RFID

RFID专题:50 智能交通管理

2022-10-18 15:06:56 明申科技 17

8.5智能交通管理

超高频RFID在智能交通管理的应用包括路桥通行管理、车辆绿标管理、电子车证管理、关口通行管理等。随着国家部委的介入,电子车牌的推广,上述的智能交通应用都可以通过电子车牌实现。

8.5.1电子车牌

汽车电子标识(electronic registration identification of the motor vehicle,简称ERI)也叫汽车电子身份证、汽车数字化标准信源、俗称“电子车牌”,将车牌号码等信息存储在射频标签中,能够自动、非接触、不停车地完成车辆的识别和监控,是基于物联网无源超高频射频识别在智慧交通领域的延伸。

01、背景

说起“汽车标识”大部分人第一时间想到的是传统的“物理车牌”,安装在汽车的前端和后端,被用来标识汽车身份的合法性。通常来说,对于车辆的管理,如单双号限行等都是用车辆的物理车牌来进行的。随着车辆数量的增加和涉车应用不断扩展,很多时候无法用纯人工的方式完成全部车辆的管理。于是,视频技术进入智能交通该领域,逐渐形成了大部分城市车辆管理的主要方式,但仍然存在套牌,识别率等问题。

传统的汽车电子标识方法明显不能满足当代交通管理部门对于车辆的管理需求,新的车辆准确标识的方法迫在眉睫,目前已有多重电子标识系统,包括:

高速公路不停车收费ETC技术:此技术正在快速发展,作为高速公路快速通行的一种商用系统,目的在于快速交费快速通行。同时,ETC系统更多针对低速过闸,只有在时速低于60公里时,才能识别到。另外ETC为有源电子标签,需要电池供电,在车辆管理应用方面和成本及生命周期等方面有一定限制。

超高频RFID技术:国内已经有部分城市为了有效的识别车辆身份,开始在城市交通管理中逐步使用超高频RFID标签。

北斗和GPS技术:北斗是中国自行研制的全球卫星导航系统,有些特殊车辆采用北斗技术进行管理,但是该系统和GPS一样,主要提供位置服务,应用扩展方面存在限制。

通过对上述的技术分析,基于国家对车辆进行规范管理的需求,最适合作为车辆电子标识的技术是超高频RFID技术。基于超高频RFID的汽车电子标识技术突破了原有交通信息采集技术的瓶颈,实现车辆交通信息的分类采集、精确化采集、海量采集,动态采集,抓住了智能交通应用系统采集源头的关键问题,是构建智慧交通应用系统的基础。汽车电子标识(电子车牌)标准征求意见稿于2014年底由国家公安部制定并予以推广,并一直在行业内得到高度关注。汽车电子标识是用于全国车辆真实身份识别的一套高科技系统的统称,由公安部交通管理局统一标准,统一推行,统一管理,与汽车车辆号牌并存,并且法律效力等同于车辆号牌。

汽车电子标识不仅具有电子车牌的作用,还具有多种用途,如图8-25所示,汽车电子标识内部还包含了年检信息、车辆身份信息、交强险信息、绿标信息、高速收费功能和钱包功能。


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图8-25汽车电子标识用途

02、主要功能

汽车电子标识是“电子车牌”,在汽车上安装一个芯片,然后实现高速运动状态下对车辆身份的识别、动态的监测,附带实现流量监测,助推城市交通智能化管理。其主要功能和作用可分为四点。

防伪:每张超高频RFID标签都有全球唯一TID号码,而且不可修改,因此RFID技术具有无可比拟的防伪性能。除了TID号外,还有一部分数据区,若有需要是可以写入一些数据信息的。可以把车辆号牌和车证信息加密写入到这个区域,从这一点上说也具有很高的防伪特点。通过阅读器对过往车辆的检查,拥有假证或不合法车辆是很容易被识别出来的。

防借用:由于车辆号牌信息可以加密写入到标签中,调用系统数据库内的信息资料,可以辨别出某一车辆是否有权使用这张车证(即电子标签),从而可以防止车证借用的现象,做到证、车统一。

防盗用:如果某车证不慎遗失,可以通过上述手段从车证号码和车证的统一性上判别某车辆是否有权使用该车证,而车主也可以挂失该车证。一旦某车辆使用挂失车证试图出入时,就可以被识别出来。

防拆卸:每个电子标签都附带有防拆卸功能,安装好以后,一旦进行拆卸,电子标签将无法工作,从而避免了电子标签被拆卸后重复使用或它用,确保了电子标签与被识别车辆形成一一对应的关系,起到电子标签真正的标记作用。

如下图8-26(a)所示,为汽车电子标识的结构图,陶瓷基板上带有银浆印刷的天线,标签芯片连接在银浆天线上。在陶瓷基板上有防拆保护,人为在陶瓷基板上切割出多个缝隙,当受到外力时,陶瓷基本会损坏,断开银浆天线与芯片的连接,引起标签失效。此处的双面胶为防拆专用双面胶,其内部应力不平均,黏性很强,且具有较好的温度特性,在不损坏标签的前提下无法拆除。图8-26(b)为汽车电子标识的尺寸图。


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(a)汽车电子标识的结构图 (b)尺寸图

图8-26 电子车辆标识结构尺寸

如图8-27(a)为汽车电子标识的正面照片,应安装在汽车微波窗口位置。无微波窗口的,应安装在车辆前挡风玻璃水平居中、垂直靠上位置,电子标识上边沿距挡风玻璃边沿不小于5cm。8-27(b)为汽车电子标识的背面照片。


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(a)汽车电子标识的正面照片(b)汽车电子标识的背面照片

图8-27汽车电子标识照片

根据规范要求,小型客车、中型客车及小型货车电子标识上边沿距离前挡风玻璃上边沿不小于5cm,左边沿距挡风玻璃垂直中轴线不大于10cm,一般位于后视镜背部靠右位置,如图8-28(a)所示;大型客车、中型货车、大型货车及低速载货汽车,电子标识距挡风玻璃上边沿不小于15cm、距挡风玻璃垂直中轴线不大于10cm。一般位于后视镜下方靠右位置,如图8-28(b)所示。


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(a)小型客车、中型客车及小型货车电子标识安装位置


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(b)大型客车、中型货车、大型货车及低速载货汽车电子标识安装位置

图8-28汽车电子标识安装要求

03、汽车电子标识标准

公安部与工信部正在积极推进汽车电子标识相关工作,2014年完成整个新编研发和国家标准编制工作,2015年开展示范应用,2016年完善配套应用和政策保障。国标委网站 2014-11-20征求《汽车电子标识通用技术条件》等6项国家标准(征求意见稿)意见的通知。征求意见稿中规定电子标识厚度2.5毫米,采用超高频RFID技术,存储容量不小于2048bits,共分为五个存储区域,为芯片标识符区、编码区、安全区、车辆注册信息区和若干个用户区,其中若干给用户区尚未明确发布,为电子车牌的应用与运营层面增加了许多可能性。业内实力强大的研究所和企业也积极参与到标准的制定工作中,本标准由物联网社会公共安全领域应用标准工作组提出,由中华人民共和国公安部归口,由公安部交通管理科学研究所负责起草。

在标准起草过程中,标准起草单位组织多次前期调研、召开了多次会议,就标准涉及的主要问题进行论证,查阅了国内外相关资料,并赴重庆等地深入调研类似“电子车牌”应用情况和各地应用需求,结合国家《物联网“十二五”发展规划》等文件要求,对电子车牌相关技术进行了论证、分析,结合应用需求对汽车电子标识的功能、性能、环境适应性等内容进行梳理,同时多次召开标准草案专题研讨会征求各方意见。

2014年11月,该标准的制定工作基本完成,征求意见稿上报国家标准委并向社会公示。2015年开展示范应用,标准正式推广并实施。

汽车电子标识中的6项国家标准为:

1-1《汽车电子标识通用技术条件》,主要规定了汽车电子标识通用技术要求,适用于基于超高频无线射频识别的汽车电子标识的生产、测试和应用。

2-1《汽车电子标识安全技术要求》,主要规定了汽车电子标识安全技术要求,适用于基于超高频无线射频识别的汽车电子标识的生产、测试和应用。

3-1《汽车电子标识安装规范》,主要规定了汽车电子标识在汽车前挡风玻璃上的安装方式、安装位置、安装条件、安装步骤等要求,适用于汽车电子标识的安装和测试。

4-1《汽车电子标识读写设备通用技术条件》,主要规定了汽车电子标识读写设备通用技术要求,适用于汽车电子标识读写设备的设计、生产和检验(除特别说明外,本标准条款仅适用于固定式读写设备)。

5-1《汽车电子标识读写设备安全技术要求》,主要规定了汽车电子标识读写设备安全技术要求,适用于汽车电子标识读写设备及后台应用系统的设计、测试及应用。

6-1《汽车电子标识读写设备安装规范》,主要规定了汽车电子标识读写设备安装要求,适用于固定式读写设备的安装。

04、电子标识的作用

开展汽车电子标识技术的应用是为了实现我国在道路交通领域管理模式上的根本改变,同时也能够充分满足公安部针对道路交通监控系统的综合管理效能而提出的“实时监视,联网布控,自动报警,快速响应,科学高效,信息共享”的24字要求,公安部门因得到智能交通系统技术的有力支持而真正实现数字化、智能化的交通管理,从而为“科技强警”注人新的生机和活力。

汽车电子标识作为公安部门对车辆信息电子采集的一个基本信息载体,通过设置在车道上的读写基站可以实现全天候地自动提取经过车辆属性信息、位置信息以及状态信息等,从根本上消除了道路交通管理在时间和空间上的“盲点”,全面扩大了交通管理的监控时段和监控范围。并且,因此产生的大数据就可以充分提高城市交通管理的力度,也提高了交通参与者遵纪守法的意识。其主要作用有:交通违法(违章)行为的识别、假牌/套牌车辆识别、不合法上路车辆的识别、车辆行驶轨迹跟踪、动态交通信息采集、闯红灯记录、对向车道或单行线逆行识别、超速车辆检测、限行车辆管理、限号/牌管理、违停识别、公交专用车道识别与公交优先、城市核心区拥堵费自由流收取、道路交通分布及交通规划预案、交通诱导、动态交通信息发布等。

交通违法(违章)行为的识别:在特定情况下,公安部门往往需要对于某些特定车辆在某特定区域内运行状态全过程进行记录及回溯。基于电子车牌技术的交通管理系统通过前端读写基站对车载电子标签的识读以及后台信息系统对于数据的有效管理,提供即时一站式查询服务,并支持查看历史过车记录的详细信息,以及查询结果的数据分析功能。

假牌/套牌车辆识别:电子车牌系统与传统的卡口及电子警察系统结合是实现识别假套牌车辆最有效途径。当载有电子车牌标签的任意车辆经过时,读写基站采集分析该电子车牌标签信息,同时具有车牌识别功能的摄像机抓拍该车车牌号码图像并识别,与电子标签内的信息交叉比对,鉴别是否为假牌/套牌车辆。

不合法上路车辆的识别:电子车牌提供了车辆强制性的标准信号源,如同汽车的“二代身份证”,能够作为清查此类违法车辆的唯一快速有效途径。

车辆行驶轨迹跟踪:车辆通过各个电子车牌读写基站时,系统可以记录下车辆行驶的路径点信息,可以跟踪该车辆行驶轨迹,并且可以将车辆行驶轨迹映射在GIS动态地图上。

动态交通信息采集:基于电子车牌系统的车辆识别准确性高,不易受环境的影响,可准确、全面地获取车辆的状态信息以及路网交通状况。

闯红灯记录:可解决现有闯红灯摄像装置图片模糊、识别成功率不高等问题。

对向车道或单行线逆行识别:利用电子车牌系统可以实现对向车道越线或单行线逆行的现象的抓捕。

超速车辆检测(区间测速):与摄像头区间测试原理相似,通过记录一条路两个阅读器识别点之间的时间差计算同行平均速度。

限号/牌管理:电子车牌极易实现对所有的车辆的限号管理,对限号违章车辆进行实时监控。

限行车辆管理:黄标车和无标车虽只占城市机动车总量的10%-15%,但排放的污染物却达机动车排污总量的50%。利用电子车牌技术建立的区域限行系统,可以实现机动车信息系统、环保监管系统和道路通行系统的三者联网,从而实现车辆身份识别判断的唯一性,提高限行管理的准确性和高效性。

违停识别:利用手持阅读器的拍照功能可以进行本地存证,或由视频联动技术可以实现远程视频图像的取证。

公交专用车道识别与公交优先:基于电子车牌系统的公交优先信号灯管理可以准确判断来车身份,使绿灯在公交到达路口或到达路口后等候不长时间内开启,从而保证公交车的优先通行。又最小程度减轻对其他车辆的影响。

城市核心区拥堵费自由流收取:电子车牌能够自动准确识别到进入拥堵区域的车辆,并通过与电子车牌关联的银行账户中自动扣除费用,实现车辆的自由流拥堵收费,缓解局部交通状况。

道路交通拥堵分析与预警:根据从电子车牌系统获得的整个路网的交通流参数,可以对整个路网的交通运行状态进行分析和评估,提前判断出可能出现交通拥堵的区域,然后采取一定的控制措施或者进行交通诱导,消除可能出现的拥堵情况。

道路交通分布及交通规划预案:车辆安装汽车电子标签后,通过分布在全市的读写基站,就可以收集到全市所有车辆在不同时段的动态行驶信息,可精确掌握全市各道路上的车流量和车辆运行的规律性。

交通诱导:根据电子车牌系统上传的路况数据,分析当前交通流状况,并经优化计算为车辆提供最佳的行驶路线,为驾驶人员安全快速行车提供良好的服务。

动态交通信息发布:在电子标签系统采集交通信息的前提下,结合先进的通信、电子、多媒体和计算机网络等技术,为出行者提供道路交通系统、公共交通系统及其它与出行有关的重要信息,以达到提高交通系统整体运行效率的目的。

05、技术指标和实现

安装了电子车牌的车辆在经过卡口、重要路口、或是安装有路侧单元的地方时,读卡器发射的超高频电磁波被电子车牌接收后,将其转换为电能,启动芯片工作,芯片验证读卡器身份等信息之后,将所要求的信息发回给读卡器,最后读卡器将这些信息发回指挥中心。现在的国家标准规定车辆行驶速度在120km/h以下能够达到99.95%的准确读取率,而实际测试,车辆在240km/h的时速时,读卡器都能准确读取到电子车牌的数据。

(1)测试系统

系统测试环境如图8-29所示,其中天线按规定要求安装在龙门架上,天线距离地面垂直高度5.5米高,读写单元输出功率为30dBm。测试内容为车辆静态情况下识别,水平距离超过15米;车辆静态情况下加密读取识别,水平距离超过12米;车辆静态情况下加密写识别,水平距离超过8米;车辆120km/h的行驶速度从龙门架前方20米至龙门架正下方区域通过,保证稳定识别。


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图8-29汽车电子标识测试示意图

(2)硬件要求

电子标签芯片:

符合国标GB/T 29768-2013标准;

带有国密SM7算法;

具有符合电子车牌标准的配置存储区,存储区大于2K;

具有足够的灵敏度,<-18dBm。

阅读器:

符合国标GB/T 29768-2013标准;

可以配置P-SAM卡槽,可以与加密模块进行通讯,如图8-30所示为阅读器的基本结构图;

具有较高的灵敏度,<-70dBm。


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