1、. . 高速公路不停車收費 系統應用研究摘要高速公路是社會經濟開展的必然產物。In recent years, with the rapid development of our economy, the growth of highway is being faster and faster.近年來，隨著我國經濟的快速開展，高速公路的開展變得越來越快，車輛的增加更為迅速，而現階段，高速公路的收費系統，根本上都要求停車排隊收費，在頂峰期司時機面臨排隊付費的狀況，這嚴重降低了高速公路快捷、高效的功能；同時也造成了環境的污染和能源的浪費。這對日益增長的車輛和越來越高的工作效率要求來說，停車繳費系統

2、已漸漸滿足不了開展的要求。本文主要是研究高速路不停車收費系統，該系統使高速公路收費走向電子化，可降低收費管理的本錢，極改善了路上密集車輛所造成的環境污染，減少車輛阻塞現象，使行車更加平安，更為主要的是將大大提高過橋收費效率。本文指出了目前我國高速公路收費系統的現狀及開展前景，結合高速公路的實際情況，闡述了ETC車道的工作原理和系統構成，進一步論述了ETC系統工作流程和實施不停車收費系統所遇到的問題及其解決方法，為下一步的研究打下根底。關鍵詞：高速公路；ETC系統；關鍵技術；電子標簽；路徑識別Research of HighwayToll Collection System Applicatio

3、nsAbstractHighway is the inevitable product of social and economic development. In recent years, as Chinas rapid economic development, highway development is being faster and faster, and vehicles increase are more rapid,but now，the highway toll collection system is basically a line charge，drivers wi

4、ll line up facing the pay situation in the peak period , which seriously hindered the road fast, and efficient function; but also caused environmental pollution and energy waste. The parking payment system has been gradually can not meet the requirements of the development for more and more vehicles

5、 and more increasing efficiency.This paper is the study of highway toll collection system, which makes electronic road toll to reduce the cost of management fees, improved road-intensive environmental pollution caused by vehicles, reducing vehicle congestion, thus making driving safer, more importan

6、tly that will greatly enhance the efficiency of the bridge toll.The paper points out the current status and prospects of highway toll collection system ,bined with the actual situation of the highway, describes the working principle of the ETC lane and the system position, and further discussed the

7、ETC system and implementation of work flow system does not meet parking problems and their solutions, laies the foundation for further research.Keywords:Highway; ETC system; key technology; electronic tags;Pathidentification目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295920440第1章 緒論 PAGEREF _Toc295920440 h 1

8、HYPERLINK l _Toc2959204411.1 引言 PAGEREF _Toc295920441 h 1HYPERLINK l _Toc2959204421.2 不停車收費系統的現狀及開展趨勢 PAGEREF _Toc295920442 h 2HYPERLINK l _Toc2959204431.2.1 不停車收費系統在國的開展 PAGEREF _Toc295920443 h 3HYPERLINK l _Toc2959204441.2.2 不停車收費系統在國外應用情況 PAGEREF _Toc295920444 h 3HYPERLINK l _Toc2959204451.2.3 不停

9、車收費系統的開展趨勢PAGEREF _Toc295920445 h 5HYPERLINK l _Toc295920446第2章 不停車收費系統概述 PAGEREF _Toc295920446 h 7HYPERLINK l _Toc2959204472.1 不停車收費系統的定義 PAGEREF _Toc295920447 h 7HYPERLINK l _Toc2959204482.1.1 記賬式自動收費系統 PAGEREF _Toc295920448 h 7HYPERLINK l _Toc2959204492.1.2 IC卡扣除式自動收費系統 PAGEREF _Toc295920449 h 7H

10、YPERLINK l _Toc2959204502.2 不停車收費系統的組成與工作原理 PAGEREF _Toc295920450 h 8HYPERLINK l _Toc2959204512.2.1 ETC車道系統構成 PAGEREF _Toc295920451 h 8HYPERLINK l _Toc2959204522.2.2系統工作原理 PAGEREF _Toc295920452 h 9HYPERLINK l _Toc2959204532.3ETC系統的主要技術 PAGEREF _Toc295920453 h 10HYPERLINK l _Toc2959204542.3.1 RFID技術

11、PAGEREF _Toc295920454 h 10HYPERLINK l _Toc2959204552.3.2車型識別技術 PAGEREF _Toc295920455 h 11HYPERLINK l _Toc2959204562.3.3車牌識別技術 PAGEREF _Toc295920456 h 12HYPERLINK l _Toc2959204572.3.4信息融合技術 PAGEREF _Toc295920457 h 13HYPERLINK l _Toc2959204582.3.5加密和平安技術 PAGEREF _Toc295920458 h 13HYPERLINK l _Toc29592

12、04592.3.6專用短程無線通信DSRC技術 PAGEREF _Toc295920459 h 14HYPERLINK l _Toc295920460第3章 關鍵技術RFID技術匯總 PAGEREF _Toc295920460 h 16HYPERLINK l _Toc2959204613.1 什么是RFID技術 PAGEREF _Toc295920461 h 16HYPERLINK l _Toc2959204623.2 RFID的開展史 PAGEREF _Toc295920462 h 16HYPERLINK l _Toc2959204633.3 RFID的組成及工作原理 PAGEREF _To

13、c295920463 h 17HYPERLINK l _Toc2959204643.4 RFID的工作頻段 PAGEREF _Toc295920464 h 18HYPERLINK l _Toc2959204653.5 RFID技術標準 PAGEREF _Toc295920465 h 19HYPERLINK l _Toc295920466第4章 ETC的技術設備和方案選擇 PAGEREF _Toc295920466 h 20HYPERLINK l _Toc2959204674.1 ETC的技術設備 PAGEREF _Toc295920467 h 20HYPERLINK l _Toc2959204

14、684.1.1 車載電子標簽 PAGEREF _Toc295920468 h 21HYPERLINK l _Toc2959204694.1.2微波天線 PAGEREF _Toc295920469 h 22HYPERLINK l _Toc2959204704.2.3閱讀器 Reader PAGEREF _Toc295920470 h 23HYPERLINK l _Toc2959204714.2技術方案 PAGEREF _Toc295920471 h 24HYPERLINK l _Toc2959204724.2.1可讀寫單片式電子標簽的方案 PAGEREF _Toc295920472 h 24HY

15、PERLINK l _Toc2959204734.2.2雙片式電子標簽的方案 PAGEREF _Toc295920473 h 25HYPERLINK l _Toc2959204744.2.3改進型雙片式電子標簽的方案 PAGEREF _Toc295920474 h 25HYPERLINK l _Toc2959204754.3方案分析 PAGEREF _Toc295920475 h 25HYPERLINK l _Toc2959204764.3.1可讀寫單片式電子標簽方案分析 PAGEREF _Toc295920476 h 25HYPERLINK l _Toc2959204774.3.2雙片式ET

16、C電子標簽組合式方案分析 PAGEREF _Toc295920477 h 26HYPERLINK l _Toc2959204784.3.3改進型雙片式電子標簽方案分析 PAGEREF _Toc295920478 h 27HYPERLINK l _Toc2959204794.4可靠性預測分析 PAGEREF _Toc295920479 h27HYPERLINK l _Toc2959204804.5 結論 PAGEREF _Toc295920480 h 30HYPERLINK l _Toc295920481第5章 ETC系統存在的問題和解決方法 PAGEREF _Toc295920481 h 31

17、HYPERLINK l _Toc2959204825.1 RFID的碰撞問題及其解決方法 PAGEREF _Toc295920482 h 31HYPERLINK l _Toc2959204835.2車型的實時自動識別混亂 PAGEREF _Toc295920483 h 34HYPERLINK l _Toc2959204845.3 眾多用戶和系統的兼容性問題 PAGEREF _Toc295920484 h 35HYPERLINK l _Toc2959204855.4 ETC在實際運營中存在的問題及其解決方法 PAGEREF _Toc295920485 h 35HYPERLINK l _Toc29

18、59204865.4.1誤入車輛引起的ETC車道擁堵 PAGEREF _Toc295920486 h 36HYPERLINK l _Toc2959204875.4.2 ETC系統跟車干擾嚴重 PAGEREF _Toc295920487 h 36HYPERLINK l _Toc2959204885.4.3其他需要解決的問題 PAGEREF _Toc295920488 h 37HYPERLINK l _Toc295920489總結 PAGEREF _Toc295920489 h 38HYPERLINK l _Toc295920490參考文獻 PAGEREF _Toc295920490 h 39HY

19、PERLINK l _Toc295920491致 PAGEREF _Toc295920491 h 41. 第一章 緒論1.1引言高速公路被譽為一個國家走向現代化的橋梁，是一個國家開展現代化交通業的必經之路，同時也是一個國家經濟開展的重要助推器。目前，隨著我國國民經濟的快速開展，高速公路也呈現出強勁的增長勢頭。高速公路在中國地的出現和開展僅僅走過了20年的歷程，到2007年底全國高速公路總里程到達5.3萬公里，位居世界第二。高速公路正在為中國經濟和社會的開展提供著便捷、高效率的運輸效勞，對中國經濟、社會的開展以及公眾的生活方式和質量產生重大而深遠的影響。國家高速公路網規劃完成后，可以形成“首都連

20、接省會、省會彼此相通、連接主要地市、覆蓋重要縣市的高速公路網絡。這個網絡能夠覆蓋10多億人口，直接效勞區域GDP占全國總量的85以上，實現東部地區平均30分鐘、中部地區平均一小時、西部地區平均兩小時抵達高速公路，客貨運輸的機動性將有顯著提升。高速公路網絡是國家的重要戰略資源。國家高速公路網的形成有利于加快建立全國統一市場，對開展生產力、增強競爭力具有十分重要的作用，從長遠看，對中國人民生活方式的現代化也將產生重要影響。在國家和地方的共同努力下，依靠政府和公眾的積極行動，加之國際合作的有力支持，相信國家高速公路網的建立必將在使中國人民享有更好的交通效勞的歷史進程中扮演越來越重要的角色。然而，隨著

21、高速公路通車里程的持續增加以及道路網構造復雜度持續增大，高速公路管理面臨著巨大的挑戰。首先，現如今公路上車輛的監視根本上是依靠傳統的路面巡邏管理。而However, the number of vehicle in highway increases day by day, which brings huge pressure to the department of road patrol management so that it sometimes occurs improper monitoring and dispatching of vehicle, making the vehi

22、cle management in chaos.而而高速公路上車輛的數量日益增加，這給路面巡邏管理部門帶來巨大的壓力，以致有時發生車輛監控和調度不當，使車輛管理處于混亂狀態。此外，一些意想不到的事件和交通線路繁雜的地區經常會造成交通擁堵，導致交通的延誤。其次，我國的高速公路根本上都是收費公路，而現階段，高速公路的收費系統，根本上都是要求停車排隊收費，在很多收費站路口都出現了要花很多時間排隊繳費的現象，這嚴重降低了高速公路快捷、高效的功能，同時也造成了環境污染和能源浪費。此外，在這一階段，我國公路雖然四通八達，但其在各省的分布卻非常不均衡。而且高速公路的開展與地勢是不一樣的,所以道路網構造變得越

23、來越復雜。所有的這些都導致了積極促進公路聯網和實施一站式收費過程中的二義性路徑問題。最后，我國高速公路的信息化水平很低。在高速公路上，許多信息資源得不到有效整合與利用，因此不能向信息資源需求者提供必要的信息效勞和支持。The e*istence of these issues has seriously hindered the ealthy development of the future highway, and imultaneously has also brought the very disadvantageous influence to the fast and steady

24、 development of national economy.這些問題的存在已經嚴重阻礙了未來高速公路的安康開展，同時也給國民經濟的快速穩定開展帶來了非常不利影響。與此同時，信息高速公路是高速公路的未來開展趨勢，因此公路管理迫切需要實現信息化、網絡化、智能化。為了有效地解決這些存在的問題并實現高速公路的智能化管理和有效使用，本文介紹了不停車電子自動收費系統，該系統從設計、技術上滿足交通部“高速公路聯網收費暫行技術要求“的所有規定，且該系統具有獨特的自動高效的遠程目標識別優勢，并具有較強的環境適應能力和較高可靠性，這樣它就可以在各種惡劣的環境下準確地識別目標。本文結合射頻識別技術的應用提出了

25、一種基于射頻識別技術的高速路不停車收費系統又稱電子收費系統Electronic Toll Collection system ,簡稱ETC系統。它可以允許車輛高速通過，大大提高公路的通行能力；使公路收費走向電子化，降低收費管理的本錢，有利于提高車輛的營運效益；縮小收費站的規模，節約基建費用和管理費用；防止了月票制度和人工收費的眾多弱點，有效提高這些市政設施的資金回收能力；同時也可以大大降低收費口的噪聲水平和廢氣排放。簡而言之，它使高速公路管理更有效率，更加規化和智能化1。1.2不停車收費系統的現狀及開展趨勢ETC電子不停車收費技術自90年代初期出現以來，美國、日本及歐洲各國開通了大量的不停車收

26、費車道。目前，許多國家和地區的ETC系統已經聯網并形成規模效益，實現了明顯的社會經濟效益。我國也在九五期間，由交通部組織了“網絡環境下不停車收費系統行業聯合攻關工程研究。與此同時，全國各大高等院校、研究機構也紛紛開展了ETC電子不停車收費技術的研究。本文就國外的開展情況做一簡單介紹。不停車收費系統在國的開展1995年，國家技術監視局正式批準交通部承當ISOPTC204國歸口工作，秘書處設在交通部公路科學研究所。1996年，交通部成立了中國交通工程設施公路標委會。1998年，國家計委立項委托交通部公路科學研究所開展“交通工程標準化體系研究，并要求盡快制定本領域急需的20多項國家標準，其中就包括“

27、公路不停車收費應用技術條件的編制工作。1999年，、率先提出全省聯網收費，伴隨著眾多主線收費站的撤除，我國公路收費系統從各路段獨立收費的狀態步入了聯網統一收費、通行費多業主拆分的時代。到2003年，聯網收費初具規模的省市有、等。還在實施中的有、蒙、等。在實施區域聯網收費的進程中，為了保障聯網收費能順利實施，通常還需建立通信網絡，以及必要的監控設施。數以億計的投資吸引了大量的IT 企業包括設備制造商和系統集成商參與工程建立，采購大量的計算機系統、通信設備、網絡設備，根底軟件、應用軟件以及專用的收費設備等。這就是我國開展電子收費應用所必須面對的大環境。然而目前，不停車收費系統在我國有了較為成熟的開

28、發和應用。1994年底，大橋管理站在國首次開發成功了1套基于微波檢測技術的不停車收費系統，該系統于1995年1月1日試開通。1997年市開場實施全市路橋“一卡通不停車收費推廣工程，系統于1999年1月1日投入運行。此外機荷、梅觀高速公路也實施了不停車電子收費系統。在、等地的機場高速公路也先后實施了電子不停車收費系統，其中機場高速公路收費站采用的是美國AMTECH公司的產品，而機場高速路則是使用日本豐田的路邊設備和單、雙片式車載機及世界上最先進的雙界面卡。近年來，我國各個地區均先后提出了實施不停車收費的規劃。不停車收費系統在國外應用情況美國、歐洲、日本很早就針對不停車收費系統中的研發技術、工程實

29、施、標準規進展了深入研究，并向國際標準化組織提交了有關不停車收費標準的草案，歐洲和日本提出的標準較為成熟，獲得了較廣泛的廠商支持。但各興旺國家在ETC技術推進和聯網收費方面都經歷了較為漫長的過程。在美國最著名的電子不停車系統是E-Zpass系統。1997年7月，該系統工程的方案開場實施和運行。經過僅一年半的時間，共計23條電子收費車道的不停車收費網絡就承當了月平均交易量的43% ，充分表達了電子不停車系統的效益和吸引力。E-Zpass系統采用專用車道和混合車道兩種模式,車道都有收費員值班。規定車輛通過車道限速為5英里。美國根本上是采用開放市收費制式構成的網絡。目前，美國已有11個州的21條高速

30、公路收費機構連合成立了IAG 組織 InterAgency Group，系統車輛采用單一標準的車載設備，每個用戶擁有單一賬戶。該組織下的收費系統已安裝有3211條ETC車道，每日交易量超過300萬。葡萄牙的Via Varde電子收費系統可以算作歐洲具有代表意義的聯網電子收費系統之一，由葡萄牙最大的公路運營商BRISA公司管理。收費系統采用封閉式和開放式相結合的模式。事實已證明，Via Varde電子收費系統是既有利于道路使用者又有利于道路運營商的有效收費手段。根據運營報表統計數據，人工收費車道Manual Toll Collection ,簡稱MTC。MTG的平均通行能力為200輛Ph，電子收

31、費車道的平均通行能力為1500輛Ph，1條ETC車道的通行能力是MTG車道通行能力的7倍。該ETC車道的顯著特點是沒有自動欄桿，車輛能以不低于80kmPh的速度通行。如果沒有Via Varde系統，運營公司將不得不多修建2000多條人工收費車道以解決收費擁堵問題。目前，日本已經建立起了全世界最大規模的聯網電子不停車收費系統，運營管理方式為不同運營主體管理多條收費道路的方式，所有高速公路由四大道路集團運營管理。1997年，日本就編制了有關電子不停車收費標準草案ARIB - T55PT75，并提交給國際標準化組織第204委員會 ISOPTC 204。2001年3月起實施全國大規模的ETC網絡建立。

32、目前，日本已經在全國圍的所有高速公路收費站點開通了ETC系統，收費站點總數超過1300個，用戶數量超過1000萬。日本使用的電子收費系統應用接觸式CPU卡+ 5.8 GHz 的主動式電子標簽；車道設置雙ETC天線，自動欄桿為雙翻開式高速欄桿，車道無人值守，有很高的平安性和車道通行能力；與銀行的信用結算體系有很好地銜接；人工收費與電子收費完全隔離，車道投資和電子標簽的本錢不是很高。盡管國外ETC系統運行很成功，具有一定特色，但有些技術特點和運營方法能否適合中國，需要結合我國道路使用者的行為特點深入評估分析。以車道局部為例，有專用車道、混合車道兩種模式，有收費員值班管理和無人值班管理兩種模式，有設

33、高速欄桿和不設欄桿兩種模式，有低速通行模式和高速通行模式。從違章逃費行為的處理看，有現場處理和圖像抓拍事后處理兩種模式。如果ETC運營模式不能很好地提供免停車快速通行效勞、不能減少收費值班員，將無法表達出明顯的吸引力，推廣應用的前景將無疑受到影響。不停車收費系統的開展趨勢在高速公路建立快速開展的同時，我國高速公路收費系統也有了很大的開展。10多年來，高速公路收費系統已經由全面引進階段逐步過渡到自主開發與引進相結合的階段。主要表達在按區域聯網收費、按線路聯網收費、采用高新科學技術提高收費管理手段3個方面。隨著社會、經濟的快速開展，特別是跨省市國道主干線高速公路網絡的逐步形成，社會對收費系統的技術

34、要求將會越來越高，自動化程度較高的收費技術必然逐步取代傳統的人工作業方式，ETC技術會在適宜的路段得到采用，但要形成網絡尚需較長過程。國已有局部運營了五六年的高速公路，其交通量已經到達相當水平，局部收費站的通行能力確實不能滿足頂峰交通的需要，面臨擴建收費站和改建ETC車道的選擇。在這個時候，實施ETC收費顯然要優于進展土建擴展。能夠兼容IC卡收費和ETC電子收費的兩片式電子標簽及其組合式電子收費技術方案將成為公路網自動化收費技術開展的探索和關注焦點。在以IC 卡收費為根底的系統中開展ETC電子付費較為容易，僅需在交通擁堵的收費站或有特別需求的收費站安裝ETC車道系統就可以，沒有必要讓ETC系統

35、自身單獨構成一個封閉式網絡。涉及的主要工作是車道改造任務，有一定的工作量，但不存在重復投資或浪費的問題。從更長期的角度看，ETC技術除了效勞于電子收費外，很有潛力擴展到加油、停車、門禁、出入控制等領域2。在國際社會未來的開展中，區域圍的互換性、多車道自由流技術、帶智能卡的雙片式電子標簽將是研究和開展的熱點。隨著我國公路事業的開展和不停車收費系統的開發應用，也會隨著增長的交通需求，我們相信不停車收費系統一定會被國家、被企業、被消費者廣泛關注和承受。不停車收費系統在我國的市場一定會有著廣闊的開展前景3。第二章 不停車收費系統概述2.1不停車收費系統的定義不停車收費系統又稱電子收費系統Electro

36、nic Toll Collection System，簡稱ETC系統利用專用短程微波通訊技術Dedicated Short Range munication， DSRC，通過收費車道或路側單元RUS與車載單元OBU的信息交換，自動識別車輛Automatic Vehicle Identification 簡稱 AVI技術，采用電子支付方式，自動完成車輛通行費扣除的全自動收費方式。簡單地講，就是指車輛在正常行駛速度情況下通過收費口時，收費口的收費設備自動對其完成收費的全部操作過程。目前不停車收費的方式主要有2 種:記賬式自動收費和IC卡扣除式自動收費4。記賬式自動收費系統系統主要是由收費口站臺設備

37、和電子IC卡組成。其收費過程是：當持有IC卡貼在車前擋風玻璃上的車輛通過收費口時，IC卡被站臺設備激活，將卡的卡號、車類、車號等信息發送給站臺設備，站臺計算機收到數據信息進展驗證后，將該車的通過時間、地點、收費金額等信息做1條記錄，以供事后在該IC卡的車輛賬戶上扣下收費金額，這樣就完成了一次不停車自動收費過程。IC卡扣除式自動收費系統系統主要由站臺設備、車載POS機和電子IC卡組成。其收費過程是：當裝有POS機且機插有IC資金卡的車輛駛進收費口時，收費口站臺設備通過第一區域天線發出微波信號，喚醒車載POS機，讓POS機將其POS機號、車類、IC卡號、卡資金等信息發送給站臺設備，站臺計算機對數據

38、驗證合法后，通知車載POS機在IC卡上扣除費用，當車載POS機完成扣款，車輛進入第二通訊區時，站臺設備承受POS機送回扣除成功與否的信息，假設發回信息是扣除成功，則控制站臺設備將車輛經過時間、地點、收費金額等信息做1條記錄作為結賬依據，完成1次自動收費過程。記賬式自動收費需傳送的信息量少，誤碼率低，可用于較高車速，站臺設備比擬簡單，且通行費通過銀行結賬，不直接與客戶發生經濟糾，與顧客矛盾少。采用定期的統一付款方式，一般不會有透支或無資金支付的顧慮。IC卡扣除式自動收費方式由于需要進展實時扣除款項，來回通訊的數據比擬多，站臺設備比擬復雜、要求高、還需要車載POS機等設備，投資大。2.2不停車收費

39、系統的組成與工作原理ETC在我國經歷10多年的開展路程，技術較為成熟，到達國際先進水平。根據我國路網現狀和ETC應用實際，現在投入使用的ETC多采用先進的5.8GHz微波頻段的DSRC技術，系統車載單元OBU則多采用兩片式電子標簽和雙界面CPU卡相結合的方式，成功地實現車輛的不停車收費。目前在我國正推廣使用5。 ETC車道系統構成聯網收費是當前收費的主要方式，而ETC系統是聯網收費的組成局部。ETC系統包括站級子系統和車道級子系統兩局部，其中車道級子系統負責實現ETC車道的電子不停車收費，站級子系統負責后臺的ETC交易數據效勞、運營參數管理以及系統運行監控，并通過數據接口軟件，在站級實現ETC

40、系統與聯網收費系統的數據處理工作6。在各個設備中，電子標簽讀寫天線通過RS232串行線接到位于收費亭的車道計算機上，讀寫天線與車載電子標簽之間的信息交換由應用程序直接控制；其它設備如自動欄桿、費額顯示器、車道通行燈、車輛檢測器等設備通過車道控制器與車道計算機連接；視頻信號通過字符疊加器疊加在過車信息后傳遞到收費站的監視器上。ETC車道系統構成圖如圖2-1所示。車道計算機天線控制器RS232收費臺效勞器TCP/IPRS232天線車道控制器RS232收費站監視器交通信號燈字符疊加器車檢器落桿機攝像機通信區域檢測線圈 抓拍線圈 落桿線圈圖2-1 ETC車道系統構成圖系統工作原理當車輛進入通信圍時，首

41、先壓到觸發線圈，啟動讀寫天線；讀寫天線與電子標簽車載機+CPU卡進展通信，判別車輛電子標簽是否有效，如有效則進展交易，無效則報警并保持車道關閉，直到車輛離開檢測線圈；如交易成功，系統控制欄桿抬升，通行信號燈變綠，費額顯示牌上交易信息；車輛通過抓拍線圈時，系統進展圖像抓拍，字符疊加器將過車信息疊加到抓拍圖像中；車輛通過落桿線圈后，欄桿自動回落，通行信號燈變紅；系統保存交易記錄，并將其上傳至收費站效勞器中，等待下一輛車進入7。具體過車流程如圖2-2所示。2.3ETC系統的主要技術ETC系統采用的主要技術包括：射頻識別技術、車型和牌照識別技術、信息融合技術、射頻IC卡加密和網絡數據傳輸平安技術、專用

42、短程通信技術等8。 RFID技術RFIDRadio Frequency Identification，即射頻識別，俗稱電子標簽。 RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。 RFID是一種簡單的無線系統，只有兩個根本器件，該系統用于控制、檢測和跟蹤物體。系統由一個詢問器或閱讀器和很多應答器或標簽組成9。一套完整的RFID系統, 是由閱讀器Reader與電子標簽TAG也就是所謂的應答器Transponder及應用軟件系統三個局部所組成，其

43、工作原理是Reader發射一特定頻率的無線電波能量給Transponder，用以驅動Transponde電路將部的數據送出，此時Reader便依序接收解讀數據，送給應用程序做相應的處理。射頻識別是應用于自動車輛識別的主要技術之一，通常通信距離830m，我國選定的5.8GHz通信頻率具有傳輸速度快、載波比高、抗干擾強、支持設備多等特點。通過射頻天線讀取電子標簽中的車輛信息，然后通過RS232串口將數據傳輸給DSP；車輛信息處理完畢后，DSP將通行信息再通過串口由射頻天線寫入電子標簽中。通常選用兩片式電子標簽，由固定安裝的車載機和可插拔的雙界面CPU卡組成。車載機里存儲了車牌號、車型等車輛物理參數

44、，用戶的消費、余額等信息則存儲在CPU卡。電子標簽具有防拆功能，采用不同顏色區分車型，防止換卡作弊。射頻卡電子標簽為TCPU型無源電子標簽，是由讀寫器發出的無線電波作為能源對其供電，不需要安裝電池10。車型識別技術車型識別的研究主要針對基于視頻的車型識別技術，通過對動態圖像處理獲得車輛的輪廓，并用Freeman鏈碼表示輪廓，通過對Freeman鏈碼的統計和計算獲取了車長、車高、周長、面積、車長高比、圓形度、外接矩形與面積比等7個特征，同時還提取了車型圖像的7個不變矩特征。然后應用SVM技術和決策樹多類分類器相結合的策略進展分類，使得分類器具有良好的分類性能和魯棒性，在選擇合理參數的前提下，可達

45、98%以上的識別率。系統流程如圖2-3所示。未到達攝像機、圖像采集卡檢查車輛是否到達“預處理查圖像到達目標識別輪廓跟蹤與特征提取分類識別輸出結果圖2-3 車型識別流程車型識別系統硬件有CCD攝像機、圖像采集卡、車型識別計算機組成。CCD攝像機將采集到的視頻信號傳輸到圖像采集卡，由圖像采集卡轉換為數字圖像后送車型識別計算機處理，經運動目標檢測與分割、圖像車型特征提取、SVM決策樹分類等計算處理，最終識別出車型。車牌識別技術車牌識別是以支持向量機為根底，研究特異性車牌的高可靠性識別問題。在實際應用中，抓拍的牌照圖像往往模糊不清甚至傾斜，需要通過方向場計算來進展矯正。由于車牌特有的紋理和形狀特點，采

46、用先進性邊緣粗提取，再利用形態學中的腐蝕和膨脹方法對車牌定位。定位后的車牌區域再經過Top-Hat變換、二值化、反色處理、字符分割后，最終通過SVM決策樹模型解決字符識別，得到完整的車牌。經大量的車牌樣本識別實驗證明，有效識別率高達99. 6%。車牌識別技術的系統流程圖如圖2-4所示。二值化預處理反色處理區域搜索與分別攝像機、圖像采集卡歸一化字符切分濾出處理單子識別字符特征提取圖2-4 車牌識別流程信息融合技術信息融合是ETC系統中的一個核心組件。通過信息融合技術，把采集自不同通道的數據進展綜合處理，可以得到比單一數據源更全面、更準確的參數信息。信息融合的軟件算法主要應用于出口車道的收費業務處

47、理中。ETC系統中的非接觸IC卡、車輛檢測器、攝像機采集到的數據，進展數據層融合處理，主要包括對采集到的車輛圖片進展預處理后形成的車型、牌照識別結果，和采集自IC卡中的記錄等信息進展融合。最終輸出的判決結果關鍵在決策層的融合。決策層中根據DS組合規則計算所有證據聯合作用下命題的可信度，然后將3重證據卡號、牌照、車型融合為2重證據牌照+車型、卡號+車型，得到在所有證據支持下的最終可信度，有效防止了信息采集不準確、環境噪聲和人為干擾等因素所造成的單個證據對命題判決車輛合法性的不可靠性。加密和平安技術研制的ETC電子不停車收費系統采用了對稱密鑰加密算法AES和非對稱密鑰加密算法RSA兩種數據加密方法

48、來保證系統中敏感信息在網絡中傳輸的平安性。不停車收費系統中敏感信息加密過程為：當費用結算管理中心C和各收費站F之間需要進展信息傳輸時，首先調用AES加密程序對所要傳輸的容進展加密處理。然后采用非對稱密鑰密碼RSA算法對AES加密密鑰進展加密，最后和原有加密信息同時傳輸給信息接收方。接收方收到信息后，利用RSA中自己的私鑰將AES的密鑰進展解密，再解密原有加密信息即可得到原有明文信息。不停車收費系統中敏感信息的加密過程如圖2-5所示。 收費站F AES 密鑰收費結算管理中心C AES 密鑰敏感信息敏感信息RSA加密模塊AES加密模塊AES加密模塊RSA加密模塊加密后融合信息加密后融合信息圖2-5

49、 不停車收費系統中敏感信息的加密過程專用短程無線通信DSRC技術不停車收費系統采用專用短程通信技術。DSRC是一種無線通信系統， 它通過信息的雙向傳輸將車輛和道路有機地連接起來。DSRC通訊系統主要包括三個局部：車載單元On Board Unit， 簡稱OBU ，路側單元Road Side Unit，簡稱RSU以及專用短程通信協議。1 車載單元。組合式電子收費系統中，車載單元采用兩片式電子標簽， 由車載電子標簽和雙界面CPU卡兩局部組成。雙片式ETC電子標簽和雙界面CPU卡同時存儲包括車主、車型、車輛物理參數等固定信息， 雙界面CPU卡存儲、余額、交易記錄、出入口等信息，雙界面CPU卡存儲的信

50、息能以接觸式和非接觸式兩種方式進展讀寫訪問。2 路側單元。路側單元又稱為路邊單元、車道單元、車道設備，主要是指車道通信設備路側天線。其參數主要有：頻率、發射功率、通信接口等等。路側天線能夠覆蓋的通信區域大約為330m。3 DSRC協議。DSRC協議的全稱為道路交通運輸信息通信特定短距離通信Road Traficant Transport Telematics, RTTT Dedicated Short Range munication DSRC。為針對固定于車道或路側的路側單元與裝載于移動車輛上的車載單元電子標簽間通信接口的規，DSRC協議主要特征包括：主從式構造，以路側單元為主，車載單元為從

51、，即路側單元擁有通信的主控權， 路側單元可以主動下傳信息，而車載單元必須聽從路側單元的指令才能上傳信息。半雙工通信方式，即傳送和接收信息不能同時進展。非同步分時多重存取Asynchronous TDMA，即路側單元與多個車載單元以分時多重存取方式通信，但彼此不需事先建立通信窗口的同步關系。DSRC具有提供雙向的滿足所有智能交通ITS應用的高可靠性高速數據傳輸；適合于所有氣候條件的高適應性，聚焦于非常小的通訊區域與道路上多個車輛通訊的高效性；抗干擾能力強氣候、電磁、物理等特性。其在ITS領域中的應用圍非常廣泛，除了ETC以外還包括：車載標識、平安檢查、車隊管理等等。第三章 關鍵技術RFID技術匯

52、總3.1 什么是RFID技術RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。短距離射頻產品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環境，可在這樣的環境中替代條碼，例如用在工廠的流水線上跟蹤物體。長距射頻產品多用于交通上，識別距離可達幾十米，如自動收費或識別車輛身份等。RFID解決方案是RFID技術供給商針對行業開展特點制定的RFID應用方案，可根據不同企業的實際要求“量身定做。RFID解決方案可按照行業進展分類，物流、防偽防盜、身份識別、資產管理、動物管理

53、、快捷支付等等11。3.2 RFID的開展史RFID直接繼承了雷達的概念，并由此開展出一種生機勃勃的AIDC新技術RFID技術。1948年哈里.斯托克曼發表的“利用反射功率的通訊奠定了射頻識別RFID的理論根底。RFID技術開展的歷程表。在20世紀中，無線電技術的理論與應用研究是科學技術開展最重要的成就之一。RFID技術的開展可按10年期劃分如下：19411950年。雷達的改進和應用催生了RFID技術，1948年奠定了RFID技術的理論根底。19511960年。早期RFID技術的探索階段，主要處于實驗室實驗研究。19611970年。RFID技術的理論得到了開展，開場了一些應用嘗試。197119

54、80年。RFID技術與產品研發處于一個大開展時期，各種RFID技術測試得到加速。出現了一些最早的RFID應用。19811990年。RFID技術及產品進入商業應用階段，各種規模應用開場出現。19912000年。RFID技術標準化問題日趨得到重視，RFID產品得到廣泛采用，RFID產品逐漸成為人們生活中的一局部。2001至今。標準化問題日趨為人們所重視，RFID產品種類更加豐富，有源電子標簽、無源電子標簽及半無源電子標簽均得到開展，電子標簽本錢不斷降低，規模應用行業擴大。RFID技術的理論得到豐富和完善。單芯片電子標簽、多電子標簽識讀、無線可讀可寫、無源電子標簽的遠距離識別、適應高速移動物體的RF

55、ID正在成為現實。3.3 RFID的組成及工作原理RFID系統因應用不同其組成會有所不同，但根本都由電子標簽 Tag 、閱讀器Reader 和數據交換與管理系統 Processor 三大局部組成。電子標簽或稱射頻卡、應答器等，其簽存有一定格式的電子數據，常以此作為識別物品的標識性信息。應用中將電子標簽附在待識別的物體上，作為識別物品的電子標記。電子標簽由耦合元件及芯片組成，其中芯片包含帶加密邏輯、存儲器等相關電路。存儲器容量為幾個比特到幾十千比特，可以存儲永久性數據和非永久性數據。永久性數據可以是標簽序列號，用來作為標簽的唯一身份標識，不能更改。非永久性數據寫在EEPROM等可重寫的存儲器，用

56、來存儲用戶數據。電子標簽具有智能讀寫和加密通信的功能，它是通過無線電波與閱讀器進展數據交換；閱讀器，有時也被稱為查詢器、讀寫器或讀出裝置，主要由高頻模塊、控制模塊、天線、及與計算機連接的通信接口如RS232、RS485、RJ45等 組成。閱讀器可將主機的讀寫命令傳送到電子標簽，將電子標簽返回的數據解密后送到主機。數據交換與管理系統主要完成數據信息的存儲及管理、對標簽進展讀寫控制等12。RFID系統的工作原理如下：閱讀器將要發送的信號，經編碼后加載在*一頻率的載波信號上由天線向外發送，進入閱讀器工作區域的電子標簽接收此脈沖信號，標簽芯片中的有關電路對此信號進展解調、解碼、解密,然后對命令請求、密

57、碼、權限等進展判斷。假設為讀命令，控制邏輯電路則從存儲器中讀取有關信息，經加密、編碼、調制后通過電子標簽天線再發送給閱讀器，閱讀器對接收到的信號進展解調、解碼、解密后送至中央信息系統進展有關數據處理；假設為修改信息的寫命令，有關控制邏輯引起的部電荷泵提升工作電壓，提供擦寫EEPROM中的容進展改寫，假設經判斷其對應的密碼和權限不符，則返回出錯信息。3.4RFID的工作頻段對一個RFID系統來說，它的工作頻段是指讀寫器通過天線發送、接收并識別的標簽信號頻率圍。為了使射頻識別系統工作時不對其他無線電效勞造成干擾或削弱，特別是應保證射頻識別系統不會干擾附近的無線電播送和電視播送、移動的無線電效勞警察

58、、平安效勞、工商業 、航運和航空用無線電效勞和移動等。射頻識別系統工作頻率的選擇要顧及其他無線電效勞，不能對其效勞造成干擾和影響。因而通常只能使用特別為工業、科學和醫療 ISM - Industrial - Scientific - Medical 應用而保存的頻率圍，這些頻率圍在世界圍是統一劃分的。除了ISM頻率外，在135kHz以下的整個頻率圍也是可用的在北美洲和南美洲以及在日本：小于400kHz，因為這里可以用較大的磁場強度工作，特別適用于電感耦合的射頻識別系統。因此，對射頻識別系統來說，最主要的頻率是0135kHz，以及ISM頻率6.78MHz、13.56MHz、27.125MHz、4

59、0.68MHz、433.92MHz 、869.0MHz、860960MHz、2.45GMHz、5.8GHz以及24.125GHz13。根據RFID 系統的工作頻率不同，RFID標簽可以分為低頻LF、高頻HF 、超高頻UHF和微波等不同種類。1. 低頻標簽，典型的工作頻率125KHZ，134.2KHZ。低頻標簽一般為無源標簽，其工作能量通過電感耦合方式從閱讀器耦合線圈的輻射近場中獲得。2. 高頻標簽，典型的工作頻率為13.56MHz。因其工作原理與低頻標簽完全一樣，也采用電感耦合方式工作。3. 超高頻與微波頻段的射頻標簽簡稱為微波射頻標簽，其典型工作頻率有433.92MHz、915MHz、2.4

60、5GHz、5.8GHz。微波射頻標簽可分為有源標簽與無源標簽兩類。標簽與閱讀器之間的耦合方式為電磁耦合方式。3.5 RFID技術標準目前，RFID還未形成統一的全球化標準，依然處于多種標準并存的局面, 但隨著全球物流行業RFID大規模應用的開場，RFID標準的統一已經得到業界的廣泛認同。RFID系統主要由數據采集和后臺數據庫網絡應用系統兩大局部組成。目前已經發布或者是正在制定中的標準主要是與數據采集相關的， 其中包括電子標簽與讀寫器之間的空氣接口、讀寫器與計算機之間的數據交換協議、RFID標簽與讀寫器的性能和一致性測試規、以及RFID標簽的數據容編碼標準等。后臺數據庫網絡應用系統目前并沒有形成