射频识别技术应用在智能交通物联网中的研究

2013-12-13甘琴瑜陈玉峰

机械管理开发 2013年3期

甘琴瑜，陈玉峰

（1.新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院，新疆乌鲁木齐 830011；2.新疆中泰化学阜康能源有限公司，新疆阜康 831500）

0 引言

射频识别技术，是利用无线射频方式在阅读器和标签之间进行非接触双向数据传输，达到目标识别和数据交换目的的技术；也是利用射频方式进行非接触双向通信、交换数据，从而达到识别目的。RFID 技术具有精度高，适应环境能力强，操作快捷，使用寿命长，读取距离大，标签数据可加密，存储数据容量大等优点。近些年来，射频识别技术引入到智能交通、物流供应链、物联网、停车场管理等领域，成为新时期的先进技术体现。智能交通物联网是将传感器技术、RFID技术、无线通信技术、数据处理技术、网络技术、自动控制技术、视频检测识别技术、GPS信息发布技术等综合用于整个交通运输管理体系中，从而建立实时、准确、高效的交通运输综合管理和控制系统的资源网络。

1 R FID 技术的组成及原理

射频识别（Radio Frequency Identification,简称RFID）技术，是利用射频通信实现的非接触式自动识别技术，其特点为非接触式双向通信，具有定位、长期跟踪管理、全天候信息采集等优点，且受环境影响较少。RFID 技术与互联网、通讯等技术相结合，可实现全球范围内的物品跟踪与信息共享。

1.1 电子标签

电子标签由耦合元件和芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体目标对象上。电子标签内的程序经过设定后可进行读取和编写。电子标签的信息还可加入相关人员的数据信息，可按需要对数据分类管理，并可根据不同情况制作新的卡，电子标签中的改写内容可以通过一定方法加密保护。电子标签中的芯片体积很小，可以印制在纸张、纺织品、塑料、木材、陶瓷、玻璃等材料上，厚度在0.35 mm 范围内。电子标签按供电方式分为无源标签、有源标签；按射频识别系统工作频率分为低频标签（30～300 kHz）、高频标签（3～30 MHz）、超高频和微波标签（300 MHz～3 GHz）。

1.2 阅读器

阅读器（Reader）又称应答器、读写器、读卡器等，它在射频识别系统中起着关键作用。主要任务是：非接触双向与电子标签通信，接收反射回来的信号，同时接收控制指令的来源，属于主机系统。射频识别系统的工作频率取决于阅读器的工作频率，识别的有效距离也取决于阅读器的工作频率。阅读器的读或读/写装置是根据使用的不同型号、使用范围以及结构和技术的不同来选定的，它是信息处理中心和控制单元。

RFID阅读器又称读出装置，可读取并识别电子标签中保存的电子数据，达到自动识别物体的目的。阅读器与电子标签之间的通信是在无接触方式下，利用交变磁场或电磁场的空间耦合、射频信号调制与解调技术实现的。阅读器除了提供与电子标签进行数据传输的途径外，还利用特定的算法对信号进行状态控制、奇偶校验、更正信息等。阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读/写装置，阅读器可以是手持式或固定式。当前，阅读器成本较高，大多只在单一频率点工作。随着技术的发展，阅读器朝着小型化、便携式、嵌入式、模块化方向发展，成本将更低廉，并支持多个频率点，尚能自动识别不同频率的标签信息。

1.3 天线

天线是RFID系统不可或缺的部件，它将电流信号转变成电磁波信号发射出去，也将从电子标签反射过来的电磁波信号转变为电流信号发送给阅读器。RFID系统中，能激活电子标签的能量必须由阅读器经过天线发射，才能形成电磁场，当电子标签进入电磁场范围就能被识别，所以阅读器的可读区域，就是天线形成的电磁场的覆盖范围。天线的作用是在标签和读写器之间传递射频信号。为使天线正常工作，它的尺寸必须与传播波的波长一致，天线可以是无源器件，也可是有源器件。实际应用中，天线的形状和相对位置也会影响到数据发射和接收，需由专业人员对天线进行设计和安装。

1.4 R FID 工作原理

RFID 的工作原理可概述为：当装有RFID 电子标签的机动车驶入RFID阅读器所发射的频域范围内，由RFID 阅读器发出的发射信号经过天线发送给定频率并加密的射频信号给电子标签，电子标签的相应工作单元被接收到的能量唤醒或激活，则将电子标签内的带有加密的信息通过内部调制调节成相应射频的信号发射出去，从而将电子标签本身携带的信息传送到RFID 阅读器，阅读器接收数据并解码，又将提取出可用的识别码再传送到后台进行处理工作，完成预先设定的功能；针对不同功能设定的应用系统软件做出响应处理和控制，最后应用系统对阅读器发出相应的响应指令，再由阅读器接收到的响应指令来对电子标签做出不同的读写指令操作。一套典型RFID 系统主要由电子标签、阅读器、RFID 中间件、应用系统软件组成，一般情况下可将应用软件和中间件合称为应用系统，见图1。

图1 RFID 工作原理及组成图

2 R FID 在智能交通物联网中的应用

RFID技术是物联网中的关键技术之一，也是物联网感知层的基础，起底层信息的采集作用；而信息采集可为后续的处理及信息服务提供依据。RFID 技术的特点主要有：非接触式双向通信，具有定位、长期跟踪管理、可全天候信息采集等优点，且受环境影响较少，因此，RFID 技术在智能交通物联网中具有较好应用前景。

RFID 最早应用是在二战期间被美国用于识别判断联军与敌方的战机。后来因其具有容易识别、内容不能窜改等优点，被广泛应用于物流行业中。目前交通领域，RFID主要用于公交车射频卡、不停车收费、门禁系统管理、停车场管理、智能交通信号控制、公交车或特殊车辆的定位及电子站牌、交通流量检测、交通路径诱导、电子车牌等[1]。根据交通RFID 的可行性[2]可知，该技术用于智能交通系统中的实时动态采集交通基本信息具有一定优势。

RFID技术是近几年来发展较快的技术，与以往的视频识别技术、地埋线圈、微波雷达等交通信息采集技术相比，RFID技术更具有优势。它可将车牌号通过电子车牌的形式与RFID电子标签[3]的ID号相联系，存入到电子标签内；安置在路网中的RFID检测设备（阅读器），可对通过该路段装有电子标签的车辆进行车辆身份信息、位置信息[4]以及其他交通信息（如车辆数、车辆位置、经过时间、速度等)的采集，并可实现违章自动处罚收费、自动查处违章车辆、记录违章信息等功能[5]。现时典型的工作频率有:125 kHz、133 kHz、27.12 kHz、433 kHz、13.56 mHz、902～928 MHz，2.45 GHz、5.8 GHz等。具体参数见表1。