■羅俊儀

對RFID集成“電子車牌”技術(shù)適用性的幾點建議

■羅俊儀

實現(xiàn)信息化、智能化管理是完成道路交通管理最大公信力、最高實效性的基本途徑。采用RFID技術(shù)，集成“電子車牌”是實現(xiàn)道路交通管理信息化、智能化的最佳選擇。

集成“電子車牌”的技術(shù)需求

隨著RFID技術(shù)日臻完善，業(yè)內(nèi)論及“電子車牌”的愈來愈多。但什么樣的號牌是“電子車牌”，至今沒有誰能說得清楚。大家常說的“電子車牌”，多是指類似把電子標(biāo)簽粘貼在汽車前擋風(fēng)玻璃上，為ETC快速通道（高速路匝口、場區(qū)通行口）提供信息的電子憑證或電子證卡。雖然同樣具有對機動車信息化管理功能，而且在交通運輸領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用，但由于主要功能用于不停車收費，沒有與機動車號牌有任何內(nèi)在聯(lián)系，叫“電子車牌”有些牽強。真正的“電子車牌”應(yīng)該是把RFID技術(shù)嵌入到機動車號牌上，使其具有自動識別、傳輸、處理機動車相關(guān)信息的管理功能的汽車牌照。“電子車牌”的社會價值完全體現(xiàn)在其管理功能上，在全國范圍內(nèi)，凡是有懸掛“電子車牌”車輛通行的地方，交通基礎(chǔ)信息的采集、傳輸、分析、發(fā)布、誘導(dǎo)、控制和指揮均可以同步進行。把成熟的RFID技術(shù)移植到機動車牌照上，可以將RFID技術(shù)潛質(zhì)發(fā)揮到極致。一方面在交通管理領(lǐng)域開發(fā)產(chǎn)品，拓展市場，使智能交通有更多、更穩(wěn)固的硬件支持。另一方面將機動車技術(shù)參數(shù)、登記信息、年檢信息、違法信息等固定及可變信息加密寫入RFID芯片，頒發(fā)唯一識別的身份號碼，實現(xiàn)對機動車“一對一”即“百分百”的管理，解決社會上交通管理的突出問題：一是對機動車輛進行實時動態(tài)管理，增強交通誘導(dǎo)、交通組織能力，提高管理效率；二是打擊挪用、套用、盜用機動車號牌違法行為，保護合法車主的正當(dāng)權(quán)益；三是實施對快速路匝口、城區(qū)道路監(jiān)控，進行車輛智能登記；四是對未年檢車輛適時監(jiān)控，提高年檢率，保障車輛安全狀況；五是識別、追蹤交通肇事車輛，追捕肇事逃逸人；六是識別、攔截報廢車輛，不讓報廢車上路，消除交通安全隱患等等。特別是近幾年來，對機動車管理沖擊最大的是“套牌”和“假牌”，許多地方尤其是南方經(jīng)濟發(fā)達的城市，“克隆牌”、“鴛鴦車”現(xiàn)象比較嚴(yán)重，這部分非法機動車交通肇事的機率比較高，現(xiàn)有道路監(jiān)控設(shè)備對號牌圖像識別具有局限性，無法充分確定機動車真實身份，所以也就無法滿足公安部機動車管理信息系統(tǒng)百分百的對全國機動車實施監(jiān)管。據(jù)此，解決機動車號牌系統(tǒng)的安全性、唯一性和可監(jiān)管性就成為當(dāng)務(wù)之急。

■圖1

■圖2

■圖3

RFID技術(shù)是相當(dāng)成熟的技術(shù)，在國外國內(nèi)、各行各業(yè)乃至各個領(lǐng)域都得到廣泛運用。目前，大規(guī)模采用RFID技術(shù)用于機動車號牌日常管理的國家多是“假牌”和“套牌”情況比較普遍、交通安全問題比較嚴(yán)重的發(fā)展中國家，比如南非、巴基斯坦、印度尼西亞、南美部分國家。發(fā)達國家主要是利用該技術(shù)的快速、準(zhǔn)確識別性能，提高高速公路的收費站或者場區(qū)快速通道的通行能力，比如：美國-墨西哥邊境車輛進出國界管理，美、英、德、法、日等國ETC不停車收費管理等。

運用RFID技術(shù)集成“電子車牌”在國內(nèi)已有先例?，F(xiàn)行的軍車、武警車輛的號牌都采用了RFID技術(shù)，識讀信息用的是手持讀寫器，識讀距離有限，尚有不盡人意的地方。但畢竟率先啟用了“電子車牌”，開創(chuàng)了技術(shù)先河。時至今日，“電子車牌”尚無技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也無技術(shù)定位，所以無論是研究還是開發(fā)層面上都是初始階段。盡管如此，“電子車牌”的技術(shù)發(fā)展方向是毋庸置疑的。它是實現(xiàn)道路交通管理信息化、智能化的重要途徑。公安部交通管理局在制定“十二五”交通管理規(guī)劃時，已經(jīng)提出在進一步改進和完善機動車號牌管理的同時，要研究啟用新版高防偽、高科技含量的機動車號牌。我們期待著不久的將來“電子車牌”能夠應(yīng)運而生。

“電子車牌”應(yīng)當(dāng)滿足的技術(shù)指標(biāo)

集成“電子車牌”的關(guān)鍵技術(shù)就是RFID技術(shù)。RFID無線射頻識別是一種非接觸式的自動識別射頻技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，特別是可識別高速運動物體并可同時識別多個電子標(biāo)簽，操作快捷方便，識讀無須人工干預(yù)，并可在各種惡劣環(huán)境下工作。RFID技術(shù)具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離遠、標(biāo)簽數(shù)據(jù)可以加密、存儲信息容量大等優(yōu)點，在現(xiàn)代化交通管理中具有很大的技術(shù)潛力。（系統(tǒng)拓撲圖如圖1）

技術(shù)組合：最基本的RFID系統(tǒng)包括電子標(biāo)簽、天線和讀寫器，作為一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)， 還包括應(yīng)用系統(tǒng)硬件和應(yīng)用系統(tǒng)軟件。（如圖2）

無源電子標(biāo)簽(Tag)：由耦合元件及芯片組成，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象，無需電池供電即可工作。

讀寫器(Reader)：讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備，分固定式、手持式兩種。

天線(Antenna)：在電子標(biāo)簽和讀寫器之間接收并傳遞射頻信號。

信息系統(tǒng)( Information System ):為采集、識別、處理機動車號牌特征信息、基礎(chǔ)信息而建立的技術(shù)應(yīng)用平臺。

工作原理：當(dāng)電子標(biāo)簽進入磁場后，如果接收到讀寫器發(fā)出的特殊射頻信號，就能憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲在芯片中的信息，讀寫器讀取信息并解碼后，將這些識別信息作為物體的特征數(shù)據(jù)上傳至中央信息系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理，從而完成與物體有關(guān)信息的鑒別、查詢、調(diào)度、統(tǒng)計等管理應(yīng)用。（原理圖如圖3）

RFID技術(shù)基本分類

以標(biāo)簽?zāi)芰縼碓磩澐郑河性春蜔o源；

以標(biāo)簽上傳通訊方式劃分：主動和被動；

以標(biāo)簽與讀寫器的藕合方式劃分：近場和遠場；

以頻率劃分：L F、H F、UHF、MW；

以防碰撞算法劃分：隨機式和確定式；

以記憶體及接口劃分：只讀、讀寫和帶傳感器。

考慮到RFID電子標(biāo)簽用戶端智能化、信息化、“免維護”的技術(shù)需求，選擇哪種頻率來支持RFID是首先要解決的技術(shù)問題。我們下面對四種頻率的性能指標(biāo)進行比對分析。（表1）

從表1中我們可以發(fā)現(xiàn)，四種頻率的表征參數(shù)各有優(yōu)劣。我們進行技術(shù)比對的目的，是選擇能夠支持RFID技術(shù)，來對電子標(biāo)簽實現(xiàn)屬性識別、信息采集，從而對機動車和駕駛?cè)诉M行科學(xué)管理。因此，首先考慮的是，必須能夠滿足各種形式識別的性能的讀寫距離、讀寫速度、多標(biāo)簽讀寫速度等關(guān)鍵性指標(biāo)，如龍門架式、懸臂式識讀等，距離地面高度要求必須≥5.5米，高速公路的讀寫速度允許在60-200公里之間，同時必須能夠多標(biāo)簽快速識別，能夠滿足這三項技術(shù)要求的只有超高頻（UHF）及微波（MW）。但是由于微波頻段的電子標(biāo)簽一般都是有源標(biāo)簽，用于有人值守的收費站比較合適，如果用于無人看守、無人維護的電子車牌上并不理想，所以超高頻（UHF）應(yīng)是最佳選擇。

在技術(shù)集成方面，業(yè)內(nèi)的科研部門和廠家已經(jīng)有了一些技術(shù)嘗試，當(dāng)設(shè)計一款具有快速自動識別功能的“電子車牌”時，還必須滿足以下性能指標(biāo)：

讀取距離：＞7米；

讀取速度：＞160km/h；

讀取可靠度：＞99.99%；

定位要求：＜1m；

防偽要求：政府文件級別防拆或防折；

數(shù)據(jù)安全要求：無法復(fù)制和偽造；

標(biāo)簽工作環(huán)境要求：汽車環(huán)境-40＋85攝氏度；

標(biāo)簽要求：閉路應(yīng)用；

標(biāo)簽規(guī)格：小于車牌空余位置；

標(biāo)簽維護：無需日常人工維護；

與此同時，還需要考慮讀寫系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)及控制，即具有以太網(wǎng)接口，可以直接接入LAN；具有USB接口，方便連接當(dāng)?shù)卦O(shè)備；具有RF232，以維持老系統(tǒng)的兼容；可以實現(xiàn)遠程控制和維護。

設(shè)計和集成“電子車牌”的技術(shù)方法

研究開發(fā)“電子車牌”有一定的技術(shù)難度，但采用RFID技術(shù)集成“電子車牌”就能事半功倍。當(dāng)RFID技術(shù)指標(biāo)基本達到集成要求后，如何設(shè)計把電子標(biāo)簽嵌入到號牌最合適的位置上，就成為技術(shù)考量的主要問題。一是“電子車牌”必須符合GA36-2007機動車號牌標(biāo)準(zhǔn)；二是現(xiàn)行的“92式”號牌和少量的“2002式”號牌都是鋁板加反光膜，鋁板是射頻信號“不友好”材質(zhì)，要保證識讀效果，就必須解決射頻干擾問題；三是把“電子標(biāo)簽”直接嵌入到機動車號牌之中是最佳方案，但號牌空余位置十分有限，如何在確保識讀性能的前提下，把“電子標(biāo)簽”嵌入到號牌之中，是我們重點考慮的關(guān)鍵技術(shù)問題。

推薦三種技術(shù)方案

將電子標(biāo)簽嵌入到機動車號牌的托架上。把電子標(biāo)簽安放在非金屬號牌架的上端或底部，無物體遮蓋、無金屬干擾、識讀效果好是其最大的優(yōu)點。不足之處是無形中使車號牌與號牌架合為一體，不可拆分。整體使用的社會成本和費用勢必增加，車主是否能夠承受，值得認真考量。（如圖4）

將電子標(biāo)簽直接“粘貼”在號牌反光膜上。以2002新式號牌為例，由鋁板、雙面膠反光膜、打印面膜組合而成的平板印刷式號牌，可以將抗金屬電子標(biāo)簽粘貼在號牌表層面膜適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?2式號牌也可以如此操作。其優(yōu)點是無遮蓋、無干擾、宜識讀、低成本。不足之處是射頻芯片附著在號牌面膜表層，容易脫落或被劃傷損壞，以至于無法識讀，影響“電子車牌”的整體功能。（如圖5）

將電子標(biāo)簽固定在號牌鋁板上、反光膜下的某個適當(dāng)位置。經(jīng)測試，把電子標(biāo)簽固定在號牌鋁板后面，射頻信號衰減嚴(yán)重，故不可取。將抗金屬電子標(biāo)簽固定在號牌鋁板上面，然后覆號牌反光膜，電子標(biāo)簽居中，不會脫落，面膜起到了保護標(biāo)簽的作用；電子標(biāo)簽雖然有反光膜覆蓋，對反光膜局部去金屬化，射頻信號可穿透反光膜，不再影響識讀效果。但號牌嵌入電子標(biāo)簽的位置是有限的，而且要根據(jù)號牌英文字母和阿拉伯?dāng)?shù)字的具體位置和空間來調(diào)整標(biāo)簽的大小與形狀。研究開發(fā)這種“電子車牌”應(yīng)該是主攻方向。（如圖6）

“電子車牌”信息讀取方式

研究和設(shè)計“電子車牌”時，如何發(fā)揮RFID識讀系統(tǒng)作用，準(zhǔn)確判讀機動車信息，是實現(xiàn)智能化管理的重要環(huán)節(jié)。國內(nèi)的RFID設(shè)備自動識讀距離一般可以達到8-10米，最遠的可達12米，完全可以滿足識讀要求?？紤]的重點應(yīng)當(dāng)是：第一次可以讀取到電子標(biāo)簽的概率和準(zhǔn)確率，尤其是在多車道讀取的情況下，如何規(guī)避臨近車道的機動車號牌干擾，過濾無關(guān)信息，避免誤讀誤判。因此，如何安裝讀取設(shè)備，確保識讀效果，就尤為重要。從設(shè)計的角度，RFID讀取設(shè)備的安裝方式一般有以下三種方式：

由上至下式識讀

把天線和讀寫設(shè)備安裝在龍門架或懸臂架上，舉架高度應(yīng)≥5.5米，根據(jù)車道決定安裝讀寫器數(shù)量，即幾條車道安裝幾個讀寫器，實施全方位覆蓋。這種識讀方式居高臨下，可以有效地規(guī)避相鄰車道車輛的干擾，識讀精準(zhǔn)，誤差率低。但整套設(shè)備成本相當(dāng)高。（見圖7）

側(cè)位式識讀

把天線和讀寫設(shè)備安裝在道路的內(nèi)側(cè)或外側(cè)可固定物體上（高速路可安裝在T型護欄上），高度可在1-1.5米之間，讀寫器與電子標(biāo)簽基本平行，識認距離相對縮短，識讀精準(zhǔn)度提高，整套設(shè)備的安裝成本比較低。缺點是，臨車道車輛干擾比較嚴(yán)重，尤其在多車道的情況下，由于車輛遮擋甚至?xí)霈F(xiàn)識讀盲區(qū)。所以在單車道上安裝這種設(shè)備性價比最為適宜。裝有RFID設(shè)備的警用巡邏車也屬于這種情況。（見圖8）

由下至上式識讀

把讀寫系統(tǒng)經(jīng)特殊加工或嵌入類似道釘一樣物件，或埋或粘在車道中央，根據(jù)車道數(shù)量來決定布設(shè)讀寫器的數(shù)量，同樣實現(xiàn)全方位布設(shè)的效果。從下至上來識讀電子標(biāo)簽的信息，綜合了上述兩種方式的優(yōu)點：識認距離最近，識認效果最佳，無臨車道車輛干擾，無論是多車道的快速路，還是單雙道的城區(qū)路，均適宜安裝，且成本也低。（見圖9）

另外，如果系統(tǒng)再結(jié)合其他車輛識別系統(tǒng)，比如圖像執(zhí)法系統(tǒng)（AVS），自動車輛分類技術(shù)（AVC），可以滿足各類基于智能交通（ITS）需求應(yīng)用。

結(jié)束語

“電子車牌”雖小，卻是一件社會性、政策性很強的大事。是否采用、何時采用“電子車牌”，全由國家行政管理部門視社會發(fā)展和交通管理需求而定。但設(shè)計和集成“電子車牌”等技術(shù)研究性工作理應(yīng)先行。RFID技術(shù)已經(jīng)為集成“電子車牌”提供了技術(shù)支撐，仍有一些關(guān)鍵技術(shù)和難題需要深入研究，逐一解決，為交通管理信息化、智能化搭建堅實的技術(shù)平臺 。

作者為中國道路交通安全協(xié)會副理事長，研究員，管理學(xué)博士