輛的擋風(fēng)玻璃上或車身其他易于識(shí)別的位置，標(biāo)簽中包含了車輛的唯一身份信息。

（2）安裝RFID讀寫器：RFID讀寫器通常安裝在道路上，車輛進(jìn)入RFID讀寫器的檢測范圍后，RFID讀寫器會(huì)檢測到車輛的RFID標(biāo)簽，并讀取標(biāo)簽中的信息。例如停車場的入口和出口、高速公路收費(fèi)站等，讀寫器通過接收RFID標(biāo)簽發(fā)射的無線電信號(hào)來讀取車輛的唯一身份信息。

（3）信息傳輸：車輛管理系統(tǒng)根據(jù)讀取的RFID標(biāo)簽信息來識(shí)別車輛的身份信息，例如車輛的品牌、型號(hào)、顏色、注冊(cè)信息等。RFID讀寫器將讀取的信息傳輸給車輛管理系統(tǒng)，系統(tǒng)通過分析和處理這些信息來確定車輛的身份。

（4）配置系統(tǒng)：將RFID讀寫器與車輛管理系統(tǒng)連接，將讀取的RFID標(biāo)簽信息與車輛信息進(jìn)行匹配，判斷車輛是否具有合法的停車資格、是否需要收取過路費(fèi)等。

（5）實(shí)時(shí)監(jiān)控：車輛管理系統(tǒng)可以對(duì)識(shí)別的車輛進(jìn)行監(jiān)控管理，例如記錄車輛進(jìn)入和離開的時(shí)間、位置、速度等信息，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和處理。

RFID進(jìn)行車輛識(shí)別的流程如圖2所示。

3.1.2 與傳統(tǒng)的車牌識(shí)別相結(jié)合

另一種方式是將RFID技術(shù)與傳統(tǒng)的車牌識(shí)別相結(jié)合，通過讀取RFID標(biāo)簽和車牌號(hào)碼進(jìn)行識(shí)別，提高識(shí)別準(zhǔn)確率和速度。讀寫器可以同時(shí)讀取車輛的RFID標(biāo)簽和車牌號(hào)碼，將兩個(gè)信息進(jìn)行比對(duì)，從而判斷車輛是否符合規(guī)定。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以克服傳統(tǒng)車牌識(shí)別方法存在的缺點(diǎn)，并且可以有效提高識(shí)別準(zhǔn)確率和速度。但需要注意的是，如果RFID標(biāo)簽損壞或者車輛上沒有RFID標(biāo)簽，則無法

識(shí)別。

3.2 RFID技術(shù)在車牌識(shí)別中的研究內(nèi)容

RFID技術(shù)在車牌識(shí)別中的研究內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）標(biāo)簽設(shè)計(jì)

RFID標(biāo)簽的設(shè)計(jì)對(duì)車牌識(shí)別的準(zhǔn)確率和速度具有重要影響。因此，研究人員需要設(shè)計(jì)一種能夠在車牌識(shí)別中發(fā)揮最佳作用的RFID標(biāo)簽。例如，在設(shè)計(jì)RFID標(biāo)簽時(shí)，需要考慮標(biāo)簽的大小、天線的長度、標(biāo)簽和天線的材料等。RFID標(biāo)簽的制造材料和工藝也需要考慮其使用環(huán)境和壽命要求。這些因素將直接影響到標(biāo)簽的讀取距離、識(shí)別準(zhǔn)確率和識(shí)別速度。RFID標(biāo)簽的安裝位置需要考慮讀取效果以及車牌的美觀性。一般而言，RFID標(biāo)簽應(yīng)該安裝在車牌的翹起處或者邊角處，避免標(biāo)簽間互相干擾。

（2）多標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)

在特定場合，如高速公路收費(fèi)站，會(huì)同時(shí)有多個(gè)車輛靠近，此時(shí)需要快速準(zhǔn)確地識(shí)別多個(gè)車輛。為了實(shí)現(xiàn)多車輛的快速識(shí)別，研究人員開發(fā)了一種基于RFID技術(shù)的多標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)。該技術(shù)可以同時(shí)讀取多個(gè)RFID標(biāo)簽的信息。

（3）識(shí)別算法優(yōu)化

RFID技術(shù)在車牌識(shí)別中的應(yīng)用需要依靠算法的支持，因此研究人員需要對(duì)RFID算法進(jìn)行優(yōu)化。該算法需要考慮標(biāo)簽讀取誤差、信號(hào)干擾等問題以及車牌信息的提取和匹配問題。例如，研究人員可以通過改進(jìn)RFID標(biāo)簽的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、優(yōu)化讀寫器的天線設(shè)計(jì)、改進(jìn)數(shù)據(jù)處理算法等來提高車牌識(shí)別的準(zhǔn)確率和速度。

（4）集成應(yīng)用

除了在車牌識(shí)別中的應(yīng)用，RFID技術(shù)還可以被應(yīng)用于車輛管理、停車管理等領(lǐng)域。因此，研究人員需要將RFID技術(shù)與其他技術(shù)進(jìn)行集成應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)更為全面的車輛管理。

4 未來研究展望

RFID技術(shù)在車牌識(shí)別方面有望成為未來的發(fā)展趨勢。相比傳統(tǒng)的車牌識(shí)別技術(shù)，RFID技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)。一方面，RFID技術(shù)使用無線電波通信，在數(shù)據(jù)傳輸過程中具有較高的安全性，可防止信息被非法竊取。另一方面，RFID技術(shù)能夠快速準(zhǔn)確地讀取車載標(biāo)簽上的信息，降低了因車牌字符變化和光照變化等因素導(dǎo)致的誤判率。該技術(shù)在讀取車輛信息時(shí)不受外部環(huán)境影響，識(shí)別準(zhǔn)確率穩(wěn)定。

射頻識(shí)別技術(shù)在車牌識(shí)別方面的應(yīng)用已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，未來還有許多可能的發(fā)展方向[11]。首先，隨著RFID技術(shù)的不斷進(jìn)步，芯片的讀取距離將會(huì)越來越遠(yuǎn)，讀取速度和精度也會(huì)不斷提高，這有助于RFID技術(shù)在車牌識(shí)別方面得到廣泛普及。其次，RFID技術(shù)可以結(jié)合其他識(shí)別技術(shù)如車牌識(shí)別、圖像識(shí)別等進(jìn)行綜合識(shí)別，以提高識(shí)別準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性。例如，RFID技術(shù)可以和車牌識(shí)別技術(shù)結(jié)合，通過識(shí)別車牌上的RFID芯片，來防止車牌偽造等欺詐行為。此外，RFID技術(shù)還可以通過與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)車輛信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。例如，RFID技術(shù)可以通過將車輛信息上傳到云端進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[12]，從而優(yōu)化車輛調(diào)度、減少交通擁堵等問題。最后，RFID技術(shù)還可以與智能化技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)車輛自主駕駛、智能路網(wǎng)等的發(fā)展。例如，RFID技術(shù)可以通過實(shí)時(shí)識(shí)別車輛信息，并與自動(dòng)駕駛系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)車輛的自主行駛。

5 結(jié) 語

通過對(duì)RFID標(biāo)簽設(shè)計(jì)、多標(biāo)簽識(shí)別技術(shù)、算法優(yōu)化和集成應(yīng)用等的研究，可進(jìn)一步提高車牌識(shí)別的準(zhǔn)確率和速度。這種技術(shù)具有安全性高、識(shí)別準(zhǔn)確率高和抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在智能交通、停車場管理、高速公路收費(fèi)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

未來的研究將集中在RFID技術(shù)的擴(kuò)展和優(yōu)化方面，以實(shí)現(xiàn)更加高效、智能化的車輛識(shí)別和管理，為交通領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步作出更多的貢獻(xiàn)。隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，相信RFID技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用將會(huì)更廣泛。

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收稿日期：2023-04-13 修回日期：2023-05-17

基金項(xiàng)目：寧夏重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2022BEG02016）；寧夏自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（2021AAC02004）