摘要:RFID射頻識別技術是通過射頻的手段識別物體的身份、特性等信息，現被稱為影響未來的10大IT項目之一。它可廣泛地應用于工業自動化、商業自動化、交通管理、汽車 火車等交通監控、高速公路自動收費系統、停車場管理系統、物品管理、安全出入檢查、物流 倉儲管理、動物管理、車輛防盜、醫療與防偽等各行各業。
文/雷玉堂
RFID射頻識別技術是通過射頻的手段識別物體的身份、特性等信息，現被稱為影響未來的10大IT項目之一。它可廣泛地應用于工業自動化、商業自動化、交通管理、汽車/火車等交通監控、高速公路自動收費系統、停車場管理系統、物品管理、安全出入檢查、物流/倉儲管理、動物管理、車輛防盜、醫療與防偽等各行各業。
一、RFID系統的組成及工作原理
RFID是英文“RadioFrequencyIdentification”的縮寫，中文則稱為無線射頻身份識別，是近幾年發展起來的一項
新的自動識別技術。現有的識別技術，如IC卡、紅外線編碼識別以及指紋特征識別技術只能實現簡單的個人身份認證，如人員考勤等，而無法很好地解決對多個移動的物體和人員進行快速識別和跟蹤。而RFID是射頻技術和IC卡技術有機結合的產物，它解決了無源（卡中無電源）和免接觸這兩大難題，因而可實現多目標識別、運動目標識別，并可應用在更多更廣泛的場合，所以是今后發展的一個重點。
最基本的RFID系統由射頻卡或電子標簽（Tag）、閱讀器（Reader）、微型天線（Antenna）等三部分組成，其工作原理框圖如圖1所示。閱讀器通過天線發送一定頻率(射頻)的電磁波，這個電磁波以一個球形波向前傳播。由于標簽或卡片內有一個LC諧振電路，其頻率與閱讀器發射的頻率相同。當射頻卡或附著在物體上的標簽進入閱讀器天線的工作區域時，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產生共振，從而使電容貯存了電荷。當所積累的電荷達到約2V時，此電容可作為電源為其它電路提供工作電壓，并將卡內數據從天線發射出去或接取閱讀器的數據。當閱讀器接收到從射頻卡發送來的數據信號后，便對接收的信號進行解調和解碼，并進行錯誤校驗來決定數據的有效性。然后，通過RS232、RS422、RS485或無線方式將數據傳送到后臺主計算去進行相關處理，并針對不同的設定做出相應的處理和控制，發出指令信號控制執行機構動作。
RFID系統在實際應用中，電子標簽是附著在待識物體的表面的，而電子標簽中保存有約定格式的電子數據。閱讀器可無接觸地讀取并識別電子標簽中所保存的電子數據，從而達到自動識別物體的目的。
圖1RFID系統的工作原理
二、RFID技術在公交智能交通管理系統中的應用
公交車作為人們日常出行的重要交通工具之一，關系到相對多數人的利益。運用先進的無線射頻識別（RFID）技術，可以大幅度提高公交企業的管理和運營效率，具有較好的經濟和社會效益。在滿足乘客與公交線路調度管理者不同需求的同時，又能夠幫助政府決策部門實現對公交車整體運行狀況的有效管理和總體規劃，從而推動城市公交服務系統為居民日常生活帶來更多便利。
1、用于公交車輛跟蹤
RFID技術的無線識別功能運用到公交車輛的跟蹤上，可以采集道路交通中公交車輛位置信息，也可有效地獲取交通流量等其他交通數據。它是由信息采集網絡、標識裝置（標識卡）以及指揮中心組成。系統的原理是由安裝在已知地點的識別裝置通過無線讀取數據的方式對經過該地點的車輛所配備的標識裝置進行識別，由分布在不同地點的識別裝置構成數據采集網絡，通過計算機的分析處理，實現對運動中的公交車輛進行識別定位。
當采集點的分布達到一定的密度時，采集網絡可以有效的覆蓋一定區域內的交通道路。通過對持卡車輛在不同時刻通過不同采集點的數據的分析，就可以掌握車輛的運動軌跡、運動速度和最近位置。
指揮中心的計算機系統對采集到的數據進行進一步的分析，還可以獲得車輛平均速度、交通流速等其他有關交通信息，為智能化交通管理提供支持。同時也為政府交通管理部門對道路交通的規劃提供參考。RFID公交車輛跟蹤系統可具體實現以下的應用功能：
?。?）便于公交調度管理
使用該系統可實時監控掌握整條線路所有在途車輛的運營情況，并及時迅速地針對不同的突發狀況作出反應，從而保證了公交服務的穩定性。
當公交車輛遇到堵車情況時，調度管理中心可通過聯網電腦及時得知情況，并通過網絡定位迅速判斷出車輛所在的路段，在盡可能短的反應時間內，將相關路況信息提供給后續會經過該路段的其他車次，并及時采取相應的調度措施。
?。?）便于城市交通規劃
系統通過對各個線路的數據收集，交通管理部門工作人員便擁有了真正的可視化監督管理工具，并能夠比較全面而客觀地反映出當前城市公共交通存在的各種問題，從而促使其加大力度進行維護和改善。無論是當天實時的交通信息，還是一個階段積累后所獲得的歷史數據，都可成為城市各條線路運營質量評估的參考依據與評價標準。對于運營狀況不佳的，可及時加以整改，調整線路或停止運行；對交通不方便的路段增加基礎設施建設或整修道路。此外，交通管理部門可綜合各條線路的運營狀況，整體評估城市公共交通的現狀，為公共交通問題的進一步發展與改善，提供交通規劃的思路。
?。?）便于站點信息顯示
系統通過對公交車輛的識別定位和數據網絡的傳送，能夠向乘客實時顯示該條公交線路的運行情況，以及下一趟車輛的離到站的情況，使乘客有更多的“知情權”，從而為等車做到心中有數。
?。?）便于公交車輛養護
系統通過對每輛車在一階段內行駛的路程長度和平均速度的統計，可使公交管理者能夠合理安排行駛路程過長的車輛進行維修保養，從而使交通工具資源，得到最大效益的利用。
2、用于公交優先信號燈的管理
快速公交系統（BRT）具有軌道交通大容量和快速服務的特征，又具有公共交通的靈活性和經濟性，是適合中國城市的新型公共交通方式，尤其是尚未建立軌道交通系統的人口密集的大中型城市。
RFID公交系統的核心要素在于，不僅要使公交車輛擁有自己的專用道，更要保障公交車輛在路口享有的優先通過權，從而減少公交車通過信號燈的時間，提高公交車輛的通行效率。配有RFID識別設備的公交車，通過車載的遠距離RFID標識卡發射信號，能讓交通信號燈控制系統在車輛駛近路口時精確識別出車輛的身份及公交車的數量，并根據規則確定合理的綠燈開放時間，從而避免產生紅、綠燈頻繁切換的問題。根據預先設定的規則程序，信號燈控制系統將自動調整綠燈的開放時間及長度。
RFID公交優先信號燈管理系統可以準確判斷來車身份，使綠燈在公交到達路口或到達路口后等候不長的時間內開啟，從而保證公交車的優先通過，又最小程度減輕對其他車輛的影響。而其他車輛，即使違章行駛在公交專用道上，也無法享受綠燈優先開放的權利，為交管部門提供了很好的自動化交通管理的手段。
當有國賓接待等特殊任務時，只要配發了標識卡，相關車輛也可以享受一路綠燈的便利。
3、用于公交停車場、加油站的智能化管理
公交車停車場出入口的讀卡設備，可在每輛公交車進出的同時自動讀取相關信息，使停車場的管理人員能夠即時了解，停車場整體的運行情況，當前容納的公交車數量的多少及進出車輛的相關信息等。若在停車場內部的幾塊停車區域內分別設置有讀卡設備，便可通過讀到的數據，判斷當前該區域停車的數量等，是停車場整體規劃管理的有效數據來源。
同樣，RFID識別技術還可為加油站實現公交車加油的規劃管理。當公交車駛入加油站時，加油站配置的讀卡設備可自動識別公交車上標識卡中的相關信息，從而將汽油費用自動從賬戶中扣除，并將加油的時間、數量等數據自動更新存檔。
4、用于車輛中途考勤管理
當攜帶車載標簽的車輛經過設有RFID識別設備的站點，車輛上車載標簽發送每一輛車輛對應的唯一的標識碼。車站上的識別設備將自動記錄下此表示車輛唯一號碼的標識碼和此刻的具體時間，通過數據網絡發送到相應的計算機，并保存至相應的數據庫中。
系統將按照上述原理自動對每輛公交車輛進行經過相應站點的時間考勤，并且能夠統計出車輛每天的運行情況。這樣，當天的考勤情況，可以幫助車隊管理者及時了解整條線路的運營情況，以調度車輛來提供整條線路高質量乘運服務。而且，一段時間的歷史數據積累，可以幫助管理者方便地對駕駛員進行績效考評，從而避免了人為的誤差，減輕了勞動強度，增加了準確率。
值得提出注意的是，車隊僅在需要考勤的站點上才設置RFID識別設備，如起始站、終點站和途中個別特定的站點，不需要在所有站點都架設識別設備，從而可大幅度地降低成本。
三、RFID技術在交通運輸領域中的應用
射頻識別技術在交通運輸領域的主要應用有：高速公路的自動收費及交通管理、火車和貨運集裝箱的識別、防偽等。
1、用于交通管理及高速公路不停車自動收費
在城市交通方面，實行現代化的交通管理，加強交通的指揮、疏導、控制、提高道路的利用率、深挖現有交通潛能是非常重要的。而利用RFID技術的交通管理系統可實現自動查處違章車輛、記錄車輛違章等情況，并可解決高速公路收費存在的問題。其問題是：（1）在收費站口，許多車輛要停車排隊，因而成為交通瓶頸；（2）少數不法收費員可貪污路費，使國家損失了相當的財政收入。
因此，將RFID技術應用在高速公路的收費上，能夠充分體現它非接觸的優勢，讓車輛通過收費站時不停車，并高速通過而完成自動收費。顯然，這樣就解決了目前高速公路收費存在的上述的二個問題。
實際上，RFID不停車收費系統，是一種電子不停車收費系統（ElectronicTollCollection,簡稱ETC），它主要由收費車道、收費站管理系統、管理中心、專業銀行及傳輸網絡組成。該系統是利用射頻技術、電子技術、計算機技術、通信和網絡技術、信息技術、傳感技術、圖像識別技術等高新技術的設備和軟件（包括管理）所組成的先進系統，從而實現車輛無需停車即可自動收取道路通行費用。
當汽車通過路邊車道設備控制系統的信號發射與接收裝置（路邊讀寫設備簡稱RSE，即閱讀器）時，經天線，能識別放在汽車前玻璃上的射頻卡或標簽內特有的編碼、車牌號，從而可判別車型、計算通行費用，并自動從車輛用戶的專用帳戶中扣除通行費。對未安裝電子標簽或標簽無效的車輛，則視作違章車輛，并立即自動實施圖像抓拍和識別，以傳送交警部門處理。
2、用于火車和貨運集裝箱的識別
對于火車的運營，使用RFID系統也具有很大的優勢。因為火車是按鐵軌既定路線運行的，這樣就肯定要通過己設定的讀寫器的地點。一般，電子標簽（射頻卡）安在車廂頂邊，而讀寫器又安裝在鐵路沿線，因而通過讀寫器讀到的數據，就可以得到火車的實時信息及車廂內裝的物品等信息。尤其可得到火車的身份、并監控火車的完整性，以防止遺漏在鐵軌上的車廂，避免發生撞車事故。同時，也可通過RFID技術，能在車站將車廂重新編組等。
此外，RFID技術還可用于水路運輸，即港口船只、航道設施設備等的日常管理。
四、RFID技術在稽查系統及車輛、船只證照管理中的應用
RFID技術可用于對車輛的稽查系統及車輛、船只的證照管理中。
1、用于稽查系統
?。?）移動式稽查系統
當車輛完成了養路費（營運證）的交費（申請）時，交通管理部門就在發放的電子養路費費單（電子營運證），電子費單（電子營運證）中記錄了車牌號、養路費到期時間（車牌號、營運類行、到期時間）等信息，以方便稽查部門進行稽查。移動式稽查系統是指將讀寫器安裝在稽查車輛內，可對單方向行駛時速在100km/h的車輛進行稽查。它無需對所有車輛進行停車檢查，只需對可疑車輛進行相關復查與處理，這能大大提高稽查效率，減少交通壓力。同時，系統可記錄相關稽查人員的信息，并實時傳回數據中心。這種移動式稽查點，管理部門可靈活地在想設點稽查的地方，進行稽查活動。
?。?）固定式稽查系統
固定式稽查系統是安裝在某一路段或出城點的稽查設備，它由門式天線、讀寫器與管理軟件組成。對于通過門式天線的車輛，能進行自動稽查。如發現是可疑車輛，就進行復查與處理；對于正常的已繳費的手續齊備的車輛，可直接放行。這種固定式稽查點，可24小時不間段地稽查，同時無需增加稽查人員，也不會影響車輛的通行。
2、用于車輛、船只證照管理
車輛、船只證照管理，是對車輛、船只以及人員的各類證照進行管理，包括車輛、船只經營許可證、車輛行駛證、船只航運證、上崗證等。
對車輛、船只以及從業人員的管理，主要是檢查從業人員的合法性、記錄從業人員的違規行為和對違規行為的處理情況。
從業人員使用的RFID芯片的封裝形式可以根據用戶的需要定制，可以做成傳統卡片式證照，也可以是鑰匙扣等形式的個性化證照。駕駛人員合法性、違規行為等信息分別記錄在芯片對應的數據區。公路稽查人員可使用車載式RFID讀寫器進行合法性的確認和進行違規行為的錄入。也可使用車載式RFID讀寫器并通過無線網絡同數據中心進行實時信息交互以求信息的進一步確認。
五、RFID在使用過程中應注意的問題
1、要注意RFID頻率和標簽封裝與讀寫設備的選擇
值得提出注意的是，不是一種RFID頻率等技術參數，可適應所有的應用場合。實際上，不同的應用場合，RFID技術的參數會有明顯的差異。如對于讀寫速度快、讀寫距離遠的場合（如不停車收費），需選用超高頻和微波頻段的標簽及相應的讀寫器。但是，這種超高頻的標簽對人的身份識別卻又不實用。因為超高頻RFID讀寫，由于人體對波的吸收，使得貼近人體的標簽無法規整讀寫器的發射的能量，所以標簽芯片就無法正常工作。因此，對人的識別，則適合選用高頻（如13.56MHz或915MHz）的標簽。
2、要注意系統的安全性，在標簽中不需再記載與用戶有關的任何信息
在電子標簽中，已被鎖定的不可篡改的全球惟一的ID碼來索引收費中心的數據，以獲得車主的有關資料。因此，標簽中不需再記載與用戶有關的任何信息，使保密性及信息安全性很高，資金賬戶的安全性也很好，從而利于多用戶共享電子標簽，有極好的互操作性。
由于利用每個標簽中的已加鎖ID號惟一性的特點（一旦加鎖，就不能解鎖），就最有效而且最高效地保證了信息的安全性。因而不必理會電子標簽中關于用戶數據區的內容，也不必對標簽中的數據進行DES加密以保證信息安全性。因為將一個不能修改的、惟一ID號的用戶賬戶和用戶個人信息，全部儲存在ETC結算中心才是最安全的。
3、要注意915MHz頻段標簽與移動通信之間的干擾
推廣使用的915MHz這種基于ISO/18000-6及美國T-6標準生產的產品，曾在我國授權的電磁試驗室進行全面的測試，其結果滿足國家關于電磁兼容性試驗規范中輻射干擾試驗標準GB6833.10-87以及電磁輻射防護規定GB8702-88的要求。前者是驗證本產品是否會對同頻段的其他電子產品造成干擾，后者是本系統能忍受同頻段其他電子產品干擾的能力。其結果都通過檢驗測試，而且還留有余量。
GSM頻段中的890-915MHz頻段是用于手提電話發射、基站接收的頻段。而935-960MHz頻段則是用于手提電話接收、基站發射的頻段。選擇915.5MHz至934.5MHz頻段，是處于GSM通信頻段以外的“窗口”，保證與GSM頻段互不重疊，這就在滿足上述兩個電磁兼容性國家標準的基礎上（進行電磁兼容試驗時是假定與其他電子設備的頻率相同的條件下進行的）通過頻率隔離進一步提高了干擾的防護度。
我們知道，對工作在固定頻率的非擴頻體制的系統而言，設備受干擾的嚴重程度與接收機的噪聲帶寬成正比，當信息數據率越低、占用帶寬也越低，系統抗干擾的能力也越強。
實際用于ETCRFID系統的天線最好采用頂裝方式，其波束的指向朝著地面，能夠對其他設備形成干擾的輻射方向只能有副瓣的存在。這樣，又能進一步改善系統的電磁兼容性。
4、要注意環境對RFID使用的影響
（1）注意環境溫度的影響
由于RFID芯片使用的是硅材料與金屬材料制造，因此能在-20-70攝氏度之間有效工作，因而一般情況下不會影響RFID的正常工作。
?。?）注意空氣濕度的影響
由于RFID采用微波技術，對空氣濕度有一定的要求。其原因是水吸收微波能量造成衰減使讀寫距離下降，尤其在霧天與雨雪天影響明顯，其讀寫距離可下降50%以上。解決方法是將長距離讀寫器輸出功率從1W增加至1.5W以減小影響。但在霧天與雨雪天還是應減少使用，特別是使用移動式讀寫方式的應用，更應減少或者不用，否則讀寫距離下降。
（3）注意金屬附著的影響
金屬對微波能量的吸收相當高，這樣可造成讀寫距離下降甚至無法識別。目前解決的方式主要通過芯片封裝技術解決這一問題，雖然封裝技術能解決金屬吸收微波能量的問題，但每片芯片的成本將增加80%以上。因此在實際使用中，需長距離讀寫的盡量避免附著在金屬表面。
六、結束語
由上看出，自動識別RFID技術在交通領域中的應用很廣，隨著科學技術的發展，RFID技術的普及與其設備成本的降低，RFID技術的應用將更加廣泛。
