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RFID在高速公路车辆管理系统中的应用
RFID在高速公路车辆管理系统中的应用
摘要
随着我国经济的迅猛发展,高速公路的建设和发展将对我国经济产生深远的影响和推动的作用。
但在高速公路里程不断增加的同时,高速公路的上车辆的管理系统也需要不断改进和发展,以应对我国汽车数量的高速增长,缓解经济快速发展与高速公路网络不健全和管理系统不完善之间的关系。
无线射频识别技术(RFID)的出现和应用,为高速公路管理系统的改进起到了划时代的作用。
因此对RFID在高速公路车辆管理系统中应用的研究,具有很重要的意义。
本文阐述RFID技术构成、工作原理、特点,介绍RFID在高速公路中车辆定位、车辆路径识别管理、联网收费拆帐管理、自动收费管理中的应用,以及应用中遇到的问题和解决问题的方法。
关键词:
RFID;射频识别;高速公路;车辆管理;安全问题
RFIDinhighwaytrafficmanagementsystemapplication
Abstract:
AlongwiththerapiddevelopmentofChineseeconomy,thehighwayconstructionanddevelopmentoftheChineseeconomytopushfar-reachinginfluenceandfunction.Butintheexpresswaymileageincreasedatthesametime,onthehighwaytrafficmanagementsystemalsoneedsimprovementanddevelopment,tocopewithourrapidgrowthofthenumberofcars,alleviatetherapideconomicdevelopmentandthehighwaynetworkmanagementsystemandtherelationshipbetweenimperfect.Radiofrequencyidentification(RFID)andapplicationfortheexpresswaymanagementsystem,improvetheroleplaysalandmark.ThereforeinthehighwaytrafficonRFIDapplicationmanagementsystem,hastheveryvitalsignificance.
InthispapertheRFIDtechnologystructure,workingprinciple,characteristics,andintroducedinhighwayinvehicleRFIDpositioning,vehicleroutingidentificationmanagement,nettoll.furthermoreopenaccountmanagement,automaticapplicationfeemanagementapplication,andtheproblemsencounteredandthemethodstosolvetheproblems.
目录
摘要2
Abstract:
3
1引言5
2RFID的概述5
3射频识别技术系统构成6
3.1什么射频识别技术6
3.1.1RFID系统由阅读器、天线和标签组成。
6
3.2RFID与条形码、磁卡、IC卡的区别6
3.3射频识别技术的工作流程7
4射频识别技术在高速公路车辆管理中的应用7
4.1车辆定位7
4.2车辆路径识别管理8
4.3车辆行驶速度的监测8
4.4RFID在高速公路上自动缴费系统中的应用9
5RFID应用中的问题及对策10
5.1隐私问题10
5.2安全问题10
5.2.1阅读器与标签之间安全威胁的解决11
5.2.2RFID系统后台网络安全威胁的解决11
5.3RFID实施的标准问题11
5.4影响读取距离因素11
6结束语12
1引言
近年来,信息技术的发展对各行业产生了巨大的影响。
信息技术的运用,给企业带来前所未有的推动力。
无线射频识别技术(RFID)的应用使经济的发展注入了新的动力,IDTechEx发表的一篇报道称,中国是世界上最大RFID市场;报告称中国RFID销售每季度增长23%。
其他被看好的RFID应用领域包括航空部门、资产管理、文件追踪、在制品追踪和近场通讯技术。
欧洲是RFID应用的温床,零售业和其他领域都涌现众多RFID应用案例。
欧洲零售商和服装公Karst、adtLemmifashions、Marks&spencer和NPCollec—tion都应用了单品级贴标。
欧洲RFID创新应用不仅仅体现在零售业上,荷兰采用RFID标签监控花的栽培过程;西班牙利用RFID精简化医药供应链;空中客车进一步实现RFID应用计划;索尼将RFID标签集成进闭路TV摄像头来监测库存,提高安全。
随着我国经济的迅猛发展,高速公路里程不断增加的同时,高速公路的上车辆的管理也需要不改进和发展,以应对我国汽车数量的高速增长。
我国高速公路车辆管理系统还停歇于原始管理的层面,各方面发展还不完善。
RFID技术的应用,提高高速公路上汽车的管理水平,促进经济的发展。
本文论述介绍RFID在高速公路管理系统中几个方面的应用,并对高速公路中车辆定位、车辆路径识别管理、联网收费拆帐管理、自动收费管理进行设计,结合图表分析,提高高速公路车辆的管理水平。
最后对应用中存在的问题进行分析,提出相应的对策。
2RFID的概述
无线射频识别技术(RFID,RadioFrequencyI-dentification)是一种使用电磁波进行识别的非接触式自动识别技术。
随着我国经济的快速发展,地区之间的联系越来越密切,地区经济的发展的先决条件就是有便利的交通条件。
我国高速公路网络规划的逐步建成完善和科技技术的创新发展,RFID射频识别技术在高速公路上车辆的管理起到关键的作用。
提高高速公路上汽车的管理水平,是减少高速公路安全事故和促进经济发展的保障。
因此,RFID在高速公路车辆管理系统中的应用,对高速公路车辆进行定位监测,及时发现各路段车辆行驶情况并采取相应的措施,能最大限度的减少安全事故。
RFID应用于高速公路上的自动缴费系统保障了高速公路的畅通,提高了高速公路的运行效率。
在经济快速发展的今天,RFID的运用起到了推波助澜的作用。
3射频识别技术系统构成
3.1什么射频识别技术
射频识别(RadioFrequencyIdentification,RFID)技术是应用无线电波来实现的非接触式自动识别技术。
RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点,可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。
RFID技术与互联网、通讯等技术相结合,可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。
目前RFID技术已经被广泛应用于各个领域;其典型应用包括:
在物流领域用于仓库管理、生产线自动化、日用品销售;在交通运输领域用于集装箱与包裹管理、高速公路收费与停车收费;在农牧渔业用于羊群、鱼类、水果等的管理以及宠物、野生动物跟踪;在医疗行业用于药品生产、病人看护、医疗垃圾跟踪、血液库的管理;在制造业用于零部件与库存的可视化管理;RFID还可以应用于图书与文档管理、门禁管理、体育运动比赛、定位与物体跟踪、环境感知和支票防伪、学校管理、监狱管理等多种应用领域。
3.1.1RFID系统由阅读器、天线和标签组成。
(1)阅读器(Reader):
读取(或写入)标签信息的设备,可设计为手持式或固定式。
RFID阅读器用来识别它附近存在的RFID标签。
阅读器通过一个或多个天线发射无线射频能量,并且形成一个发射区。
发射区内的标签通过其天线的感应将射频能量转换成自己的能量,用以供应标签的工作和标签与阅读器之问的通信。
阅读器主要完成和标签之问的通信功能以及利计算机之间的通信功能。
(2)天线(Antenna):
在标签和阅读器间传递射频信号。
(3)标签(Tag):
由耦合元件及芯片组成,通过标签的方式附置在被识别的物体上。
它是RFID系统的数据载体,存储着被识别物体的信息。
标签川来接收阅读器发射的无线电信号并返回相应的信息。
RFID阅读器首先以一定的时问间隔发射一个预定频率的无线电信号,任何处于阅读器的发射范围内的标签都可以收到该发射信号,冈为每一个标签都有一个能够往某个预定频率上监听这种信号的天线。
标签使川从阅读器接收的能量米向阅读器响应信号。
3.2RFID与条形码、磁卡、IC卡的区别
RFID与条形码、磁卡、IC卡相比有各自不同的特点,并适用于不同的场合。
下表1列出了条形码、磁卡、IC卡、RFID的特点和区别:
识别技术
条形码
磁卡
IC卡
RFID卡
信息量
小
一般
大
大
读/写性
只读
读/写
读/写
读/写
读取方式
CCD激光束
电磁转换
电擦除写入
无线识别
保密性
差
一般
好
好
智能性
无
无
有
有
抗干扰
差
较差
好
很好
寿命
较短
短
长
最长
成本
较低
低
较高
较高
表1特点和区别
射频识别技术(RFID)的优势决定了它将在国民经济各个领域得到广泛应用,并给它们带来巨大的变化。
在经济的发展中有着重要的意义。
3.3射频识别技术的工作流程
阅读器通过天线发射出一定频率的射频信号,粘贴在被识别物体上的标签进入磁场时,传送出存储的被识别物体的信息。
阅读器读取信息并解码后,送至数据管理系统进行处理。
工作流程如图1所示:
天线
信号
信号
标签
阅读器
计算机处理系统
图1RFID工作原理
4射频识别技术在高速公路车辆管理中的应用
4.1车辆定位
随着高速公路上车流量不断增加,高速公路的交通状况日趋拥挤,故解决交通问题不能只依赖于修路,而是应加强交通指挥、控制、疏导,提高道路利用率,因此深挖现有交通潜能也是非常重要的。
而基于RFID技术的实时交通检测,为管理人员及时掌握道路交通状况(畅通、拥挤和阻塞)提供了快捷途径,并可及时发布交通诱导信息,疏导交通。
通过射频识别技术(RFID)可以对高速公路上行驶的车辆进行定位,可以实时跟踪车辆,统计车辆流量,了解路面车辆行驶状况和运行情况,然后通过交通管理中心网络向司机报告各路段的交通状况,指挥车辆避开堵塞路段,对突发事件快速做出反应。
对高速公路上发生事故的车辆快速定位,及时处理事故,减少连环事故的发生。
RFID用于高速公路上车辆定位系统还可以对被盗车、走私车、非法翻新车、肇事逃逸车等快速自动识别,并把信息迅速传至当地公安局,同时数据管理系统向各交通路口下达截获指令。
4.2车辆路径识别管理
随着经济的迅猛发展,高速公路建设也不断增多,联网收费路段出现网状分布,这给确定车辆的行走路线带来了很大的困难。
目前一般采用最短路径收费,进行通行费拆账,这就造成了一定的通行费流失、多收与拆账纠纷。
因为两点之间有第三点介入的话就会增加很长的一段距离。
而这中间并没有一个工具对车辆进行识别。
例如下图2所示:
AEB
CD
图2路径示意
A—B两点间的有两条路径,一条是A——B,另一条是A—C—D—B,两条路径的长度有很大的差别,A—C—D—B的长度明显要比A——B要长。
目前的收费是按照A——B路径收取的,若车辆行驶路径是A—C—D—B那么就照成了通行费流失。
若车辆行驶路径是E——B的话,那么就造成了通行费的多收。
在高速公路交叉路口设立RFID的信息点,当车辆。
当车辆通过RFID信息点时,将通过的位置信息写入通行卡中,这样便可以根据通过的标志性位置,准确知道车辆的行驶路线,准确收取通行费,准确拆帐,并且不影响车辆的快速通过。
采用RFID方式,在识别车辆路径的同时,相应也就记录了车辆的行驶里程,并以此为收费拆帐的依据。
4.3车辆行驶速度的监测
高速公路上由于超速驾驶造成的安全事故越来越多,这就要求管理系统在这方面加大管理力度,及时监控车辆行驶速度的情况。
使用RFID来监控车辆行驶速度,在某个路段两点设置两个接收器如图3所示:
A
B
带标签
图3测速示意
车辆在通过A点时,接收器识别接收信号,传回阅读器。
车辆在通过B点时,接收器识别接收信号传回阅读器。
记录通过两点的时间,通过两点间的距离计算出车辆的速度。
如有发现超速驾驶,及时进行报警提醒。
RIFD读写设备可以在过往车辆时速达250公里情况下用少于0.5毫秒的时间正确读取识别车辆信息,并且正确率达99.95%。
RFID在高速公路上的应用,提高高速公路上安全管理,减少交通事故发生。
4.4RFID在高速公路上自动缴费系统中的应用
RFID在收费中的应用体现为不停车收费。
“不停车收费”是交通部倡导的收费技术的重要发展方向。
不停车收费系统可以减少不必要的启动、停车次数,不仅可以加快汽车行驶速度,节省车辆在收费车道的通行时间,缓解交通堵塞,还能降低车辆燃油消耗,减少汽车尾气排放量,促进环境的改善。
RFID自动缴费系统是传统的交通行业与目前较为先进的信息技术相结合的产物,是未来公路收费系统的发展趋势。
与现行的人工收费、半自动收费相比,它具有明显的优势。
它可以提高服务质量,提高客户满意度;最大限度地缓解收费站处的交通瓶颈,避免因收费效率低而引起的交通堵塞和车辆延误;整个收费过程中取消了人员的介人,可避免因个别收费员服务态度不佳造成的客户不满;系统的建成将降低运营成本,降低收费人员和财务人员的工作量,减少系统运行所必需的人力成本;同时,减少管理环节,降低管理成本;可减少车辆在收费口不必要的燃油消耗,降低收费口的噪声水平和废气排放,减轻车辆对环境的污染程度,达到节约能源、保护环境的目的。
收费系统的工作流程如下:
收费系统的阅读器和天线向车道的特定区域发出微波信号,收费车辆进入自动收费系统区域后,电子标签向天线发出本身的数据信息,如:
发卡银行编号、车辆的车牌号、车辆本身的参数、电子标签号等标识信息。
天线把接收到的信号传送到阅读器,阅读器再把接收到的标签内容发送到计算机处理系统,车道收费系统分析出车辆的标识信息,对进入收费车道的车辆进行电子标签的合法性校验,相符且为合法车辆,其通行费通过计算机网络,从用户开户银行的专用账户中自动缴纳,以实现不停车自动收费。
收费成功后,修改卡内相应信息和修改标签内相应信息,并把相关信息和记录存入系统中的资料存储器,以便日后查询。
过程如图4所示:
修改
修改
图4自动收费系统工作流程
5RFID应用中的问题及对策
射频识别技术(RFID)相比传统的条形码,RFID的优势是工作人员可以在一定距离之外对高速运行的标签在极短的时间进行扫描,大大提高流通物的处理效率和准确率。
同时RFID标签不仅数据容量较大,而且可以用于潮湿、多尘等污染比较严重的环境中,克服了条形码一旦撕裂或污损,扫描仪将无法扫描和识别商品的现象。
但是在使用RFID技术时,面临下列问题。
5.1隐私问题
RFID标签采用的是信息交互技术。
携带RFID标签的任何人都可能在公开场合被自动跟踪。
信息在交互与使用过程中也可能涉及到个人信息隐私与公共安全的问题。
因此,我们在立法或相关管理规范中要对其使用模式作出原则性规定。
对于用于确定身份、物件追踪、贵重物品管理的RFID标签,不应扩散使用个人或单位的隐私或个体信息,尽量不要将个人信息与其它信息结合在一起。
在RFID标签系统中,严禁使用软件标注、跟踪、统计针对个体或少数群体的行为特征。
特别是在RFID标签的国际标准中,应该有一个公共约定的保护私人隐私,确保公共安全的行为准则。
这是标准人性化的体现,对违约者可以通过标准组织进行处罚。
高速公路汽车管理系统应该把有关信息进行加密保存并指定相关责任人管理。
明确管理主体、负责人和管理人使管理主体明确化和责任化的推进。
5.2安全问题
RFID系统中读写器与标签之间的通信方式是无线通信。
无线通信本身固有的脆弱性,使RFID系统很容易受到各种攻击。
RFID标签的编码系统有可能被复制或篡改是RFID业界担忧的一个主要问题。
参加Defcon和黑帽安全会议的研究员指出,普遍用于大楼出入管制,高速公路电子收费系统和电子护照的无线射频识别(RFID)标签非常容易被复制,具有严重的安全风险。
RFID系统中安全威胁主要来自两个方面:
(1)阅读器与标签之间的通信安全存在潜在威胁。
阅读器和标签之间的通信安全威胁主要包括:
XX的读取或写入标签数据;伪造标签,企图获得非授权的服务;窃听阅读器和标签之间的通信信息以便获取非授权的信息。
(2)RFID系统后台网络借助于标准的互联网设施,其存在的安全威胁与互联网是相同的。
主要包括:
非授权人员的非正常操作;黑客等怀有非正当目的的人员对系统的入侵和拒绝服务等攻击;病毒、木马、蠕虫等恶意代码对系统的破坏。
5.2.1阅读器与标签之间安全威胁的解决
阅读器与标签之间的通信安全解决方法是利用密码安全机制。
其主要内容是利用各种成熟的密码方案和机制来设计利实现符合RFID安全需求的密码协议。
主要的RFID安全协议有HashLock协议、随机化HashLock协议、Hash链协议、基于杂凑的ID变化协议、David的数字图书馆RFID协议、分布式RFID询问—响应认证协议、LCAP协议、再次加密机制等。
Rhee等人提了一种适用于分布式数据库环境的RFID认证协议,它是典型的询问—响应双向认证协议。
到目前为止,还没有发现该协议有明显的安全漏洞或缺陷。
在高速公路车辆管理系统中,分布式RFID询问—响应认证协议是比较合理的。
5.2.2RFID系统后台网络安全威胁的解决
RFID系统后台网络安全风险的解决方法是引入IPSec(IPSecurity)。
IPSec是IETF制订的一套开放标准网络安全协议。
该协议将密码技术应用在网络层,使系统能按需选择安全协议,决定服务所使用的算法及放置需求服务所需密钥到相应位置。
IPSec用来保护一条或多条主机与主机问、安全网关与安全网关间、安全网关与主机间的路径。
IPSec能提供的安全服务集包括访问控制、无连接的完整性、数据源认证、拒绝重发包(部分序列完整性形式)、保密性和有限传输流保密性。
冈为这些服务均在IP层提供,所以任何高层协议均能使它们,例如TCP、UDP、ICMP、BGP等等。
在RFID的通信网络中使用IPSec安全协议可以有效的保护数据传输的安全性。
5.3RFID实施的标准问题
RFID标准体系主要由空中接口规范、物理特性、读写器协议编码体系等组成。
目前,国际上已形成了五大标准组织,分别代表了不同团体或国家的利益。
EPCglobal是由北美产品统一编码组织(UCC)和欧洲产品编码组织(EAN)联合成立的,在全球拥有上百家成员.得到了众多大型跨国公司的支持。
而AIM、ISO、UID代表了欧美国家和日本,IP—X的成员则以非洲、大洋洲、亚洲等国家为主。
比较而言,EPCglobal由于综合了美国和欧洲的大厂商,实力相对占上风。
就国内目前来说,标准的制定尚处于探索阶段,需要解决的问题很多。
中国政府应根据中国国情,制定一套既能与国际兼容,又具有中国特色的RFID标准,有利于缩小在RFID领域与国际技术差距,为中国的企业在RFID领域争取更多的主动权。
在高速公路车辆管理系统中,国家有关部门应该制定一个在这个系统中使用的全国通用标准。
实现全国高速公路车辆管理系统RFID的一体化、通用化,提高管理效率。
5.4影响读取距离因素
随着科学技术的不断发展和改进,RFID在各方面也得到相应的提高。
RFID采用SP-D300型读写器,最大读写距离可达到80米,极高的防冲突性。
可以在标签高速移动的情况下同时识别200个不同的射频识别卡。
6结束语
RFID技术虽然产生比较早,但只是近十几年才有了很大的发展。
目前,RFID技术的推广应用还存在前期投资较高问题,但随着RFID芯片制造成本的不断降低和RFID技术的日渐成熟和完善,它的作用范围将覆盖到人类生活的方方面面,它在各领域广泛应用的趋势是不可抵挡的。
近年来,中国已经将RFID技术应用于铁路火车号识别、身份证和票证管理、动物标识、特种设备与危险品管理以及生产过程管理等多个领域。
RFID技术必将在我国高速公路车辆管理系统中得到广泛应用,其在高速公路交通领域的应用势必给交通运输带来新的生机,促进我国高速公路信息化水平的提高和发展。
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