智能交通RFID與視頻雙機識別系統

馬昀驊，關寶璐，萬培元，謝　飛

（1.北京工業大學 電子信息與控制工程學院 北京市嵌入式系統重點實驗室，北京100124；2.北京工業大學 電子信息與控制工程學院，北京 100124）

智能交通RFID與視頻雙機識別系統

馬昀驊1，關寶璐2，萬培元1，謝飛1

（1.北京工業大學 電子信息與控制工程學院 北京市嵌入式系統重點實驗室，北京100124；2.北京工業大學 電子信息與控制工程學院，北京 100124）

隨著機動車保有量的大幅提升，由此引發的交通問題越來越嚴重，傳統方法也越來越難以對車輛進行有效管理。設計了一種雙機匹配識別系統，將RFID與視頻識別融為一體，實現信息的自動采集以及前端匹配識別，達到在城市交通道路上對車輛的精確管理。該系統中射頻識別部分采用 ISO18000-6C協議標準的閱讀器、控制器、標簽，視頻識別部分采用車牌識別一體機，可支持前端攝像、識別、儲存等功能。

RFID技術；視頻識別；電子標簽；智能交通

0　引言

隨著國民經濟水平的提高以及道路交通的發展，智能交通已經成為交通科技領域的研究重點。車牌識別作為智能交通的核心組成部分，在交通管理的智能化方面起著重要作用。目前，主要的道路車輛監控技術是圖像或視頻識別，這種違章視頻抓拍和電子攝像頭監管技術在使用中存在一定缺陷，即無法精確地抓拍到每一輛車。射頻識別技術(Radio Frequency Identification Devices，RFID)是一種非接觸式的自動識別技術，利用射頻識別技術可彌補視頻識別的不足，為車輛信息的數字化、車輛識別的自動化以及車輛管理的智能化提供了一個很好的智能平臺。

本文以城市道路車輛為主要研究對象，通過采集電子標簽和視頻車牌號碼，進行雙機匹配識別?？勺詣訉νㄐ熊囕v進行監控，約束駕駛員的違章行為，提高交通管理水平，減少交通事故的發生。

1　RFID電子標簽識別系統

一套完整的RFID系統的組成部分主要有：電子標簽、閱讀器、天線、應用系統軟件。如圖1所示。

圖1　RFID系統框圖

(1)電子標簽

電子標簽將耦合元件和存儲芯片等模塊一并被封裝在一張卡內，通過對每張電子標簽操作，可隨時對標簽內信息進行存儲和管理，對于特定的信息還可以用加密等方式進行保護。本設計采用遵循ISO18000-6C國際標準的電子標簽，每張電子標簽存儲區域分為四部分：RESERVED區、EPC區、TID區、USER區，所有存儲體的邏輯尋址均從00h開始。RESERVED區用于存儲kill和access功能所需密碼；EPC區用于存儲識別標簽附著對象的代碼；TID區用于存儲標簽出廠時寫入的唯一序列號；USER區用于存儲用戶特有的數據。本設計中EPC區只作為電子標識使用，并且將車牌號、電子ID號、車身顏色、車輛類型、按照一定的編碼規則存儲在USER區。編碼規則如圖2所示。

圖2　USER區編碼規則

(2)RFID閱讀器

RFID閱讀器主要對電子標簽內的數據進行讀取和寫入，利用空間電磁場實現對標簽內容的讀取和向標簽發送控制命令等作用。閱讀器的另一個重要作用是決定整個RFID系統的工作頻率，閱讀器的工作頻率和功率將直接決定閱讀器與電子標簽的通信距離。一般的閱讀器包括天線、射頻模塊、控制模塊以及與計算機相連的各類接口模塊。

(3)天線

天線是無線射頻系統的關鍵部分，其主要功能是將電子標簽發射的電磁波轉化為電流信號傳送給閱讀器，同時將閱讀器的電流信號轉化成電磁信號通過天線發射出去。當電子標簽進入有效的工作區域時，接收閱讀器發出的射頻脈沖經過整流后給電容充電，當電容電壓經過穩壓后就可以作為標簽的工作電壓，進而使電子標簽有足夠的能量將自身編碼信息通過內置射頻天線發送出去。閱讀器天線接收標簽發送過來的調制信號，經過天線調節器傳送到閱讀器信號處理模塊，進行解調和解碼后將有效信息送至后臺主機系統進行相關處理。主機系統根據邏輯運算識別該標簽的身份，針對不同的設定做出相應的處理和控制，最終發出指令信號控制閱讀器完成不同的讀寫操作。

(4)應用系統

應用系統主要由中間件和應用軟件組成。中間件由主機、服務器、通信硬件接口組成，常用于搭建計算機網絡資源，能讓各種應用技術實現數據通信與信息共享。應用軟件處于硬件平臺的上層，是一種系統軟件或獨立程序。應用程序對電子標簽進行數據處理是通過 RFID中間件來來實現的，中間件通過應用程序接口（API）連接到應用程序端口，從而實現應用程序—中間件—閱讀器—電子標簽的指令和數據傳輸，進而達到對電子標簽的讀寫工作。

2　視頻車牌識別系統

視頻識別技術是一種以計算機視覺技術和視頻圖像處理為基礎，對路面運動物體進行監測分析的技術能夠檢測到受監控路面的車輛并自動提取車輛牌照信息（含漢字字符、英文字母、阿拉伯數字及號牌顏色）后進行處理。一般完整的視頻車牌識別系統包括前端系統、通信系統、后臺系統。

(1)前端系統是由路面交通視頻監控子系統、隧道交通視頻監控子系統和高點交通視頻監控子系統組成。主要實現的功能有：視頻獲取與回傳，采用高清視頻電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)監控攝像設備獲取視頻，并對視頻流進行采樣，分析得到車牌號碼，以國際通用的編碼格式，將視頻數字化傳回后臺系統。

(2)通信系統采用有線或無線等方式傳輸，將前端系統的數據交付后端系統。

(3)后端系統主要用于將前端系統采集的數據進行解析，實現視頻監控、回放、系統管理、查詢等功能。

3　RFID與視頻雙機識別系統構建

3.1RFID系統的基本工作流程

本設計采用遵循 ISO18000-6C國際標準的閱讀器，當攜帶電子標簽的目標車輛出現在閱讀器的工作范圍內時，閱讀器所發出的磁場對區域內所有的電子標簽進行讀寫操作，當每一個電子標簽接收到閱讀器發出的信號，依據收到信號進行解析，返回含有目標信息的高頻載波信號，經過卡內模擬射頻模塊發射出去，接收天線接收到電子標簽發來的載波信號，經過閱讀器解碼器解析提取出相應信息，最終實現系統對目標車輛的自動識別和信息采集。實現過程如圖3所示。

圖3　RFID系統工作流程圖

3.2雙機系統識別過程

在本設計中，由于RFID系統識別的距離較遠可達到20 m～25 m，所以整個雙機識別系統會先從射頻系統執行。首先進行清點操作，清點操作主要是用于檢測射頻區域內是否有電子標簽存在。為了避免因車輛速度過快而檢測不到的情況，每次清點操作間隔會盡可能短，約為0.2 s。檢測區域長度一般 5 m～15 m左右，所以當車輛在小于180 km/h速度的情況下，至少可以檢測到一次，但通常情況下清點操作可以檢測到數次至數十次，這由車輛的速度決定。在檢測到區域內的電子標簽后，可獲取到射頻區域內電子標簽的數量以及每個標簽EPC碼（Electronic Product Code），由于EPC碼作為標簽的唯一標識，進而通過EPC碼定位到對應標簽，讀取標簽的USER區域內的數據，將得到的內容存入臨時列表中。

由于清點操作每 0.2 s進行一次，所以會得到大量重復數據，需要去掉多余數據，只留下第一次進入天線射頻區域的記錄，此記錄第一個數據段為毫秒級的時間戳，第二個數據段為USER區的內容，將維護后的數據存入原始ID數據庫。

視頻識別系統采用動態觸發方式，攝像頭可設置觸發位置和車道寬度。當車輛行駛至觸發位置時，進行觸發拍照，一次觸發最少得到3張照片，即一張車牌照片、一張違章照片、還有一張全景照片。將車牌照片進行定位、字符分割、字符識別等處理，得到車輛號牌等信息，將號牌信息存入視頻識別數據庫。

原始ID數據庫作為整套雙機識別系統的核心部分，將每次拍照的到的視頻車牌號碼與5 s內的電子標簽數據進行遍歷逐一匹配。匹配主要內容為視頻識別號碼與USER區車牌號內容。

匹配結果分為匹配成功和匹配失敗兩類。如果匹配成功，說明視頻號碼找到與之對應的電子標簽號碼，故不存在車輛套牌情況，屬于合法車輛，將本次識別的車牌信息與電子標簽信息，一并存入對應關系數據庫。匹配失敗包含兩種情況：一種是由于硬件系統識別問題，光線或角度問題導致視頻系統或射頻系統識別錯誤；二是在視頻和射頻系統都正常工作的情況下，匹配不成功，說明存在號牌造假、套牌等情況，該車為違法車輛。將視頻識別信息與標簽信息，分別存進兩個獨立的數據庫中。在兩個數據庫中，存儲數據的第一段為毫秒級時間戳，這樣有益于數據庫的管理，降低后期人工執法的難度。同時，為了保證采集的視頻識別號碼遍歷整個數據庫的速度，故需將原始ID數據庫定期進行清除，大約為1.5 min清空一次。雙機系統工作流程圖如圖4所示。

圖4　雙機系統工作流程圖

4　實驗結果

該雙機識別系統中RFID部分采用中興ZXRIS 6700閱讀器，ZXRID 6602發卡器，ZXRID 2621陶瓷標簽。閱讀器最大通信距離25 m，最大傳輸速率為前向160 Kb/s、反向640 Kb/s。視頻識別部分采用?？礽DS-2CD9361-S型攝像機，500萬像素，可實現動態觸發、前端解析。雙機識別設備安裝如圖5所示。

在單向雙車道的實際道路中，由于電子標簽的安裝數據量較小，約為100張，所以可以很好地實現雙機匹配識別功能，能夠將得到的數據按照規定的編碼規則存入數據庫。對于匹配失敗的數據，在數據庫中進行高亮提示。本系統安裝便利，組網簡單，操作簡單，可為大規模雙機識別技術的推廣提供應用參考。

圖5　雙機識別設備安裝圖

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RFID and video dual identification system of intelligent transportation

Ma Yunhua1，Guan Baolu2，Wan Peiyuan1，Xie Fei1
(1.College of Electronic Information&Control Engineering，Beijing Embedded System Key Lab，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China；2.College of Electronic Information&Control Engineering，Beijing University of Technology，Beijing 100124，China)

With the sharp rise in the number of vehicles,the traffic problems caused increasingly serious and traditional methods is more and more difficult to effective management.This paper aims at using RFID and video for tracking and managing for vehicle on the road of city.This system is consisted of RFID and image processing technology to accomplish identifying and matching the vehicles information automatically.The reader,controller and tags are used in this system which supports ISO-18000-6C protocol standards.In addition,video camera is adopted as video part to recognize vehicle license plate,which is for capturing,recognizing and storage video image.

RFID technology；video identification；electronic tag；intelligent traffic

TP273

A

10.16157/j.issn.0258-7998.2015.10.016

2015-06-01)

馬昀驊（1991-），男，碩士研究生，主要研究方向：嵌入式軟件設計。

萬培元（1978-），男，講師，主要研究方向：嵌入式系統設計。

中文引用格式：馬昀驊，關寶璐，萬培元，等.智能交通 RFID與視頻雙機識別系統[J].電子技術應用，2015，41(10)：62-64.

英文引用格式：Ma Yunhua，Guan Baolu，Wan Peiyuan，et al.RFID and video dual identification system of intelligent transportation[J].Application of Electronic Technique，2015，41(10)：62-64.