【摘要】智能收費(fèi)系統(tǒng)的應(yīng)用對我國交通運(yùn)輸能力的提高，實(shí)現(xiàn)交通收費(fèi)的高效性和準(zhǔn)確性具有非常重要的作用。智能收費(fèi)系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，融合了通訊、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、無線服務(wù)、自動(dòng)化控制等多種學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)。本文對高速公路智能收費(fèi)系統(tǒng)的基本原理進(jìn)行分析，從硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、射頻識(shí)別三方面探討智能收費(fèi)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】智能收費(fèi)系統(tǒng)；車載系統(tǒng)；值守系統(tǒng)；射頻識(shí)別

高速公路具有高通行承載力，通行效率高的特點(diǎn)，是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮著非常重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，智能化交通系統(tǒng)得到開發(fā)和應(yīng)用，逐漸發(fā)展成為一個(gè)新興的綜合研究體系，對我國交通運(yùn)輸管理實(shí)現(xiàn)高效話、安全化、系統(tǒng)化、信息化具有十分重大的意義，同時(shí)對實(shí)現(xiàn)綠色通信、提高能源利用率也具有積極的作用。智能收費(fèi)系統(tǒng)是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分，隨著車流量的不斷增加，交通壓力的不斷加大，設(shè)計(jì)一套高效的智能收費(fèi)系統(tǒng)，節(jié)省停車收費(fèi)的時(shí)間，提高車輛通過率的同時(shí)降低交通運(yùn)營成本，對我國交通事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1、智能收費(fèi)系統(tǒng)的基本原理

高速公里智能收費(fèi)系統(tǒng)主要由兩部分組成，即車載系統(tǒng)和出入口系統(tǒng)。車輛進(jìn)入到高速公路入口的限速區(qū)，司機(jī)通過將入口站編號和通道編號利用鍵盤輸入進(jìn)去，然后將車載系統(tǒng)啟動(dòng)向位于入口處的值守系統(tǒng)將車輛基本信息和編號信息發(fā)射過去，在發(fā)射的過程中車載系統(tǒng)在自身的內(nèi)存中將信息存儲(chǔ)。車載系統(tǒng)在通過高速公路的入口后關(guān)閉。入口守值系統(tǒng)對信息進(jìn)行核查檢驗(yàn)，以確定車輛自動(dòng)交費(fèi)功能是否正常，信息核查完畢確認(rèn)無誤后存儲(chǔ)并抬桿允許車輛通行。車輛行駛到高速公路的出口處時(shí)，司機(jī)將出口站編號和通道編號利用鍵盤輸入進(jìn)去，并啟動(dòng)車載系統(tǒng)向出口值守系統(tǒng)發(fā)射信息，出口值守系統(tǒng)核查信息確認(rèn)無誤后抬桿允許通行。同時(shí)出口值守系統(tǒng)將車輛基本信息以及出口信息等資料提取并確定收費(fèi)金額，再通過無線通訊想銀行收費(fèi)系統(tǒng)發(fā)送收費(fèi)請求。銀行收費(fèi)系統(tǒng)扣除費(fèi)用并向車主反饋收費(fèi)信息。

2、智能收費(fèi)系統(tǒng)的硬件模塊

2.1微處理器技術(shù)

本文研究設(shè)計(jì)的智能收費(fèi)系統(tǒng)，硬件模塊中的微處理模塊，選擇以51為核心的單片機(jī)中的AT89S8252型號單片機(jī)。此款單片機(jī)具有較強(qiáng)的微處理器功能，同時(shí)具有較高的性價(jià)比，在本文系統(tǒng)中優(yōu)先選用。其采用ATMEL的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，在車載系統(tǒng)中應(yīng)用，能夠?qū)︽I盤輸入進(jìn)行良好的識(shí)別、顯示并與出入口值守系統(tǒng)完成有效的數(shù)據(jù)通信和處理。

2.2無線通訊技術(shù)

無線通訊技術(shù)相比較藍(lán)牙技術(shù)而言，有效距離更長，頻段更加自由，同時(shí)對多點(diǎn)通訊予以支持，并且傳輸速度更高，設(shè)計(jì)采用的是SOC方法，無需大量的外圍元件就能夠組成射頻電路，應(yīng)用非常簡單方便。本文研究的系統(tǒng)采用Nrf2401無線收發(fā)一體芯片，省略了通信中復(fù)雜的協(xié)議，而是采用完全透明的方式，只要是同種類的產(chǎn)品都能夠?qū)崿F(xiàn)相互的自由通信。nRF2401通過SPI接口與89S8252進(jìn)行通訊。

2.3GPRS技術(shù)

GPRS技術(shù)是智能收費(fèi)系統(tǒng)的重要技術(shù)之一，在出口值守系統(tǒng)，GPRS模塊會(huì)將用戶的信息數(shù)據(jù)打成IP包的形式，通過GPRS的空中接口接入到無線網(wǎng)路，再通過移動(dòng)服務(wù)上向Internet網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)接，最終到達(dá)銀行的服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)收費(fèi)操作。

3、智能收費(fèi)系統(tǒng)軟件模塊

視頻采集處理控制器視頻采集處理控制器連接視頻車位檢測單元和車位狀態(tài)指示燈，內(nèi)嵌的DSP單片機(jī)控制器，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場圖像圖片抓取和上傳。每個(gè)控制器最多控N8路視頻車位檢測終端和指示燈。采用以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議向上連數(shù)據(jù)處理控制器上傳圖片。數(shù)據(jù)處理控制器主要完成車牌號碼識(shí)別功能，可就近安裝在墻上或柱子上，也可安裝在管理控制室內(nèi)，把識(shí)別的車牌號碼、車位編碼、車位空滿狀態(tài)和車輛圖片等上傳到中心數(shù)據(jù)服務(wù)器。通過以太網(wǎng)連接下層的現(xiàn)場控制器，可連接控～j rJ3臺(tái)現(xiàn)場視頻控制器，滿足24個(gè)車位需求。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是數(shù)據(jù)處理交換機(jī)和中央服務(wù)器以及查詢終端的以太網(wǎng)接入設(shè)備，為整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)提供了高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通訊服務(wù)。

本文研究的智能收費(fèi)系統(tǒng)軟件模塊包括車載系統(tǒng)、入口守值系統(tǒng)、出口守值系統(tǒng)三部分，其中車載系統(tǒng)軟件流程如下圖1所示：

如果在高速公路入口處，同時(shí)有兩輛車的車載系統(tǒng)向入口值守系統(tǒng)發(fā)送車輛基本信息，當(dāng)基站受到一幀信息后會(huì)將接受自動(dòng)中斷。如果先收到的信息來自第一輛車，則系統(tǒng)正常對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。如果先收到的信息來自第二輛車，第一輛車沒有發(fā)送信息或者沒收到信息就予以通行，當(dāng)?shù)谝惠v車到達(dá)出口值守系統(tǒng)時(shí)，會(huì)因?yàn)槌跏夹畔⒌娜笔Ф鵁o法正常通行，這時(shí)執(zhí)勤人員會(huì)對第一輛車進(jìn)行強(qiáng)制收費(fèi)。

4、射頻識(shí)別技術(shù)

基于射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）的智能收費(fèi)系統(tǒng)，由自動(dòng)車輛識(shí)別技術(shù)和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)組成。通過RFID技術(shù)獲取車輛牌照號、車型、所屬用戶和銀行專用賬戶等數(shù)據(jù)，并由實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)通過攝像機(jī)獲取車輛圖像。數(shù)字化處理后核對實(shí)際牌照號與車載信息卡的牌照號是否相符。相符即為合法車輛，其通行費(fèi)經(jīng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，從用戶開戶行的專用賬戶中自動(dòng)交納，從而實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)收費(fèi)。反之則通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)對違章車輛進(jìn)行懲處。

4.1RFID的特點(diǎn)

RFID是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)AEI在無線電技術(shù)方而的具體應(yīng)用與發(fā)展，其基本原理是利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識(shí)別的目的，并交換數(shù)據(jù)。與同期或早期的接觸式識(shí)別技術(shù)不同，RFID的突出特點(diǎn)是可非接觸識(shí)讀，可識(shí)別距離達(dá)幾十米的多個(gè)高速運(yùn)動(dòng)物體。RFID系統(tǒng)中，通過對RFID卡進(jìn)行讀寫操作，實(shí)現(xiàn)對各類物體或設(shè)備在不同狀態(tài)（移動(dòng)、靜止或惡劣環(huán)境）下的自動(dòng)識(shí)別和管理。

4.2射頻識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

射頻識(shí)別技術(shù)是一種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過射頻的方式以非接觸的形式進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)識(shí)別和交換。射頻識(shí)別系統(tǒng)由射頻卡、應(yīng)答器、讀寫器組成，二者之間的數(shù)據(jù)通信時(shí)通過無線電波、感應(yīng)或者微波來實(shí)現(xiàn)的。射頻卡安置于物體上，包含物體基本屬性信息。應(yīng)答器主要由耦合元件、微電子芯片組成，是數(shù)據(jù)的載體。應(yīng)答器工作所需能量和時(shí)鐘脈沖及數(shù)據(jù)采樣，由耦合單元傳輸給應(yīng)答器。讀寫器由發(fā)射、接收、信號處理控制和電源等組成。

4.3工作原理

射頻識(shí)別系統(tǒng)的閱讀器利用發(fā)射天線將一定頻率的射頻信息發(fā)出，射頻卡進(jìn)入到發(fā)射天線的工作范圍內(nèi)會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，其產(chǎn)生的能力能夠激活射頻卡；射頻卡被激活后將編碼信息利用內(nèi)置的天線向系統(tǒng)發(fā)出，系統(tǒng)接收到載波信號后通過調(diào)節(jié)器向閱讀器傳送，同時(shí)對信號的編碼進(jìn)行解碼送往后臺(tái)主系統(tǒng)進(jìn)行信息處理。主系統(tǒng)依邏輯運(yùn)算判斷該卡的合法性，針對不同設(shè)定做出相應(yīng)的處理和控制，發(fā)出指令信號控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

4.4射頻識(shí)別技術(shù)

射頻識(shí)別技術(shù)通過射頻信號對目標(biāo)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別，穿透性強(qiáng)，無需光源，能夠?qū)h(yuǎn)距離數(shù)據(jù)進(jìn)行非接觸讀取，在智能收費(fèi)系統(tǒng)中應(yīng)用，能夠?qū)Ω咚龠\(yùn)行的車輛進(jìn)行識(shí)別，同時(shí)交易錯(cuò)誤率低，能夠?qū)崿F(xiàn)較長距離的通訊。在高速公里的出入口處安放閱讀器，配合地感線圈。當(dāng)配有電子標(biāo)簽的車輛進(jìn)入到地感線圈的范圍之內(nèi)，閱讀器就會(huì)對電子標(biāo)簽的信號進(jìn)行讀取，射頻識(shí)別系統(tǒng)就會(huì)對用戶以及車輛的信息進(jìn)行自動(dòng)化識(shí)別，同時(shí)開始計(jì)算收費(fèi)。只能收費(fèi)系統(tǒng)根據(jù)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)直接將車輛通行的費(fèi)用從卡中扣除。

智能化收費(fèi)系統(tǒng)在高速公路收費(fèi)中應(yīng)用，有效的提高了交通運(yùn)輸?shù)男?，改善了人工收費(fèi)造成的停車時(shí)滯，提高了工作效率。隨著各項(xiàng)技術(shù)的不斷提高，新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，智能收費(fèi)系統(tǒng)必將越來越完善，功能越來越強(qiáng)大，在高速公路的運(yùn)行中發(fā)揮越來越重要的作用。

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