基于RFID的車輛自動化智能管理系統(tǒng)研究

摘要：基于解決當前小區(qū)停車難問題的目的，采用ETC電子不停車收費相關技術，設計了小區(qū)車輛自動化管理系統(tǒng)；通過對實際需求的分析，所設計的系統(tǒng)主要包括3個部分：車輛出入管理、定位管理以及停車管理。其中，車輛出入管理系統(tǒng)對進入的車輛進行身份的自動識別和確認；車輛定位管理系統(tǒng)負責對在小區(qū)中行駛的車輛進行追蹤定位；車輛停車管理系統(tǒng)則為進入的車輛自動分配車位和開啟車位鎖。經過實踐的證明，本系統(tǒng)性能良好，具有較好的實用價值。
關鍵詞：RFID；ETC；車輛；自動化管理

    近年來，隨著我國經濟不斷的發(fā)展，人民的生活水平得到了極大的提高，各地城市化進程更是加速推進，在這個過程中居民對私家汽車的擁有率逐漸增高，而這與城市日益擁堵的交通狀況形成了明顯的對比。目前，我國許多大中城市的交通情況令人堪憂。以北京來說，據不完全統(tǒng)計，北京市機動車的保有量超過500萬輛，而且還在以每天1 900輛的速度直線增長。在我們的各大城市的交通要道，已經建設了以ETC技術的為基礎的不停車收費基礎設施，盡量避免因為收費帶來的交通停滯，取得了較好的效果。其中，ETC使用了RFID識別技術，不僅提高了識別的速度，而且識別的效果也令人滿意。
    隨著各種私有車輛的進入千萬家庭，以前的行路難問題變成了如今的停車難。停車的區(qū)域大都集中位于工作單位、娛樂購物場所、居民自己的生活小區(qū)。工作單位有專門的車位管理人員，而娛樂購物場所則一般設有規(guī)定的商場停車區(qū)域，但是在居民自己的生活小區(qū)內由于各種原因，導致沒有專門的管理措施，而且由于車位較為固定和缺少，車輛的管理較為困難?，F在，越來越多的房地產開發(fā)商也將停車位公開出售，更加導致了停車問題的惡化。在現實生活中，自己的車位被其他車輛使用，而且由于沒有一套可靠的技術手段，導致自己的停車權益無法得到有效的維護。針對這種情況，論文基于ETC技術，設計了小區(qū)車輛的自動化管理系統(tǒng)，特別對車輛的停泊給出了解決方案。

1 基于RFID技術的ETC電子不停車收費系統(tǒng)
1．1 RFID技術概述
    RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別技術，俗稱電子標簽。RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。如圖1所示，典型的RFID識別系統(tǒng)通常由RFID電子標簽(Tag)、RFID讀寫器(Reader)以及后臺數據服務系統(tǒng)(Database)3部分組成。

1．2 ETC概述
    電子不停車收費系統(tǒng)(ETC，Electronic Toll Collection)也就是利用ETC技術當汽車通過高速公路收費站時不需要停車，通過5．8 GHz的射頻，將裝在汽車擋風玻璃上的電子標簽與收費車道上的路側單元進行識別確認扣費，無需任何操作的情況下，使得汽車快速通過收費站。ETC的簡單原理圖如圖2所示。
    不停車收費系統(tǒng)(ETC)主要包括如下的部分：
    1)安裝于收費通道的路側單元(RSU)，相對于RFID讀寫器，負責檢測和識別車輛的進出，并記錄相應的信息；
    2)安裝于車輛內的車載單元(On Board Unit，OBU)，相對于RFID發(fā)射裝置，負責向RSU通信，發(fā)送車輛自身的身份信息；
    3)車道控制器設備，受管理設備控制車道的放行和攔截；
    4)ETC IC卡，相對于RFID電子標簽；
    5)計算機扣費管理系統(tǒng)，實際的不停車收費執(zhí)行者；
    6)輔助系統(tǒng)(如攝像系統(tǒng)、紅外探測系統(tǒng)等)，負責采集車輛的圖像及其他參數信息，為車輛的收費和稽查提供數據。
    由ETC原理圖可知，當汽車進入收費區(qū)域后，首先由路側單元RSU檢測到行駛的車輛，存儲有車輛信息的IC卡通過車載單元OBU，發(fā)射車輛的識別信息，然后RSU收到信息，通過數據中心和輔助系統(tǒng)對信息進行確認，然后對車道控制系統(tǒng)發(fā)送命令，開啟車道，并通知收費管理系統(tǒng)進行實際的扣費操作。

2 基于ETC技術的車輛自動化管理系統(tǒng)設計
2．1 系統(tǒng)整體設計
    本文設計的車輛自動化管理系統(tǒng)整體結構如圖3所示。

    如圖3所示，整個系統(tǒng)可以分為3個部分：車輛出入管理、車輛定位管理以及車輛停車管理。其中，車輛出入管理對進入的車輛進行身份的自動識別，如果是本小區(qū)的車輛，則自動識別系統(tǒng)RSU可以準確識別其身份信息，如果是非本小區(qū)的車輛，則需要進行臨時身份IC的配發(fā)，之后車道控制系統(tǒng)開啟，放行車輛；車輛定位管理則負責對在小區(qū)中行駛的車輛進行追蹤定位，一方面可以指導車輛更迅速地找到對應的車位，節(jié)約時間，另一方面可以更好地掌握車輛的行蹤，防止車輛的丟失；車輛停車管理為進入車輛自動分配車位，并在車輛到來時自動開啟車位鎖，允許車輛進入。
2．2 系統(tǒng)實現
2．2．1 車輛出入管理
    本系統(tǒng)中，生活小區(qū)應該在各個出入口處建立路側單元RSU，車道控制系統(tǒng)等基礎設施，可以檢測車輛信息、控制車道橫杠啟停和發(fā)送全局車輛管理控制信息。其結構如圖4所示。

    在各個小區(qū)的出入口處，RSU單元可以完成小區(qū)車輛的信息比對確認，并控制非小區(qū)的車輛的任意進出。當安裝了OBU的小區(qū)車輛進入小區(qū)時，主要經歷的過程如下：
    1)車輛進入小區(qū)通道時，與埋在地下的地感線圈發(fā)生感應。
    2)地感線圈檢測到來車信號，通知RSU啟動，RSU通過DSRC專用車輛通信信道向車載OBU發(fā)送開啟命令。
    3)車載OBU接收啟動命令，讀取IC開中的信息，通過OBU發(fā)射模塊發(fā)射車輛的識別信息。
    4)RSU接收到車輛識別信息，與數據中心中的信息進行對比，確認進入的車輛是否是本小區(qū)的車輛。
    5)RSU控制顯示屏幕，顯示車輛的相關信息。
    6)RSU通知車道控制系統(tǒng)開啟攔截欄桿。
    7)RSU通知車輛停車管理進行車位的分配和車位鎖的開啟。
2．2．2 車輛定位管理
    車輛定位管理的功能較為簡單，在小區(qū)內的主要道路兩側放置多個無線傳感器，當車輛進入固定區(qū)域時，便會觸發(fā)OBU模塊中的RFID模塊，無線傳感器可以讀取RFID中的信息，并將其傳送給數據中心進行各種控制。車輛定位管理示意圖如圖5所示。

    小區(qū)的車輛停車管理功能主要由3個部分互相協(xié)作完成組成：車輛的車載OBU、小區(qū)車輛出入RSU、小區(qū)的車位鎖系統(tǒng)。根據停車管理的要求，3個部分各應該具有的功能如下：
    1)車輛的車載OBU：在進入小區(qū)時發(fā)射車輛信息，而在其他正常行駛過程中不進行工作。
    2)小區(qū)車輛出入RSU：當車輛信息確認完畢后，向車輛停車管理系統(tǒng)發(fā)送車輛停泊命令，并把車輛的信息發(fā)送至數據中心供停車管理系統(tǒng)使用。由于小區(qū)的位置結構的特點，使用DSRC通信信道的節(jié)點間的有效通信距離較短，所以需要在最大的通信距離處加裝中繼器，而中繼器的功能是將收到的信息完全不做改變地進行轉發(fā)。
     3)小區(qū)的車位鎖系統(tǒng)：接收小區(qū)車輛出入RSU傳來的信號，根據當前車位情況分配車位，并和車輛定位管理系統(tǒng)協(xié)作，當車輛靠近所分配的車位時開啟車位鎖。
    車輛停車管理系統(tǒng)的結構圖如圖6所示。

3 結束語
    隨著社會經濟的發(fā)展，生活節(jié)奏的加快，人們對交通工具的需求越來越強烈，以車代步成為了流行的趨勢，但汽車的普及帶來了嚴重的交通擁塞和社區(qū)停車難的尷尬。在主要交通要道實施的ETC系統(tǒng)，一定程度上緩解了交通的擁堵。借鑒ETC的思想，本文設計了小區(qū)的車輛管理系統(tǒng)，為小區(qū)停車難等問題提出了思路。