RFID技术在ETC系统中的应用分析

秦玺淳

摘 要：无线射频识别技术（RFID）是一种新兴的自动识别技术，目前在国内外各个领域得到了广泛应用。本文以RFID技术为研究对象，以电子不停车收费（ETC）系统为例，通过对ETC系统的组成及工作流程的介绍，重点解释RFID技术的原理和应用，并对未来的智能交通进行展望。

关键词：RFID；ETC；物联网；智能交通；技术原理

1 ETC系统

随着我国汽车保有量的迅速增加，缓慢的高速公路人工收费（MTC）系统已经逐渐成为缓解交通压力的一个障碍。为了从源头上缓解高速公路交通压力，20世纪90年代，我国开始引进一种全新的收费系统技术——电子不停车收费系统（简称ETC系统）。面对全国错综复杂的高速公路网，ETC联网通行的需求也逐年增加，截止2015年9月底，全国29个省份已经实现了ETC联网通行，极大缓解了我国的交通压力。

1.1 ETC简介

ETC系统是目前最先进的高速公路收费系统，车辆车窗上的车载单元（On-Board Unit，OBU）和ETC专用通道上的路侧单元（Road-Side Unit，RSU）通过微波专用短程通信（Dedicated Short Range Communication，DSRC）进行车辆自动识别、自动车型分类和收费信息传输，利用计算机网络技术与银行系统进行后台收费结算，从而实现不停车全自动收费的电子收费系统。具体的构成如下图所示：

1.2 ETC的构成与工作流程

一个完善的ETC系统由3级系统构成，它们分别是：收费车道系统、收费结算系统和收费站管理系统，这样的组合使得高速公路对外界呈现一种相对封闭的状态。正如上图所示，ETC系统的核心部件有车窗前的电子标签、车道旁的读写器、车道控制器、闸道、道路监控摄像机、车辆分离器、费用显示牌、报警灯等，其中最重要的是电子标签和读写器。

ETC系统的工作原理是：系统通过车道两侧的读写设备，识别车辆车窗前的电子标签，判断车道中的车辆车型，按照对应车型计算通行费用，从车主绑定的银行账户中自动结算扣取通行费用，实现全自动不停车收费通行。对于车辆违章通行行为，ETC专用通道前安装了摄像头，可对车道上违章通行的车辆进行实时抓拍，上传到相关系统，交警部门进行及时处理。具体工作流程是：

（1）当车辆行使进入ETC专用车道入口的读写器感应区域时，电子标签内的感应线圈接收到读写器发送的微波信号产生微弱的感应电流，电子标签被激活，向读写器传送信息。

（2）电子标签内存储的信息以微波的方式通过天线传输出去，读写器接收到调制信号，进行解调和解码处理后，再将信息传输到系统主机。

（3）系统主机对接受到的电子标签的身份信息进行核对之后，对阅读器发出控制信号，储存车辆的进入信息，打开车辆闸道，指示灯由初始设定的红色变为绿色，指示允许车辆通过。

（4）当车辆到达ETC车道出口读写器感应区域时，读写器再次确认车辆的详细信息和进入时间，核对无误后，系统计算通行费用，在费用显示牌上呈现通行费数额，车道控制器将交易相关数据传输到收费结算系统和收费站，车辆离开通道，道闸关闭，指示灯变为红色。

（5）如果车辆在未安装电子标签或安装无效标签的情况下进入ETC专用通行道，通道的读写器接受不到相关信息，指示灯会发出警报，道闸处于关闭状态，禁止车辆通过，同时车道安装的摄像机会抓拍到车辆的车牌号，最后上传到交管部门。

2 RFID技术原理与组成

RFID（Radio Frequency Identification）即射频识别，又称为电子标签，它利用电磁感应、无线电波等进行非接触双向通信，以达到电子信息识别和交换的目的。RFID具有非接触式信息采集和处理的突出优势，将它应用于ETC系统，能快速、准确、有效地识别通过ETC专用通道的电子标签内存储的车辆信息。

RFID技术由电子标签、阅读器和天线3部分构成。电子标签由耦合元件和芯片组成，拥有唯一的电子编码，一般附着在被识别物体上，车窗前的电子标签内一般设有车辆的详细信息，能量从阅读器发出的射频信号中获取，它本身不具有工作能量；阅读器是用来为电子标签提供能量和接收读取电子标签内存储的信息的设备，通过短程通信协议与系统主机进行通信，获取电子标签内的车辆信息，并进行数据解密，还可以将主机传给标签的信息进行加密传输；阅读器和电子标签之间的通信需要安装天线才能进行最大的能量传输，使得电子标签获得能量进入被激活的工作状态。

RFID系统的工作频率主要有：低频，125kHz；高频，3.56MHz；甚高频，869MHz；微波频段，245GHz和5.8GHz等。一般来讲，工作频率越高，识别距离就越远，方向性也越强，但其穿透能力越差。其中微波频段的5.8GHz系统主要应用于交通领域，是我国高速公路联网收费系统目前作为车辆识别标准的暂行标准。

3 ETC系统的优势及改进

ETC系统相比较传统的半自动人工收费（MTC）系统优势突出，主要体现在以下两个方面。

3.1 提高通行效率，降低运营成本

据相关数据显示，在高速公路收费站，人工收费通道车辆缴费通行时间为14秒，而ETC专用通道只需要2秒，通行能力是人工收费通道的5倍以上，在交通繁忙的高速公路入口将极大减小交通压力。同样，1条ETC通道的通行能力相当于5条以上的人工收费通道的通行能力，投入ETC通道使用，可以减少收费站的扩建费用和收费工作人员服务成本，大大降低了运营成本。

3.2 减少燃油消耗，降低环境污染

ETC通道的不停车收费减少了汽车因为排队而频繁的启动、刹车次数，使得平均每辆车经过收费路口减少0.0314升的油耗，明显降低收费区域的噪声污染和废气排放。

于此同时，ETC系统由于本身的特点，还需要做出一些改进。首先，我国的ETC系统相对发达国家来讲起步很晚，使用的ETC设备主要靠国外进口，由于不同厂商设计的标准不同，造成兼容性较差；其次，我国幅员辽阔，共有34个省级行政区域，他们各自为政，制定了差异不一的各类标準，缺乏统一的协调与管理；另外，由于RFID技术的特点，ETC系统容易出现干扰，例如跟车干扰和邻道干扰；最后ETC系统实现整个通行收费流程全自动进行，对通讯系统和电力系统依赖极大，一旦通讯系统和电路系统出现故障，很容易造成系统崩溃。ETC系统存在的这些缺陷，需要我国各部门之间进行协调处理，制定统一的设备、管理标准，实现全国联网通行；克服ETC系统中存在的技术难题；定期做好ETC的维护升级，修复系统漏洞，防止黑客攻击；探索新技术，不断完善系统功能，例如脱机功能，在通讯和电力系统故障时，ETC也能正常工作，待通讯和电力系统恢复时，再将交易信息进行上传。只有这样，我国才能在交通信息化的推动下，逐渐发展成为智能交通大国。

4 总结

RFID技术已经应用于各领域中，作用突出，技术成熟，逐渐占据了主流地位，成为21世纪全球自动识别技术发展的主要方向之一。而RFID在ETC系统中的应用，逐渐缓解了高速公路收费站交通堵塞的现象，为全面实现以交通信息化为主的智能交通提供了突破口。虽然我国在较长时间内，采用的是ETC和MTC共存的收费方式但是随着RFID技术的不断完善升级，以RFID技术为主的ETC系统将会加大力度应用于更多的路桥收费站中，增加ETC的通道数量，最终实现全面ETC通道，为人们在交通领域生活的快速、便捷谋得福祉。

参考文献

[1]孙洁，黄晓婷，孟庆娇.基于RFID的高速公路收费系统车辆识别的研究[J].自动化技术与应用，2016，（5）：69-72.

[2]侯麗虹，李卫东.物联网技术在ETC系统中的应用[J].计算机科学，2015，（S2）：532-535.

[3]柳小毛.高速公路ETC不停车收费系统进入快速发展期[J].中国新技术新产品，2016，（16）：33-34.

（作者单位：河南省鹤壁高中）