ETC与RFID技术现状如何

描述

上海世博会门禁中的“世博核心”是较早大规模综合应用射频识别技术（RFID技术）。 到目前为止，我国的RFID技术已经比较成熟。

相关技术

1.射频识别

RFID（Radio Frequency Identification，射频识别）是一种非接触式自动识别技术，通过射频信号自动识别目标物体并获取相关数据，可以快速追踪物品和交换数据，其识别工作不需要人工干预。

RFID作为一种新技术，是无线电技术和雷达技术的结合。 1948年Harry Stockman的“Communication Using Reflected Power”奠定了射频识别（RFID）的理论基础。 为 RFID 奠定基础的技术是在第二次世界大战期间开发的。 当时，为了识别飞机，也被称为“敌友”识别技术。 该技术的后续版本至今仍在飞机识别中使用。

一个典型的RFID系统包括三个主要部分：电子标签、阅读器（包括天线）和应用系统。 电子标签是射频识别系统的数据载体。 它由标签天线和标签专用芯片组成。 它可以接收读写器的电磁场调制信号并返回响应信号，实现对标签识别码和内存数据的读写操作。 读写器用于接收主机的命令，将传感器中存储的数据以有线或无线方式传回主机。 它包含一个控制器和一个天线。 如果阅读距离很远，天线将单独存在。 应用系统是指用户原有的MIS系统。 与RFID系统交互的应用系统终端计算机传输应用系统下发的工作指令，并通过中间件控制电子标签与读写器之间的协调，处理RFID系统采集的所有数据，并执行计算存储和数据传输。

RFID系统的工作原理是：当带有电子标签的物品进入阅读器天线的辐射范围时，它接收阅读器发出的射频信号。 无源电子标签凭借感应电流获得的能量将标签芯片中存储的数据发送出去，而有源电子标签主动发送标签芯片中存储的数据。 阅读器一般都带有一定功能的中间件，可以读取数据，解码后直接进行简单的数据处理，然后发送给应用系统。 应用系统根据逻辑运算判断电子标签的合法性，并对不同的设置进行相应的处理和控制，从而实现RFID系统的基本功能。

2.射频标签

射频标签即射频卡，又称非接触式IC卡。 它由IC芯片和感应天线组成。 芯片和天线不外露，采用标准PVC卡封装。 射频卡的读写过程通常是通过射频卡与读写器之间的无线电波来完成的。 它成功地将射频识别技术和IC卡技术结合在一起，解决了无源和非接触两大技术难题，是电子设备领域的重大突破。

根据标签的供电方式，射频标签可分为有源和无源两种。 有源标签使用标签内部电源提供的能量，识别距离比较远（可达几十米甚至上百米），但寿命有限，成本高。 无源标签不包含电源，工作时从阅读器的电磁场中获取能量。 它们重量轻、体积小、寿命长、成本低，但通信距离有限。

根据工作频率的不同，RFID系统可分为低频、中高频、超高频和微波系统。 低频系统的工作频率一般为30KHz～300KHz，其典型工作频率为125KHz和133KHz。 其基本特点是标签成本低，标签存储数据量小，读写距离短（10cm左右），标签形状多样，读取方向性强天线不牢固。 主要用于畜牧业和动物管理。 中高频系统的工作频率一般为3MHz～30MHz，其典型工作频率为13.56MHz。 其基本特点是标签和读写器成本低，标签存储数据量大，读写距离远（可达1m以上），适应性强，外形美观一般为卡片形，读写器和标签天线具有一定的方向性，主要用于二代身份证系统和一卡通系统。 UHF和微波系统的工作频率一般在300MHz到3GHz或大于3GHz的范围内。 其典型工作频率为 433MHz、915MHz、2.45GHz 和 5.8GHz。 根据各频段无线电波的特点，可适用于不同的场合。 例如，433MHz的有源标签常用于近距离通信和工业控制领域。 915MHz无源标签物流领域的首选。 2.45GHz除了广泛应用于近距离通信外，还广泛应用于我国铁路运输标识管理。 5.8GHz RFID系统作为我国ETC的工作频段，率先制定了国家ETC标准。

3、电子不间断充电系统

ETC（Electronic Toll Collection，电子不停车收费系统）是世界各国都大力推崇的一种先进的收费方式。 车主只需将电子标签安装在车窗上即可。 当车辆通过收费站时，设置在收费站的读写器将对通过车辆的电子标签进行读写，自动从预先绑定的射频卡或银行账户中读写电子标签。 车主在扣除相应费用后，无需停车、无需人工缴费，即可快速通过收费站，真正实现一路畅通。

ETC系统主要由车辆自动识别系统、中央管理系统及其他辅助设施组成。 其中，车辆自动识别系统由OBU（On board unit，车载单元）、RSU（Road side unit，路边单元）、环路传感器等组成。 OBU（电子标签）存储车辆的相关信息，一般安装在车辆的前挡风玻璃上。 RSU（读卡器和写卡器）安装在收费站旁边。 环路传感器安装在车道地板下。 中央管理系统存储了大量有关注册车辆及其车主的信息。 当车辆通过收费站时，环路传感器感知到车辆，RSU发出查询信号，OBU响应，进行双向通信和数据交换。 中央管理系统获取车辆识别信息并进行比对判断，根据不同情况控制管理系统产生不同的操作，从而实现对行驶车辆的自动化管理。

ETC系统采用专用DSRC（dedicated short-range communication）方式远距离（10m~30m）进行数据交换，完善的加密通信机制（支持3DES、RSA算法），非接触方式（工作频段支持915MHz、2.45GHz 和 5.8GHz）。 ETC信息实现对处于快速移动状态的车辆的自动识别，从而实现目标的自动化管理。

与以往的人工收费系统相比，目前的ETC系统具有以下优势：一是交通更加顺畅。 司机无需停车即可直接通过ETC系统缴纳通行费，有效提高了收费站的车辆通行能力，避免了收费站造成的交通拥堵，提高了道路的利用率。 二是支付便捷透明。 司机通过ETC系统缴费，意味着单位时间内将有更多的车辆通过，从而加快缴费速度，提高缴费效率。 三是节能环保。 ETC系统减少了车辆在收费站人工缴费的等待时间，降低了油耗，减少了车辆怠速时的尾气排放，从而达到节能环保的效果。

ETC系统的成熟应用，为未来的智能交通打下了坚实的基础。 近期，该技术还被应用于城市中心区高峰时段的拥堵收费。

四、应用案例

今天，绝大多数门禁系统（包括车库门禁和楼宇门禁）仍然使用高频射频卡进行管理。 目前，车库门禁系统和楼宇门禁系统在使用中存在以下问题。

高频射频卡的理论识别距离范围仅为2.5cm至10cm（射频卡与读卡器之间的距离）。 受环境影响etc识别原理，实际识别距离比理论识别距离短。

对于车库门禁系统，停车道门票箱的位置要求司机在驾驶车辆时，要让主驾驶室离停车道门票箱很近，以便刷卡etc识别原理，从而增加驾驶员的驾驶时间。 难点，尤其是停车门票箱设置在一边平坦一边有坡度的车库入口处。 有的司机索性先刷卡，拉起驻车制动杆，然后到车库发动汽车，开出车库。 另外，停车闸口的票箱一般设置在车库入口处，接近露天环境。 其抗雷雨的防水防潮性能较差，增加了票箱内电气元件的故障率，导致车位闸机不能正常升降。

对于楼宇门禁系统，射频卡与读卡器之间的距离必须相当近，才能使门禁开启，尤其是雷雨天气，人们从外面进入楼宇时，会延长人们等待门禁的时间。通过大楼门禁。

针对目前门禁系统存在的一些问题，我们借鉴了基于RFID技术的高速公路电子不停车收费系统的成熟应用经验，将ETC技术应用到目前的门禁系统中（使用非-ETC系统中停止功能模块，取消ETC系统收费功能模块），为提高门禁系统的智能化和效率，提出以下解决方案。

⑴禁用车库门禁系统目前使用的高频射频卡（工作频段：13.56MHz，识别距离范围：2.5cm～10cm），启用微波射频卡（工作频段：5.8GHz，识别距离范围：10m～30m）。 微波读写器的三组天线呈“针”形安装在车库出入口的顶部和两侧墙壁上，全面采集车辆微波射频卡的相关信息。

⑵取消ETC系统中的收费功能模块，增加视频图像识别和语音报警模块。 当车辆通过预埋地面感应线圈时，ETC系统中的车辆自动识别（包括射频识别和车牌图像识别）系统将自动识别车辆。 如果车辆被识别为车库中的注册车辆，则驻车制动杆将自动竖起并释放； 如果车辆被识别为车库内的未登记车辆，中央管理系统将及时报警并记录登录，提醒安保人员及时到达现场。

(3)禁用楼宇门禁系统中使用的高频射频卡，启用ETC系统中的微波射频卡。 微波读写器安装在大楼入口处，用于采集微波射频卡的相关信息。 采用红外线感应触发，取代ETC系统中的地感线圈触发。 当有人经过时，红外传感器触发微波读写器自动识别携带微波射频卡的人员。 如果确认大楼有登记人员信息，大楼门禁将提前自动开启。

⑷临时车辆、临时人员进出，可由管理员发放临时微波射频卡解决。

结论

RFID技术是一种新兴的自动识别技术。 尤其是微波射频技术，以其无障碍读取远距离穿透、扫描速度快、存储容量大、体积小、安全保密性好等优点，受到了社会各界的广泛关注。 它在众多自动识别技术中脱颖而出。 ，广泛应用于各个领域，在我国有着巨大的发展潜力。 借鉴高速公路电子不停车收费系统的成熟应用经验，采用微波射频技术替代目前广泛应用于门禁系统的高频射频技术，将ETC技术应用到上述门禁系统中，提高门禁系统的智能化和效率化水平。

ETC技术在门禁系统中具有广阔的应用前景，例如在智能停车场管理中正在逐步推广应用。 但是，对于建筑物内部距离很近的多个门禁系统，由于红外感应范围的重叠，会同时触发多个微波读写器。 进一步研究并修复它。