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(guān)技術(shù)，設(shè)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(shè)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(jīng)過實踐的證明，本系統(tǒng)性能良好，具有較好的實用價值。
關(guān)鍵詞：RFID；ETC；車輛；自動化管理

    近年來，隨著我國經(jīng)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(jù)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(jīng)建設(shè)了以ETC技術(shù)的為基礎(chǔ)的不停車收費基礎(chǔ)設(shè)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(shù)，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(shè)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(nèi)由于各種原因，導(dǎo)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(xiàn)在，越來越多的房地產(chǎn)開發(fā)商也將停車位公開出售，更加導(dǎo)致了停車問題的惡化。在現(xiàn)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(shù)手段，導(dǎo)致自己的停車權(quán)益無法得到有效的維護。針對這種情況，論文基于ETC技術(shù)，設(shè)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(shù)的ETC電子不停車收費系統(tǒng)
1．1 RFID技術(shù)概述
    RFID是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別技術(shù)，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(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，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(shù)據(jù)服務(wù)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(shù)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(cè)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(cè)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(yīng)的信息；
    2)安裝于車輛內(nèi)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(shè)備，受管理設(shè)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(shù)信息，為車輛的收費和稽查提供數(shù)據(jù)。
    由ETC原理圖可知，當汽車進入收費區(qū)域后，首先由路側(cè)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(shù)據(jù)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(shù)的車輛自動化管理系統(tǒng)設(shè)計
2．1 系統(tǒng)整體設(shè)計
    本文設(shè)計的車輛自動化管理系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)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(dǎo)車輛更迅速地找到對應(yīng)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(xiàn)
2．2．1 車輛出入管理
    本系統(tǒng)中，生活小區(qū)應(yīng)該在各個出入口處建立路側(cè)單元RSU，車道控制系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)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(jié)構(gòu)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(jīng)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(yīng)。
    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(shù)據(jù)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(guān)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(nèi)的主要道路兩側(cè)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(shù)據(jù)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(jù)停車管理的要求，3個部分各應(yīng)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(shù)據(jù)中心供停車管理系統(tǒng)使用。由于小區(qū)的位置結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(jù)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(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

3 結(jié)束語
    隨著社會經(jīng)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(shè)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。