基于RFID 技术的高速公路不停车收费系统

伍光科

（新大陆数字技术股份有限公司，福州 350000）

现阶段，我国高速公路产业建设越来越健全，从建设公路到投入实际使用都有完善的技术作为支撑。现阶段电子不停车收费正逐渐取代人工收费，但由于该技术出现较晚，发展速度较慢，所以仍有部分地区沿用半自动人工收费方式。接下来如何大范围推广电子不停车收费（ETC）的使用成为了亟待解决的问题。ETC收费模式可以实现不停车自动收取高速公路过路费，提升了收费口的行车速度，在一定程度上提升了高速公路管理质量，为高速公路的平稳运行提供了保障。从运行原理的角度分析，ETC 发展与射频识别（RFID）技术之间存在着千丝万缕的联系，RFID 技术表现出来的主要特点为具备非接触自动识别功能，在数据交互时，射频信号发挥着重要的作用，使得高速公路现阶段收费口收费管理工作的各项需求得到最大程度的满足，研究该技术有助于高速公路收费管理工作的进一步发展与进步。

1 RFID 实现原理

RFID 技术属于非接触自动识别技术的范畴，可以在最短的时间之内完成相关的识别工作，实现信息交互和精准数据处理。该技术的有效应用可以大幅度降低人工的使用频率，在使用该技术时无需人工辅助，且能够做到同时识别多个目标内容。射频识别读写器发出的电磁波体现出了一定的频率性特点，该电磁波具备了激发信号的功能，当识别对象处于信号的感应范围内，就可以激活信号并产生弱电流，复原后，识别对象被激活，其内包含的各种信息代码将利用电子标签内的天线发射，读写器接受代码后进行快速识别，做出相应反应[1]。

2 高速公路不停车收费系统模块设计

高速公路不停车收费系统属于集成系统，其内部具备许多功能模块，模块之间的互相有效配合是实现系统稳定准确运行的基础。系统内每个模块互相支持也互相制约。系统中包含的模块比较多，主要由打印统计报表、权限管理、用户原理和收费等多个模块构成，整个系统的平稳运行借助收费模块和用户原理模块来实现，这2 个系统占据着核心位置，为后续的不停车收费做好了充分的准备工作，最后一个模块起到管理和统计的作用，能够做到有效整合数据和分析数据，为后续工作的开展提供数据方面的支撑。

2.1 不停车收费系统体系架构

后台收费以SSH 框架为依托，MVC 模式是系统体系机构的基础，具体内容如图1 所示。

图1 不停车收费系统体系结构

浏览器以Client 为主，用户在使用系统以前，需要将浏览器安装好，服务器与客户端的数据信息处理与传输的表示层为Struts，这就是通常意义上的前台视图，请求的转发与控制工作由业务层也就是Spring 负责，最终结果是展示给用户相应界面，当请求传输至后台，请求数据库和信息交互这一工作由持久层也就是Hibernate 实现[2]。

2.2 不停车收费系统组成模块

不停车收费系统具体组成模块如图2 所示。

图2 不停车收费系统组成模块

不停车收费系统主要包含图2 所示的模块。结合其功能的不同，主要的模块类型有打印统计、权限管理、收费和用户模块，每个大模块中又包含着一些小的模块，针对权限管理、收费和用户模块作如下阐述。

用户模块主要包含两部分内容，分别是用户管理模块和客户注册登录系统，客户注册登录系统主要用于用户注册和登录行为的实现，用户必须以有效身份进行注册后，设置密码、完善相关信息才能登录使用。用户管理模块则是对用户的后续使用进行管理，包括管理用户使用行为，清除不法用户，修改用户属性等[3]。

收费模块由计费和扣费2 个系统组成，前者负责用规定算法计算车辆经过收费站时应当扣除多少费用，通常情况下都是根据行驶距离计算费用，得出具体收费金额后，将信息传输至扣费系统，扣费系统自动比较用户余额和金额，接着完成相关的扣费任务。

权限管理主要包含2 个部分的内容，分别是数据字典维护系统、权限赋予与收回系统。权限赋予与收回系统负责将每条权限作为数据库记录开展管理，权限分配到对应用户信息中，该用户才可以行驶该权限允许范围内的权利，做出相应行为，离职的用户会在第一时间被收回权限，数据库中及时删除相应的数据信息。除此之外，系统中有些内容会随着时间的变化而变化，例如收费政策改变等，此时系统也需要改变，而因为改变建立新的数据库是一项庞大的工作，这时就需要数据字典维护系统发挥作用，对系统中出现变化的数据进行更改，并存入数据字典内便于后续管理工作的开展。

3 高速公路不停车收费系统功能模块设计

高速公路不停车收费系统依照上述体系结构划分后，从功能上看可以实现用户管理、收费扣费、权限赋予与收回、数据更改与管理等功能。

3.1 用户模块设计

用户管理模块发挥出来的主要作用为对用户进行管理，新增或者是删除相应的用户信息，同时也能够准确地查询和更改用户信息[4]。

客户注册登录模块体现出来的基本功能就是对用户进行新增，注册并登录后用户才能使用该系统，登录后用户可以浏览个人信息，查询收费口信息和收费规则、执行充值等操作，这些操作需要开启不同的页面，对于这些页面的访问来讲，若页面内包含的数据量较大，采取同步的方式实现前后台交互会造成较大的系统消耗。且打开页面时间会增长，需要花费一定时间等待页面的呈现和使用，这在极大程度上降低了用户体验感。系统前端将Jquery 插件引入以后，合理化地使用以Ajax 和JSON 技术为基础的异步请求响应数据传输机制，显著提升了前后台交互工作的实效性。通过Ajax异步处理，能够加快数据传输速度，提升系统响应速度，减少打开和使用页面的等待时间。

数据信息从前台向后台传输以后，使用JSON 格式的封装来完成相关的操作，为解析工作的开展做好了铺垫，该格式的数据信息在前台能够及时地完成解析工作任务，后台在使用该格式的JAR 包以后，数据的封装和解析速度也会实现快速提升。

前台用户模块将请求发出以后，后台程序要在第一时间完成运行处理工作，此时，Web 容器起到了积极的促进作用。系统在开展管理工作时，使用的主要容器为Tomcat 容器，从而使管理工作取得令人满意的效果。若同一时刻有大量请求产生，Tomcat 也能很好地处理。系统只需要配置好相关文件，后台就能完美处理前台用户的需求。

3.2 权限管理模块设计

权限管理模块顾名思义，其功能就是对用户权限进行管理，包括赋予权限、删除权限、修改权限和查看权限等内容[5]。不同用户所拥有的权限不一样，其权限管理截面也存在不同，操作功能也存在差异。

该模块的基本功能是权限的分配和收回，用户登录后可以查看自己的权限，在权限之下浏览数据，进行翻页、读取等操作。

在设计权限管理模块时，设计理念为将所有权限全部当作是数据库中权限的相关记载，与用户之间建立关联关系，索引时，输入用户名作为关键字，并在权限表中储存。所有的权限以数据库中的权限表的记录形式存在，与用户之间建立良好的关联关系，在权限表中，用户ID 作为一列进行有效的储存，并以外键的形式存在。系统给用户分配权限时，在数据库权限表中存储用户ID，使得用户能够随时行使此项权限。比如：将充值当作是一条权限表的记录时，向60 个ID 用户进行分配，用户在登录系统以后，系统菜单就会将充值的功能项体现出来，那些没有分配的用户对该目录无法进行识别。功能被转化成为了Hibernate，在可以处理的范围之内完成相关的操作，数据库中的封装能够实现系统化组装。

3.3 设计收费模块

对于收费功能模块来说，扣费和计算费用是其主要的功能模块。在对费用需求进行计算时，使用的方式比较多，用户车辆抵达收费站口以后，对以下情况进行全面的分析，依据车辆的行驶记录来完成相关的计费任务，以固定价格为依据来完成收费任务，依据车辆的信用值和扣费记录来完成综合收费工作，异常车辆数据信息会及时发出警告。在设计费用计算模块时，结合不同的需求来对计算方法进行合理化选择，面向对象的多态技术使用频率最高。计费方法属于基类，不同的计费方法会在一个类中体现，对该基类进行了继承，在系统运行的过程中，编译器会使用动态化的管理方式来开展相应的计费算法，使得系统功能需求得到最大程度的满足。

费用被准确地计算出来以后，计算得出的结果以系统参数的形式向下一个功能模块中传输，也就是扣费模块完成了相关的操作。在操作扣费模块时，以后台处理为主，RFID 在对车辆信息进行读取以后，计费模块会及时地将相关费用计算出来，扣费模块完成相关的扣费工作任务。扣费算法在设计扣费模块时发挥着十分重要的作用，设计扣费模块时，当传入的参数是空的时，系统就会及时地发出警告信号，车辆停下以后，以人工收费的形式来完成相关的操作。

该模块会将收费站过往车辆的所有收费信息汇总在一起，在整理和汇总相关的数据信息以后，实现了对系统使用数据信息的快速生成，在数据信息被整理好以后，会及时地向结算中心传输，为其他功能模块发挥作用提供信息支撑。对清算中心下传的系统运行参数、黄名单人员、黑名单人员等进行定时接收，并及时地将所有数据信息传输到收费站系统中。

3.4 打印统计模块

提供了强大而灵活的打印统计模块，使用户能够轻松地将系统中的数据和报告进行统计或打印导出，以满足各种个性化需求。这一功能的核心目标是简化用户在其他应用程序或环境中使用系统数据的过程，同时确保数据的完整性和安全性。打印统计模块支持以下主要功能。一是提供选择统计特定数据或报告部分的选项，以满足个性化需求和关注点。二是可以将系统中的数据以多种常见格式导出打印，包括CSV、Excel 和JSON，以满足不同用户和应用场景的需求。导出的数据和报告格式兼容常见的应用程序和工具，确保顺利集成到其他系统中。

4 RFID 技术下不停车收费系统的核心设计技术

在设计不停车收费系统时，要以RFID 技术为依托，从多个方面着手来完成相关的操作任务，其所包含的技术内容比较多，最为常见的有RFID 中间软件技术、网络数据传输安全技术和RFID 技术等。

4.1 创建模型

从整体层面分析，在读写器数据和上位机应用程序中，RFID 中间件发挥出来的作用十分关键，使得上层应用程序的API 得以高效地提供，使得RFID 读写器的透明连接成为可能。从其他层面上开展分析工作时，RFID 中间件包含的结构层次为3 层，具体情况：第一层为数据采集层，对车载RFID 电子标签的相关数据信息进行全方位的感知，使其在整个系统中具备超强的可靠性和可用性。第二层为事件处理层，其在RFID 中间层中占据非常重要的地位，在此层中整理采集到的RFID 电子标签信息，并对相关的数据信息进行综合分析，从中获得有价值的信息资料，完成RFID电子标签的封装操作，将信息包及时地传输回去，为上层应用做好充分的准备工作。第三层为信息发布层，上位机软件所需的各类数据信息能够从此层中得以准确获取，整理和分析大量的数据信息以后，对数据价值开展深层次的挖掘和探究，使得相应的模型得以积极地构建。

4.2 中间件算法

综合分析相关的数据记录和调查数据，读写器在对RFID 电子标签信息的间隔时间进行读取时，核心时间间隔大约为十几毫秒，这就使得读写器所获得的各类信息资源表现出了超强的冗余性，很多原始数据信息对RFID 数据传输失去了价值，只能是在提取和转变原始数据信息以后，其价值才能得以体现，这也是开展相关算法的核心目标。

感知层感知到的所有数据信息要在第一时间传输到传输层中，传输层在获得相应的数据信息以后，不需要对所得数据信息开展任何的分析和处理工作，只是将数据信息传输到应用层中即可，将冗余全部消除干净，对数据价值进行客观的评价。在对感知数据进行判断时，使用的具体方案：第一，在注册环节中，在RFID电子标签的电子产品代码编码中绑定有效的数据信息，并在数据库中完成相关的存储任务，RFID 中间件不会处理任何数据信息，只是将数据信息向上层应用软件中传输即可，在上传数据信息以后，结合中间件上传的数据信息来对数据开展客观的分析工作。第二，结合编码的各项规章制度，综合分析RFID 电子标签，在注册环节中，将RFID 电子标签重新写入其中，实现对数据信息的储存，在消除感知层感知数据的冗余时，RFID 中间层发挥着十分重要的作用，并在最短的时间之内将电子标签的编码前三位数字信息进行准确地获取，实现对ETC 的准确判断，是不是具备实效性。然而在最后的环节中，所有的有效数据信息要及时地向应用软件中传输，使其发挥出应有的作用。

5 结束语

在高速公路收费口管理工作中，电子不停车收费系统逐渐被更多的人所接受，不仅给过往车辆带来了巨大的便利，也使得收费站的工作效率显著提升。以该系统代替半人工收费可以实现快速便捷准确收费，该系统作为一种非接触式信息交互型收费技术，利用路侧天线与车载电子标签进行信息交互，实现自动计费和扣费。除此之外，ETC 收费还能够减少现金交易，提升交易安全性，车辆通行速度快，不影响高速公路的交通，这在一定程度上提升了高速公路的运载能力。相信在时代的发展下，ETC 技术也会更加完善，应用范围也会更加广泛。