高速公路RFID多义性路径识别系统解决方案

      联网收费是目前各省路网收费的大趋势，大部分省份都已实施了基于IC卡的路网收费系统。在联网收费系统中，精确拆分帐和结算是保证各高速公路业主利益的关键，而完整的、清晰的行车路径数据是实现精确拆分帐的基础。目前高速公路网日趋发达，在同一路网中，从相同的起点出发，到达相同的目的地，可以有多条不同的路径（多义性路径）供选择，而目前的收费系统只能识别起点信息和目的地信息，没有路径信息，无法按实际行车路径来结算，造成高速公路业主利益分配不均，成为联网收费的一大问题—多义性路径识别问题。

      金溢科技的高速公路RFID多义性路径识别系统综合了射频识别技术和IC卡技术的优点，采用无线路径自动标识方式精确记录车辆在路网内的行驶路径，有效解决了路网收费系统多义性路径识别问题，能同时实现路网收费应用功能和多义性路径识别应用功能。

      本系统由车载电子标签（OBU）、桌面读写机具（ODU）和路侧天线设备（RSU）组成。其中，车载电子标签由微处理器、存储单元、射频模块、天线单元、高能电池、IC卡等构成，具有433MHz无线通信功能和IC卡功能。桌面读写机具由微处理器、射频模块、天线单元、IC卡读写模块、IC卡读写天线、上位机通信模块、电源等组成，具有433MHz无线通信功能和IC卡读写功能。路侧天线设备由微处理器、射频模块、功率放大器、天线单元、远程控制模块、电源模块组成，具有433MHz无线通信功能。

      整个系统具有通信距离远、灵敏度高、可靠性高、成本低的优势，此外，系统工作流程与现有电子收费模式兼容，可通过对现有IC卡收费系统的升级来实现，显著节省投资。

      本系统方案的优点具体表现在以下方面：

      1) 综合射频识别技术和IC卡技术的优点，能精确记录车辆行驶路径并且使系统工作流程与现有收费模式兼容，非常适合存在多义性路径的复杂路网收费。

　　2) 本系统的实施可通过在现有IC卡收费系统基础上平滑升级来实现，并可与IC卡同时在路网内混合使用，有效保护原有投资。

　　3) 本系统采用了433MHz无线链路进行通信，具有通信距离远、饶过障碍物能力强的特点，且属于公用频段，无需申请无线电使用许可，易于应用。

　　4) 路侧天线设备覆盖范围大小可灵活设置，一个需要标识的路段只需安装一台天线设备，有效节省投资。

　　5) 路侧天线设备设置在路边或采用龙门架安装方式置于路面上方，不需额外土建工程，节省建设安装费用。

　　6) 系统采用不停车、高速自由流通过的路径标识方式，在解决多义性路径识别问题的同时不影响路网通行效率。

　　7) 路侧天线设备与车载电子标签的无线通信灵敏度高达-109dBm,通信距离0~300m。当车辆行驶速度在0 ~ 200km/h时，路侧天线设备与车载电子标签之间的通信稳定可靠，非常适合高速公路使用。

　　8) 桌面读写机具把IC卡读写功能和射频通信功能融为一体，体积小、操作快捷便利。

　　9) 车载电子标签、桌面读写机具都支持目前已经在交通收费行业广泛使用的非接触式逻辑加密卡等IC卡，使系统实施可以充分利用现有的收费模式和收费系统。

　　10) 车载电子标签采用了休眠模式和工作模式在不同情况下相互转换的机制，极大的降低了功耗。

　　11) 车载电子标签体积小，成本低，易于大规模推广应用。

2、设计原则

      本系统遵循以下基本设计原则：

　　1) 规范性原则――设计应该遵循国际和国内标准规范及相关规定。

　　2) 安全性原则――所设计的系统，必须达到安全标准。

　　3) 方便用户原则――开发的系统不仅能满足业务需求，且具有较好的实用性；从用户第一的角度进行设计，确保方便用户使用。

　　4) 易于维护原则――系统采用模块化设计，便于安装、配置、维护和使用。

3、系统工作原理

      高速公路RFID多义性路径识别系统的主要工作流程如下：

      车辆在路网内的移动主要包括三个阶段：路网入口、路上行驶、路网出口，系统通过车载电子标签、桌面读写机具和路侧天线设备记录车辆在每个阶段的详细路径信息，精确计算出车辆应缴纳的通行费金额并根据车辆行驶路径对收取的通行费进行精确拆分帐，使路网收费和利益分配变得非常公平合理。

      3.1 路网入口

      在路网入口，桌面读写机具在计算机控制下以无线通信方式与车载电子标签进行数据交互，清除车载电子标签存储单元内的信息，同时把车辆入口信息写入车载电子标签的IC卡模块中。车载电子标签随后被放置在车上，随车辆在路网内移动。

      3.2 路上行驶

      如图2所示，路侧天线设备设置在路边，持续对外播发所在路段的路径标识码信息。车载电子标签随车辆在路网内移动时，不断检测有无路侧天线设备发出的路径标识码信息，如果有则接收路径标识码信息并顺序保存在存储单元中。

      3.3 路网出口

      在路网出口，设备连接与图1相同。桌面读写机具在计算机控制下以无线通信方式读取车载电子标签保存的车辆入口信息和路径信息，并把相关信息发送到计算机系统，系统将根据这些信息计算收费金额和拆分帐。

4、系统设计与实现

      高速公路RFID多义性路径识别系统与现有的电子收费模式兼容，可通过对现有的IC卡收费系统的改造和升级来实现，显著节省投资。由于现有的IC卡收费系统已有众多成熟方案，因此，本章的描述重点集中在如何进行系统升级改造方面。

      RFID多义性车道系统具备了一般人工/电子收费车道系统的功能，包括数据采集、收费、车道设备控制、信息保存、设备检测、工班管理等正常车道管理功能，也可对各种特殊情况自动作出判断和处理。

      不同的是，需要把普通的车载IC卡换成同时具备433MHz无线通信功能和IC卡功能的电子标签；并把普通的IC卡读写器更换成同时具备433MHz无线通信功能和IC卡读写功能的双频读卡器，另外，需要在各个路段分别设置具有433MHz无线通信功能、可独立工作的路侧天线设备。