信息物理系統(tǒng)CPS通過(guò)集成先進(jìn)的感知、計(jì)算、通 信、控制等信息技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，構(gòu)建了物理空間與信息空間中人、 機(jī)、物、環(huán)境、信息等要素相互映射、適時(shí)交互、高效協(xié)同的復(fù)雜系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)資源配置和運(yùn)行的按需響應(yīng)、快速迭代、動(dòng)態(tài)優(yōu)化。我們把信息物理系統(tǒng)定位為支撐兩化深度融合的一套綜合技術(shù)體系，這套綜合技術(shù)體系包含硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)云等一系列信息通信和自動(dòng)控制技術(shù)， 這些技術(shù)的有機(jī)組合與應(yīng)用，構(gòu)建起一個(gè)能夠?qū)⑽飳?shí)體和環(huán)境精準(zhǔn)映射到信息空間并進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋的智能系統(tǒng)，作用于生產(chǎn)制造全過(guò)程、全產(chǎn)業(yè)鏈、產(chǎn)品全生命周期，重構(gòu)制造業(yè)范式。

　　射頻識(shí)別，RFID（Radio Frequency Identification）技術(shù)，又稱無(wú)線射頻識(shí)別，是一種通信技術(shù)，可通過(guò)無(wú)線電訊號(hào)識(shí)別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，而無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸。  RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)的發(fā)明人查理·沃爾頓（Charlie Walton）已經(jīng)2011年過(guò)世. RFID技術(shù)已經(jīng)在我們生活中廣泛的應(yīng)用．今天我們來(lái)講一下高速公路上的ETC．

　　RFID標(biāo)簽分為被動(dòng)、半被動(dòng)（也稱作半主動(dòng)）、主動(dòng)三類。

　　被動(dòng)式

　　被動(dòng)式標(biāo)簽沒(méi)有內(nèi)部供電電源。其內(nèi)部集成電路通過(guò)接收到的電磁波進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這些電磁波是由RFID讀寫器發(fā)出的。當(dāng)標(biāo)簽接收到足夠強(qiáng)度的訊號(hào)時(shí)，可以向讀寫器發(fā)出數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)不僅包括ID號(hào)（全球唯一標(biāo)示ID），還可以包括預(yù)先存在于標(biāo)簽內(nèi)EEPROM中的數(shù)據(jù)。

　　由于被動(dòng)式標(biāo)簽具有價(jià)格低廉，體積小巧，無(wú)需電源的優(yōu)點(diǎn)。市場(chǎng)的RFID標(biāo)簽主要是被動(dòng)式的。

　　半主動(dòng)式

　　一般而言，被動(dòng)式標(biāo)簽的天線有兩個(gè)任務(wù)，第一：接收讀寫器所發(fā)出的電磁波，藉以驅(qū)動(dòng)標(biāo)簽IC；第二：標(biāo)簽回傳信號(hào)時(shí)，需要靠天線的阻抗作切換，才能產(chǎn)生0與1的變化。問(wèn)題是，想要有最好的回傳效率的話，天線阻抗必須設(shè)計(jì)在“開(kāi)路與短路”，這樣又會(huì)使信號(hào)完全反射，無(wú)法被標(biāo)簽IC接收，半主動(dòng)式標(biāo)簽就是為了解決這樣的問(wèn)題。半主動(dòng)式類似于被動(dòng)式，不過(guò)它多了一個(gè)小型電池，電力恰好可以驅(qū)動(dòng)標(biāo)簽IC，使得IC處于工作的狀態(tài)。這樣的好處在于，天線可以不用管接收電磁波的任務(wù)，充分作為回傳信號(hào)之用。比起被動(dòng)式，半主動(dòng)式有更快的反應(yīng)速度，更好的效率。

　　主動(dòng)式

　　與被動(dòng)式和半主動(dòng)式不同的是，主動(dòng)式標(biāo)簽本身具有內(nèi)部電源供應(yīng)器，用以供應(yīng)內(nèi)部IC所需電源以產(chǎn)生對(duì)外的訊號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，主動(dòng)式標(biāo)簽擁有較長(zhǎng)的讀取距離和較大的記憶體容量可以用來(lái)儲(chǔ)存讀寫器所傳送來(lái)的一些附加訊息。

　　射頻識(shí)別技術(shù)包括了一整套信息技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，包括：

　　射頻識(shí)別標(biāo)簽，又稱射頻標(biāo)簽、電子標(biāo)簽，主要由存有識(shí)別代碼的大規(guī)模集成線路芯片和收發(fā)天線構(gòu)成，主要為無(wú)源式，使用時(shí)的電能取自天線接收到的無(wú)線電波能量；射頻識(shí)別讀寫設(shè)備以及 與相應(yīng)的信息服務(wù)系統(tǒng)，如進(jìn)存銷系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)等。

　　將射頻識(shí)別技術(shù)與條碼（Barcode）技術(shù)相互比較，射頻類別擁有許多優(yōu)點(diǎn)，如：

　　可容納較多容量、通訊距離長(zhǎng)、難以復(fù)制、對(duì)環(huán)境變化有較高的忍受能、可同時(shí)讀取多個(gè)標(biāo)簽等。

　　相對(duì)地有缺點(diǎn)，就是建置成本較高。不過(guò)透過(guò)該技術(shù)的大量使用，生產(chǎn)成本就可大幅降低。

　　主動(dòng)式標(biāo)簽與被動(dòng)式標(biāo)簽的特征

　　ETC系統(tǒng)概述

　　主動(dòng)標(biāo)簽傳輸距離遠(yuǎn)需要電源的.  按標(biāo)簽特點(diǎn)ETC中安裝在車輛上是主動(dòng)式. 那事實(shí)的確是這樣的. 在車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)和實(shí)施了多種不同的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，如感應(yīng)線圈識(shí)別技術(shù)、聲表面波識(shí)別技術(shù)、條形碼識(shí)別技術(shù)、紅外通信識(shí)別技術(shù)和射頻識(shí)別技術(shù)等，但最終主流歸結(jié)到采用射頻識(shí)別技術(shù)作為ETC系統(tǒng)的車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。 ETC系統(tǒng)，即通常所說(shuō)的不停車收費(fèi)系統(tǒng)，它是以現(xiàn)代通信技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)為主導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)車輛不停車自動(dòng)收費(fèi)的智能交通電子系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)路側(cè)天線與車載電子標(biāo)簽之間的專用短程通信，進(jìn)行車輛自動(dòng)識(shí)別和有關(guān)收費(fèi)數(shù)據(jù)的交換，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)對(duì)收費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)不停車自動(dòng)收費(fèi)的全電子收費(fèi)管理系統(tǒng)。射頻識(shí)別系統(tǒng)是利用安裝在車內(nèi)的射頻卡(無(wú)線電收發(fā)裝置)存儲(chǔ)車輛編號(hào)及相關(guān)信息，安裝在車道的射頻天線可與該無(wú)線電收發(fā)裝置以專用短程通信(DSRC)方式交換信息，并對(duì)其存儲(chǔ)內(nèi)容進(jìn)行讀寫操作，從而識(shí)別出當(dāng)前通行車輛。 不停車收費(fèi)系統(tǒng)有三個(gè)主要特點(diǎn)，不停車、無(wú)人操作和無(wú)現(xiàn)金交易。ETC技術(shù)在國(guó)外已有較長(zhǎng)的發(fā)展歷史，美國(guó)、歐洲等許多國(guó)家和地區(qū)的電子收費(fèi)系統(tǒng)已經(jīng)局部聯(lián)網(wǎng)并形成規(guī)模效益。目前，關(guān)東高速已全面實(shí)現(xiàn)了ETC收費(fèi)，只保留部分車道進(jìn)行ETC和半自動(dòng)混合收費(fèi)。絕大部分的商業(yè)運(yùn)營(yíng)車輛已經(jīng)裝備了ETC車載單元，我國(guó)很多地區(qū)已經(jīng)開(kāi)始使用ETC系統(tǒng)對(duì)高速公路收費(fèi)管理系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。

　　ETC 系統(tǒng)是通過(guò)安裝于車輛上的車載單元 (On Board Unit，OBU) 和安裝在收費(fèi)站車道上的路邊單元 (Road Side Unit，RSU) 之間進(jìn)行無(wú)線通信和信息交換，整個(gè)系統(tǒng)主要由 RSU 和 OBU 設(shè)備、中心管理系統(tǒng)和其他輔助設(shè)施組成。OBU 中存有車輛的識(shí)別信息，一般安裝于車輛前面的擋風(fēng)玻璃上，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的 OBU 采用雙片式結(jié)構(gòu)，OBU 硬件完成無(wú)線通信功能，供電方式有鋰電池、太陽(yáng)能.  涉及電子支付的功能由智能 IC 卡實(shí)現(xiàn)，RSU 安裝于收費(fèi)站，中心管理系統(tǒng)有大型數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)大量注冊(cè)車輛和用戶的信息。當(dāng)車輛通過(guò)收費(fèi)站口時(shí)，RSU 發(fā)出詢問(wèn)信號(hào)，OBU 做出響應(yīng)，并進(jìn)行雙向通信和數(shù)據(jù)交換，中心管理系統(tǒng)獲取車輛識(shí)別信息，根據(jù)不同情況來(lái)控制管理系統(tǒng)產(chǎn)生不同的動(dòng)作，如計(jì)算機(jī)收費(fèi)管理系統(tǒng)從該車的預(yù)付款項(xiàng)賬戶中扣除此次應(yīng)交的過(guò)路費(fèi)，或送出指令給其它輔助設(shè)施工作，例如違章車輛攝像系統(tǒng)，自動(dòng)控制欄桿或其它設(shè)施。

　　我們安裝在車上真實(shí)的OBU

　　收費(fèi)站中RSU

　　ETC系統(tǒng)是通過(guò)遠(yuǎn)距離、非接觸采集射頻卡的信息，實(shí)現(xiàn)車輛在快速移動(dòng)狀態(tài)下的自動(dòng)識(shí)別從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的自動(dòng)化管理。目前，該系統(tǒng)的要求是，遠(yuǎn)距離讀卡器能識(shí)讀至少十米的距離。由于技術(shù)要求和實(shí)際情況的不同，所采用的讀卡器的型號(hào)也不同。在我國(guó)選用5.8 GHz頻段具有如下優(yōu)點(diǎn)：首先，我國(guó)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系靠近歐洲標(biāo)準(zhǔn)體系，無(wú)線電頻率資源的分配大致相同。其次，5.8 GHz頻段背景噪聲小，而且解決該頻段的干擾和抗干擾問(wèn)題要比解抉915 MHz，2.45 GHz容易。再次，5.8 GHz頻段的設(shè)備供應(yīng)商較多，有利于我國(guó)ETC系統(tǒng)的設(shè)備引進(jìn)，有利于降低系統(tǒng)成本，也有利于將來(lái)開(kāi)展智能運(yùn)輸系統(tǒng)領(lǐng)域的其他服務(wù)。

　　● RSU 不斷發(fā)送攜帶喚醒信號(hào)的 BST 信號(hào)，喚醒信號(hào)由

　　15-17 個(gè)周期 14 KHz 方波構(gòu)成

　　● OBU 被喚醒，加電工作

　　● OBU 接收到 BST 信號(hào)，向 RSU 發(fā)送 VST 信號(hào)

　　● RSU 與 OBU 首先通過(guò) BST/VST 正常完成初始化

　　● 通過(guò) OBU 的 MAC 地址建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信

　　● RSU 讀取 OBU 的車輛信息

　　● RSU 將獲取的信息傳送給車道計(jì)算機(jī)驗(yàn)證信息合法性

　　● RSU 從 OBU 的 IC 卡獲取信息，例如入口信息，并傳送給車道計(jì)算機(jī)

　　● 車道計(jì)算機(jī)計(jì)算費(fèi)額，從 OBU 的 IC 卡中扣除費(fèi)額

　　● 車道計(jì)算機(jī)形成交易記錄，通過(guò) RSU 寫入 OBU

　　● 交易完成，OBU 回到睡眠狀態(tài)

　　國(guó)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)是 GB/T 20851

　　● ENV 12253 Road transport and traffic telematics-Dedicated short-range communication-Physical layer using microwave at 5,8 GHz

　　● ETSI EN 300 674-1 Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Road Transport and Traffic Telematics (RTTT); Dedicated Short Range Communication (DSRC) transmission equipment (500 kbit/s/250 kbit/s) operating in the 5,8 GHz Industrial, Scientific and Medical (ISM) band; Part 1: General characteristics and test methodsfor Road Side Units (RSU) and On-Board Units (OBU)

　　今天我們簡(jiǎn)單介紹了物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)之應(yīng)用ETC系統(tǒng). 很多有趣的事物就在我們身邊, 多去想想他們的原理, 都有所收獲.