基于UHF RFID技术实现联网高速公路多义性路段精确收费的解决方案

基于超高频射频识别（UHFRFID）技术实现联网高速公路多义性路段精确收费的解决方案目录CONTENTS1234Bellon公司介绍概述无线射频技术应用现状UHFRFID新技术介绍高速公路标识站的应用应用功能扩展56Bellon公司介绍科技实力技术背景公司介绍世界领先的电子车牌专家以科研促进新产品生产；以多方合作带动高科技大系统集成具有一批熟知中国智能交通的应用专家世界一流的RFID技术研发中心——加拿大Poly-Grammes研发中心世界一流的RFID技术研发团队BellonTechnologyCorp（本能科技集团公司）注册在北美洲，由中国交通界、国际微波界科学家共同发起组建而成。公司以全球著名的微波通信专家、国际电气电子工程师学会(IEEE)微波部秘书长、2012世界电子大会总主席吴柯(KeWu)教授为技术带头人，以加拿大Poly-Grammes研发中心为依托，以欧洲、亚洲部分适合地方为软件开发和产品生产地的跨洲联合体。集团为了发展和提高中国智能交通技术乃至智慧城市的建设又在南京成立了“江苏本能科技有限公司”。简介概述高速公路现状非停车标识站高速公路联网收费系统的现状及问题截止到2012年末，全国高速公路通车里程达9.56万公里，位居世界第一；随着各省建设规模和密度扩大，形成复杂环网，多义性路径问题日渐突出；联网收费是目前各省路网收费的大趋势；大部分省份都已实施了基于IC卡的路网收费系统，仅能记录入口和出口信息；我国高速公路建设采用多种投资方式，涉及到的不同利益主体也越来越多。随着我国高速公路路网规模不断扩大，高速公路已逐步实现网格化，极大地方便了司乘人员的出行，但是网格化使得车辆通行高速公路时存在两条或多条可供车辆选择的行车路径，而不同的高速公路由于建设时间、投资规模以及还贷期限等因素，其费率不尽相同，投资主体也可能不同，收益者也就不同了；同时由于高速公路网采用封闭收费模式，不同路径下车辆行驶里程的不同，也会造成通行费的差异。为了保障车主明白消费、保护投资者的利益，实现通行费拆分公平、公正、公开，必须解决多路径精确计费。这一问题解决得不好，会牵扯高速公路建设者或运营管理者太多的精力，也会影响到公路建设投资体制改革的深化，所以进行路径识别是很迫切的需求。研究高速公路路径拆分具有很强的现实需要，有助于规范高速公路合理收费，保护投资者与使用者的权益。现阶段所采用的解决方案及分析最短路径法最少费额法随着国家高速公路网的迅猛发展，路网将变得错综复杂、环环相扣，在这种局面下，原来“粗犷的、模糊的”通行费拆分模式势必将引起越来越多的问题，直接影响到高速公路使用者、投资者和管理者的利益。以上两种收费方式都是在无法确定车辆实际行驶路径的条件下的一种无奈之举，这种方法让利于道路使用者，有助于吸引车辆行驶高速公路，减少由于不同行驶路径下通行费的差异导致的出口纠纷，减少了因采用精确路径识别收费方案下的大量标识站投资，但是，不论最短路径法还是最小费额法均是从高速公路使用者角度出发，预设了车辆行驶路径，不能作为通行费拆账的依据，对于多义性路段收取的通行费，可采用概率法、标识站法等在管理运营单位之间进行二次分配。应该说，不管是最短路径法还是最少费额法，都是在无法实现按精确行驶路径收费的情况下的一种变通方案，部分造价指标较高且里程稍长的高速公路而言，只能按较低的费率获得二次分配的通行费，对其按期完成还贷任务造成了一定的困扰。从保障高速公路投资者利益角度出发，不尽合理。分析非停车标识站技术国内为解决路径的精确识别进行了大量的研究工作，在2000年前后，结合非接触IC卡通行券的使用，曾考虑过在多义性道路主线设置无人值守停车标识站，但由于此方案会造成主线通行效率的降低，同时与封闭式联网收费的初衷相抵触，因此其后的研究主要集中在设置非停车标识站的方案上。背景VLPR(Vehicle License Plate Recognition)牌照识别技术•无法完全解决路径识别问题，原因是车牌的识别率不可能达到很高的水平；•当遇到雨、雾、霾等恶劣天气或夜晚时，识别率很低；•现有的车牌识别系统的单点识别率一般在80%‐95%之间，这样的识别率无法满足不停车收费和路径识别系统的要求；•对通信网络（通过光缆传输到中心服务器）依赖度较高RFID(Radio Frequency IDentification)射频识别技术•RFID是由雷达技术衍生的一种通信技术，利用射频信号实现的非接触自动识别技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。无线射频技术应用现状RFID技术ETC系统路径识别RFID技术—无线射频识别系统组成•在电子标签和读写器之间传送射频信号•在电子标签和读写器之间传送射频信号•在所处的环境中获取读写器的能量•转化为无线电传送至芯片•在所处的环境中获取读写器的能量•转化为无线电传送至芯片•读取（有时写入）电子标签信息•可为手持式、固定式或桌面式•读取（有时写入）电子标签信息•可为手持式、固定式或桌面式•全球唯一电子编码•存储设备信息•全球唯一电子编码•存储设备信息标签芯片TagChip读写器Read天线Antenna标签天线InlayBellon Technology Corp2013年5月21日电子标签（含标签芯片和标签天线）、阅读器和读写器天线是RFID系统的四个基本要素，电子标签是射频识别系统的核心，又称为射频标签，其英文名为TAG或LABEL。电子标签是RFID系统的数据载体，由耦合元件及芯片组成，标签附着在物体上标识目标对象，存储相关信息。阅读器是读取或者更新电子标签内部信息的装置，可设计为手持式或固定式。读写器天线在标签和阅读器间传递射频信号。频率方式供电方式Bellon Technology Corp2013年5月21日RFID技术—分类方式RFID技术—按照供电方式分类无源系统•阅读器通过天线发送出一定频率的射频信号，当（不含电池的）标签进入磁场时产生感应电流从而获得能量，发送出自身编码等信息被读取器读取并解码后送至电脑主机进行有关处理。•读写距离相对较短，寿命长，体积小，成本低，对工作环境要求不高。•典型工作频率有13.56MHz，860/960MHz有源系统•由（含电池的）标签主动发送某一频率的信号，读写器读取信息并解码后送至电脑主机进行有关处理。•读写距离相对较远，但寿命有限，体积大，成本高，不适合在恶劣环境下工作。•典型工作频率有433MHz，2.45GHz，5.8GHz2013年5月21日Bellon Technology CorpRFID技术—按频率方式分类低频(LF)系统•工作频率范围为30kHz~300kHz,•常见频率有125kHz和134.2kHz。高频(HF)系统•工作频率范围为3MHz~30MHz，•常见频率有6.75MHz、13.56MHz和27.125MHz。超高频(UHF)系统•工作频率300MHz以上，•常见频率有433MHz和860-960MHz微波系统•工作频率大于1GHz，•常见频率有2.45GHz和5.8GHzBellon Technology Corp2013年5月21日RFID技术—按频率方式分类RFID技术作为一种自动识别技术具有广泛的应用性，13.56兆赫被广泛应用于我们高速公路的通行卡和ETC的CPU卡中，包括我们的各种银行卡中，但它们的读写距离一般在10公分以内；超高频（860到960兆赫）无源系统也被广泛用于服装、商业、物流、图书馆等行业，一般它的读写距离在10公分—20米之间；微波标签（2.45GHz）和（5.8GHz）有源系统一般用于人员定位和高速公路ETC收费，读写距离从10米—200米之间。应用领域RFID技术—物联网RFID标准体系全球射频识别标准组织ISO/IEC承担制定全球多种标准的任务，是最早制定RFID标准的组织EPC global由美国主导，代表欧美利益，全球实力最大的物联网RFID标准组织UID日本物联网RFID标准组织AIM Global代表欧美利益，规模较小的物联网RFID标准组织IP‐X代表非洲、大洋洲和非洲利益，规模较小的物联网RFID标准组织Bellon Technology Corp2013年5月21日RFID技术—ISO/IEC18000-6标准ISO/IEC 18000‐6AISO/IEC 18000‐6BISO/IEC 18000‐6C  (EPC C1 Gen2)Bellon Technology Corp2013年5月21日ISO/IEC18000‐6适用于超高频860MHz/960MHz，规定了读写器与电子标签之间的物理接口、协议、命令及防碰撞方法。包含TypeA、TypeB、和TypeC三种无源标签的接口协议。Type C（EPC C1 Gen2）是由EPC global起草的，它在识别速度、读写速度、数据容量、防碰撞。信息安全、频段适应能力和抗干扰等方面有较大提高。ETC系统ETC（ElectronicTollCollectionSystem）是不停车电子收费的简称，是一种利用专用短程微波通讯技术，通过路侧单元RSU与车载单元OBU的信息交换，自动识别车辆，采用电子支付方式，自动完成车辆通行费扣除的全自动收费方式。ETC定义我国现在推广使用的ETC系统，它是由5.8GHz完成远距离读写，13.56MHz的CPU卡和OBU标签采用接触式读写，它是不同于世界任何一国的双片式、双界面工作模式。由于这种模式的复杂性，完成一次信息交换的时间一般都在几百毫秒以上，这样就势必要降低车速，所以我们都在收费站的ETC车道前要求车速低于30公里/小时，这种速度是根本达不到路网内标识站不停车要求的。（根据计算如车速是180公里/小时通过标识站，在移动1米内完成信息读写过程，时间必须要小于20毫秒）。ETC应用现状ETC系统在运营中存在的问题只能用于20公里/小时以下的收费闸口ETC系统成本高OBU分立元件体积大不能应用于路网内的路径识别和随机路程的收费功能不能用于行驶中的实时测速和实时监控功能不能在路网内产生车与车、车与路之间的信息互联不能实现“一卡通”Bellon Technology Corp2013年5月21日由于我国交通部目前技术规范的限制，采用了双界面、两片式、储值卡（电子钱包）模式收费，它不能实现大范围交通的真正“一卡通”。ETC建设方面，虽然在个别路段的个别车道已经实施，但无论是物理基础还是信息载体上都还没有形成系统，因而在很大程度上影响了其效率的发挥。基于433MHzRFID技术的路径识别系统基于433MHz射频技术的高速公路多路径收费和拆分系统已经在四川、浙江等地实施，它也是超高频的一种，标签采用有源工作，读写距离能达到100米以上，这项技术虽然兼容了通用的13.56MHz标签，但由于这种设备集成度技术不高，标签体积大，寿命短，在使用中存在诸多不便。多义路径识别系统由复合型通行卡、复合型读写器和标识基站三部分核心设备组成。复合型通行卡具有433MHz和13.56MHz两种读写界面的电子标签，其中433MHz界面用于标识站点信息读写，13.56MHz用于基本车辆信息和出入口信息读写。系统组成应用现状基于433MHzRFID的路径识别系统存在的问题一是集成度技术不高，标签体积大，厚度达6毫米，重量50克，造成通行券保管、运输和使用中的不便；二是无法兼容现有的ETC车载标签，无法实现ETC车辆的路径识别和收费问题；三是造价过高，一张卡近20元，一套天线超过10万，因此实现一个省级路网的精确路径识别需要大量投资；四是标签采用的有源标签，使用有寿命；五是在工作时标签与读写器之间很难保证通讯方向的一致性性，所以达不到理想的读写准确率。UHFRFID新技术介绍标签芯片技术标签天线设计信息加密技术读写器技术UHFRFID新技术介绍人们普遍认为无源RFID读写距离短，产品和系统的稳定性还没有保