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射频识别技术在车辆管理中的应用


作者:中国数据通信 来源:中国数据通信 2005-05-17 10:18:28

摘要:射频识别技术在车辆管理中的应用

关键词:系统集成[8篇]  

  射频识别技术在车辆管理中可广泛应用于汽车装配流水线、公路收费、停车场智能化管理、货物无线跟踪和识别、公共交通电子车票、汽车防盗等领域,本文对这些领域的应用进行了详细叙述并列举了国内外的案例。此外,作者还对高速公路几种收费方式做了比较。

一、什么是射频识别技术

  射频识别技术(RFID,即Radio Frequency Identification)是从20世纪80年代走向成熟的一项自动识别技术。它利用射频方式进行非接触式双向通信交换数据以达到识别目的。和传统的磁卡、IC卡相比,射频卡最大的优点就在于非接触,因此完成识别工作时无须人工干预,适合于实现系统的自动化且不易损坏,可识别高速运动物体并可同时识别多个射频卡,操作快捷方便。射频卡不怕油渍、灰尘污染等恶劣的环境,短距离的射频卡可以在这样的环境下替代条码,用在工厂的流水线等场合跟踪物体。长距离的产品多用于交通上,距离可达几十米,可用在自动收费或识别车辆身份等场合。
  典型的射频识别系统包括两部分:它们是射频卡、读写器。射频卡的几个主要模块集成到一块芯片中、完成与读写器通信,芯片上有内存部分用来储存识别号码或其它数据:内存容量从几个比特到几十千比特。芯片外围仅需连接天线(和电池),可以作为人员的身份识别卡或货物的标识卡。卡封装可以有不同形式、倒如常见的信用卡的形式及小圆片的形式等。和条码、磁卡、IC卡等同期或早期的识别技术相比,射频卡具有非接触,工作距离长,适于恶劣环境, 可识别运动目标等优点。在多数RFID系统中,读写器在一个区域内发射能量形成电磁场、区域大小取决于工作频率和天线尺寸。射频卡经过这个区域时检测到读写器的信号就开始发送储存的信息及数据。读写器发送的信号通常提供时钟信号及射频卡所需的足够能量,其中的时钟信号使数据同步,从而简化了系统的设计。读写器接收到卡的数据后、解码并进行错误校验来决定数据的有效性、然后通过RS232,RS422,RS485或无线方式将数据传送到计算机网络。简单的RFID产品就是一种非接触的IC卡、而复杂的RFID产品能和外部传感器接口连接来测量、记录不同的参数甚至与GPS系统连接来跟踪物体。

二、在车辆生产与管理中的应用

  射频识别技术被广泛应用于汽车生产,交通运输控制管理,汽车、火车等交通监控,高速公路自动收费系统,停车场管理系统,物品管理,车辆防盗等方面。

1. 汽车装配流水线
  
  德国宝马汽车公司在装配流水线上应用射频卡以尽可能大量地生产用户定制的汽车。宝马汽车的生产是基于用户提出的要求式样而生产的:用户可以从上万种内部和外部选项中选定自己所需车的颜色、引擎型号还有轮胎式样等要求,这样一来,汽车装配流水线上就得装配上百种式样的宝马汽车、如果没有一个高度组织的、复杂的控制系统是很难完成这样复杂的任务的。宝马公司就在其装配流水线上配有RFID系统,他们使用可重复使用的射频卡,该射频卡上可带有详细的汽车所需的所有要求,在每个工作点处都有读写器,这样可以保证汽车在各个流水线位置处能毫不出错地完成装配任务。

2. 公路收费

  射频技术已经发展成为不停车收费系统的主流识别技术。自动车辆识别(AVI)是利用安装在车内的射频卡(又称电子标签)存贮车辆编号及相关信息,安装在车道的射频天线可与该无线电收发器通信,并对其存储内容进行读写操作,从而识别出当前通行车辆。自动车辆识别主要指工作在微波5.8GHz频段的短距离(8米~30米)通信技术。国际上在自动车辆识别领域内曾经研究和使用过的频率主要有三种:915MHz、2.45GHz、5.8GHz。从已经建成的应用系统来看,915MHz系统主要应用于北美地区,尤其是集装箱识别系统。并且,近八年以来,国际上(包括美国在内)几乎再没有新的915MHz系统应用于道路收费系统。美国自身也在逐步地将应用于智能交通领域内的自动车辆识别的标准转向5.8GHz~5.9GHz系统。
5.8GHz专用短程通信(DSRC)系统主要应用于欧洲、亚洲及大洋洲地区。2.45GHz系统应用相对较少,没有形成主流。
  由于智能交通系统概念与工程实施在近年来引起各个国家的普遍重视,不停车收费作为其中重要的服务领域之一得到较大发展。我国的ITS服务共划分为8个服务领域、43个子服务、138种服务功能,其中电子收费共需提供6种服务功能。包括:路桥隧不停车自动收费服务、路桥隧停车自动收费服务、路侧停车自动收费服务、停车场自动收费服务、公交电子自动收费服务、交通信息有偿自动收费服务。公路不停车自动收费服务将主要依托短距离射频识别技术实现,而公交电子自动收费等服务将主要依托射频耦合IC卡技术实现。
  在不停车收费系统中,在车道上方或路侧安装有微波天线,天线连接到由天线控制器构成的读写器上。读写器通过天线向电子标签发射信号,电子标签被激活开始进行通讯。电子标签反馈回与具体车辆对应的独一无二的ID号码,用于ETC收费系统对车辆(顾客)进行身份辨析。
  现在,欧美许多高速公路自动收费口都使用这一技术。经常往来于高速公路上的车辆事先就在车上安装了射频卡,当它通过收费站时,它不需要排队等待交费,而是直接通行,因为在该收费口安装有读写器,记录了该车的通行时间和距离,公路费自动从用户账户上扣除。

3. 停车场智能化管理

  停车场管理系统采用射频读卡技术,用户持特定的感应卡进出停车场,使用感应卡读卡器来分辨停车场的用户,停车场收费,月租卡的发售及临时卡的授权均由收费电脑完成,可自动调用每一车辆的进场时存入的数据及出场时存入的数据,并自动计算出收费金额。实现真正的智能化管理。而且系统用视窗操作,中文菜单显示,使用者能轻易掌握可用此系统的操作。驾驶员无需停车,系统自动识别车辆,完成放行(禁止)、纪录等管理功能。节约进出场的时间、提高工作效率,杜绝管理费的流失。

4. 货物无线跟踪和识别


  现在更多的零担货运公司使用地面网络提高拣货和运输操作的效率。例如,Old Dominion货运公司安装了Symbol技术公司提供的约7500台手持设备。每天Old Dominion的司机到达岗位时,他们将当天行车路线下载到手持设备上,在运输中每一站他们用这种手持设备扫描装载的或卸载的货物,并将此信息传回调度中心。在中心的跟踪系统实时对送货情况进行更新,发货处的工作人员即可得知哪些货物将到,随即可以提前对发货进行计划。随着这套业务流程逐渐成熟,Old Dominion能非常清晰得到装载货物情况并可能进行直达运输。对当天拿到的客户取货要求,现在通常可以很快挑选最合适的司机和卡车去提货,这些信息传递已经无需电话通知。

  使用无线技术可以通过消除电话和纸上业务联系提高生产效率。在Old Dominion,以前每到一个站点司机们都通过填写工作卡片来记录进出时间以及行车里程数,如果碰到退货或回收情况,他们需要填写更多的单证。现在这些都通过手持设备来操作,Old Dominion统计在一个服务中心取货和送货工作量提高了10%,在使用无线技术后的第一个季度整体生产率提高了3.5%。另外一个显著的提高在于取货送货时的单证核对上。司机可以更快的清点所卸货物,并更快核对是否符合订单要求,客户可以立即签收并将确认立即传回中心,这样企业可以随即向客户收取服务费用,与使用无线技术之前相比收款周期缩短了三到五天,财务收益因而非常显著。

  在Old Dominion,最新使用的无线技术是Symbol生产的手持设备。两年前Old Dominion还在所有的牵引车、拖车、手推车等设备上安装了无线射频识别(RFID)标签,在场区和站门安装了无线天线,所有车辆经过这些地点时自动被记录,货车所载货物也自动被清点,数量、到达时间等数据传回计算机系统对ERP或其它管理系统进行实时更新。货物到达场区内后,带有无线装置的引导人员到拖车的准确位置,利用站台的局部无线网络跟踪指挥清点过的货物进行装载或卸载,并指挥站台工作人员。

5. 公共交通电子车票

  射频识别系统,特别是非接触IC卡应用潜力最大的领域之一就是公共交通领域。使用非接触式IC卡作为电子车票,具有使用方便、可以缩短交易时间,降低运营成本等优势。韩国汉城在1996年就采用了这一系统。目前,北京的公交车如719、749路等公交车也都加装了电子车票收费系统,将很快投入运营。

6. 汽车防盗

  这是RFID较新的应用。由于已经开发了足够小的射频卡、能够封装到汽车钥匙当中含有特定码字的射频卡,在汽车上装有读写器。当钥匙插入到点火器中时,读写器能够辨别钥匙的身份。如果读写器接收不到射频卡发送来的,特定信号、汽车的引擎将不会发动。用这种电子验证的方法、汽车的中央计算机也就能容易的防止短路点火。目前欧洲的丰田汽车、福特汽车和Mitsubishi汽车公司、韩国汽车制造商Hyundai等在它的欧洲车型中也应用射频卡在欧洲和美国出售的汽车中用于防盗。目前全世界已经有大约数百万辆汽车装有该防盗系统。
  一种汽车防盗系统。司机自己带有一射频卡,其发射范围是在司机座椅45-55厘米以内。读写器安装在座椅的背部。当读写器读取到有效的ID号时,系统发出三身呜叫,然后汽车引擎才能启动。该防盗系统还有另一强大功能。倘若司机离开汽车并且车门敞开引擎也没有关闭的话,这时读写器就需要读取另一有效ID号,假如司机将该射频卡带离汽车,这样读写器不能读到有效ID号、则引擎会自动关闭同时会触发报警装置。同样这种射频卡也可用于家庭和办公室的防盗。
  射频卡可应用于寻找丢失的汽车。在城市的各主要街道路线处埋设RFID的天线系统,只要车辆带有射频卡,则在路过任何天线读写器时、该汽车的ID号和当时时间都将会被自动记录,并被返回到城市交通管理中心的计算机中,除了城市街道埋设天线外,警察还开动若干辆带有读写器的流动巡逻车,更加方便地监测车辆的行踪。如果车辆被盗,就将很方便快捷地被找回,在巴西的圣保罗市已经使用这样的系统。

三、高速公路几种收费方式的比较

  目前在我国,封闭式的高速公路越来越多,如京津唐高速公路等。这些公路设有多个路口,每个路口均有收费站,高速公路上的汽车按照入口和出口的不同来交费。目前国际和国内有多种技术用于该种公路的收费。主要有:IC卡或磁卡收费方式、条码收费方式、射频识别技术等。应该说条码、磁卡、IC卡、射频卡等识别技术都有各自的优缺点。

1. IC卡/磁卡收费方式

  IC卡和磁卡的工作原理基本一致,只是存储介质以及读卡器的价钱有所区别。所以我们主要讨论IC卡的应用。目前在我国,有一些IC卡和磁卡的公司一直在考虑将IC卡或磁卡用于高速公路收费系统上,但效果不是很好。IC卡是一种代币,采用IC卡可以不用在收费处找钱,为公路收费人员和过往汽车节省了时间和力气,因此是一种比较方便的解决方案。IC卡读卡机/磁卡读卡机在价钱上不是太贵。
  在实际操作过程中,由于IC卡需要预先购买,因此对于外地路过车辆,此种方法是不实用的,而高速公路上外地路过车辆的比率是很高的。因此IC卡实际购买者很少,该系统就失去了其应有的作用。而且IC卡的寿命很短,一般只有一年左右,如IC卡放在口袋或丢在车内,IC卡更容易折损。有些高速公路收费系统曾经考虑采用IC卡回收方式,即在每一个入口发给入境车辆一张IC卡,卡上写入入境时间、入口地点等重要信息,到出口处用读卡器读取卡中内容。但这样运行成本太高,而且如果遇到收费处停电,那么IC卡由于缺乏明示信息,因此收费工作无法正常进行。

2. 条码收费方式

  在高速公路入口处打印一个二维条码PDF417在票上,其中还包括一些明示信息,在出口处扫描二维条码,计算机自动结帐并进入计算机中,实现计算机收费管理。实现计算机管理,收费全部自动化,有效防止贪污舞弊行为。 成本低廉,可以打印在一般的纸上(或者已经印刷好的票上),同IC卡比较,成本很低,具有实际使用价值。由于PDF417具有很强的纠错能力,因此即使票据污损或者残破,也可以使丢失数据获得100%的恢复。因为条码打印时,同时打印了明示信息,因此在收费站突然断电的情况下,收费工作依然可以正常进行,因此比IC卡具有更强的优越性。
  采用条码收费,过往车辆依旧要停车找钱,但对于公路局来说,采用了条码管理,因此可以有效地防止部分工作人员的贪污舞弊行为。

3. 采用射频识别技术的收费方式

  采用射频识别技术和电子收费相配合的自动车辆识别技术。在高速公路收费处安装一个基站,在每一辆汽车上安装一个RFID读/写卡(射频卡)。当汽车驶过收费站时,基站与射频卡进行无线通讯,并根据车辆通过的次数自动更改射频卡中的款数。可以实现真正的自动收费,司机不用进行现金交换,因此节省人力、物力。可以有效地防止部分工作人员的贪污舞弊行为。在中国交通拥堵的今天,RF射频识别技术将是最终的发展趋势。
  但一个普通的射频基站价钱在20万元左右,而一张普通的射频读/写卡为400元左右,成本非常高,这是射频识别技术之所以在中国普及很难的原因。RF射频识别技术一般适用于开放式的收费公路,即汽车经过收费处只根据车型大小收费,不根据入口和出口的不同收费。而对于封闭式的收费公路,由于不同入口和出口,收费不一样,因此采用射频识别技术就没有办法实现,因此具有一定的局限性。

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