基于RFID的车辆自动化智能管理系统研究

摘要：基于解决当前小区停车难问题的目的，采用ETC电子不停车收费相关技术，设计了小区车辆自动化管理系统；通过对实际需求的分析，所设计的系统主要包括3个部分：车辆出入管理、定位管理以及停车管理。其中，车辆出入管理系统对进入的车辆进行身份的自动识别和确认；车辆定位管理系统负责对在小区中行驶的车辆进行追踪定位；车辆停车管理系统则为进入的车辆自动分配车位和开启车位锁。经过实践的证明，本系统性能良好，具有较好的实用价值。
关键词：RFID；ETC；车辆；自动化管理

    近年来，随着我国经济不断的发展，人民的生活水平得到了极大的提高，各地城市化进程更是加速推进，在这个过程中居民对私家汽车的拥有率逐渐增高，而这与城市日益拥堵的交通状况形成了明显的对比。目前，我国许多大中城市的交通情况令人堪忧。以北京来说，据不完全统计，北京市机动车的保有量超过500万辆，而且还在以每天1 900辆的速度直线增长。在我们的各大城市的交通要道，已经建设了以ETC技术的为基础的不停车收费基础设施，尽量避免因为收费带来的交通停滞，取得了较好的效果。其中，ETC使用了RFID识别技术，不仅提高了识别的速度，而且识别的效果也令人满意。
    随着各种私有车辆的进入千万家庭，以前的行路难问题变成了如今的停车难。停车的区域大都集中位于工作单位、娱乐购物场所、居民自己的生活小区。工作单位有专门的车位管理人员，而娱乐购物场所则一般设有规定的商场停车区域，但是在居民自己的生活小区内由于各种原因，导致没有专门的管理措施，而且由于车位较为固定和缺少，车辆的管理较为困难。现在，越来越多的房地产开发商也将停车位公开出售，更加导致了停车问题的恶化。在现实生活中，自己的车位被其他车辆使用，而且由于没有一套可靠的技术手段，导致自己的停车权益无法得到有效的维护。针对这种情况，论文基于ETC技术，设计了小区车辆的自动化管理系统，特别对车辆的停泊给出了解决方案。

1 基于RFID技术的ETC电子不停车收费系统
1．1 RFID技术概述
    RFID是Radio Frequency Identification的缩写，即射频识别技术，俗称电子标签。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。如图1所示，典型的RFID识别系统通常由RFID电子标签(Tag)、RFID读写器(Reader)以及后台数据服务系统(Database)3部分组成。

1．2 ETC概述
    电子不停车收费系统(ETC，Electronic Toll Collection)也就是利用ETC技术当汽车通过高速公路收费站时不需要停车，通过5．8 GHz的射频，将装在汽车挡风玻璃上的电子标签与收费车道上的路侧单元进行识别确认扣费，无需任何操作的情况下，使得汽车快速通过收费站。ETC的简单原理图如图2所示。
    不停车收费系统(ETC)主要包括如下的部分：
    1)安装于收费通道的路侧单元(RSU)，相对于RFID读写器，负责检测和识别车辆的进出，并记录相应的信息；
    2)安装于车辆内的车载单元(On Board Unit，OBU)，相对于RFID发射装置，负责向RSU通信，发送车辆自身的身份信息；
    3)车道控制器设备，受管理设备控制车道的放行和拦截；
    4)ETC IC卡，相对于RFID电子标签；
    5)计算机扣费管理系统，实际的不停车收费执行者；
    6)辅助系统(如摄像系统、红外探测系统等)，负责采集车辆的图像及其他参数信息，为车辆的收费和稽查提供数据。
    由ETC原理图可知，当汽车进入收费区域后，首先由路侧单元RSU检测到行驶的车辆，存储有车辆信息的IC卡通过车载单元OBU，发射车辆的识别信息，然后RSU收到信息，通过数据中心和辅助系统对信息进行确认，然后对车道控制系统发送命令，开启车道，并通知收费管理系统进行实际的扣费操作。

2 基于ETC技术的车辆自动化管理系统设计
2．1 系统整体设计
    本文设计的车辆自动化管理系统整体结构如图3所示。

    如图3所示，整个系统可以分为3个部分：车辆出入管理、车辆定位管理以及车辆停车管理。其中，车辆出入管理对进入的车辆进行身份的自动识别，如果是本小区的车辆，则自动识别系统RSU可以准确识别其身份信息，如果是非本小区的车辆，则需要进行临时身份IC的配发，之后车道控制系统开启，放行车辆；车辆定位管理则负责对在小区中行驶的车辆进行追踪定位，一方面可以指导车辆更迅速地找到对应的车位，节约时间，另一方面可以更好地掌握车辆的行踪，防止车辆的丢失；车辆停车管理为进入车辆自动分配车位，并在车辆到来时自动开启车位锁，允许车辆进入。
2．2 系统实现
2．2．1 车辆出入管理
    本系统中，生活小区应该在各个出入口处建立路侧单元RSU，车道控制系统等基础设施，可以检测车辆信息、控制车道横杠启停和发送全局车辆管理控制信息。其结构如图4所示。

    在各个小区的出入口处，RSU单元可以完成小区车辆的信息比对确认，并控制非小区的车辆的任意进出。当安装了OBU的小区车辆进入小区时，主要经历的过程如下：
    1)车辆进入小区通道时，与埋在地下的地感线圈发生感应。
    2)地感线圈检测到来车信号，通知RSU启动，RSU通过DSRC专用车辆通信信道向车载OBU发送开启命令。
    3)车载OBU接收启动命令，读取IC开中的信息，通过OBU发射模块发射车辆的识别信息。
    4)RSU接收到车辆识别信息，与数据中心中的信息进行对比，确认进入的车辆是否是本小区的车辆。
    5)RSU控制显示屏幕，显示车辆的相关信息。
    6)RSU通知车道控制系统开启拦截栏杆。
    7)RSU通知车辆停车管理进行车位的分配和车位锁的开启。
2．2．2 车辆定位管理
    车辆定位管理的功能较为简单，在小区内的主要道路两侧放置多个无线传感器，当车辆进入固定区域时，便会触发OBU模块中的RFID模块，无线传感器可以读取RFID中的信息，并将其传送给数据中心进行各种控制。车辆定位管理示意图如图5所示。

    小区的车辆停车管理功能主要由3个部分互相协作完成组成：车辆的车载OBU、小区车辆出入RSU、小区的车位锁系统。根据停车管理的要求，3个部分各应该具有的功能如下：
    1)车辆的车载OBU：在进入小区时发射车辆信息，而在其他正常行驶过程中不进行工作。
    2)小区车辆出入RSU：当车辆信息确认完毕后，向车辆停车管理系统发送车辆停泊命令，并把车辆的信息发送至数据中心供停车管理系统使用。由于小区的位置结构的特点，使用DSRC通信信道的节点间的有效通信距离较短，所以需要在最大的通信距离处加装中继器，而中继器的功能是将收到的信息完全不做改变地进行转发。
     3)小区的车位锁系统：接收小区车辆出入RSU传来的信号，根据当前车位情况分配车位，并和车辆定位管理系统协作，当车辆靠近所分配的车位时开启车位锁。
    车辆停车管理系统的结构图如图6所示。

3 结束语
    随着社会经济的发展，生活节奏的加快，人们对交通工具的需求越来越强烈，以车代步成为了流行的趋势，但汽车的普及带来了严重的交通拥塞和社区停车难的尴尬。在主要交通要道实施的ETC系统，一定程度上缓解了交通的拥堵。借鉴ETC的思想，本文设计了小区的车辆管理系统，为小区停车难等问题提出了思路。