基于UHF頻段RFID技術(shù)的實(shí)名制火車票研究

摘 要： 針對(duì)現(xiàn)行的基于二維碼技術(shù)的實(shí)名制火車票容易造成信息泄露存在安全隱患的問題，介紹了采用內(nèi)嵌UHF RFID芯片的電子火車票技術(shù)，設(shè)計(jì)了符合實(shí)際應(yīng)用的UHF頻段RFID電子火車票系統(tǒng)并對(duì)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。RFID電子火車票不僅能存儲(chǔ)更多的個(gè)人信息，具有更高的防偽級(jí)別，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)旅客運(yùn)輸?shù)挠行Ч芾?，便于各?xiàng)客運(yùn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)工作，與鐵路售票系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售檢票，提高工作效率和自動(dòng)化水平，滿足當(dāng)前鐵路高速、高密度的運(yùn)營(yíng)需要。
關(guān)鍵詞： 射頻識(shí)別；UHF RFID；電子火車票；防碰撞

現(xiàn)行的紙質(zhì)二維碼火車票存在一個(gè)弊端：車票丟棄會(huì)導(dǎo)致個(gè)人信息泄露，不法分子可能破解二維碼，利用圖像處理設(shè)備制造假票，這將給鐵路部門和乘客造成很大的損失。除防偽能力差之外，二維碼火車票的自動(dòng)識(shí)別率低，自動(dòng)檢票速度受到限制，而且極易受到污染和磨損。射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)具有非接觸識(shí)讀、讀寫距離遠(yuǎn)、可識(shí)別運(yùn)動(dòng)目標(biāo)、安全性高、適應(yīng)惡劣環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)[1]。應(yīng)用基于RFID技術(shù)的電子火車票，實(shí)現(xiàn)實(shí)名制的同時(shí)以上問題都可迎刃而解。
在我國(guó)鐵路客運(yùn)領(lǐng)域，廣深鐵路線最早使用RFID紙質(zhì)火車票，該RFID火車票的射頻頻率屬于高頻（HF）頻段的13.56 MHz范圍，從目前的使用狀況來(lái)看，HF RFID火車票存在著成本高、識(shí)別距離短、安全等級(jí)低等問題。超高頻（UHF）頻率范圍通常是指433 MHz、860 MHz～960 MHz、UHF頻段的RFID，具有波長(zhǎng)適中、空間衰耗小、識(shí)別距離遠(yuǎn)、識(shí)別速度快、有較強(qiáng)的防碰撞能力的優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)UHF RFID技術(shù)得到了快速的發(fā)展，而且IC智能卡技術(shù)不斷成熟，UHF RFID標(biāo)簽價(jià)格也不斷降低，因此UHF RFID技術(shù)在物流、供應(yīng)鏈管理等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用[2-3]。本文對(duì)UHF RFID火車票進(jìn)行了研究，提出了系統(tǒng)的構(gòu)架，并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。
1 UHF RFID系統(tǒng)基本原理
UHF頻段的RFID系統(tǒng)使用電磁波通過(guò)讀寫器與標(biāo)簽間的耦合進(jìn)行通信。圖1顯示了一個(gè)基本的UHF RFID系統(tǒng)。UHF RFID系統(tǒng)的組成至少包括兩個(gè)部分：電子標(biāo)簽和讀寫器。讀寫器的作用是產(chǎn)生和發(fā)射電磁波信號(hào)并接收由電子標(biāo)簽反射回來(lái)的電磁波信號(hào)。電子標(biāo)簽是待識(shí)別物體的數(shù)據(jù)載體，內(nèi)部存有一定格式的電子數(shù)據(jù)。UHF RFID系統(tǒng)的工作原理是：讀寫器經(jīng)天線以電磁波的形式向外發(fā)射查詢信號(hào)，標(biāo)簽接收到信號(hào)后激活其控制系統(tǒng)，然后將存儲(chǔ)的信息調(diào)制到載波上經(jīng)標(biāo)簽天線反射出去。讀寫器收到反射信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行解調(diào)和解碼，然后送給微控制器。微控制器根據(jù)得到的數(shù)據(jù)判斷標(biāo)簽的合法性，做出相應(yīng)的處理和控制，然后傳給中央信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或應(yīng)用。

2 UHF RFID火車票系統(tǒng)
該系統(tǒng)包括中央管理系統(tǒng)、售票系統(tǒng)、檢票系統(tǒng)和驗(yàn)票系統(tǒng)，如圖2所示[4-5]。

（1）中央管理系統(tǒng)提供票務(wù)管理系統(tǒng)支持、密鑰管理系統(tǒng)支持和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)功能，主要負(fù)責(zé)管理乘客信息、處理票務(wù)數(shù)據(jù)和管理下層應(yīng)用系統(tǒng)，并且對(duì)旅客提供相關(guān)的信息查詢服務(wù)。
（2）售票系統(tǒng)負(fù)責(zé)售票，包括人工售票系統(tǒng)和自動(dòng)售票終端，設(shè)備核心部件是UHF RFID讀寫器。乘客購(gòu)票時(shí)需出示身份證，通過(guò)二代身份證閱讀器掃描乘客身份證，乘客的身份信息及照片將被存入車站系統(tǒng)的后端數(shù)據(jù)庫(kù)中，并與RFID電子車票上的唯一代碼相對(duì)應(yīng)，然后將乘客信息及乘車信息寫入車票內(nèi)的RFID標(biāo)簽[6]。
（3）檢票系統(tǒng)負(fù)責(zé)檢票，表現(xiàn)為門禁系統(tǒng)，負(fù)責(zé)驗(yàn)證乘客身份，持有偽造車票和無(wú)效車票的乘客將無(wú)法通過(guò)門禁。RFID電子車票進(jìn)入檢票系統(tǒng)的RFID有效識(shí)別區(qū)即可被自動(dòng)識(shí)別。自動(dòng)檢票機(jī)內(nèi)的閱讀器通過(guò)RS232或網(wǎng)絡(luò)與上層的應(yīng)用軟件進(jìn)行通信，既可以執(zhí)行應(yīng)用系統(tǒng)軟件的指令，也可以將閱讀器解碼后的標(biāo)簽應(yīng)答信息上傳至上位機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)軟件。
（4）驗(yàn)票單元是人工輔助環(huán)節(jié)，乘務(wù)人員在列車上可使用手持讀寫器進(jìn)行驗(yàn)票，讀寫器通過(guò)天線與電子車票內(nèi)的標(biāo)簽進(jìn)行通信，乘客的個(gè)人信息便能在屏幕中顯示出來(lái)，然后與身份證信息對(duì)照即可完成驗(yàn)票。如果乘客需要延站或者補(bǔ)票，也可以由手持讀寫器完成信息的再次讀寫。
3 UHF RFID火車票系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3．1 UHF RFID電子火車票設(shè)計(jì)
內(nèi)嵌UHF RFID標(biāo)簽的電子火車票是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)載體，一個(gè)UHF RFID標(biāo)簽唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)序列號(hào)并與乘客信息關(guān)聯(lián)。UHF FRID標(biāo)簽芯片的設(shè)計(jì)是電子車票設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。
電子標(biāo)簽分為無(wú)源、有源和半有源3種。UHF RFID電子火車票采用無(wú)源標(biāo)簽，標(biāo)簽工作的能量來(lái)自讀寫器發(fā)射的電磁波，標(biāo)簽芯片的功耗直接影響標(biāo)簽的讀寫距離。所以，必須采用超低功耗的電路設(shè)計(jì)方法，才能滿足UHF RFID系統(tǒng)的工作要求。圖3是UHF RFID標(biāo)簽芯片的功能框圖，主要包括4個(gè)部分：射頻前端、模擬前端、數(shù)字基帶和存儲(chǔ)單元。