畢業(yè)論文---淺析高速公路自動收費系統(tǒng)

1、<p>　　淺析高速公路自動收費系統(tǒng)</p><p>　　系（分院）： </p><p>　　專業(yè)班 級： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號：

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　二○一○年 五月四日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主要探討射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)在高速公路上的設計與實現(xiàn)。論文首先對當今高速公路的收費系統(tǒng)的

3、現(xiàn)狀進行簡單的闡述，然后提出射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)在高速公路上的設計與實現(xiàn)。再詳細介紹該系統(tǒng)的組成及原理。</p><p>　　關鍵詞：射頻；收費系統(tǒng)； 高速公路。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The article mainly discusses frequency automatic id

4、entification no-waiting toll collection system in highway design and implementation. The paper first current highway system status then puts forward the simple automatic identification of rf no-waiting toll collection sy

5、stem in highway design and implementation. More detailed introduces the composition and principle of the system.</p><p>　　Key words：radio frequency；toll collection system；highway；</p><p><b&g

6、t;　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1 高速公路收費系統(tǒng)的現(xiàn)狀1</p><p>　　2 射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)1</p><p>　　2.1自動識別技術的發(fā)展1</p><p>　　2.2 射頻識別系統(tǒng)結構及工作原理

7、2</p><p>　　2.2.1射頻識別系統(tǒng)結構2</p><p>　　2.2.2射頻識別工作原理2</p><p>　　3 射頻技術在高速公路收費系統(tǒng)中的應用4</p><p>　　3.1 系統(tǒng)可行性研究4</p><p>　　3.2 系統(tǒng)的結構4</p><p><b&g

8、t;　　4 結束語6</b></p><p><b>　　謝辭6</b></p><p><b>　　參考文獻7</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　智能交通系統(tǒng)是21世紀現(xiàn)代交通運輸體系的發(fā)展方向, 是國家“ 十五”重點攻關

9、項目, 同時又是科技部創(chuàng)新基金重點支持項目, 本文介紹智能交通系統(tǒng)中較成熟的部分—高速公路收費系統(tǒng)。</p><p>　　1 高速公路收費系統(tǒng)的現(xiàn)狀</p><p>　　隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展，加快高速公路的建設步伐，我國的大部分地區(qū)已經(jīng)形成了一個四通八達的高速公路網(wǎng)，高速公路無論在貨運還是客運方面都起著越來越重要的作用。隨著高速公路里程和交通量的不斷增加，如何進一步加強高速公路的管理水平

10、，提高其運營效率，成為高速公路管理研究的重要內容。建設和優(yōu)化高速公路收費是高速公路管理的重要任務之一，直接影響高速公路通行的效率和運營的經(jīng)濟效益，為了保證投資效益和通行安全，高速公路都設立了許多收費站和交通監(jiān)控中心，過多的設立收費站，又降低了高速公路通行的效率。近年來，隨著公路交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，公路收費系統(tǒng)開始由人工向自動化方向發(fā)展，有效地降低了公路、橋梁等收費處的車輛阻塞率。但目前各種收費系統(tǒng)仍有不盡如人意的地方，有的磁卡或接觸式I

11、C卡系統(tǒng)要求車輛必須停車才能進行收費作業(yè)，射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)是解決高速公路自動收費問題的一種有效可行的方法，實現(xiàn)了高速公路不停車收費。它能有效解決高速公路收費處車輛堵塞問題，具有較強的實用性。</p><p>　　2 射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)</p><p>　　2.1自動識別技術的發(fā)展</p><p>　　自動識別技術是20世紀70年代發(fā)展起來的集光、機

12、、電、計算機等技術為一體的高新技術，是數(shù)據(jù)自動采集、自動輸入的基礎，是計算機“實時”處理的重要技術保障。自動識別技術包括：條碼識別技術、射頻識別技術、生物識別技術、磁及智能卡識別技術、光字符識別技術等。這之中有的技術尚在發(fā)展之中，技術還不成熟，對于已經(jīng)投入大規(guī)模應用的幾種自動識別技術，如條碼、磁卡、IC卡等。</p><p>　　射頻識別（RFID,即Radio Frequency Identification）

13、技術是最近幾年發(fā)展起來的現(xiàn)代自動識別技術，RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，只有兩個基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器（或閱讀器）和很多應答器（或標簽）組成。它最突出的特點是可以非接觸識讀（識讀距離可從十厘米至幾十米）

14、、可識別高速運動物體、抗惡劣環(huán)境、保密性強、可同時識讀多個識別對象等。</p><p>　　2.2 射頻識別系統(tǒng)結構及工作原理</p><p>　　2.2.1射頻識別系統(tǒng)結構</p><p>　　典型的射頻識別系統(tǒng)包括射頻卡和讀寫器，同時還包括其他一些部件，比如天線、智能控制設備、編程器等。</p><p><b>　　(1) 射頻

15、卡</b></p><p>　　射頻卡（簡稱RFID卡、RF卡）是基于射頻設別技術的智能卡，是一種以無線方式傳送數(shù)據(jù)的集成電路卡片，它具有數(shù)據(jù)處理及安全認證功能等特有的優(yōu)點。</p><p><b>　　(2) 讀寫器</b></p><p>　　讀寫器也稱收發(fā)器或詢問器，它由發(fā)射單元、接收單元、信號處理控制單元和電源等組成。它通過

16、天線想射頻卡發(fā)送射頻調制信號（也稱詢問信號），同時通過天線接收從射頻卡返回的載有射頻卡中信息的射頻調制信號（也稱應答信號），經(jīng)過處理后傳給智能控制設備。</p><p><b>　　(3) 天線</b></p><p>　　天線完成射頻信號的發(fā)射和接收，是射頻卡與閱讀器之間傳輸數(shù)據(jù)的發(fā)射、接收裝置。</p><p>　　(4) 智能控制設備&l

17、t;/p><p>　　智能控制設備完成RFID信號的控制、處理、顯示和傳輸，它由計算機和控制單元組成，它既有計算機的功能，也有自動控制功能。</p><p><b>　　(5) 編程器</b></p><p>　　編程器是向射頻卡寫入數(shù)據(jù)的裝置。</p><p>　　2.2.2射頻識別工作原理</p><

18、p>　　射頻識別系統(tǒng)三個基本部分：RF卡（射頻卡），天線，讀寫單元，如圖1所示</p><p>　　圖1 射頻識別系統(tǒng)工作原理</p><p>　　讀寫單元發(fā)出微波查詢信號時，安裝在被識別物體上的射頻卡接收到的部分微波的能量轉換為直流電，供射頻卡內部電路工作，而將另外部分微波通過自己的微波天線反射回讀寫單元，由射頻卡反射回的微波信號攜帶射頻卡內部儲存的數(shù)據(jù)信息。反射回的微波信號經(jīng)讀寫

19、單元進行數(shù)據(jù)處理后，得到射頻卡內儲存的識別代碼信息。</p><p>　　圖2 射頻卡工作過程</p><p>　　射頻卡的工作過程（如圖2所示）：</p><p>　?。俣ㄉ漕l卡的讀寫電壓分別為2V和15V，同時射頻卡會有所不同）</p><p>　?。?）讀寫器不斷向周圍發(fā)一組固定頻率的電磁波。</p><p&g

20、t;　　（2）射頻卡內有一個LC串聯(lián)諧振電路，當它進入讀寫器的工作區(qū)域內，而且頻率與讀寫器發(fā)送的頻率相同，這樣，在電磁激勵下，LC諧振電路長生共振。</p><p>　?。?）共振使卡內的電容有了負荷，在電容的另一端，接有一個單向導通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內存儲，當所積累的電荷達到2V時，此電容可作為電源為集成電路提供工作電壓。</p><p>　　（4）CMOS集成電路中

21、的有關控制邏輯電路對接收到的信號進行解碼。</p><p>　?。?）根據(jù)解碼信息判斷讀寫器發(fā)來的命令要求，若是讀取信息則控制邏輯電路從存儲器中讀取有關信息：若是修改信息則有關控制邏輯啟動電壓泵將2V工作電壓提升到15V，以便對存儲器中內容進行重新寫入編程。</p><p>　?。?）當電容放電時，射頻卡內的發(fā)射電路就將從存儲器中讀取的信息及相關的信息發(fā)送給讀寫器。</p>

22、<p>　　（7）讀寫器對接收到的信息進行處理。</p><p>　　3 射頻技術在高速公路收費系統(tǒng)中的應用</p><p>　　3.1 系統(tǒng)可行性研究 </p><p>　　一般來說對于公路收費系統(tǒng)，車輛的大小和形狀不同，需要大約4m的讀寫距離和很快的讀寫速度，也就要求系統(tǒng)的頻率應該在900MHz和2500MHz。射頻卡一般在車的擋風玻璃后面?，F(xiàn)在最現(xiàn)實

23、的方案是將多車道的收費口分兩個部分：自動收費口、人工收費口。天線架設在道路的上方。在距收費口約50-100m處，當車輛經(jīng)過天線時, 車上的射頻卡被頭頂上的天線接收到, 判別車輛是否帶有有效的射頻卡。讀寫器指示燈指示車輛進人不同車道。人工收費口仍維持現(xiàn)有的操作方式。進人自動收費口的車輛, 養(yǎng)路費款被自動從用戶賬戶上扣除,且用指示燈及蜂鳴器告訴司機收費是否完成, 不用停車就可通過, 擋車器將攔下惡意闖人的車輛。</p><

24、;p><b>　　3.2 系統(tǒng)的結構</b></p><p>　　方案主要分為智能卡收費子系統(tǒng)和車道實時控制子系統(tǒng)。實時控制子系統(tǒng)模塊結構如圖3所示。</p><p>　　圖3 車道實時控制子系統(tǒng)模塊結構</p><p>　　通過RFID技術獲取通過車輛的牌照號、車型、所屬用戶和銀行專用賬戶等數(shù)據(jù), 并由車道實時控制子系統(tǒng)將車道攝像機獲

25、取的車輛圖像, 經(jīng)數(shù)字化處理后核對實際牌照號與車載信息卡的牌照號是否相符，若相符且為合法車輛, 則車道實時控制子系統(tǒng)控制指揮車輛通行, 其通行費通過計算機網(wǎng)絡從用戶在銀行開設的專用賬戶中自動交納,從而實現(xiàn)不停車自動收費。</p><p>　　系統(tǒng)工作過程可用圖4描述。</p><p>　　圖4 車道實時控制收費系統(tǒng)工作過程 </p><p>　　不停車收費系統(tǒng)管理

26、中心負責管理和監(jiān)控一條或一個區(qū)域內高速公路的不停車收費站, 并將每日收費信息自動分類匯總后通過通信網(wǎng)絡與銀行網(wǎng)絡系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換, 以便銀行從用戶在銀行開設的專用賬戶中收取相應的費用、轉人相應的業(yè)主專用賬戶, 并將從銀行網(wǎng)絡收到的黑名單下發(fā)給各不停車收費站, 再由不停車收費站下發(fā)給各車道子系統(tǒng), 從而保證整個高速公路不停車收費系統(tǒng)能夠正常地循環(huán)運行。系統(tǒng)總體結構如圖5所示</p><p>　　圖5 不停車收費系統(tǒng)

27、管理中心總體結構圖</p><p><b>　　4 結束語</b></p><p>　　無論從交通工程的角度還是從智能運輸系統(tǒng)的角度看待, 先進的電子收費技術對于我國公路運營管理效率和公路通行服務水平提高有很大的潛力, 根據(jù)國家關于信息技術推進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術進步的總思路, 電子收費技術逐步在中國得到應用和采納是必然的本文對射頻技術在高速公路收費中的應用做了較深入的探討,

28、 為解決高速公路收費問題提供了有益的參考。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　走的最快的總是時間，來不及感嘆，大學生活已近尾聲，三年多的努力與付出，隨著本次論文的完成，將要劃下完美的句號。</p><p>　　飲其流時思其源，成吾學時念吾師，在此論文完成之際，謹向我尊敬的老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。在學業(yè)階段

29、，老師都將他們的知識、經(jīng)驗心得毫無保留的傳授給我們，給我們耐心的指導，并給我們搭建了良好的學習平臺。在生活和思想方面，老師給予我們慈母般的細心關懷與循循善誘的教誨，使我們深切感受到一個成功的人士首先是學會做人。無法用言語形容感激，惟愿師生情誼一生延續(xù)。</p><p>　　通過此次的論文，我學到了很多知識，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學的體制束縛，在論文的寫作過程中，通過查資料和搜集有關的文獻，培養(yǎng)了自學能力和動手能力

30、。并且由原先的被動的接受知識換為主動的尋求知識，這可以說是學習方法上的一個很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學習模式下，我們可能會記住很多的書本知識，但是通過畢業(yè)論文，我們學會了如何將學到的知識轉換為自己的東西，學會了怎么更好的處理知識和實踐相結合的問題。</p><p>　　在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機會向在這四年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師表示由衷的謝意，感謝他們四年來的辛勤栽培。不積跬步何以至千里，各位任課老師

31、認真負責，在他們的悉心幫助和支持下，我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設計中得以體現(xiàn)，順利完成畢業(yè)論文。</p><p>　　同時，在論文寫作過程中，我還參考了有關的書籍和論文，在這里一并向有關的作者表示謝意。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]楊兆升.智能運輸系統(tǒng)概論.人民交通出版社,2003年1月&l

32、t;/p><p>　　[2]吳永輝,張遠見,劉豐華,鄧洪波.不停車收費中的電子標簽[J].電子技術,2005(5):39-41</p><p>　　[3]劉勇.不停車收費系統(tǒng)簡介[J].公路交通技術,2005(3):166-167　</p><p>　　[4]陳紅偉智能化監(jiān)控在公路不停車收費系統(tǒng)中的應用[J].應用科技,2001.</p><p>