物聯(lián)網(wǎng)在公路收費系統(tǒng)中的應(yīng)用畢業(yè)論文

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1高速公路收費系統(tǒng)的現(xiàn)狀2</p><p>　　2 RFID工作原理3</p><p><b>　　2.1硬件組成3</b></p>&

2、lt;p>　　2.2不停車收費系統(tǒng)構(gòu)成3</p><p>　　2.3基本工作原理4</p><p>　　2.4 RFID綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)5</p><p>　　2.4.1 RFID在收費中的應(yīng)用6</p><p>　　2.4.2交通流檢測7</p><p>　　2.4.3車輛路徑識別管理7</p

3、><p>　　2.4.4 RFID在聯(lián)網(wǎng)收費中的拆賬管理8</p><p>　　3射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)9</p><p>　　3.1自動識別技術(shù)的發(fā)展9</p><p>　　3.2射頻識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理9</p><p>　　3.2.1射頻識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)9</p><p>　　3.

4、2.2關(guān)于只讀形式的不停車收費系統(tǒng)10</p><p>　　3.2.3射頻識別工作原理11</p><p>　　3.2.4方案設(shè)計12</p><p>　　4 射頻技術(shù)在高速公路收費系統(tǒng)中的應(yīng)用14</p><p>　　4.1系統(tǒng)可行性研究14</p><p>　　4.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)14</p>

5、<p><b>　　結(jié)束語16</b></p><p><b>　　參考文獻17</b></p><p><b>　　致謝18</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p>　　近年來,高速公路交通管理是公安交管

6、部門的主要職能之一,對于保證道路交通系統(tǒng)高效、暢通、安全運行具有重要作用。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展,城市機動車數(shù)量急劇增長,高速公路上局部堵塞以及事故頻發(fā)問題越來越突出,已成為制約各城市間經(jīng)濟發(fā)展的主要瓶頸之一,也是各級政府部門和社會公眾關(guān)注的熱點問題。如何緩解上述問題,是公安交管部門迫切需要解決的難題,為解決這些問題,在高速公路上采用不停車收費方式,就顯示出巨大的優(yōu)越性。射頻識別 (radio frequency identific

7、ation, RFID)技術(shù)是20世紀90年代開始興起并逐漸走向成熟的一種自動識別技術(shù)。它是利用射頻信號通過空間耦合實現(xiàn)非接觸信息傳遞,并通過所傳遞的信息達到識別的,該技術(shù)具有識別高速移動物體、多目標識別和非接觸識別等特點,由于它有非接觸性,存儲容量大,識別速度快,可以多卡識別等優(yōu)于其它自動識別技術(shù)的特性,被認為是21世紀最具有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一,在近年來受到人們的廣泛重視。</p><p>　　早在上世紀

8、80年代初，射頻識別技術(shù)就由美國國防部和世界第一大商品零售商沃爾瑪公司首先提出并進行研究。目前，隨著RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，與RFID相關(guān)的應(yīng)用也大量涌現(xiàn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、商業(yè)自動化和交通運輸控制管理，汽車火車等交通實時監(jiān)控，停車場管理系統(tǒng)，物流管理，流水線生產(chǎn)自動化，安全出入檢查，倉庫管理，動物管理，車輛防盜等諸多領(lǐng)域。目前應(yīng)用得最成功的領(lǐng)域是物流管理和商品交通領(lǐng)域。RFID技術(shù)及其應(yīng)用正處于迅速上升的時期，而其在交通物流行業(yè)

9、的應(yīng)用，更是為通信技術(shù)提供了一個嶄新的舞臺，將成為未來電信業(yè)有潛力的利潤增長點之一。</p><p>　　2004年底，中國高速公路已達3.4萬公里，國務(wù)院通過的《國家高速公路規(guī)劃》中，高速公路將達8..5萬公里。高速公路的快速發(fā)展，仍不能進解決一些問題，反而使這些問題更加突出——如高速公路的通行能力、環(huán)境污染、以及現(xiàn)金交易帶來的一些弊病等一系列問題。據(jù)資料統(tǒng)計，僅廣州地區(qū)1996年停車等待交通損失的車時數(shù)就達數(shù)

10、百萬小時，由此導(dǎo)致的汽油浪費上億元之多。</p><p>　　解決上述問題，射頻技術(shù)將是最終的發(fā)展趨勢。有關(guān)經(jīng)驗表明，一條具有讀寫功能的RFID設(shè)備組成的ETC車道的處理速度是人工收費速度的4~5倍，可以極大地改善交通條件，提高道路的通行能力和服務(wù)水平，有效地減輕收費人員的勞動強度，改善工作環(huán)境。</p><p>　　1.1高速公路收費系統(tǒng)的現(xiàn)狀</p><p>　

11、　隨著國家經(jīng)濟的不斷發(fā)展，加快高速公路的建設(shè)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，提高其運營效率，成為高速公路管理研究的重要內(nèi)容。建設(shè)和優(yōu)化高速公路收費是高速公路管理的重要任務(wù)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(shè)立了許多收費站和交通監(jiān)控中心，

12、過多的設(shè)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IC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&g

13、t;<p>　　2 RFID工作原理</p><p><b>　　2.1硬件組成</b></p><p>　　最基本的RFID系統(tǒng)由三部分成：</p><p>　　標簽（Tag）: 又稱為射頻標簽、應(yīng)答器、數(shù)據(jù)載體。由耦合元件及芯片組成，每個標簽不由唯一的電子數(shù)據(jù)，附著在物體上的標示目標對象。</p><p&g

14、t;　　讀寫器（Readrer）：也稱為閱讀器。用以產(chǎn)生發(fā)射無線電射頻信號并接收由電子標簽反射回的無線電射頻信號，經(jīng)處理后獲取標簽數(shù)據(jù)信息，有時還可以寫入標簽信息的設(shè)備。讀寫器的收發(fā)距離可長可短，根據(jù)它本身的輸出功率和使用頻率的不同，從幾厘米到幾十米不等。</p><p>　　天線(Antenna)：在標簽和讀寫器間傳遞射頻信號、控制數(shù)據(jù)的獲取和通訊，一般而言，天線都會與讀寫器整合在一起，可設(shè)計為手持式或固定式。

15、</p><p>　　2.2不停車收費系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　聯(lián)網(wǎng)收費是當(dāng)前收費的主要方式，而ETC系統(tǒng)是聯(lián)網(wǎng)收費的組成部分。ETC系統(tǒng)包括站級子系統(tǒng)和車道級子系統(tǒng)兩部分，其中車道級子系統(tǒng)負責(zé)實現(xiàn)ETC車道的電子不停車收費，站級子系統(tǒng)負責(zé)后臺的ETC交易數(shù)據(jù)服務(wù)、運營參數(shù)管理以及系統(tǒng)運行監(jiān)控，并通過數(shù)據(jù)接口軟件，在站級實現(xiàn)ETC系統(tǒng)與聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理工作[6]。</p&g

16、t;<p>　　在各個設(shè)備中，電子標簽讀寫天線通過RS232串行線接到位于收費亭的車道計算機上，讀寫天線與車載電子標簽之間的信息交換由應(yīng)用程序直接控制；其它設(shè)備如自動欄桿、費額顯示器、車道通行燈、車輛檢測器等設(shè)備通過車道控制器與車道計算機連接；視頻信號通過字符疊加器疊加在過車信息后傳遞到收費站的監(jiān)視器上。ETC車道系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖2-1所示。</p><p>　　RS232TCP/IP</p

17、><p><b>　　RS232</b></p><p><b>　　RS232</b></p><p>　　檢測線圈 抓拍線圈 落桿線圈</p><p>　　圖 2-1 ETC 車道系統(tǒng)構(gòu)成圖</p><p><b>　　2.3基本工作原理&l

18、t;/b></p><p>　　當(dāng)標簽進入磁場時，接收到讀寫器通過天線發(fā)送的一定頻率的射頻信號，就能產(chǎn)生感應(yīng)電流從而獲得能量，發(fā)送出存儲在芯片中的自身編碼等信息（被動式標簽），或者主動發(fā)送某一頻率的信號（主動式標簽）,讀寫器讀取相關(guān)信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。這樣，讀寫器通過天線可實現(xiàn)無接觸地讀取并識別標簽中所保存的電子數(shù)據(jù)，從而達到自動識別物體的目的。發(fā)生在閱讀器和電子標簽之間的射頻信

19、號的耦合類型有兩種：</p><p>　　1） 電感耦合。變壓器模型，通過空間高頻交變磁場實現(xiàn)耦合，依據(jù)的是電磁感應(yīng)定律。</p><p>　　2） 電磁反向散射耦合：雷達原理模型，發(fā)射出去的電磁波，碰到目標后反射，同時攜帶回目標信息，依據(jù)的是電磁波的空間傳播規(guī)律。</p><p>　　當(dāng)車輛進入通信范圍時，首先壓到觸發(fā)線圈，啟動讀寫天線；讀寫天線與電子標簽（車載

20、機+CPU卡）進行通信，判別車輛電子標簽是否有效，如有效則進行交易，無效則報警并保持車道關(guān)閉，直到車輛離開檢測線圈；如交易成功，系統(tǒng)控制欄桿抬升，通行信號燈變綠，費額顯示牌上交易信息；車輛通過抓拍線圈時，系統(tǒng)進行圖像抓拍，字符疊加器將過車信息疊加到抓拍圖像中；車輛通過落桿線圈后，欄桿自動回落，通行信號燈變紅；系統(tǒng)保存交易記錄，并將其上傳至收費站服務(wù)器中，等待下一輛車進入[7]。具體過車流程如圖2-2所示。</p><

21、p>　　2.4 RFID綜合管理系統(tǒng)架構(gòu)</p><p>　　基于整個高速公路已建立的通信網(wǎng)，實現(xiàn)高速公路收費管理、車輛路徑識別管理和道路擁擠情況管理。 </p><p>　　高速公路信息化的進程正以前所未有的規(guī)模和速度影響著高速公路的管理決策。眾多系統(tǒng)為信息化管理提供了大量有關(guān)收費、監(jiān)控等方面的信息，但由于各個系統(tǒng)之間不兼容而導(dǎo)致信息孤島現(xiàn)象。快速和準確地獲取高速公路上的各種信息以

22、便作出相應(yīng)的決策，已日益成為高速公路管理決策關(guān)注的焦點。目前，大多數(shù)高速公路使用的各種信息系統(tǒng)均使用傳統(tǒng)的封閉式技術(shù)和標準。如收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)等，均由不同的廠商用各自不同的技術(shù)和標準生產(chǎn)，而且互相獨立和封閉，各種信息無法匯集、分析和監(jiān)控，從而導(dǎo)致高速公路綜合管理成本上升，決策風(fēng)險加大。 </p><p>　　RFID綜合管理系統(tǒng)就是針對這一問題而設(shè)計和開發(fā)的。在充分考慮高速公路現(xiàn)有信息

23、系統(tǒng)整合的復(fù)雜性和未來新增系統(tǒng)不確定性的情況下，實施完全開放式的設(shè)計原則，整合了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、RFID技術(shù)、收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等功能模塊，從而構(gòu)建高速公路管理的統(tǒng)一平臺。 </p><p>　　2.4.1 RFID在收費中的應(yīng)用</p><p>　　RFID在收費中的應(yīng)用體現(xiàn)為不停車收費?！安煌＼囀召M”是交通部倡導(dǎo)的收費技術(shù)的重要發(fā)展方向。不停車收費系統(tǒng)可以減少不必要的啟、停車次數(shù)，不僅可以

24、加快汽車行駛速度，節(jié)省車輛在收費車道的通行時間，還能降低車輛燃油消耗，減少汽車尾氣排放量，促進環(huán)境的改善。本系統(tǒng)將在半自動聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)開發(fā)的基礎(chǔ)上，進行不停車收費系統(tǒng)的研究、開發(fā)和試點工作，重點是車輛自動識別系統(tǒng)、車型自動分類系統(tǒng)和違章稽查系統(tǒng)，并不斷擴大不停車收費系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。不停車收費系統(tǒng)是傳統(tǒng)的交通行業(yè)與目前較為先進的信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是未來公路收費系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。與現(xiàn)行的人工收費、半自動收費相比，它具有明顯的優(yōu)勢。它可以提

25、高服務(wù)質(zhì)量，提高客戶滿意度；最大限度地緩解收費站處的交通瓶頸，避免因收費效率低而引起的交通堵塞和車輛延誤；整個收費過程中取消了人員的介入，可避免因個別收費員服務(wù)態(tài)度不佳造成的客戶不滿；系統(tǒng)的建成將降低運營成本，降低收費人員和財務(wù)人員的工作量，減少系統(tǒng)運行所必需的人力成本；同時，減少管理環(huán)節(jié)，降低管理成本；可減少車輛在收費口不必要的燃油消耗，降低收費口的噪聲水平和廢氣排放，減輕車輛對環(huán)境的污染程度，達到節(jié)約能源、保</p>

26、<p>　　車道系統(tǒng)的工作流程如下： </p><p>　　收費車輛進入到不停車收費車道工作區(qū)后，車道控制系統(tǒng)的控制天線控制器和天線(統(tǒng)稱電子標簽讀寫設(shè)備)向車道的特定區(qū)域發(fā)出微波信號，喚醒電子標簽；電子標簽發(fā)射出本身數(shù)據(jù)信息，如發(fā)卡商(發(fā)卡銀行)編號、車輛的車牌號、車類參數(shù)、電子標簽號等標識信息；車道控制系統(tǒng)控制電子標簽讀寫設(shè)備接收被喚醒的電子標簽發(fā)射的數(shù)據(jù)，分析出車輛的標識信息(車牌號碼、車輛類型參

27、數(shù)和人口收費站號)；對進入收費車道的車輛進行電子標簽的合法性校驗，并根據(jù)校驗結(jié)果進行下一步操作。 </p><p>　　采用RFlD可防止不同車輛之間換卡。不同車輛(特別是長途車隊車)之間可以通過交換通行卡(票)來逃避應(yīng)繳的通行費。高速公路的服務(wù)區(qū)、加油站、隧道口等經(jīng)常成為換卡頻繁的地點。傳統(tǒng)的收費系統(tǒng)和管理措施都很難發(fā)現(xiàn)和杜絕這種現(xiàn)象。采用RFID后，車輛之間很難換卡；即使2輛車換卡，也不影響通行費的收取額度。

28、 </p><p>　　2.4.2交通流檢測</p><p>　　隨著高速公路上車流量不斷增加，高速公路的交通狀況日趨擁擠，故解決交通問題不能只依賴于修路，而是應(yīng)加強交通指揮、控制、疏導(dǎo)，提高道路利用率，因此深挖現(xiàn)有交通潛能也是非常重要的。而基于RFID技術(shù)的實時交通檢測，為管理人員及時掌握道路交通狀況(暢通、擁擠和阻塞)提供了快捷途徑，并可及時發(fā)布交通誘導(dǎo)信息，疏導(dǎo)交通。 </p&

29、gt;<p>　　目前，常用的道路車流檢測一般為線圈車輛檢測器和視頻車輛檢測器。線圈地下埋置技術(shù)的優(yōu)點是已經(jīng)成熟，易于掌握，計數(shù)非常精確；缺點是安裝過程對可靠性和壽命影響較大，修理或安裝時會中斷交通并且會影響路面壽命，易被重型車輛、路面修理等損壞。視頻車檢是最近發(fā)展起來的一種車流檢測技術(shù)，在進行路面維修時一般不影響它的使用，但車流的檢測進度，以及其較高的故障率，限制了其大規(guī)模的推廣應(yīng)用。 </p><p

30、>　　RFID技術(shù)為道路車流檢測提供了一種可行方案。檢測車流量、分車型、確定道路暢通情況、確定車輛位置等便于高速公路的綜合管理，應(yīng)用RFID后其綜合成本也會隨之降低，因為綜合應(yīng)用可以省掉高速公路為獲得車輛信息所增加的其他設(shè)備。</p><p>　　2.4.3車輛路徑識別管理</p><p>　　隨著高速公路越修越多，聯(lián)網(wǎng)收費的路段出現(xiàn)了網(wǎng)狀分布，這給確定車輛的行走路線帶來了很大困難

31、。例如在山東，高速公路已成網(wǎng)狀，且歸數(shù)家公司經(jīng)營管理。目前，一般采用最短路徑收取通行，進行通行費拆帳，這就造成了一定的通行費流失與拆帳糾紛。例如，A點到B點有2條路徑，一條是A-B，另一條是A-c-D-B。若車輛行駛路線是A-C-D-B，目前通行費的收取是按照A-B路線收取，且將通行費拆分到了A-C-D-B路段內(nèi)。 </p><p>　　在高速公路交叉路口，設(shè)立RFID信息點。當(dāng)車輛通過RFID信息點時，將通過

32、的位置信息寫入通行卡中，這樣便可以根據(jù)通過的標志性位置，準確知道車輛的行駛路線，準確收取通行費，準確拆帳，并且不影響車輛的快速通過。 </p><p>　　2.4.4 RFID在聯(lián)網(wǎng)收費中的拆賬管理</p><p>　　在2．4.3節(jié)中討論了車輛路徑識別管理。通過路徑識別可以準確地進行通行費的拆帳，且對于逃費車輛，應(yīng)用路徑識別則更有優(yōu)勢，可以進一步加強收費運營管理，減少通行費的漏征。 &l

33、t;/p><p>　　以河南省為例，高速公路已成網(wǎng)狀，且歸數(shù)家公司經(jīng)營管理，各公司的管理水平有一定的差異。按照目前的收費管理，一旦出現(xiàn)個別收費站車輛逃費的情況，損失的不僅是本公司通行費，還會損失路網(wǎng)中其它公司的拆帳通行費。其結(jié)果是，管理嚴格的公司對拆帳結(jié)果感到不公平。如果采用RFID方式，在識別車輛路徑的同時，相應(yīng)也就記錄了車輛的行駛里程，并以此為收費拆帳的依據(jù)，即使有車輛逃費，也只影響出現(xiàn)逃費公司的拆帳結(jié)果，其它公

34、司的損失由出現(xiàn)逃費的公司來彌補。采用這種方式有助于提高各公司的管理水平，減少整個路網(wǎng)的通行費漏征。</p><p>　　3射頻自動識別不停車收費系統(tǒng)</p><p>　　3.1自動識別技術(shù)的發(fā)展</p><p>　　自動識別技術(shù)是20世紀70年代發(fā)展起來的集光、機、電、計算機等技術(shù)為一體的高新技術(shù)，是數(shù)據(jù)自動采集、自動輸入的基礎(chǔ)，是計算機“實時”處理的重要技術(shù)保障。

35、自動識別技術(shù)包括：條碼識別技術(shù)、射頻識別技術(shù)、生物識別技術(shù)、磁及智能卡識別技術(shù)、光字符識別技術(shù)等。這之中有的技術(shù)尚在發(fā)展之中，技術(shù)還不成熟，對于已經(jīng)投入大規(guī)模應(yīng)用的幾種自動識別技術(shù)，如條碼、磁卡、IC卡等。</p><p>　　射頻識別（RFID,即Radio Frequency Identification）技術(shù)是最近幾年發(fā)展起來的現(xiàn)代自動識別技術(shù)，RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自

36、動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)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(yīng)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）、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

37、>　　3.2射頻識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p>　　3.2.1射頻識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</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(shè)備、編程器等。</p><p><b>　　(1) 射頻卡</b></p><p>　　射頻卡（簡稱RFID卡、RF卡）是基于

38、射頻設(shè)別技術(shù)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。它通過天線想射頻卡發(fā)送射頻調(diào)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(diào)制信號

39、（也稱應(yīng)答信號），經(jīng)過處理后傳給智能控制設(shè)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(shè)備</p><p>　　智能控制設(shè)備完成RFID信號的控制、處理、顯示和傳輸，它由計算機

40、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>　　3.2.2關(guān)于只讀形式的不停車收費系統(tǒng)</p><p>　　“不停車收費”（又稱電子收費Electronic Toll Collection

41、，簡稱ETC）顧名思義是一種車輛不停車地通過收費站點而實現(xiàn)收取過路費的收費方式，是國際上正在努力開發(fā)并推廣的一種用于公路、大橋和隧道的電子自動收費。它需要在收費站附近配備掃描裝置（稱為路側(cè)單元Road-Side Unit,簡稱RSU），并在車輛上安裝一種電子標簽（稱為車載單元On-Board Unit,簡稱OBU）。電子標簽中存儲著電子標簽ID號、用戶的車輛信息、發(fā)卡單位信息、或預(yù)先交付的通行費等信息。利用自動車輛識別技術(shù)完成車輛與收費

42、站之間的無線數(shù)據(jù)通訊，進行車輛自動識別和有關(guān)收費數(shù)據(jù)的交換，通過計算機網(wǎng)路進行收費數(shù)據(jù)的處理，實現(xiàn)不停車自動收費的全電子收費系統(tǒng)。</p><p>　　自動車輛識別技術(shù)是指當(dāng)車輛通過公路上某一特定地點時， 不通過直接的人為干預(yù)自動地將該車的身份信息識別出來的技術(shù)。車輛的身份，指車輛本身的代表符號以及固有的屬性，它應(yīng)當(dāng)具有唯一性。自動車輛識別技術(shù)是 ETC 系統(tǒng)的核心技術(shù), 也是構(gòu)成 ETC 收費車道的最基本系統(tǒng)

43、, 通常由 OBU 即車載電子標簽、RSU（一般包括車道天線、收發(fā)控制器、讀寫控制器、讀寫器）和計算機系統(tǒng)組成。它與車輛檢測子系統(tǒng)、交通監(jiān)控子系統(tǒng)、車輛圖像抓拍子系統(tǒng)和車道控制計算機一起構(gòu)成通常采用的專用 ETC 車道系統(tǒng)。（如圖3-1所示）：</p><p>　　圖3-1 專用 ETC 車道系統(tǒng)</p><p>　　3.2.3射頻識別工作原理</p><p>　

44、　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3-2所示：</p><p>　　圖3-2 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(zhuǎn)換為直流電，供射頻卡內(nèi)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(nèi)部儲存的數(shù)據(jù)信息。反射回的微波信號經(jīng)讀寫單

45、元進行數(shù)據(jù)處理后，得到射頻卡內(nèi)儲存的識別代碼信息。射頻卡的工作過程（如圖3-3所示）：</p><p>　　圖3-3 射頻卡工作過程</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>　?。?）射頻卡內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路

46、，當(dāng)它進入讀寫器的工作區(qū)域內(nèi)，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(nèi)的電容有了負荷，在電容的另一端，接有一個單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當(dāng)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>　?。?）CMOS集成電路中的有關(guān)控制邏輯電路對接收到的信號進行解碼。&

47、lt;/p><p>　　（5）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(guān)信息：若是修改信息則有關(guān)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(nèi)容進行重新寫入編程。</p><p>　?。?）當(dāng)電容放電時，射頻卡內(nèi)的發(fā)射電路就將從存儲器中讀取的信息及相關(guān)的信息發(fā)送給讀寫器。</p><p>　　（7）讀寫器對接收到的

48、信息進行處理。</p><p><b>　　3.2.4方案設(shè)計</b></p><p><b>　　1）硬件設(shè)計：</b></p><p>　　根據(jù)我國道路安全交通法規(guī)定：汽車在告訴公路上行駛的最高速度不得超過120km/h。若按此速度通過收費站，2射頻讀卡器的工作范圍為5m時，允許讀卡最長時間為150ms。本設(shè)計預(yù)期達到

49、：射頻讀卡器有效范圍5m;讀卡時間小于60ms；識別率大于99..0%。</p><p>　　2）系統(tǒng)工作原理：</p><p>　　當(dāng)車輛通過收費站時，地感線圈檢測到車輛進入車道，觸發(fā)安裝在收費系統(tǒng)的天線架的射頻讀寫器、射頻讀寫器開始與安裝在汽車擋風(fēng)玻璃上的車載系統(tǒng)進行雙向通信和信息交換，將數(shù)據(jù)傳送給收費站的計算機，收費站計算機根據(jù)不同情況來控制管理系統(tǒng)產(chǎn)生不同的動作，如從該車的預(yù)付款

50、賬戶中扣除此次應(yīng)交的過路費，并送出指令使其他輔助設(shè)施工作，如交易成功后，擋車器自動升起，放行車輛；車輛通過后，擋車器自動放下。整個收費過程無須人工干預(yù)，用戶可不停車地快速通過收費站。（系統(tǒng)框圖如圖3-4所示）：</p><p><b>　　圖3-4 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　3）RFID不停車收費系統(tǒng)構(gòu)成</p><p>　　射頻自

51、動識別不停車收費系統(tǒng)按其功能可分為自動識別控制子系統(tǒng)、自動判斷型子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、車輛檢測子系統(tǒng)、閉路電視子系統(tǒng)和信號控制子系統(tǒng)等。</p><p>　　(1) 自動識別控制子系統(tǒng)主要由射頻自動識別讀寫器、射頻自動識別卡，天線、車道道閘控制機、收費員計算機終端等組成，它是整個不停車收費系統(tǒng)的核心，負責(zé)控制不停車收費車道所有設(shè)備的運行、收費業(yè)務(wù)操作的管理以及與收費站計算機的通信和數(shù)據(jù)交換。 </p&g

52、t;<p>　　(2) 自動判斷型子系統(tǒng)主要由光柵、高度檢測器、軸數(shù)檢測器等組成，它通過采集車輛的高度和軸數(shù)等參數(shù)，經(jīng)綜合分析比較來判別車輛的車型；該子系統(tǒng)至少可以判別三種以上車型。自動判斷型子系統(tǒng)在有些場合可以由用戶選擇使用。 </p><p>　　(3) 數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)主要由系列射頻天線和射頻電子標簽卡構(gòu)成。射頻電子標簽被安裝在汽車擋風(fēng)玻璃內(nèi)側(cè)的上方，在電子標簽上寫有標簽編號、車號、車主、車

53、型、應(yīng)繳金額、剩余金額和有效期等信息；天線被安裝在收費島的前端，它通過微波技術(shù)從射頻電子標簽卡上讀取有關(guān)信息，并同步傳送給車道控制主機。 </p><p>　　(4) 閉路電視子系統(tǒng)主要由車道攝像機和收費站的監(jiān)視器等組成。車道攝像機被安裝在收費島的前端，主要用于拍攝非法通過的違章車輛。 </p><p>　　(5) 信號控制子系統(tǒng)主要由通行信號燈、偏叉信號燈和自動欄桿等組成，用于提醒駕

54、駛員正確使用不停車收費車道。 </p><p>　　(6) 車輛檢測子系統(tǒng)主要由三組環(huán)形線圈組成。第一組環(huán)形線圈(ENTER LOOP)被安裝在收費島的入口處，用于激活天線讀取電子標簽的信息；第二組環(huán)形圈(ESC LOOP)被安裝在收費島的中間出口處，用于控制通行信號燈和偏叉信號燈的狀態(tài)；第三組環(huán)形線圈(EXIT LOOP)被安裝在收費島的出口端，用于統(tǒng)計車流量，并控制自動欄桿、通行信號燈和偏叉信號燈的工作狀態(tài)

55、。</p><p>　　4 射頻技術(shù)在高速公路收費系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　4.1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(yīng)該在900MHz和2500MHz。射頻卡一般在車的擋風(fēng)玻璃后面。現(xiàn)在最現(xiàn)實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。

56、天線架設(shè)在道路的上方。在距收費口約50-100m處，當(dāng)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><p><b>　　4.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)</

57、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(jié)構(gòu)如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 車道實時控制子系統(tǒng)模塊結(jié)構(gòu)</p><p>　　通過RFID技術(shù)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),</p><p>　　并由車道實時控制子系統(tǒng)將車道攝像機獲取的車輛圖像

58、, 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(luò)從用戶在銀行開設(shè)的專用帳戶中自動交納,從而實現(xiàn)不停車自動收費。系統(tǒng)工作過程可用圖4-2描述。</p><p>　　圖4-2 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)管理中心負責(zé)管理和監(jiān)控一條或一個區(qū)域內(nèi)高速公路的不停車收

59、費站, 并將每日收費信息自動分類匯總后通過通信網(wǎng)絡(luò)與銀行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換, 以便銀行從用戶在銀行開設(shè)的專用賬戶中收取相應(yīng)的費用、轉(zhuǎn)人相應(yīng)的業(yè)主專用賬戶, 并將從銀行網(wǎng)絡(luò)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(jié)構(gòu)如圖4-3所示</p><p>　　圖4-3 不停車收費系統(tǒng)管理中心總體結(jié)構(gòu)圖</p>&

60、lt;p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　目前，我國大部分的高速公路收費方式還是采用人工收費方式或半自動收費方式，這已經(jīng)成為我國道路暢通的主要瓶頸，存在各種各樣的弊端，需要采用更加先進的收費系統(tǒng)才能更好的解決當(dāng)前收費系統(tǒng)的諸多問題。</p><p>　　通過這次學(xué)習(xí)，我對射頻技術(shù)這一門新技術(shù)有了一定了解，也對以RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的高速公路不停車收

61、費系統(tǒng)充滿了向往。該系統(tǒng)可以有效解決高速公路收費堵車的問題，提高收費工作效率。盡管目前，RFID技術(shù)的推廣應(yīng)用還存在前期投資較高問題，但隨著RFID芯片制造成本的不斷降低和RFID技術(shù)的日漸成熟和完善，RFID技術(shù)必將在我國高速公路信息管理中得到廣泛應(yīng)用，促進我國高速公路信息化水平的提高和發(fā)展。我相信，隨著我國公路事業(yè)的發(fā)展和不停車收費系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用，隨著日益增長的交通需求，不停車收費系統(tǒng)一定會被國家、被企業(yè)、被消費者廣泛關(guān)注和接受，在

62、我國市場一定會有著廣闊的光明前景。</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(shù)對于我國公路運營管理效率和公路通行服務(wù)水平提高有很大的潛力, 根據(jù)國家關(guān)于信息技術(shù)推進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步的總思路, 電子收費技術(shù)逐步在中國得到應(yīng)用和采納是必然的本文對射頻技術(shù)在高速公路收費中的應(yīng)用做了較深入的探討, 為解決高速公路收費問題提供了有益的參考。</p><p&

63、gt;<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.</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(shù),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(shù),2005(3):166-

64、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(yīng)用[J].應(yīng)用科技,2001.</p><p>　　[5]于宏軍智能卡技術(shù)全書北京電子工業(yè)出版社,1996. </p><p>　　[6]任曙光,不停車電子收費系統(tǒng)在高速公路收費中的應(yīng)用[J].</p><p>　　[7] 郇鵬.張仲義.基于射頻技術(shù)的高速公路不停車

65、收費系統(tǒng)[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息.2004.4（2）：121-124.</p><p>　　[8] 王小輝.汪云甲.張偉.基于RFID的室內(nèi)定位技術(shù)評述[J].傳感器與微系統(tǒng).2009.28（2）：1-3，7.</p><p>　　[9] 陳紅偉.智能化監(jiān)控在公路不停車收費系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].應(yīng)用科技.2001.28（9）：24-25,44.</p><p>

66、　　[10] [德]Klaus Finkenzeller.射頻識別技術(shù)[M] .吳曉峰，陳人才，譯.3版.北京：電子工業(yè)出版社，2006.</p><p>　　[11] 田炳香，鄭榜貴，吳晴.高速公路車道線檢測與跟蹤算法研究[J] .現(xiàn)代電子技術(shù)，2008,31（9）：180-183.</p><p>　　[12] 楊會彩，樊延虎，梁巧燕，等.RFID技術(shù)及其在ETC系統(tǒng)中的應(yīng)用[J] .

67、現(xiàn)代電子技術(shù).2008.31（15）：42-45.</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　走的最快的總是時間，來不及感嘆，大學(xué)生活已近尾聲，兩年的努力與付出，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(xué)時念吾師，在此論文完成之際，謹向我尊敬的xx老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意，在他

68、的悉心幫助和支持下，順利完成畢業(yè)論文。</p><p>　　在學(xué)業(yè)階段，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(dǎo)，并給我們搭建了良好的學(xué)習(xí)平臺。在生活和思想方面，老師給予我們慈母般的細心關(guān)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(xué)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(xué)到了很多知識，跨越了傳統(tǒng)方式

69、下的教與學(xué)的體制束縛，在論文的寫作過程中，通過查資料和搜集有關(guān)的文獻，培養(yǎng)了自學(xué)能力和動手能力。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(xué)習(xí)方法上的一個很大的突破。在以往的傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)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(xué)會了如何將學(xué)到的知識轉(zhuǎn)換為自己的東西，學(xué)會了怎么更好的處理知識和實踐相結(jié)合的問題。</p><p>　　在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機會向在這兩年中給予我諸多