对RFID集成“电子车牌”技术适用性的几点建议

■罗俊仪

对RFID集成“电子车牌”技术适用性的几点建议

■罗俊仪

实现信息化、智能化管理是完成道路交通管理最大公信力、最高实效性的基本途径。采用RFID技术，集成“电子车牌”是实现道路交通管理信息化、智能化的最佳选择。

集成“电子车牌”的技术需求

随着RFID技术日臻完善，业内论及“电子车牌”的愈来愈多。但什么样的号牌是“电子车牌”，至今没有谁能说得清楚。大家常说的“电子车牌”，多是指类似把电子标签粘贴在汽车前挡风玻璃上，为ETC快速通道（高速路匝口、场区通行口）提供信息的电子凭证或电子证卡。虽然同样具有对机动车信息化管理功能，而且在交通运输领域已经广泛应用，但由于主要功能用于不停车收费，没有与机动车号牌有任何内在联系，叫“电子车牌”有些牵强。真正的“电子车牌”应该是把RFID技术嵌入到机动车号牌上，使其具有自动识别、传输、处理机动车相关信息的管理功能的汽车牌照。“电子车牌”的社会价值完全体现在其管理功能上，在全国范围内，凡是有悬挂“电子车牌”车辆通行的地方，交通基础信息的采集、传输、分析、发布、诱导、控制和指挥均可以同步进行。把成熟的RFID技术移植到机动车牌照上，可以将RFID技术潜质发挥到极致。一方面在交通管理领域开发产品，拓展市场，使智能交通有更多、更稳固的硬件支持。另一方面将机动车技术参数、登记信息、年检信息、违法信息等固定及可变信息加密写入RFID芯片，颁发唯一识别的身份号码，实现对机动车“一对一”即“百分百”的管理，解决社会上交通管理的突出问题：一是对机动车辆进行实时动态管理，增强交通诱导、交通组织能力，提高管理效率；二是打击挪用、套用、盗用机动车号牌违法行为，保护合法车主的正当权益；三是实施对快速路匝口、城区道路监控，进行车辆智能登记；四是对未年检车辆适时监控，提高年检率，保障车辆安全状况；五是识别、追踪交通肇事车辆，追捕肇事逃逸人；六是识别、拦截报废车辆，不让报废车上路，消除交通安全隐患等等。特别是近几年来，对机动车管理冲击最大的是“套牌”和“假牌”，许多地方尤其是南方经济发达的城市，“克隆牌”、“鸳鸯车”现象比较严重，这部分非法机动车交通肇事的机率比较高，现有道路监控设备对号牌图像识别具有局限性，无法充分确定机动车真实身份，所以也就无法满足公安部机动车管理信息系统百分百的对全国机动车实施监管。据此，解决机动车号牌系统的安全性、唯一性和可监管性就成为当务之急。

■图1

■图2

■图3

RFID技术是相当成熟的技术，在国外国内、各行各业乃至各个领域都得到广泛运用。目前，大规模采用RFID技术用于机动车号牌日常管理的国家多是“假牌”和“套牌”情况比较普遍、交通安全问题比较严重的发展中国家，比如南非、巴基斯坦、印度尼西亚、南美部分国家。发达国家主要是利用该技术的快速、准确识别性能，提高高速公路的收费站或者场区快速通道的通行能力，比如：美国-墨西哥边境车辆进出国界管理，美、英、德、法、日等国ETC不停车收费管理等。

运用RFID技术集成“电子车牌”在国内已有先例。现行的军车、武警车辆的号牌都采用了RFID技术，识读信息用的是手持读写器，识读距离有限，尚有不尽人意的地方。但毕竟率先启用了“电子车牌”，开创了技术先河。时至今日，“电子车牌”尚无技术标准，也无技术定位，所以无论是研究还是开发层面上都是初始阶段。尽管如此，“电子车牌”的技术发展方向是毋庸置疑的。它是实现道路交通管理信息化、智能化的重要途径。公安部交通管理局在制定“十二五”交通管理规划时，已经提出在进一步改进和完善机动车号牌管理的同时，要研究启用新版高防伪、高科技含量的机动车号牌。我们期待着不久的将来“电子车牌”能够应运而生。

“电子车牌”应当满足的技术指标

集成“电子车牌”的关键技术就是RFID技术。RFID无线射频识别是一种非接触式的自动识别射频技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，特别是可识别高速运动物体并可同时识别多个电子标签，操作快捷方便，识读无须人工干预，并可在各种恶劣环境下工作。RFID技术具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离远、标签数据可以加密、存储信息容量大等优点，在现代化交通管理中具有很大的技术潜力。（系统拓扑图如图1）

技术组合：最基本的RFID系统包括电子标签、天线和读写器，作为一个完整的应用系统， 还包括应用系统硬件和应用系统软件。（如图2）

无源电子标签(Tag)：由耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象，无需电池供电即可工作。

读写器(Reader)：读取或写入标签信息的设备，分固定式、手持式两种。

天线(Antenna)：在电子标签和读写器之间接收并传递射频信号。

信息系统( Information System ):为采集、识别、处理机动车号牌特征信息、基础信息而建立的技术应用平台。

工作原理：当电子标签进入磁场后，如果接收到读写器发出的特殊射频信号，就能凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的信息，读写器读取信息并解码后，将这些识别信息作为物体的特征数据上传至中央信息系统进行数据处理，从而完成与物体有关信息的鉴别、查询、调度、统计等管理应用。（原理图如图3）

RFID技术基本分类

以标签能量来源划分：有源和无源；

以标签上传通讯方式划分：主动和被动；

以标签与读写器的藕合方式划分：近场和远场；

以频率划分：L F、H F、UHF、MW；

以防碰撞算法划分：随机式和确定式；

以记忆体及接口划分：只读、读写和带传感器。

考虑到RFID电子标签用户端智能化、信息化、“免维护”的技术需求，选择哪种频率来支持RFID是首先要解决的技术问题。我们下面对四种频率的性能指标进行比对分析。（表1）

从表1中我们可以发现，四种频率的表征参数各有优劣。我们进行技术比对的目的，是选择能够支持RFID技术，来对电子标签实现属性识别、信息采集，从而对机动车和驾驶人进行科学管理。因此，首先考虑的是，必须能够满足各种形式识别的性能的读写距离、读写速度、多标签读写速度等关键性指标，如龙门架式、悬臂式识读等，距离地面高度要求必须≥5.5米，高速公路的读写速度允许在60-200公里之间，同时必须能够多标签快速识别，能够满足这三项技术要求的只有超高频（UHF）及微波（MW）。但是由于微波频段的电子标签一般都是有源标签，用于有人值守的收费站比较合适，如果用于无人看守、无人维护的电子车牌上并不理想，所以超高频（UHF）应是最佳选择。

在技术集成方面，业内的科研部门和厂家已经有了一些技术尝试，当设计一款具有快速自动识别功能的“电子车牌”时，还必须满足以下性能指标：

读取距离：＞7米；

读取速度：＞160km/h；

读取可靠度：＞99.99%；

定位要求：＜1m；

防伪要求：政府文件级别防拆或防折；

数据安全要求：无法复制和伪造；

标签工作环境要求：汽车环境-40＋85摄氏度；

标签要求：闭路应用；

标签规格：小于车牌空余位置；

标签维护：无需日常人工维护；

与此同时，还需要考虑读写系统的联网及控制，即具有以太网接口，可以直接接入LAN；具有USB接口，方便连接当地设备；具有RF232，以维持老系统的兼容；可以实现远程控制和维护。

设计和集成“电子车牌”的技术方法

研究开发“电子车牌”有一定的技术难度，但采用RFID技术集成“电子车牌”就能事半功倍。当RFID技术指标基本达到集成要求后，如何设计把电子标签嵌入到号牌最合适的位置上，就成为技术考量的主要问题。一是“电子车牌”必须符合GA36-2007机动车号牌标准；二是现行的“92式”号牌和少量的“2002式”号牌都是铝板加反光膜，铝板是射频信号“不友好”材质，要保证识读效果，就必须解决射频干扰问题；三是把“电子标签”直接嵌入到机动车号牌之中是最佳方案，但号牌空余位置十分有限，如何在确保识读性能的前提下，把“电子标签”嵌入到号牌之中，是我们重点考虑的关键技术问题。

推荐三种技术方案

将电子标签嵌入到机动车号牌的托架上。把电子标签安放在非金属号牌架的上端或底部，无物体遮盖、无金属干扰、识读效果好是其最大的优点。不足之处是无形中使车号牌与号牌架合为一体，不可拆分。整体使用的社会成本和费用势必增加，车主是否能够承受，值得认真考量。（如图4）

将电子标签直接“粘贴”在号牌反光膜上。以2002新式号牌为例，由铝板、双面胶反光膜、打印面膜组合而成的平板印刷式号牌，可以将抗金属电子标签粘贴在号牌表层面膜适当的位置上。92式号牌也可以如此操作。其优点是无遮盖、无干扰、宜识读、低成本。不足之处是射频芯片附着在号牌面膜表层，容易脱落或被划伤损坏，以至于无法识读，影响“电子车牌”的整体功能。（如图5）

将电子标签固定在号牌铝板上、反光膜下的某个适当位置。经测试，把电子标签固定在号牌铝板后面，射频信号衰减严重，故不可取。将抗金属电子标签固定在号牌铝板上面，然后覆号牌反光膜，电子标签居中，不会脱落，面膜起到了保护标签的作用；电子标签虽然有反光膜覆盖，对反光膜局部去金属化，射频信号可穿透反光膜，不再影响识读效果。但号牌嵌入电子标签的位置是有限的，而且要根据号牌英文字母和阿拉伯数字的具体位置和空间来调整标签的大小与形状。研究开发这种“电子车牌”应该是主攻方向。（如图6）

“电子车牌”信息读取方式

研究和设计“电子车牌”时，如何发挥RFID识读系统作用，准确判读机动车信息，是实现智能化管理的重要环节。国内的RFID设备自动识读距离一般可以达到8-10米，最远的可达12米，完全可以满足识读要求。考虑的重点应当是：第一次可以读取到电子标签的概率和准确率，尤其是在多车道读取的情况下，如何规避临近车道的机动车号牌干扰，过滤无关信息，避免误读误判。因此，如何安装读取设备，确保识读效果，就尤为重要。从设计的角度，RFID读取设备的安装方式一般有以下三种方式：

由上至下式识读

把天线和读写设备安装在龙门架或悬臂架上，举架高度应≥5.5米，根据车道决定安装读写器数量，即几条车道安装几个读写器，实施全方位覆盖。这种识读方式居高临下，可以有效地规避相邻车道车辆的干扰，识读精准，误差率低。但整套设备成本相当高。（见图7）

侧位式识读

把天线和读写设备安装在道路的内侧或外侧可固定物体上（高速路可安装在T型护栏上），高度可在1-1.5米之间，读写器与电子标签基本平行，识认距离相对缩短，识读精准度提高，整套设备的安装成本比较低。缺点是，临车道车辆干扰比较严重，尤其在多车道的情况下，由于车辆遮挡甚至会出现识读盲区。所以在单车道上安装这种设备性价比最为适宜。装有RFID设备的警用巡逻车也属于这种情况。（见图8）

由下至上式识读

把读写系统经特殊加工或嵌入类似道钉一样物件，或埋或粘在车道中央，根据车道数量来决定布设读写器的数量，同样实现全方位布设的效果。从下至上来识读电子标签的信息，综合了上述两种方式的优点：识认距离最近，识认效果最佳，无临车道车辆干扰，无论是多车道的快速路，还是单双道的城区路，均适宜安装，且成本也低。（见图9）

另外，如果系统再结合其他车辆识别系统，比如图像执法系统（AVS），自动车辆分类技术（AVC），可以满足各类基于智能交通（ITS）需求应用。

结束语

“电子车牌”虽小，却是一件社会性、政策性很强的大事。是否采用、何时采用“电子车牌”，全由国家行政管理部门视社会发展和交通管理需求而定。但设计和集成“电子车牌”等技术研究性工作理应先行。RFID技术已经为集成“电子车牌”提供了技术支撑，仍有一些关键技术和难题需要深入研究，逐一解决，为交通管理信息化、智能化搭建坚实的技术平台 。

作者为中国道路交通安全协会副理事长，研究员，管理学博士